Comprendre les Procédés de Tréfilage : Fil, Barre et Tube Expliqués

Tréfilage / Étirage (Drawing : Wire, Rod, Tube Drawing)

Le tréfilage (drawing) est un procédé de formage à froid par traction où une barre, un fil ou un tube est tiré à travers une filière (die) de section inférieure, réduisant la section transversale et augmentant la longueur. Contrairement à l'extrusion (poussée compressive), le tréfilage sollicite le matériau en traction pure. C'est la méthode universelle pour produire fils, câbles, barres de précision, tubes de précision, profilés longs à section constante.

Exigences matériau

• Ductilité suffisante pour supporter déformation traction sans rupture.
• Résistance à la traction élevée (pour transmettre effort de tirage).
• Propreté surface : ébarbage, décapage (pickling acide), exempt d'écailles, rouille, huiles.
• Lubrification adaptée : phosphate + savon (acier), sulfitage, cuivrage, étamage, huile, graisse, polymères.

Types de tréfilage

Tréfilage de fil (Wire Drawing)

Fil = section circulaire < 5-6 mm, flexible, enrouleable. Processus continu multi-passes : fil traverse série de filières (dies) à diamètres décroissants (boîte à filières / draw bench ou machine continue multi-filières / bull block). Réduction par passe < 45% (aire). Filières : carbure tungstène (TC), diamant (PCVD), acier rapide. Lubrification : bains savon/secs (sec), huiles/émulsions (mouillé). Produits : fils électricité (Cu, Al), câbles, ressorts, clous, grillage, soudure, filaments.

Tréfilage de barre (Rod / Bar Drawing)

Barre = section > 5-6 mm, rigide, non enrouleable. Machine à tiroir (draw bench) : chaîne/traction (chaîne, câble, rack-pignon) tire barre à travers filière unique. Barre pointée (pointe réduite) pour entrée filière. Après passe : coupe en longueurs. Réduction plus forte possible (jusqu'à 50-60% aire) mais moins de passes. Barres précision (tolérance h9-h11, Ra 0,4-1,6 µm) pour usinage direct (vis, axes, goujons).

Tréfilage de tube (Tube Drawing)

Tube = section creuse. Nécessite mandrin (mandrel / plug) à l'intérieur pour contrôler Diamètre Intérieur (DI) et épaisseur paroi. Configurations :

• Mandrin fixe (Plug drawing) : Mandrin fixe dans filière. Réduction DE + DI simultanée. Bon contrôle DI/épaisseur. Longueur limitée (frottement mandrin).
• Mandrin flottant (Floating plug) : Mandrin libre, entraîné par métal. Tubes longs. Moins bon contrôle DI.
• Mandrin mobile / traîné (Moving mandrel) : Mandrin attaché à tige, tiré avec tube. Longs tubes, bon contrôle.
• Sans mandrin (Tube sinking / Free drawing) : Réduction DE seulement. DI non contrôlé (augmente). Tubes minces, précision moindre.

Produits : tubes précision hydraulique, instrumentation, échangeurs, médical, aéronautique (Ti, Inconel).

Processus de travail (chaîne complète)

1. Produit de départ : fil machine / barre laminée à chaud / tube laminé/extrudé.
2. Pointage (pointing) : réduction extrémité (martelage, laminage, tournage) pour entrée filière.
3. Nettoyage / Décapage : bain acide (pickling HCl/H₂SO₄ + inhibiteur) → élimine calamine, oxydes. Rinçage.
4. Revêtement lubrifiant : Phosphatation (Fe/Zn/Mn phosphate) + savon (standard acier) ; Sulfitage (Cu, Ni) ; Cuivrage/Étainage (haute résistance, Al) ; Polymères secs.
5. Tréfilage : passage filières successives (wire) ou tiroir unique (rod/tube). Recuits intermédiaires (recuit mou, recuit globulariation) si écrouissage excessif → restauration ductilité.
6. Traitement final : recuit final (détente), redressage, coupe, contrôle, emballage.

Applications

• Fils électriques : Cu-ETP, Al (lignes HT, enroulements, câbles).
• Fils soudure, brasage, electrode.
• Ressorts (fil à ressort, piano wire, Inox).
• Câbles, cordages, élingues.
• Barres usinage : aciers à décolletage, inox, laiton, Al (axes, vis, goujons).
• Tubes précision : hydraulique (E235, E355), instrumentation, médical (inox, Ti), aéro (Ti, Ni).
• Profils spéciaux : sections non circulaires (filage forme).

Avantages du tréfilage

• Précision dimensionnelle et géométrique exceptionnelle (tolérances serrées, rondeur, concentricité).
• État de surface supérieur (Ra 0,1-0,8 µm).
• Propriétés mécaniques orientées (écrouissage, texture fibres longitudinales) → Rm, Re, fatigue ↑.
• Longueurs continues illimitées (fil) / grandes longueurs (barres, tubes).
• Rendement matière élevé (pas de copeaux, seulement pointes).
• Grande variété matériaux, sections, dimensions.

Limites

• Déformation limitée par ductilité / écrouissage → recuits intermédiaires coûteux (temps, énergie, oxydation).
• Force de tirage limitée par résistance traction matière → sections max limitées.
• Frottement matrice/pièce → usure filières, hétérogénéité déformation, défauts surface.
• Coût outillage (filières TC/diamant, mandrins) et maintenance.
• Non adapté aux formes variables / sections changeantes / pièces 3D.

Le tréfilage est le procédé de référence pour les produits longs de précision à section constante. Son intégration en ligne continue (laminage → décapage → phosphatation → tréfilage multi-passes → recuit → bobinage) atteint des productivités massives (tonnes/heure) pour les fils standards.