Article de référence | Réf : M3026 v1

Essais en rétreint
Formage à grande vitesse - Lubrification et frottement

Auteur(s) : Marc MANTEL, Christophe VACHEY

Date de publication : 10 mars 2006

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RÉSUMÉ

La maîtrise du procédé de formage à grande vitesse impose la connaissance des paramètres de frottement, qui peuvent selon le cas s’avérer favorable ou défavorable à la mise en forme. Dans le laminage, il permet à l’outil d’entraîner le matériau ; par contre, dans l’usinage ou le tréfilage, ce frottement, responsable de défauts de surface des pièces, est réduit au maximum. Sur la base des lois de frottement et de la loi de comportement du matériau, il est possible d’établir une méthodologie permettant de déterminer un coefficient de frottement entre un outil et un matériau, ceci pour différents lubrifiants et types de sollicitations.

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Auteur(s)

  • Marc MANTEL : Docteur en métallurgie, Responsable du Département Mise en forme des aciers au Centre de Recherches d’Ugitech

  • Christophe VACHEY : Département Mise en forme des aciers du Centre de Recherches d’Ugitech

INTRODUCTION

Ce document doit se lire à la suite du dossier qui traite de la détermination d’une loi de comportement par simulation numérique.

La connaissance des paramètres de frottement est fondamentale pour la maîtrise de l’opération de formage à grande vitesse. Le rôle du frottement dans les procédés de mise en œuvre à grande vitesse peut être positif ou négatif. Lorsque l’un des outils est moteur, comme dans le laminage, alors le frottement est nécessaire pour engager et entraîner le produit dans l’emprise. Lorsque l’outil n’est pas moteur comme pour le tréfilage ou l’usinage, alors le frottement est parasite et il entraîne une augmentation des efforts et de la température de l’outil, des défauts de surface voire la rupture du produit pour le tréfilage, ainsi qu’une usure accélérée de l’outillage. Nous décrivons une méthodologie pour déterminer un coefficient de frottement entre un outil et un matériau pour différents lubrifiants et types de sollicitation. En utilisant la loi de comportement du matériau, ainsi qu’une loi de frottement, et en soumettant le matériau à des essais rhéologiques proches des conditions de formage, on peut déterminer le coefficient de frottement en simulant par un calcul numérique l’essai de déformation.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m3026


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11. Essais en rétreint

Le rétreint est une opération de mise en forme qui permet de diminuer le diamètre initial du lopin. Cette opération est couramment utilisée pour produire le fût des vis et des boulons. Lors de cette opération, la surface du lopin est fortement sollicitée, et les conditions de lubrifications sont particulièrement mises en évidence. Nous avons donc développé cet essai pour classer les revêtements et les huiles utilisés en frappe à froid. Pour cet essai, nous utilisons la masse tombante décrite précédemment avec le montage de la figure 16. Ce montage permet de pratiquer un rétreint avec différentes réductions suivant la sévérité souhaitée. Nous avons choisi un exemple dans lequel des lopins d’acier inoxydable EN 1.4307 (X2CrNi 18-9), ou AISI 304L, sont passés dans cette filière de rétreint avec les paramètres suivants :

  • énergie de frappe 87 J ;

  • vitesse de l’impacteur 3,15 m/s ;

  • rétreint de 5,13 mm à 4,4 mm (26,4 % de réduction sur le diamètre).

L’instrumentation de la masse tombante nous permet d’enregistrer l’effort au cours de ce rétreint (figure 17).

Ce test étant très sensible à la lubrification, on obtient des longueurs extrudées notoirement différentes en fonction de la qualité des huiles utilisées (figure 18).

Un logiciel d’analyse nous permet ensuite de calculer une valeur moyenne que l’on pourra reporter dans un graphique donnant l’effort en fonction de la longueur extrudée (figure 19).

Cet essai peut être complété par des examens MEB (figure 20), afin de mettre en évidence des absences de revêtement ou de produits lubrifiants après le rétreint, caractérisant ainsi l’adhérence de ces produits. Ce dernier point pouvant être important lors d’un process multipostes.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - FELDER (E.) -   Le contact métal-outil en mise en forme des métaux.  -  Séminaire organisé à Sophia Antipolis (France), 22-26 mai 1989.

  • (2) - GEORGES (J.M.) -   Frottement, usure et lubrification.  -  CNRS et Eyrolles Éd. (2000).

  • (3) - SCHEY (J.A.) -   Friction, Lubrification and wear.  -  Tribology in metal working, American Society for metals, Metals Park, Ohio 44073 USA (1983).

  • (4) - GAVRUS (A.) et al -   Identification of the friction coefficients directly from a forging process.  -  Euromech 435, Valenciennes, France, 18-20 juin 2002.

  • (5) - BAY (N.) et al -   An empirical model for friction in cold forging, Friction and wear in metal forming.  -  Euromech 435, Valenciennes, France, 18-20 juin 2002.

  • (6) - OUDIN (J.), RAVALARD (Y.) -   Contribution à la détermination des lois de comportement des métaux...

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