HOEFFEL BEYLET Morgane

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1 HOEFFEL-BEYLET Morgane Extrusion, Filage, Etirage. 1. Historique Les techniques de déformation à froid des métaux sont relativement récentes, comme en témoignent quelques faits émaillant l'histoire de leur évolution, de leurs prémices à leur essor industriel. 1797 : Réalisation de tuyaux de plomb par filage 1850 : Réalisation de tubes de pâte dentifrice par un dentiste de Sheffield. 1870 : Réalisation de machines de forgeage à froid (1868 : Première machine de forgeage à froid livrée par la Grande-Bretagne à un arsenal japonais) Si, au XIXème siècle, le forgeage à froid se limita aux métaux facilement déformables (plomb, étain, zinc), le XXème siècle vit s'étendre les possibilités d'application aux alliages cuivreux puis aux aciers. A la fin des années trente, la République Fédérale d'Allemagne développa le procédé pour la réalisation de munitions. La France l'utilisa industriellement après la Seconde Guerre mondiale. 2. Extrusion & Filage Définition, principe : Le forgeage à froid ou extrusion, consiste à réaliser des pièces à l'aide d'outils, le métal à s'écouler dans une ou plusieurs directions. Les pressions sur les outils peuvent dépasser 2GPa et les efforts latéraux résultants d'une dissymétrie notable condamneraient les outillages dont la résistance n'est pas suffisante, ce qui constitue la principale limite d'utilisation. Il ne faut pas confondre ce procédé avec le tréfilage qui consiste aussi à faire passer un matériau dans une filière, mais sous l'effet d'une traction.

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Publié le : mardi 19 juin 2012
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1
HOEFFEL-BEYLET Morgane
Extrusion, Filage, Etirage.
1.
Historique
Les techniques de déformation à froid des métaux sont relativement récentes, comme en
témoignent quelques faits émaillant l’histoire de leur évolution, de leurs prémices à leur essor
industriel.
1797 : Réalisation de tuyaux de plomb par filage
1850 : Réalisation de tubes de pâte dentifrice par un dentiste de Sheffield.
1870 : Réalisation de machines de forgeage à froid
(1868 : Première machine de forgeage à froid livrée par la Grande-Bretagne à un arsenal japonais)
Si, au XIXème siècle, le forgeage à froid se limita aux métaux facilement déformables (plomb,
étain, zinc), le XXème siècle vit s’étendre les possibilités d’application aux alliages cuivreux puis
aux aciers.
A la fin des années trente, la République Fédérale d’Allemagne développa le procédé pour la
réalisation de munitions. La France l’utilisa industriellement après la Seconde Guerre mondiale.
2.
Extrusion & Filage
Définition, principe :
Le forgeage à froid ou extrusion, consiste à réaliser des pièces à l’aide d’outils, le métal à
s’écouler dans une ou plusieurs directions. Les pressions sur les outils peuvent dépasser 2GPa et
les efforts latéraux résultants d’une dissymétrie notable condamneraient les outillages dont la
résistance n’est pas suffisante, ce qui constitue la principale limite d’utilisation.
Il ne faut pas confondre ce procédé avec le tréfilage qui consiste aussi à faire passer un matériau
dans une filière, mais sous l’effet d’une traction. Ce procédé est conduit à froid.
L'extrusion des métaux est limitée aux matériaux ductiles avec des points de fusion en dessous
de 1700°C, couramment l'aluminium, le cuivre, le magnésium, les aciers à basses et moyennes
teneurs en carbone, les aciers faiblement alliés et les aciers inoxydables.
L'extrusion d'acier nécessite d'habitude l'addition d'un verre fondu lubrifiant. La tolérance est
parfois plus basse que prévu à cause du fluage et de l'usure de la filière; elle peut être améliorée
par l'étirage à froid utilisé comme un procédé secondaire. Les produits de sections symétriques,
d'épaisseurs de parois constantes et de rayons généreux, sont les plus faciles à former;
L'allongement de la pièce ne doit jamais dépasser 14:1 pour l'acier ou 20:1 pour le magnésium.
L'extrusion-impact est un procédé à froid pour les métaux (l'aluminium, le cuivre, le plomb, le
magnésium, l'étain, le zinc, les aciers au carbone et les aciers faiblement alliés) qui combine les
principes du forgeage et de l'extrusion.
Donc, l’extrusion s'applique à divers produits comme les métaux, les matières plastiques, les
caoutchoucs, les matériaux composites, mais aussi l'argile, les pâtes alimentaires, etc.
Contrairement au laminage et au profilage de bandes qui se limitent généralement à des formes
simples, elle permet d'obtenir des formes très complexes et des profilés creux.
L’extrusion ne cesse d’accroître ces domaines d’applications à des réalisations de plus en plus
complexes par leurs formes, leurs tolérances et les matières mises en oeuvre, en particulier les
aciers. Il existe, dans les éléments statiques de production, des divergences notables dues, entre
autres, aux difficultés de distinction avec certains procédés très voisins tels que la frappe à froid de
l’acier [M628]. Ces techniques, très proches actuellement, se distinguent essentiellement par le
matériel utilisé.
- le forgeage à froid (ou extrusion) dérive de réalisations de pièces généralement creuses sur des
machines utilisant des lopins comme produit de départ ;
- la frappe à froid, a pour origine les travaux de boulonnerie utilisant des machines à plusieurs
stations partant de fil et fut orientée au début vers la production de pièces pleines.
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Ce procédé donne des pièces aux formes encore plus précises que celles qui sont réalisées avec
l'estampage ou le matriçage et présentent des états de surface excellents, ce qui permet souvent de
les utiliser sans usinage complémentaire.
Il y a deux variantes au procédé d'extrusion :
L'extrusion directe (ou filage direct) :
La filière est placée dans le font du conteneur et le produit filé
sort dans le même sens que le sens d’action du poinçon. Par ce moyen
on peut aussi élaborer des tubes en disposant, à l’avant du poinçon, une
aiguille coaxiale à celui-ci et d’une longueur au moins égale à celle du
lopin à filer qui a été préalablement foré. Ces tubes peuvent être lisses
ou à ailettes longitudinales, à section circulaire ou de formes très
variées.
L'extrusion indirecte (ou filage indirect
)
:
La filière est fixée à
l’extrémité du poinçon et le produit filé sort dans le sens inverse à celui de
l’action du poinçon. Les possibilités de ce mode de filage sont limitées par
l’obligation d’utiliser un poinçon creux de dimensions intérieures
restreintes.
Ou encore :
Le filage plein en l’air. Le corps de la pièce soumis à une compression supporte,
sans déformation permanente notable, l’effort de transmission du filage avant. La limite
du taux de réduction est voisine de 30%. Cette manière de procéder permet de
combiner un filage puis un écrasement, ce dernier étant déclenché par la présence
d’une deuxième filière (ou de l’éjecteur) provoquant un freinage (ou un arrêt) de la
déformation directe. Elle permet également des réductions de section en bout d’une
pièce de forme plus complexe.
Industriellement, les opérations élémentaires sont rares
dans leur forme pure. La nécessité d’approcher, voire
d’atteindre, la pièce finie dans ses formes et tolérances
avec un minimum d’opérations donne tout son intérêt à des
combinaisons.
Applications :
Le filage par extrusion permet d’obtenir des barres de sections très variées et des tubes.
En partant d’un profil on peu obtenir des pièces finies par simple tronçonnage ou par
décolletage. Il peut être complété par un étirage à froid, par un tréfilage ou encore par le
ployage ou le roulage d’une aile profilé.
(Tuyaux, profilés pour châssis de fenêtre, bandeaux de décoration de
bâtiments et pour l'automobile, pièces structurelles pour des avions, rails de
protection, barreaux, conduits, fils enduits de matières plastiques, joints,
filaments, films, feuilles, granulés, briques.)
Avantages :
Le développement important du forgeage à froid s’explique par les nombreux avantages
économiques, directs ou indirects, révélées lors de la conception, et de l’utilisation des
produits fabriqués.
Réalisation par forgeage à froid signifie :
-
Une cadence élevée de production, généralement comprise entre plusieurs centaines et
plusieurs milliers de pièces par heures ;
-
Une économie de matière mise en oeuvre par rapports à d’autres techniques telles que le
forgeage à chaud ou l’usinage, la perte étant comprise entre 5% et 20%.
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-
L’obtention de tolérance précises (quelques centièmes à quelques dixièmes de mm) et
d’un bon état de surface (de 1 à 5
μ
m de rugosité Rz, cf. Article de tolérance et écarts
dimensionnels, géométriques et d’états de surface dans le traité génie mécanique [B 7010].
Inconvénients :
Tout procédé à des limites d’emploie, l’extrusion n’y échappe pas :
-
Réalisation et mise au point des outillages souvent onéreuse, amortissables uniquement sur
de grandes quantités de pièces (de plusieurs milliers par mois pour des pièces d’une masse
de l’ordre du kilogramme à plusieurs dizaines ou centaines de milliers par mois pour des
pièces de quelques dizaines de grammes) ;
-
Emploi d’aciers présentant de bonnes caractéristiques de déformabilité et nécessitant
généralement une élaboration spéciale ;
-
Nécessité d’installations annexes de débitage, traitement de surface, recuit et d’un atelier
d’outillage.
3.
Etirage à froid
Définition :
L’étirage, au sens général du mot, est une méthode de transformation d’un produit en un autre
de section plus réduite, de même forme, ou de forme différente, avec allongement.
Cette méthode emprunte différents moyens :
-L’étirage par percussion (marteau, presses) : produits forgés.
-L’étirage par traction simple : pratiquement utilisé.
-L’étirage par laminage : produits laminés.
-L’étirage par filage à la presse : produits filés.
-L’étirage à travers une filière : produits étirés.
L’appellation « produits étirés » désigne implicitement des produits de section pleine, obtenus
par cette dernière méthode, de même le terme « étirage » sans autre mention, désigne cette
méthode.
Il existe également le tréfilage qui est une branche de l’étirage car il fait appel au même mode
de déformation plastique des métaux. La seule différence porte sur les dimensions : étirage de
produits rectilignes (barres) de longueur 4 à 6m ; tréfilage de produits longs (fils)
généralement bobinés.
Principe de travail :
L’étirage, consiste à exercer une contrainte de traction sur une barre ou fil-machine, pour
l’obliger à travers une filière, fixe. A la sortie de la filière, le produit présente une section
conforme à l’orifice de celle-ci.
La déformation provoquée met en jeu des
efforts de traction axiale, que le profil très
étudié de la filière transforme partiellement
en effort de compression radiale.
Filière :
C’est l’outil essentiel du banc à étirer.
La section de la filière doit être déterminée
pour que l’effort de traction exercé, pour
forcer le produit à le traverser, ne dépasse
pas la charge de rupture admissible par le
produit étiré.
Lorsque le trou s’est agrandi par usure il
est possible, pour certaines filières en acier,
dites « rebattables », de battre le pourtour
afin de ramener l’orifice à ses dimensions
d’origine.
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L’entrée de la filière, forme un cône. L’angle utile (
α
) doit être d’autant plus grand que la
passe est plus forte que le métal est plus mou ; tenir compte aussi du lubrifiant employée.
La valeur des angles
α
=6 à 14° et
β
= 18 à 20°
Filières rebattables :
acier à haute teneur en carbone (2%), plus chrome (2 à 13%)
Filières non rebattables :
fontes spéciales, carbure métallique fritté, diamant.
Applications :
L’étirage constituant par sa nature aux épreuves de résistance à la traction, ne convient pas à
tous les métaux.
Ceux-ci doivent en effet présenter :
- Une résistance suffisante à la traction (mais dans le cas contraire le façonnage peut se faire
par filage à la presse)
- Une bonne qualité, notamment homogénéité de composition et de structure, car le moindre
défaut interne provoquent la rupture de la barre.
L’étirage s’exécute à froid tout comme le tréfilage ; Ils s’appliquent à tous les métaux
laminables.
Mode opératoire :
- Préparation de la barre initiale.
- Décapage de la barre : celle-ci provient du laminage est doit être débarrassée de sa couche
d’oxyde pour réduire l’usure de la filière.
- Etirage sous lubrification (vitesse moyenne : 5 à 15m/min)
Machines d’étirage :
Les bancs d’étirages comprennent principalement :
- Le banc portant la tête porte-filière ;
- Le chariot de traction muni d’un organe de serrage de la barre (pince, chien animé par un
dispositif assurant la traction de la barre à travers la filière (crémaillère, chaîne sans fin,,
cylindre et piston).
Produits étirés :
Les produits étirés livrés sans recuit présentent souvent un certain écrouissage qui donne en
surface un supplément de dureté sans modifier
sensiblement les caractéristiques de la partie
interne.
Qualités : aspect de surface, précision des
formes et dimensions (tolérances courantes +/-
0.1mm).
Dimensions : sauf exception, le côté ou le
diamètre, des produits étirés, reste compris
entre 5 et 80mm, longueur 4 à 6m.
Les sections obtenues par étirage sont très diverses et
précises. Grâce à cela on peut, à partir d’une barre
étirée au profil désiré, obtenir des pièces,
économiquement, par simple tronçonnage de la barre
ou par usinage simple (perçage, …).
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