Imaginez que vous transformiez un morceau de métal en un composant de machine essentiel, conçu pour résister à des conditions extrêmes. C'est l'essence même du forgeage, un processus vital dans la fabrication qui améliore les propriétés des matériaux et façonne les métaux avec précision. Du forgeage à chaud au forgeage sous pression, cet article explore les techniques et les avantages, et vous guide à travers les éléments essentiels de cette puissante méthode de travail des métaux. Plongez dans cet article pour découvrir comment le forgeage peut éliminer les défauts et améliorer la résistance et la durabilité des pièces métalliques, garantissant ainsi leur fiabilité dans les environnements les plus difficiles.
Le forgeage est une méthode de traitement des métaux qui utilise des machines de forgeage pour appliquer une pression sur des ébauches métalliques, produisant une déformation plastique qui donne des pièces forgées avec des propriétés mécaniques, des formes et des tailles spécifiques. C'est l'une des deux composantes du forgeage, avec l'emboutissage.
Le forgeage élimine les défauts tels que la porosité de la fonte dans le processus de fusion, tout en optimisant la microstructure. En outre, comme la ligne de flottaison complète du métal est préservée, les propriétés mécaniques des pièces forgées sont généralement supérieures à celles des pièces moulées fabriquées à partir du même matériau.
À l'exception des plaques laminées, des profilés ou des pièces soudées de forme simple, les pièces forgées sont principalement utilisées pour des composants cruciaux qui subissent des charges élevées et des conditions de travail sévères dans les machines concernées.
La température initiale de recristallisation de l'acier est d'environ 727℃. Cependant, 800℃ est généralement considéré comme le seuil de forgeage à chaud. Le forgeage au-dessus de 800℃ est appelé forgeage à chaud, tandis que le forgeage entre 300℃ et 800℃ est appelé forgeage à chaud ou semi-chaud. Le forgeage à température ambiante est appelé forgeage à froid.
Le forgeage à chaud est la méthode la plus couramment utilisée pour fabriquer des pièces forgées dans la plupart des industries. Le forgeage à chaud et à froid, quant à lui, est principalement utilisé dans les secteurs de l'automobile, de la machinerie générale et d'autres industries de production de pièces. Ces méthodes permettent d'économiser efficacement les matériaux.
Comme indiqué précédemment, le forgeage peut être classé en forgeage à chaud, forgeage à tiède et forgeage à froid en fonction de la température. En outre, il peut être classé en forgeage libre, forgeage sous pression, laminage circulaire et forgeage spécialisé en fonction du mécanisme de formage.
Le forgeage libre est une méthode de traitement qui consiste à utiliser des outils universels simples ou à appliquer directement une force externe pour déformer une ébauche entre l'enclume supérieure et l'enclume inférieure de l'équipement de forgeage, afin d'obtenir la géométrie et la qualité interne requises.
Les pièces forgées produites selon cette méthode sont connues sous le nom de pièces forgées libres et sont généralement produites en petits lots.
Pour créer des pièces forgées de qualité, divers équipements de forgeage, tels que des marteaux de forgeage et des presses hydrauliques, sont utilisés pour façonner et traiter l'ébauche.
Les processus fondamentaux du forgeage libre comprennent le refoulement, l'étirage, le poinçonnage, le découpage, le pliage, la torsion, la dislocation et le forgeage. Cette méthode utilise généralement des techniques de forgeage à chaud.
Le forgeage sous pression peut être classé en deux catégories principales : le forgeage sous pression ouverte et le forgeage sous pression fermée. Au cours de ce processus, une ébauche métallique est déformée et pressée dans une chambre de matriçage de forme spécifique pour créer des pièces forgées.
En règle générale, le matriçage est utilisé pour fabriquer des pièces de faible poids et en grandes séries. Ce processus peut être divisé en trois types : forgeage à chaudLe forgeage à chaud et le forgeage à froid.
Le forgeage à chaud et le forgeage à froid sont tous deux considérés comme l'avenir du forgeage sous pression et représentent des avancées dans la technologie du forgeage. Le matriçage peut également être classé en fonction des matériaux utilisés, notamment les métaux ferreux, les métaux non ferreux et les métaux non ferreux. filière métallique le forgeage, le matriçage de métaux non ferreux et le formage de produits en poudre.
Les métaux ferreux, tels que l'acier au carbone, les métaux non ferreux, tels que l'acier au carbone, les métaux non ferreux, tels que l'acier au carbone. cuivre et aluminiumCe processus fait appel à des matériaux de la métallurgie des poudres et de la métallurgie des métaux.
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L'extrusion est un type de filière le forgeage qui peut être classé en extrusion de métaux lourds et en extrusion de métaux légers.
Le matriçage et le refoulement sont deux procédés avancés de matriçage. L'un des principaux avantages de ces procédés est le taux élevé d'utilisation des matériaux, puisqu'il n'y a pas de bavure.
Un ou plusieurs procédés permettent de réaliser des pièces forgées complexes.
En outre, l'absence de bavure réduit la zone de contrainte du forgeage, ce qui se traduit en fin de compte par des charges requises plus faibles.
Cependant, il est important de noter que l'ébauche ne peut pas être entièrement limitée. Il est donc nécessaire de contrôler strictement le volume de l'ébauche, de gérer la position relative de la matrice de forgeage et de mesurer le forgeage pour minimiser l'usure de la matrice de forgeage.
La rectification d'anneaux est le processus de production de pièces d'anneaux de différents diamètres à l'aide d'un équipement spécialisé, connu sous le nom de rectifieuse d'anneaux. Elle est également utilisée dans la production de pièces de roues, y compris les moyeux d'automobiles et les roues de trains.
Les techniques spéciales de forgeage comprennent forgeage de rouleauxLes méthodes les plus courantes sont le laminage, le laminage en croix, le forgeage radial, le forgeage sous pression et d'autres méthodes mieux adaptées à la production de certaines pièces de forme complexe.
Le laminage, par exemple, peut servir de processus de préformage efficace qui réduit considérablement la pression nécessaire pour les opérations de formage ultérieures.
Le laminage en croix est utilisé pour produire des billes d'acier, arbres de transmissionet d'autres composants similaires.
Le forgeage radial, quant à lui, est utilisé pour fabriquer de grands canons, des arbres à paliers et d'autres types de pièces forgées.
Selon le mode de déplacement de la matrice de forgeage, le forgeage peut être divisé en laminage par rotation, forgeage par rotation, forgeage par roulage, laminage par coin croisé, laminage par anneau et laminage par croisement.
Le forgeage rotatif, le forgeage rotatif et le laminage d'anneaux peuvent également être traités par forgeage de précision.
Afin d'améliorer l'utilisation des matériaux, le forgeage des cylindres et le laminage croisé peuvent être utilisés comme processus précédent pour les matériaux minces.
Comme le forgeage libre, le forgeage rotatif est également formé localement.
Son avantage est que, par rapport à la taille de forgeage, il peut également être formé lorsque la force de forgeage est faible.
Dans cette méthode de forgeage, y compris le forgeage libre, le matériau se dilate depuis la surface de la matrice jusqu'à la surface libre pendant le traitement.
Il est donc difficile d'en garantir l'exactitude.
En contrôlant par ordinateur la direction du mouvement de la matrice de forgeage et le processus de forgeage rotatif, les produits avec formes complexes et une grande précision peuvent être obtenues avec une faible force de forgeage, par exemple pour la production de pièces forgées telles que les pales de turbines à vapeur avec de nombreuses variétés et de grandes tailles.
Le mouvement de l'équipement de forgeage peut ne pas correspondre au degré de liberté, qui peut être classé selon les quatre types suivants :
Pour obtenir une grande précision, il faut veiller à éviter les surcharges au point mort bas, à contrôler la vitesse et la position de la matrice, car ces facteurs peuvent avoir une incidence sur la tolérance du forgeage, la précision de la forme et la durée de vie de la matrice.
En outre, le maintien de la précision nécessite d'ajuster le jeu du rail de guidage du bloc coulissant, d'assurer la rigidité, d'ajuster le point mort bas et d'utiliser un dispositif de transmission auxiliaire.
Pour le forgeage de pièces élancées, le refroidissement par lubrification et le forgeage de pièces pour la production à grande vitesse, le coulisseau peut se déplacer verticalement ou horizontalement. Des dispositifs de compensation peuvent également être utilisés pour augmenter le mouvement dans d'autres directions.
Les méthodes susmentionnées diffèrent par la force de forgeage requise, le processus, l'utilisation des matériaux, le rendement, la tolérance dimensionnelle et les méthodes de lubrification et de refroidissement. Ces facteurs influencent également le niveau d'automatisation.
Les matériaux de forgeage Il s'agit principalement de l'acier au carbone et de l'acier allié avec divers composants, ainsi que de l'aluminium, du magnésium, du cuivre, du titane et de leurs alliages. Ces matériaux sont disponibles sous forme de barres, de lingots, de poudre métallique et de métal liquide.
Le rapport de forgeage est le rapport entre la section transversale du métal avant déformation et la section transversale après déformation. La sélection correcte du rapport de forgeage, une température de chauffage et un temps de maintien raisonnables, une température de forgeage initiale et finale raisonnable, ainsi qu'une déformation et une vitesse de déformation raisonnables sont essentiels pour améliorer la qualité du produit et réduire les coûts.
Les barres rondes ou carrées sont généralement utilisées comme ébauches pour les pièces forgées de petite et moyenne taille. Ces barres ont une structure granulaire et des propriétés mécaniques uniformes et de bonne qualité, une forme et une taille précises, ainsi qu'une bonne qualité de surface, ce qui les rend adaptées à la production de masse. Avec une température de chauffage et des conditions de déformation raisonnables, il est possible de produire des pièces forgées d'excellente qualité sans déformation importante.
En comparaison, les lingots ne sont utilisés que pour les grandes pièces forgées. Les lingots ont une structure coulée avec de grands cristaux en colonne et un centre lâche. Il est donc nécessaire de briser les cristaux en colonnes en grains fins et de les compacter par une importante déformation plastique afin d'obtenir une excellente microstructure métallique et d'excellentes propriétés mécaniques.
La préforme en métallurgie des poudres peut être transformée en forgeage de poudres par forgeage sous pression à chaud. Le forgeage par poudrage présente des propriétés similaires à celles des pièces forgées sous pression, notamment de bonnes propriétés mécaniques et une grande précision, et permet de réduire les opérations de découpe ultérieures. La structure interne du forgeage à la poudre est uniforme, sans ségrégation, ce qui en fait la solution idéale pour les petits engrenages et autres pièces à usiner. Toutefois, le prix de la poudre est beaucoup plus élevé que celui des barres générales, ce qui limite son application dans la production.
Le forgeage sous pression de métal liquide est une méthode de formage qui se situe entre le moulage sous pression et le forgeage sous pression. En appliquant une pression statique au métal liquide versé dans l'alésage de la matrice pour le solidifier, le cristalliser, l'écouler, le déformer plastiquement et le façonner sous l'action de la pression, il est possible d'obtenir des pièces forgées sous pression ayant la forme et les propriétés requises. Cette méthode est particulièrement adaptée aux pièces complexes à parois minces qui sont difficiles à former par forgeage général.
Enfin, les alliages corroyés de superalliages à base de fer, de superalliages à base de nickel et de superalliages à base de cobalt peuvent également être obtenus par forgeage ou laminage. Toutefois, ces alliages sont relativement difficiles à forger en raison de l'étroitesse de leur zone plastique. C'est pourquoi il existe des exigences strictes en matière de température de chauffage, de température de forgeage ouvert et de température de forgeage final pour les différents matériaux.
Les différentes méthodes de forgeage font appel à des processus différents et, parmi eux, le forgeage à chaud est celui dont le processus est le plus long.
La séquence typique est la suivante : découpage de l'ébauche de forgeage → chauffage de l'ébauche de forgeage → préparation de l'ébauche forgée par laminage → formage par matriçage → ébarbage → poinçonnage → correction → contrôle intermédiaire pour vérifier la taille et les défauts de surface de la forge → traitement thermique de la forge pour éliminer les contraintes et améliorer la qualité de l'ébauche de forgeage. découpe des métaux performance → nettoyage pour éliminer la couche d'oxyde superficielle → correction → inspection.
En règle générale, les pièces forgées sont soumises à des contrôles d'aspect et de dureté, tandis que les pièces importantes sont également soumises à des contrôles portant sur l'analyse de la composition chimique et les propriétés mécaniques, contrainte résiduelleet d'autres essais non destructifs (END).
Par rapport aux pièces moulées, le forgeage peut améliorer la microstructure et les propriétés mécaniques des métaux.
Lorsque le métal est déformé et recristallisé par la méthode de forgeage à chaud, les structures de grains dendritiques et colonnaires grossiers d'origine se transforment en structures de recristallisation équiaxes avec des grains plus fins et plus uniformes. Ce processus rend la ségrégation, la porosité, l'inclusion de laitier et d'autres imperfections du lingot plus compactes et soudées, ce qui améliore la plasticité et les propriétés mécaniques du métal.
Les propriétés mécaniques des pièces moulées sont généralement inférieures à celles des pièces forgées du même matériau.
En outre, le forgeage assure la continuité de la structure des fibres métalliques et maintient la cohérence de la structure des fibres avec la forme des pièces forgées. Le processus complète la ligne de flux du métal et garantit que les pièces possèdent de bonnes propriétés mécaniques et une longue durée de vie.
Les pièces forgées par matriçage de précision, extrusion à froid, extrusion à chaud et autres méthodes sont supérieures aux pièces moulées.
Le forgeage consiste à presser le métal pour lui donner la forme souhaitée ou à appliquer une force de compression appropriée par déformation plastique, généralement à l'aide d'un marteau ou d'une pression. Le processus de forgeage affine la structure des particules et améliore les propriétés physiques du métal. Dans les applications pratiques, une pièce correctement conçue peut orienter le flux de particules dans la direction de la pression primaire.
Le moulage est le processus d'obtention d'un objet moulé en métal à l'aide de divers procédés de moulage. méthodes de moulage. Le métal liquide en fusion est injecté dans un moule préparé par coulée, injection, aspiration ou d'autres techniques de moulage. L'objet est ensuite refroidi, le sable se détache, il est nettoyé et subit un post-traitement pour obtenir une forme, une taille et des performances particulières.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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