Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Parmi les techniques permettant de maîtriser le frottement, l’adhésion et l’usure entre deux corps, la lubrification reste la plus fréquente et la plus anciennement pratiquée. Après présentation des principes généraux de la lubrification, cet article expose les modalités spécifiques de la lubrification dans les procédés de mise en forme. Le lubrifiant possède un rôle déterminant dans la réussite de l’opération, son choix doit donc obéir à certaines règles. Défaut de remplissage, propriétés mécaniques non atteintes, rugosité excessive, défauts de surface, outil rapidement hors tolérances… sont parmi les conséquences d’une mauvaise lubrification.
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Éric FELDER : Ingénieur Civil des Mines de Paris - Docteur ès Sciences - Maître de Recherches Groupe Surfaces et Tribologie CEMEF (Centre de Mise en Forme des Matériaux) UMR 7635 CNRS – École des Mines de Paris
INTRODUCTION
Le but de ce dossier est de présenter les modalités spécifiques de la lubrification des procédés de mise en forme des métaux. Ces aspects sont en pratique extrêmement importants : en effet, le choix du lubrifiant et sa mise en œuvre conditionnent directement le succès de l'opération de mise en forme. De mauvaises conditions de lubrification peuvent conduire à :
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un non-respect des dimensions du produit (défaut de remplissage des outils, incapacité de la machine de formage à fournir l'énergie ou la force nécessaire pour former totalement le produit du fait d'un frottement excessif…) ;
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conférer au produit un mauvais état de surface (rugosité excessive, défauts de surface type rayures, incrustations…) ou de mauvaises propriétés mécaniques (endommagement interne ou superficiel) ;
-
engendrer une usure rapide de l'outil qui fait sortir le produit de ses tolérances dimensionnelles et oblige à réparer ou rebuter l'outil ;
-
dans les cas extrêmes, conduire à la rupture de l'outil ou de la pièce.
Dans ce dossier, nous présentons les principes généraux de la lubrification, puis les règles à respecter dans le choix du lubrifiant selon le procédé.
Cet exposé sur la lubrification lors de la mise en forme fait l'objet de plusieurs dossiers :
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« Lubrification en mise en forme. Frottement et usure : caractérisation » [M 3 016] ;
-
« Lubrification en mise en forme. Régime de lubrification par films épais » [M 3 017] ;
-
« Lubrification en mise en forme. Régime de lubrification mixte » [M 3 018].
La fiche documentaire [Doc. M 3 015] fournit les modalités courantes de lubrification des principaux procédés de mise en forme des alliages métalliques usuels. Enfin, les dossiers consacrés aux lubrifiants [BM 5 340] [BM 5 341] [BM 5 343] [BM 5 344] et [BM 7 065] de la base documentaire « Génie mécanique » contiennent un ensemble d'informations pratiques (fournisseurs, nature précise…) sur ces principaux lubrifiants.
Le lecteur pourra consulter utilement les dossiers spécialisés de la rubrique « Mise en forme » de la base documentaire « Matériaux métalliques ». Une présentation plus détaillée des aspects scientifiques est faite en [1] et pour le laminage en [2] ; le lecteur pourra également se reporter à la référence [3].
L'expertise technique et scientifique de référence
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Présentation
Règles de formulation du lubrifiant en fonction du procédé de mise en forme
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1. Généralités sur la lubrification
L'expérience quotidienne nous offre maints exemples de frottement, d'adhésion et d'usure entre corps solides : il faut exercer une force non négligeable pour faire glisser un meuble de poids élevé sur le plancher et ainsi vaincre le frottement des pieds du meuble sur le plancher ; le démoulage après cuisson d'une tarte ou d'un gâteau peut s'avérer problématique du fait de l'adhésion entre la pâte et le moule si celui-ci n'a pas été correctement beurré au préalable ; c'est l'usure de la mine de crayon (et l'adhésion du graphite au papier) qui permet d'écrire sur une feuille de papier. La mise en forme des métaux pose des problèmes similaires :
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en tréfilage, un frottement fil-filière excessif provoque la rupture du fil ;
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en forgeage à chaud entre matrices profondes, la pièce formée peut rester collée à l'une des matrices.
Le praticien observe couramment une évolution marquée de son outillage (et du produit) induite par son usure d'abord à l'échelle fine de sa rugosité (brillantage des cylindres de laminage à froid), voire en durée prolongée à l'échelle macroscopique (creusement des cordons de bavure des matrices de forge à chaud ou des portées de filière de filage à chaud).
Parmi les techniques permettant de maîtriser le frottement, l'adhésion et l'usure entre deux corps, la lubrification est certainement la plus courante et la plus anciennement pratiquée. Elle consiste à intercaler entre les deux corps un troisième corps de faible cission (propre à minimiser le frottement et l'usure) et (ou) de contrainte de rupture faible (propre à minimiser l'adhésion).
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Le choix du lubrifiant est un problème crucial dans beaucoup de procédés de mise en forme, comme le démontrent deux exemples « historiques ».
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Durant la Seconde Guerre mondiale, les Allemands disposaient de peu d'éléments d'alliage permettant le durcissement par traitement thermique des pièces d'armement en acier mises en forme par forgeage à chaud et usinage. Ils ont trouvé une solution en inventant le procédé de phosphatation-savonnage qui minimise le frottement en formage à froid : un tel mode de lubrification permet de fabriquer ces pièces par forgeage à froid et l'écrouissage correspondant confère à la pièce dénuée d'éléments de durcissement structural la dureté requise....
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Généralités sur la lubrification
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FELDER (E.), DELAMARE (F.) - Tribologie de la mise en forme des métaux. - Cours Mastère Matériaux et Mise en Forme – CEMEF, École des Mines de Paris, Sophia Antipolis, 392 p. (1996-2004).
-
(2) - FELDER (E.) - Interactions métal-cylindres en laminage. - Cahiers CESSID, 85-171, Maizières-lès-Metz, 166 p. (1985).
-
(3) - SCHEY (J.A.) - Tribology in metalworking – Friction lubrication and wear. - American Society for metals. Metals Park, Ohio, 736 p. (1983).
-
(4) - FRENE (J.), NICOLAS (D.), BERTHE (D.), DEGUEURCE (M.), GODET (M.) - Lubrification hydrodynamique : Paliers et Butées. - Eyrolles, Paris (1988).
-
(5) - MASSIN (M.) - La lubrification des micromécanismes par les polymères silicones in Polymères et Lubrification. - CNRS, no 233, Paris, p. 95 (1975).
-
(6) - SAKURAI...
ANNEXES
(liste non exhaustive)
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Sites généraux sur la productique et la mise en forme
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Annuaires généraux de sociétés proposant des lubrifiants pour la mise en forme
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Sites de sociétés proposant des lubrifiants pour la mise en forme
Acheson Company http://www.achesonindustries.com
Castrol International http://www.castrol.com
Chemetall Foote Corporation http://www.chemetall.com/
Chemtool Inc./Metalcote http://www.chemtool.com
Condat Corporation http://www.condatcorp.com
Fuchs Lubricants Company http://www.fuchs.com
Fuchs http://www.fuchs-oil.de
HEF, France http://www.hef.fr/
Houghton International Inc. http://www.houghtonintl.com
Kluber Lubrication http://www.kluber.com
Metal...
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