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Auteur(s)
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Marcel GAUCHERON : Directeur technique du SNEF (Syndicat national de l’estampage et de la forge) - Professeur de forge au lycée Marie-Curie de Nogent-sur-Oise
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Lire l’articleINTRODUCTION
La mise en forme de l’acier par déformation plastique à chaud est un procédé industriel d’obtention de pièces mécaniques, aussi appelé : forge par estampage. Il est utilisé aussi bien en petites qu’en moyennes et qu’en très grandes séries de pièces, dont la masse peut varier de quelques grammes à plusieurs centaines de kilogrammes.
La pièce ainsi fabriquée porte le nom « d’avant-produit », ce qui la situe entre les « demi-produits » fabriqués en sidérurgie (par exemple les blooms, les barres ou les billettes) et les « produits » prêts à être montés dans un sous-ensemble ou un ensemble mécanique (par exemple une bielle dans un moteur thermique ou un pignon dans une boîte de vitesse).
Le tableau A est un état comparatif des différents procédés.
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Aspects métallurgiques1. Aspects mécaniques et économiques
La fabrication consiste à chauffer à haute température, environ 1 250 C, un morceau de demi-produit d'une géométrie bien déterminée, appelé « lopin », puis de le placer entre des outillages appelés « matrices », dans lesquels est usinée en creux une « gravure » qui représente exactement la forme de l'avant-produit brut à obtenir.
Une machine-outil d'estampage agissant par choc ou par pression exerce sur les outillages une force telle que le lopin est contraint d'épouser les formes de la gravure. Généralement, sur la périphérie de la gravure, dans l'outillage on usine aussi un cordon de matrice qui va former à la périphérie de la pièce estampée, un « cordon de bavure ». Cette bavure permet la maîtrise de la géométrie de la pièce finie et le cordon, qui ceinture la pièce, est ôté, le plus souvent à chaud, par cisaillage sur une machine-outil annexe appelée « presse d'ébavurage ».
La pièce brute ébavurée peut subir un traitement thermique qui lui est appliqué en fonction des caractéristiques mécaniques à obtenir. Le parachèvement est souvent composé d'un grenaillage et d'un calibrage à froid.
1.1 Définition
Pour faire de la déformation plastique, il faut que l’effort exercé sur le lopin engendre dans la pièce un état de contrainte vérifiant le critère de plasticité, à savoir que la contrainte généralisée soit égale à la contrainte d’écoulement du métal.
Selon la mythologie, Vulcain a été le premier forgeron à découvrir que le fait de chauffer le métal facilitait sa mise en forme.
La figure 1 montre l'évolution de la contrainte d'écoulement, de la quantité limite de déformation et de la perte au feu, en fonction de la température.
Il faut bien entendu que l'effort exercé soit inférieur à la limite d’élasticité de l'outillage. C'est le lopin qui doit être mis en forme dans l'outillage et non l'inverse.
Le lopin subit une déformation plastique plus une déformation élastique, ainsi qu'un retrait et une contraction lors de son refroidissement ; tandis que la gravure de l'outillage ne subit qu'une déformation élastique et une petite dilatation due à l'échauffement pendant...
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