Opérations de forgeage expliquées : Types, méthodes, avantages et points clés

Dans cet article, nous allons discuter de ce qu'est le forgeage ? Comment cela fonctionne ? Types de forgeage, Opérations, Avantages, Inconvénients, et plus.

Qu'est-ce que les opérations de forgeage ?

Les opérations de forgeage sont les opérations qui sont utilisées pour donner la forme désirée à tout travail de métal en le chauffant ou en le refroidissant, puis en le frappant soit avec un marteau.

Qu'est-ce que le forgeage ?

Le forgeage est un procédé de fabrication qui consiste à mettre en forme le métal avec des forces de compression localisées. Les coups sont portés avec un marteau ou une matrice. Le forgeage est fréquemment classé selon la température à laquelle il est effectué : forgeage à froid, forgeage à tiède, ou forgeage à chaud.

Méthode de forgeage

Les petits travaux de forgeage peuvent être faits en les frappant avec un marteau, mais les gros travaux de forgeage ne peuvent être faits que par des machines. Il y a trois méthodes de forgeage.

1. Forgeage à la main
2. Forgeage au marteau-pilon (Drop forging)
3. Forgeage mécanique ou forgeage par machine

1. Forgeage à la main

Le forgeage à la main ou forgeage d'artisan est le processus de mise en forme d'une pièce en la frappant avec un marteau. Le forgeage à la main n'est employé que pour façonner un petit nombre de forgages légers, principalement dans les ateliers de réparation. Le forgeage à la main a, ces dernières années, été remplacé par le forgeage mécanique.

2. Forgeage au marteau-pilon

Le forgeage au marteau-pilon est le processus de mise en forme du métal et d'augmentation de sa résistance. Dans la plupart des forgeages, une matrice supérieure est forcée contre une pièce chauffée positionnée sur une matrice inférieure stationnaire. Si la matrice supérieure ou le marteau est laissée tomber, le processus est connu sous le nom de forgeage au marteau-pilon.

3. Forgeage mécanique

Le Forgeage Mécanique est un procédé de fabrication qui résulte en la mise en forme du métal en utilisant une force calculée. Le forgeage est exécuté avec un marteau mécanique ou une matrice pendant le processus de mise en forme pour produire le design intentionnel de l'objet métallique forgé.

Opérations de forgeage d'artisan

Un certain nombre d'opérations sont utilisées pour changer la forme de la matière première à la forme finie. Les opérations de forgeage typiques sont :

1. Opération de refoulement (Upsetting)
2. Opération d'étirage (Drawing down)
3. Opération de rabattage (Setting down)
4. Opération de cintrage (Bending)
5. Opération de soudage (Welding)
6. Opération de coupe (Cutting)
7. Opération de poinçonnage (Punching)
8. Opération de rainurage (Fullering)

Toutes ces opérations sont effectuées avec le métal dans un état chauffé, qui doit être maintenu en prenant une « nouvelle chaleur » lorsque le travail montre des signes de refroidissement.

1. Opération de refoulement (Upsetting)

Le refoulement ou le matriçage est le processus d'augmentation de l'épaisseur d'une barre au détriment de sa longueur et est provoqué par une pression d'extrémité. La pression peut être obtenue en frappant l'extrémité de la barre contre l'enclume, en la supportant sur l'enclume et en frappant avec le marteau, en la plaçant dans un trou de bloc de matriçage et en frappant avec le marteau ou en la serrant dans un étau et en martelant ensuite

La Fig. 8.6 (a) montre l'effet de coups de marteau lourds sur une barre uniformément chauffée ; (b) montre l'effet de coups de marteau comparativement légers. Des refoulements localisés peuvent être obtenus comme montré en (C) et en (d) en chauffant seulement l'extrémité ou le milieu de la barre.

2. Opération d'étirage ou de matriçage (Drawing Down or Swaging)

C'est le processus d'augmentation de la longueur d'une barre au détriment de sa largeur ou de son épaisseur ou des deux. Dans la Fig. 8.7, A, B et C illustrent cette opération. A représente le brin original, B montre le brin après martelage avec un marteau à panne droite ou avec un matriçage supérieur et une masse, et C montre le forgeage fini après l'utilisation de l'aplatissoir.

3. Opération de rabattage (Setting Down)

C'est une opération d'étirage ou de matriçage localisée comme illustré en D dans 8.7. En d'autres termes, on peut dire que c'est le processus d'amincissement localisé effectué par le matriçage supérieur ou le matriçage. Habituellement, le travail est rainuré à l'endroit où le rabattage commence. Dans la Fig. 8.7, E montre le processus de rabattage des deux bords d'une barre en utilisant le matriçage supérieur et inférieur et F illustre comment l'aplatissoir peut être utilisé près d'une épaule.

4. Opération de poinçonnage (Punching)

C'est le processus de production de trous, généralement cylindriques, en utilisant un poinçon chaud sur le trou de la matrice de l'enclume, sur une matrice cylindrique, ou sur un trou de la taille correcte dans le bloc de matriçage. La Fig. 8.8 montre les étapes du poinçonnage d'un trou.

5. Opération de cintrage (Bending)

Le cintrage est une opération de forgeage importante et très fréquemment utilisée. Cela peut être classé comme angulaire ou curviligne. Le cintrage peut être fait sur le bord de la face de l'enclume, sur le bec de l'enclume, dans des formes spéciales telles que les bords du bloc de matriçage, ou pour les barres, en insérant l'extrémité dans le trou de la matrice et en cintrant la barre avec une clé ou une pince.

6. Opération de soudage ou de fermeture (Welding or Shutting)

C'est peut-être l'opération de forgeage principale effectuée par l'artisan. Le métal qui reste pâteux sur une large gamme de température est le plus facilement soudé, et à cet égard, le fer forgé et l'acier doux ont un certain avantage sur les autres métaux. La première condition essentielle à la production d'une soudure saine est que les surfaces en contact doivent être parfaitement propres, à la fois mécaniquement et chimiquement, afin que la cohésion ait lieu lorsque le métal est à l'état plastique.

Une protection pour le métal est un revêtement de fondant qui recouvre les surfaces du métal et, en excluant l'air, empêche l'oxydation. Les fondants couramment utilisés dans le soudage à la forge consistent en du sable de quartz pur, du borax calciné, ou un mélange de quatre parties de borax avec une partie de sal-ammoniac.

7. Opération de coupe (Cutting)

Le tronçonnage est une forme de cisaillage par laquelle une longue pièce de brin est coupée en plusieurs longueurs spécifiées, ou un forgeage est séparé (tronçonné) de son brin. Pour le cisaillage à chaud, l'acier doit être chauffé dans un foyer de forgeron ou un four à une chaleur rouge cerise clair, c'est-à-dire de 850 à 950°C. Lors de la coupe avec des ciseaux, les coups de marteau sont dirigés sur la tête du ciseau, qui doit être légèrement arrondie.

8. Opération de rainurage (Fullering)

En métallurgie, un matriçage (fuller) est un outil utilisé pour former le métal à chaud. Le matriçage a un nez arrondi, de forme cylindrique ou parabolique. Le rainurage ou l'étalement du métal est fait le long de la longueur de la pièce en travaillant sur des sections séparées. Dans ce cas, l'axe de la pièce est positionné perpendiculairement à la largeur de la matrice plate.

Dans ces opérations de forgeage, le matriçage est placé contre le brin de métal, et ensuite soit le matriçage (pour un matriçage supérieur) soit le brin (pour un matriçage inférieur) est frappé avec un marteau. Le nez arrondi du matriçage étale le métal plus efficacement que la face plate du marteau. Le processus laisse des crêtes dans le brin, qui peuvent ensuite être aplaties plus tard avec le marteau ou d'autres outils.

9. Opération de bordage (Edging)

Ce processus de forgeage implique de frapper ou de forcer la plaque de métal dans la forme désirée. La pièce est pressée contre deux bords de matrice.

Avantages des opérations de forgeage

• La résistance à la traction du métal est réduite, et il gagne la propriété de plasticité, nous permettant de façonner le métal selon nos spécifications.
• Les opérations d'étirage, de refoulement et de cintrage sont simplifiées par les propriétés de plasticité et de malléabilité.
• Un travail forgé est simple à finir car sa forme est presque complète et cela prend moins de temps.
• D'autres opérations d'usinage peuvent être facilement effectuées sur la pièce après le forgeage sur métal à la main.
• Il y a peu de gaspillage de métal.
• Le forgeage à chaud améliore la structure du métal.
• Sur le métal, il y a peu de place pour les contraintes et les fissures.

Inconvénients des opérations de forgeage

• Lorsque le métal est chauffé, l'oxydation se produit, ce qui nuit au métal.
• Les métaux fragiles sont incapables d'être forgés.
• Le processus de forgeage ne permet pas la finition.
• La taille des travaux a changé.

QCM sur les opérations de forgeage

1. Dans laquelle des opérations de forgeage suivantes aucun matrice spéciale n'est utilisée ?
a) Forgeage au marteau-pilon
b) Forgeage d'artisan
c) Estampage
d) Forgeage par presse

Réponse : b
Explication : Le forgeage d'artisan est aussi appelé forgeage à matrice plate et à matrice ouverte. Il inclut le large domaine du travail de forgeage produit entre des matrices à faces plates et éventuellement complété par des outils standards. La forme finale du forgeage dépend de l'habileté de l'artisan pour la taille et la forme. Les opérations de forgeage d'artisan produisent des pièces de moindre précision par rapport au forgeage à matrice d'empreinte ou fermée. L'outillage est simple, peu coûteux et permet la production d'une grande variété de formes.

2. Dans laquelle des opérations de forgeage suivantes le martelage répété et la matrice fermée sont-ils utilisés ?
a) Forgeage au marteau-pilon
b) Forgeage d'artisan
c) Estampage
d) Forgeage par presse

Réponse : a
Explication : Le forgeage au marteau est aussi appelé forgeage au marteau-pilon où un marteau frappe la pièce répétitivement pour la déformer. Il existe différents types de marteaux comme le marteau à gravité, le marteau à contre-coup et les marteaux à poudre.

3. Dans laquelle des opérations de forgeage suivantes, au lieu du martelage répété, une force progressive est appliquée ?
a) Forgeage au marteau-pilon
b) Forgeage d'artisan
c) Estampage
d) Forgeage par presse

Réponse : d
Explication : Le forgeage par presse est une variation du forgeage au marteau-pilon. Contrairement au forgeage au marteau-pilon, les presses travaillent lentement en appliquant une pression ou une force continue. La durée pendant laquelle les matrices sont en contact avec la pièce est mesurée en secondes (par rapport aux millisecondes des marteaux-pilons). L'opération de forgeage par presse peut être faite soit à froid, soit à chaud. L'avantage principal du forgeage par presse, par rapport au forgeage au marteau-pilon, est sa capacité à déformer la pièce complète.

4. L'estampage et le formage sont deux types spéciaux de quelle opération de forgeage ?
a) Refoulement
b) Presse
c) Moletage
d) Matriçage

Réponse : b
Explication : L'estampage est une opération sévère de compression du métal dans laquelle l'écoulement du métal se produit dans les couches supérieures du matériau et non à travers les valeurs. L'opération est réalisée dans des matrices fermées principalement dans le but de produire des détails fins tels que nécessaires dans la frappe de monnaies, et la fabrication de métaux ou de bijoux. Le blanc est maintenu dans la cavité de la matrice et une pression aussi élevée que cinq à six fois la résistance du matériau est appliquée. Selon les détails requis à estamper sur la pièce, plus d'une opération d'estampage peut être utilisée.

5. Laquelle des opérations de forgeage suivantes est utilisée pour des pièces ayant une section transversale uniforme ?
a) Refoulement
b) Presse
c) Moletage
d) Matriçage

Réponse : a
Explication : Dans le forgeage par refoulement, une barre de section transversale uniforme, généralement ronde, est maintenue entre des matrices rainurées, une pression est appliquée sur l'extrémité dans la direction de l'axe de la barre en utilisant un outil de matriçage qui étale l'extrémité par déplacement du métal.

6. Dans laquelle des techniques suivantes la mise en forme d'une section transversale de tubes ou de barres est faite au moyen d'impacts ou de coups répétés ?
a) Refoulement
b) Presse
c) Moletage
d) Matriçage

Réponse : d
Explication : Le matriçage est une technique de déformation mécanique de réduction ou de mise en forme de la section transversale de barres ou de tubes au moyen d'impacts ou de coups répétés.

7. Le matriçage est un type de quelle opération de forgeage ?
a) Perçage
b) Gaufrage
c) Refoulement
d) Estampage

Réponse : c
Explication : Un outil de matriçage ou un bélier est positionné perpendiculairement à la face d'extrémité sectionnée d'une barre ou d'un brin grippé dans une matrice. Sur application de pression, la longueur du brin est réduite, et le diamètre est augmenté (refoulement). Ce procédé de fabrication est largement utilisé dans la production de fixations, pour former des têtes de boulons, des têtes de vis, etc.

8. Dans le matriçage, pour éviter le flambage, le rapport longueur/diamètre devrait être ?
a) 1:3
b) 2:3
c) 3:1
d) 2:1

Réponse : c
Explication : Le flambage est caractérisé par une défaillance latérale soudaine d'un élément structurel soumis à une contrainte de compression élevée, où la contrainte de compression au point de défaillance est inférieure à la contrainte de compression ultime que le matériau est capable de supporter. Dans le forgeage par refoulement, le rapport d'aspect (rapport longueur/diamètre) devrait être de 3:1.

9. Quelle opération est utilisée pour faire des figures en relief sur des tôles avec leur relief correspondant de l'autre côté ?
a) Forgeage par laminage
b) Gaufrage
c) Estampage
d) Matriçage

Réponse : b
Explication : Le gaufrage est une opération dans laquelle la tôle est étirée à faible profondeur avec des matrices mâle et femelle correspondantes. L'opération est réalisée principalement dans le but de rigidifier des panneaux plats. L'opération est aussi parfois utilisée pour fabriquer des articles de décoration comme des plaques d'immatriculation ou des plaques nominatives, des bijoux, etc. L'opération de gaufrage avec deux matrices permet de produire des lettres, chiffres et dessins sur des pièces en tôle.

10. Laquelle des opérations suivantes est utilisée pour faire des billes de roulement ?
a) Laminage oblique
b) Forgeage par laminage
c) Forgeage par presse
d) Refoulement

Réponse : a
Explication : Un type spécial, le laminage oblique, est utilisé pour fabriquer des billes d'acier pour broyage, des ébauches de billes de roulement.

11. Dans l'opération de forgeage, le rainurage est fait pour :
a) Étirer le matériau
b) Cintrage le matériau
c) Refouler le matériau
d) Extruder le matériau.

Réponse : a
Explication : Le rainurage est fait pour étirer le matériau. Dans le rainurage, le matériau est distribué loin de la zone de forgeage. Le rainurage est le processus de réduction de la section transversale de la pièce ou d'allongement d'une préparation du brin en préparation pour l'opération subséquente. En d'autres termes, le rainurage est fait pour réduire la section transversale et augmenter la longueur.

C'étaient les différents types d'opérations de forgeage qui sont effectuées dans l'industrie. J'espère que l'article vous a plu. Merci de donner votre avis dans la section commentaires ci-dessous.