Le forgeage désigne l'ensemble des procédés de forgeage et d'estampage. Il s'agit d'une méthode de mise en forme qui utilise le marteau, l'enclume et le poinçon d'une machine à forger ou d'un moule pour exercer une pression sur l'ébauche afin de provoquer une déformation plastique et obtenir des pièces de la forme et des dimensions requises.
Qu'est-ce que le forgeage ?
Lors du forgeage, l'ébauche subit une déformation plastique importante et un écoulement plastique relativement élevé. À l'inverse, lors de l'emboutissage, la pièce est formée principalement par modification de la position spatiale de ses différentes parties, sans écoulement plastique important à l'intérieur de celle-ci. Le forgeage est principalement utilisé pour la fabrication de pièces métalliques. Il peut également servir à la transformation de certains matériaux non métalliques, tels que les plastiques techniques, le caoutchouc, la céramique, les briques et les matériaux composites.
Le laminage, l'étirage, etc., utilisés dans les industries de la forge et de la métallurgie, relèvent tous de la transformation plastique ou sous pression. Toutefois, le forgeage sert principalement à la production de pièces métalliques, tandis que le laminage et l'étirage sont surtout utilisés pour la fabrication de matériaux métalliques d'usage courant tels que les plaques, les bandes, les tubes, les profilés et les fils.
Classification du forgeage
Le forgeage est principalement classé selon la méthode de mise en forme et la température de déformation. Selon la méthode de mise en forme, on distingue deux catégories : le forgeage et l’emboutissage. Selon la température de déformation, on distingue le forgeage à chaud, le forgeage à froid, le forgeage tiède et le forgeage isotherme, entre autres.
1. Forgeage à chaud
Le forgeage à chaud est un forgeage effectué à une température supérieure à la température de recristallisation du métal. L'augmentation de la température permet d'améliorer la plasticité du métal, ce qui contribue à améliorer la qualité intrinsèque de la pièce et à réduire le risque de fissuration. Cependant, les hautes températures peuvent également diminuer la résistance à la déformation du métal et réduire la force de forgeage nécessaire.machines à forgerCependant, de nombreux procédés de forgeage à chaud présentent une faible précision et une surface irrégulière. De plus, les pièces forgées sont sujettes à l'oxydation, à la décarburation et aux brûlures. Le forgeage à chaud est utilisé lorsque la pièce est grande et épaisse, et que le matériau présente une résistance élevée et une faible plasticité (comme le cintrage par roulage de tôles très épaisses ou le tréfilage de barres d'acier à haute teneur en carbone).
Les températures de forgeage à chaud généralement utilisées sont les suivantes : acier au carbone 800~1250℃ ; acier de construction allié 850~1150℃ ; acier rapide 900~1100℃ ; alliage d'aluminium couramment utilisé 380~500℃ ; alliage 850~1000℃ ; laiton 700~ 900℃.
2. Forgeage à froid
Le forgeage à froid est un procédé de forgeage réalisé à une température inférieure à la température de recristallisation du métal. De manière générale, le forgeage à froid désigne le forgeage à température ambiante.
Les pièces formées par forgeage à froid à température ambiante présentent une grande précision dimensionnelle et de forme, des surfaces lisses, un nombre réduit d'étapes de fabrication et se prêtent bien à la production automatisée. De nombreuses pièces forgées et estampées à froid peuvent être utilisées directement comme pièces ou produits finis sans usinage. Cependant, lors du forgeage à froid, la faible plasticité du métal entraîne un risque de fissuration pendant la déformation et une résistance à la déformation élevée, ce qui nécessite des machines de forgeage de forte puissance.
3. Forgeage à chaud
Le forgeage à une température supérieure à la température normale, mais inférieure à la température de recristallisation, est appelé forgeage à chaud. Le métal est préchauffé à une température bien inférieure à celle du forgeage à chaud. Le forgeage à chaud offre une précision accrue, une surface plus lisse et une faible résistance à la déformation.
4. Forgeage isotherme
Le forgeage isotherme maintient la température de la pièce brute constante durant tout le processus de formage. Il permet d'exploiter pleinement la grande plasticité de certains métaux à température constante ou d'obtenir des structures et des propriétés spécifiques. Le forgeage isotherme exige le maintien du moule et de la pièce brute à température constante, ce qui engendre des coûts élevés et le réserve à des procédés de forgeage particuliers, comme le formage superplastique.
Caractéristiques du forgeage
Le forgeage permet de modifier la structure du métal et d'améliorer ses propriétés. Après forgeage à chaud, les défauts initiaux (porosités, microfissures, etc.) présents à l'état brut de coulée sont réduits ou soudés. Les dendrites initiales sont fragmentées, ce qui affine le grain. Simultanément, la ségrégation et la répartition hétérogène des carbures sont corrigées. La structure devient uniforme, permettant d'obtenir des pièces forgées denses, homogènes, fines, performantes et fiables. Après déformation par forgeage à chaud, le métal présente une structure fibreuse. Après déformation par forgeage à froid, le cristal du métal devient ordonné.
Le forgeage consiste à déformer plastiquement le métal pour lui donner la forme souhaitée. Le volume du métal reste constant après cette déformation sous l'effet d'une force extérieure, et le métal s'écoule toujours vers la zone de moindre résistance. En production, la forme de la pièce est souvent contrôlée selon ces principes afin d'obtenir des déformations telles que l'épaississement, l'allongement, l'expansion, le pliage et l'emboutissage profond.
La précision dimensionnelle des pièces forgées facilite la production en série. Les dimensions des moules utilisés pour le forgeage, l'extrusion et l'emboutissage sont précises et stables. Des machines de forgeage à haut rendement et des lignes de production automatisées permettent une production en série spécialisée ou de grande envergure.
Les machines de forgeage couramment utilisées comprennent les marteaux de forgeage,presses hydrauliquesLes presses mécaniques et les presses à percussion sont deux types de presses. Le marteau de forgeage, grâce à sa grande vitesse d'impact, favorise la déformation plastique du métal, mais génère des vibrations. La presse hydraulique, quant à elle, utilise le forgeage statique, idéal pour forger le métal en profondeur et améliorer sa structure. Son fonctionnement est stable, mais sa productivité est faible. Enfin, la presse mécanique, à course fixe, se prête facilement à la mécanisation et à l'automatisation.
Tendances d'évolution de la technologie du forgeage
1) Améliorer la qualité intrinsèque des pièces forgées, principalement pour améliorer leurs propriétés mécaniques (résistance, plasticité, ténacité, résistance à la fatigue) et leur fiabilité.
Cela exige une meilleure application de la théorie de la déformation plastique des métaux. Il convient d'utiliser des matériaux de qualité intrinsèquement supérieure, tels que l'acier traité sous vide et l'acier fondu sous vide. Le prétraitement thermique et le traitement thermique de forgeage doivent être réalisés correctement. Des contrôles non destructifs plus rigoureux et plus complets des pièces forgées sont indispensables.
2) Poursuivre le développement des technologies de forgeage et d'emboutissage de précision. L'usinage sans enlèvement de matière constitue la mesure et la voie les plus importantes pour l'industrie mécanique afin d'améliorer l'utilisation des matériaux, la productivité du travail et de réduire la consommation d'énergie. Le développement du chauffage non oxydant des ébauches de forgeage, ainsi que des matériaux de moules et des méthodes de traitement de surface à haute dureté, résistants à l'usure et à longue durée de vie, favorisera l'élargissement des applications du forgeage et de l'emboutissage de précision.
3) Développer des équipements et des lignes de production de forgeage plus performants et automatisés. La production spécialisée permet d'améliorer considérablement la productivité du travail et de réduire les coûts de forgeage.
4) Développer des systèmes de forgeage flexibles (application de la technologie de groupe, changement rapide d'outillage, etc.). Ceci permet une production de pièces forgées diversifiée en petites séries grâce à des équipements ou des lignes de production de forgeage hautement automatisés et performants. L'objectif est d'atteindre une productivité et une rentabilité proches de celles de la production de masse.
5) Développer de nouveaux matériaux, tels que des procédés de forgeage de matériaux issus de la métallurgie des poudres (notamment les poudres métalliques bicouches), de métaux liquides, de plastiques renforcés de fibres et d'autres matériaux composites. Développer des technologies telles que le formage superplastique, le formage à haute énergie et le formage interne à haute pression.
Date de publication : 4 février 2024
