Travail à froid expliqué : Techniques, différences avec le travail à chaud et avantages clés

Dans cet article, nous allons apprendre sur les procédés de travail à froid, les méthodes, la différence entre travail à chaud et travail à froid, avantages et inconvénients.

Qu'est-ce que le travail à froid ?

Le travail à froid est le processus de formage des métaux dans lequel la déformation du métal se produit en dessous de sa température de recristallisation.

Le formage à froid, également connu sous le nom de travail à froid, est tout procédé de travail des métaux dans lequel le métal est mis en forme en dessous de sa température de recristallisation, qui est généralement à température ambiante. Les techniques de travail à chaud telles que le laminage à chaud, le forgeage, le soudage, etc. sont contrastées avec de tels processus.

C'est une technique couramment utilisée pour les métaux non fragiles ayant des points de fusion extrêmement élevés. Cette méthode peut être utilisée pour renforcer une variété de polymères. Les zones travaillées à froid du métal, en revanche, sont plus sujettes à la corrosion en raison de la concentration accrue de dislocations.

Qu'est-ce que la température de recristallisation ?

La température à laquelle de nouveaux grains sans contraintes sont formés dans un métal est connue sous le nom de température de recristallisation.

Effet du travail à froid

Le travail à froid est principalement utilisé comme opération de finition, après la mise en forme du métal par travail à chaud. Il contrôle également dans une large mesure les propriétés mécaniques de l'acier. Il augmente la résistance à la traction, la limite d'élasticité et la dureté de l'acier, mais diminue sa ductilité. L'augmentation de la dureté résultant du travail à froid est décrite comme l'écrouissage.

En général, le travail à froid produit les effets suivants :

1. Des contraintes internes sont créées qui restent dans le métal à moins qu'elles ne soient éliminées par un traitement thermique approprié.
2. Une distorsion de la structure des grains est créée
3. La résistance et la dureté du métal sont augmentées mais la ductilité est diminuée.
4. Une finition de surface lisse est produite.
5. Des dimensions précises des pièces peuvent être maintenues.

Procédés de travail à froid

Le travail à froid est le processus de travail à des températures inférieures à la température de recristallisation ou à température ambiante.

Le brin de métal est placé derrière le couple de deux rouleaux pendant ce processus.

Le brin de métal est à température ambiante ou légèrement au-dessus mais en dessous de la température de recristallisation lorsqu'il passe à travers le rouleau.

Parce que le brin de métal est passé à température ambiante, cette méthode nécessite généralement une force de compression élevée.

La structure des grains du métal change et forme une nouvelle forme en raison de la force de compression élevée. Le métal fragile est travaillé à froid.

Méthodes des procédés de travail à froid

Les principales méthodes de travail à froid sont les suivantes :-

1. Laminage à froid
2. Forgeage à froid
3. Étirage à froid
4. Cintrage à froid
5. Emboutissage à froid
6. Extrusion à froid
7. Compression à froid
8. Grenaillage à froid
9. Calibrage, estampage, moletage

1. Laminage à froid

Les barres de toutes formes, les fils, les tôles et les bandes sont couramment finis par laminage à froid. Le feuillard est fabriqué à partir de métaux plus tendres de cette manière. Deux raisons principales pour le laminage à froid des métaux sont d'obtenir une finition de surface lisse et brillante et des propriétés physiques améliorées. Si l'objectif est seulement de donner une finition propre et lisse au métal, seule une quantité superficielle de laminage sera nécessaire.

D'autre part, lorsqu'il est souhaitable que la résistance à la traction, la rigidité et la dureté soient augmentées substantiellement, et que l'épaisseur de la section soit appreciablement réduite, alors des pressions de laminage plus élevées et un pétrissage plus profond sont nécessaires. Le laminage à froid améliore également l'usinabilité en conférant la propriété de fragilité, une condition qui favorise les finitions d'outil lisses et des copeaux bien brisés.

Comme étape préliminaire à l'opération de laminage à froid, les tôles, bandes, etc. d'acier laminé à chaud sont immergées dans une solution acide pour éliminer la calamine et lavées à l'eau puis séchées. L'acier nettoyé est passé répétitivement à travers une série de cylindres produisant ainsi une légère réduction à chaque passe jusqu'à l'obtention de l'épaisseur requise.

2. Forgeage à froid

Le forgeage à froid est le processus de déformation d'un matériau métallique à température ambiante en utilisant une pression extrêmement élevée. Le corps de forge est placé dans une matrice et compressé par une presse jusqu'à ce qu'il prenne la forme désirée. Selon la complexité géométrique du composant, plusieurs opérations peuvent être nécessaires pour déformer progressivement le métal.

3. Étirage à froid

Les opérations d'étirage à froid impliquent le forçage du métal à travers une filière au moyen d'une force de traction appliquée du côté de sortie de la filière. La plupart de la déformation est causée par la force de compression qui résulte de la réaction avec la filière. Habituellement, le métal a une symétrie circulaire, exigence absolue.

Les barres, tubes et extrudés reçoivent souvent une opération de finition à froid pour réduire la taille, augmenter la résistance, améliorer la finition et fournir une meilleure précision.

4. Cintrage à froid

Le cintrage est le processus par lequel une longueur droite est transformée en une longueur courbe. C'est l'un des procédés de formage les plus largement utilisés pour transformer des tôles (ou feuilles) en fûts, canaux courbes, etc. Barres, fils, tubes et profilés ainsi que la tôle sont cintés à froid en de nombreuses formes à travers des matrices.

Dans tout cintrage de métal, le métal sollicité au-delà de la limite élastique est en tension à l'extérieur et en compression à l'intérieur du cintrage. L'étirement du métal à l'extérieur rend le brin plus mince. Le cintrage d'une bande plate de métal est couramment effectué par profilage par laminage.

5. Emboutissage à froid

L'emboutissage à froid est l'opération de mise en forme de métal très mince en le pressant contre une forme pendant qu'il tourne. La méthode est exactement similaire à l'emboutissage à chaud, sauf la condition du métal. Dans l'emboutissage à froid, le métal est travaillé à température ambiante.

L'équipement requis pour l'emboutissage comprend un tour, des outils de formage, et un gabarit en métal ou en bois adapté à la forme requise. Un disque circulaire est découpé et positionné contre le gabarit par un suiveur. Un outil à nez rond est utilisé et pendant que le tour fait tourner le disque, il est forcé à prendre la forme du gabarit.

6. Extrusion à froid

Le principe de l'extrusion à froid est exactement similaire à celui de l'extrusion à chaud. Parmi les divers procédés d'extrusion, l'extrusion par impact est essentiellement une méthode d'extrusion à froid.

6. Extrusion par impact

L'extrusion par impact est principalement limitée à la fabrication de petites pièces à partir de métaux plus ductiles. Le matériau de travail est mis en position dans une matrice borgne et un poinçon de bélier avec jeu est forcé dans la matrice, provoquant l'écoulement plastique du métal autour du poinçon. Le diamètre extérieur du tube est le même que le diamètre de la matrice, et l'épaisseur est contrôlée par le jeu entre le poinçon et la matrice. La force d'extrusion est généralement fournie par une presse mécanique. Les tubes de médicaments et les tubes de dentifrice sont faits de cette façon.

7. Compression à froid

La compression à froid est une opération de compression effectuée à des températures bien en dessous du point de fusion pour finir la surface d'une pièce pour une précision dimensionnelle et une finition de surface améliorées.

La compression est un moyen rapide et largement utilisé de former des métaux ductiles. Parmi les différents procédés de compression, le matriçage à froid et le roulage rotatif sont très courants.

Matriçage à froid :- Le matriçage à froid est un processus de forgeage à froid, utilisé principalement pour la fabrication de boulons, vis, rivets, clous et articles similaires.

Roulage rotatif :- Le roulage rotatif est le processus utilisé pour réduire la section transversale des barres et tubes. Le roulage est souvent considéré comme une opération de forgeage à froid, car la mise en forme du métal a lieu sous les coups de marteau des sections de matrice. La machine de roulage consiste principalement en une broche creuse qui porte les sections de matrice et les rouleaux.

8. Grenaillage à froid

La méthode de grenaillage à froid est employée pour créer un état de contrainte de compression superficiel, faisant en sorte que l'intérieur de la pièce assume une contrainte de traction opposée. Comme la fatigue se produit généralement à partir de surfaces chargées cycliquement en traction, la durée de vie utile de telles pièces est fréquemment prolongée par le grenaillage. Cette méthode est parfois employée pour obtenir un effet ornemental.

Le grenaillage est effectué en projetant ou en lançant une pluie de petites billes à grande vitesse contre les pièces pour provoquer de légères indentations. La Figure 7.15 montre l'action de grenaillage sur une pièce.

9. Calibrage, Estampage et Moletage

Des pièces en fonte malléable, acier forgé, métaux pulvérisés, aluminium et autres métaux non ferreux ductiles sont couramment finies à l'épaisseur par compression, une opération appelée calibrage. Une matrice spéciale est nécessaire pour presque chaque travail, mais chaque pièce peut être calibrée en une fraction du temps d'usinage. Ainsi, le calibrage est économique partout où il est applicable dans les industries de haute production.

Des opérations comme le calibrage ont été appelées estampage, mais l'estampage implique plus véritablement l'impression et le relief d'images ou de caractères d'un poinçon et d'une matrice dans le métal. Le métal est amené à couler, et les dessins sur les côtés opposés d'une pièce estampée ne sont pas nécessairement liés comme dans le gaufrage. La monnaie est probablement le produit le plus connu de l'estampage.

Le moletage ou moletage par moyeu est une méthode de fabrication de moules pour les industries du plastique et de la fonderie sous pression. Un poinçon appelé le molet ou moyeu, est usiné à partir d'acier à outils à la forme de la cavité, traité thermiquement pour la dureté, et poli. Il est ensuite pressé dans un blanc d'acier mou pour former le moule. Un avantage premier de cette méthode est qu'un molet correctement appliqué peut faire un certain nombre de cavités dans un moule ou dans une série de moules. Le calibrage, l'estampage, le moletage, etc., sont illustrés dans la Fig. 7.16

Différence entre travail à chaud et travail à froid

TRAVAIL À CHAUD	TRAVAIL À FROID
1. La technique de déformation plastique d'un métal au-dessus de sa température de recristallisation est connue sous le nom de travail à chaud.	1. La technique de renforcement d'un métal par déformation plastique à des températures inférieures à la température de recristallisation est connue sous le nom de travail à froid ou écrouissage.
2. Le travail à chaud est effectué à des températures supérieures à la température de recristallisation du métal.	2. Le travail à froid est effectué à des températures inférieures à la température de recristallisation du métal.
3. Il n'y a pas de contraintes internes ou résiduelles dans le métal lorsqu'il est travaillé à chaud.	3. Des contraintes internes et résiduelles se développent dans le métal pendant le travail à froid.
4. Dans le travail à chaud, le métal est déformé et récupéré en même temps.	4. Dans le travail à froid, il n'y a pas de récupération significative du métal.
5. Le travail à chaud peut être utilisé pour éliminer les fissures ou les pores.	5. Le travail à froid cause la propagation des fissures et l'apparition de nouvelles fissures.
6. Après le travail à chaud, l'homogénéité du métal est extrêmement élevée.	6. Après le travail à froid, l'homogénéité du métal est faible.

Avantages du travail à froid

• La procédure de travail à froid resulta en une finition de surface lisse.
• Cela résulte en une dimension précise des pièces.
• Il améliore la résistance et la dureté du métal tout en diminuant sa ductilité.
• Parce que cette procédure est effectuée sans l'utilisation de chaleur, aucun oxyde n'est formé sur la surface, ce qui donne une surface lisse.
• Cette méthode est principalement utilisée pour la production de masse.
• Le défaut dans ce processus est facilement détectable et réparable.
• Parce que la résistance à la traction, la limite d'élasticité et la ductilité sont améliorées, la résistance à la rouille est réduite
• Prévient la perte de métal due à la corrosion.
• Il n'est pas nécessaire de chauffer le métal.
• Cela économise de l'argent car il ne nécessite pas de chauffage.
• L'écrouissage se produit.

Inconvénients du travail à froid

• Le travail à froid nécessite une surface propre et lisse.
• Les métaux fragiles ne peuvent pas être correctement travaillés à froid.
• Il faut plus de force pour commencer et finir le travail.
• Il nécessite des machines plus puissantes.
• La quantité maximale de déformation qui peut être donnée est limitée par la capacité de la presse et du marteau en raison de la limite d'élasticité plus élevée et de la faible ductilité.

Applications du travail à froid

1. Le travail à froid est utilisé pour fabriquer une variété de produits dans des industries telles que les grandes tôles plates, les tubes métalliques, les têtes de vis, les joints rivetés, et bien plus encore.

2. Il est utilisé dans une variété d'industries, y compris l'aviation, le fer et l'acier, l'automobile, et ainsi de suite.

3. Il est le plus couramment utilisé avec des métaux ductiles.

4. Ce processus est également utilisé après le travail à chaud des métaux car il fournit une finition lisse et de la résistance.

5. De multiples produits sont produits grâce à l'utilisation de diverses méthodes de travail à froid telles que le cisaillement, le laminage à froid et l'extrusion à froid.

Quel est le but du travail à froid ?

Le travail à froid désigne le processus de renforcement du métal en changeant sa forme sans l'utilisation de chaleur. Soumettre le métal à ce stress mécanique cause un changement permanent dans la structure cristalline du métal, causant une augmentation de la résistance.

Cela renforce les matériaux par un processus appelé écrouissage (ou durcissement par travail). C'est lorsque un métal ductile devient plus dur et plus résistant lorsqu'il est déformé plastiquement. Le coût de ce renforcement est une réduction de la ductilité.

Questions fréquemment posées

Le travail à froid du métal augmente

1. Limite d'élasticité
2. Résistance à la traction
3. Dureté
4. Tous les éléments ci-dessus

Bonne réponse est 4. Tous les éléments ci-dessus

Explication :- L'écrouissage est ce qui se produit dans les processus de travail des métaux qui induisent intentionnellement une déformation plastique pour obtenir un changement de forme. Ces processus sont connus sous le nom de travail à froid ou formage à froid. Le travail à froid du métal augmente la dureté, la limite d'élasticité et la résistance à la traction

Ce que le travail à froid augmente

1. Ductilité
2. Résistance à l'impact
3. Pourcentage d'allongement
4. Résistance à la fatigue

Bonne réponse est 4. Résistance à la fatigue

La plupart du temps, le formage à froid est effectué à température ambiante et les matériaux utilisés sont Aciers à bas et moyen carbone, aciers faiblement alliés, cuivre et alliages légers, Titane et béryllium.

Le travail à froid de l'acier est défini comme un travail

1. À sa température de recristallisation
2. Au-dessus de sa température de recristallisation
3. En dessous de sa température de recristallisation
4. Aux deux tiers de la température de fusion du métal

Réponse : Option 3

Lequel des éléments suivants n'est pas amélioré par le travail à froid des métaux ?

1. Dureté
2. Ténacité
3. Finition de surface
4. Résistance à la corrosion

Réponse : 4. Résistance à la corrosion

Le travail à froid du métal est accompli à

1. En dessous de la température de recristallisation
2. En dessous de la température de recristallisation
3. Température de recristallisation
4. N'importe lequel des ci-dessus

Réponse : 1. En dessous de la température de recristallisation