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La forge a été introduite pour la première fois par les forgerons il y a des milliers d'années. Ils utilisaient des marteaux ou des enclumes pour fabriquer différents produits. Aujourd'hui, de nombreuses industries adoptent ce processus de fabrication très populaire. Selon une étude, le recettes de la forge atteindra 31,6 milliards de dollars américains en 2024.
En règle générale, le forgeage consiste à façonner le métal par laminage, martelage ou pressage. Le processus fonctionne à différentes températures : froides, tièdes ou chaudes. En général, ce procédé permet d'obtenir un métal très résistant pour la production de différentes pièces.
Le forgeage peut être réalisé selon différentes méthodes. Cet article vous donnera un aperçu complet du processus, de ses méthodes et de ses applications. Alors, plongeons dans l'article !
Définition du forgeage
Forgeage is a metal shaping process that uses localized compressive forces. Usually, the force is applied on the metal workpiece in the form of hammer blows, presses, or rollings. You may power these tools through electricity, hydraulics, or compressed air. However, forging is classified according to the temperatures at which it works— cold (at room temperature), warm (300 to 800°C), and hot forging (above 800°C).
Le forgeage permet de transformer une pièce métallique en une variété de formes. Cela peut se faire en forçant la pièce à prendre des formes personnalisées en appliquant la force d'un bélier sur l'enclume. Dans une autre situation, la compression de la pièce métallique dans la cavité de la matrice donne une forme au matériau.
Cette technique est compatible avec l'acier au carbone, l'acier allié, l'acier inoxydable, l'aluminium, le laiton, le cuivre et le titane. Le processus permet de déformer plastiquement le métal d'origine en diverses géométries avec un minimum de perte de matériau. Une fois que la pièce en métal brut est forgée, elle est considérablement renforcée et résistante à la fatigue.
En général, lorsqu'un métal est chauffé à haute température et qu'une pression est ensuite appliquée, les fissures et les espaces vides du métal sont scellés, ce qui le rend robuste. En outre, l'alternance de la structure du grain du métal en suivant la technique de forgeage rend le métal résistant et robuste.
Quel est l'équipement utilisé pour le forgeage ?
Vous trouverez ci-dessous les principaux outils de forgeage utilisés pour ce processus ; leur utilisation dépend de la méthode que vous utilisez. Voyons ce qu'il en est !
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Marteaux
Le marteau-pilon est l'outil de forgeage le plus couramment utilisé. La machine de contre-soufflage se compose d'un marteau et d'une enclume entre lesquels la pièce métallique est maintenue. Elle fonctionne en frappant continuellement la pièce métallique à partir de zones spécifiques afin de la déformer ou de la façonner. Le martelage nécessite une pression assez élevée pour modifier la forme du métal. Ainsi, près de 50 000 livres de force motrice sont nécessaires.
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Presses
Contrairement à la frappe continue, qui se fait à l'aide d'un marteau, le métal est pressé entre des matrices de forme personnalisée au cours de presses pour le façonner. Généralement, les presses utilisent une pression mécanique ou hydraulique pour appliquer la pression sur la matrice de forgeage. Les manivelles, les cames et les genouillères jouent un rôle important dans les presses mécaniques pour la frappe. Dans le cas des presses hydrauliques, la force motrice est générée par la pression d'un fluide et un piston. En outre, dans le cas des presses, le métal est pressé verticalement dans les cavités de la matrice.
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Remontées mécaniques
Les refouleuses sont assez semblables aux presses. La seule différence réside dans le fait que le métal est pressé horizontalement pendant le forgeage à l'aide d'un renverseur. La force est appliquée dans une direction horizontale afin de déplacer le métal dans la cavité de la matrice.
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Rouleaux à anneaux
Comme leur nom l'indique, les laminoirs à anneaux sont chargés de fabriquer des anneaux en métal. Ils sont principalement capables de produire des anneaux d'un diamètre allant de quelques pouces à près de 300 pouces. Les rouleuses à anneaux travaillent sur des pièces métalliques en forme de creux.
Quels sont les différents types de forgeage ?
Il existe plusieurs méthodes de forgeage, chacune ayant des capacités et des avantages différents. Commençons par la première méthode de forgeage :
1. Forgeage par chute
Le forgeage par chute est appelé ainsi parce qu'il consiste à laisser tomber un marteau sur la pièce à usiner pour la déformer selon la forme de la matrice dans laquelle elle se trouve. La matrice est une surface qui entre en contact avec la pièce métallique. Elles peuvent être plates ou multiformes en fonction des opérations.
Le forgeage par chute est divisé en deux types :
- Forgeage à l'emporte-pièce ou forgeage à l'emporte-pièce.
- Forgeage en matrice fermée ou Forgeage en matrice d'impression.
Forgeage en matrice ouverte
Dans le cas du forgeage à matrice ouverte, la pièce métallique n'est pas enfermée dans les matrices. Au lieu de cela, la pièce est placée sur une enclume stationnaire et un marteau la frappe pour mouler la forme du matériau. C'est donc à vous qu'il incombe de modifier la position du métal pour obtenir la forme souhaitée.
En outre, elle propose des produits métalliques personnalisés. Voici quelques grands avantages de la forge de forgeron :
- Offre une résistance à la fatigue et une granulométrie fine.
- La probabilité de vides est moindre.
- Améliore la qualité interne du produit grâce à d'excellentes propriétés mécaniques.
Forgeage en matrice fermée
Le forgeage en matrice fermée repose entièrement sur des matrices de formes différentes. La pièce de métal à l'intérieur de la matrice est frappée par un marteau qui la fait couler ; les cavités de la matrice sont finalement remplies. La pièce à usiner dans une matrice est fixée à une enclume.
Sous l'effet de la frappe continue, l'excès de métal sort des cavités de la matrice, ce que l'on appelle une bavure. La bavure se refroidit moins vite que le reste du matériau dans la matrice. C'est ce qui la rend comparativement plus solide et plus résistante. Une fois le forgeage terminé, la bavure peut être retirée. Le forgeage par empreinte présente les avantages suivants :
- Génère les formes uniques et hautement finies des produits.
- Traite des produits jusqu'à 25 tonnes.
- Offre des taux de production plus élevés.
2. Forgeage de rouleaux
La méthode de forgeage par rouleaux permet de réduire l'épaisseur et d'augmenter la longueur d'une pièce ronde ou en forme de barre. On utilise deux rouleaux horizontaux cylindriques ou semi-cylindriques, chacun possédant des rainures de forme. La pièce ronde chauffée est placée entre les cylindres et, au fur et à mesure que les cylindres tournent, la pièce est successivement façonnée dans la machine. Elle est ensuite déplacée vers le jeu de rainures suivant. Le processus se poursuit jusqu'à ce que la forme et la taille souhaitées de la barre soient obtenues.
L'avantage du forgeage par roulage est qu'il ne produit aucun déchet de matière. En outre, il permet de réduire la section transversale de la tige et de former des extrémités coniques.
3. Forgeage à la presse
Le forgeage à la presse concerne le facteur de compression. La pièce métallique est placée sur une matrice fixe et une pression continue est appliquée pour obtenir la forme souhaitée. Il est possible de contrôler la déformation interne en gérant le taux de compression.
La presse à forger est privilégiée pour les raisons suivantes :
- Offre une précision remarquable.
- Le forgeage à la presse permet d'appliquer une pression de 500 à 9000 tonnes.
- Vous pouvez contrôler automatiquement la pression, la vitesse et la course de la matrice.
4. Forgeage par renversement
Le forgeage à l'envers comprime la longueur de la pièce afin d'en augmenter le diamètre. Les presses à manivelle sont des machines à grande vitesse qui permettent le forgeage par refoulement. La plupart du temps, les presses à manivelle sont placées sur des plans horizontaux afin d'améliorer l'efficacité du travail. Toutefois, des presses hydrauliques ou des presses à manivelle verticales peuvent également être utilisées. Le forgeage par refoulement vous permet d'augmenter votre taux de production. En outre, l'automatisation complète est assurée.
5. Forgeage à froid
Le forgeage à froid est l'une des méthodes de forgeage qui permet de fabriquer des produits présentant une excellente finition de surface et des tolérances étroites. Le forgeage à froid est très différent des autres méthodes de forgeage car il n'utilise pas de chaleur. Au lieu de cela, une température froide est nécessaire pour façonner les pièces.
En outre, il offre une large gamme de formes, y compris des pièces en forme d'arbre, des pièces creuses, des configurations renversées et pliées, des composants en forme de coupelle, etc.
6. Forgeage isotherme
Le forgeage isotherme est une forme avancée de forgeage à chaud dans laquelle le matériau et le moule sont chauffés à la même température. Par conséquent, un dispositif de chauffage et de contrôle de la température du moule doit être mis en place pour maintenir un contrôle et un équilibre adéquats. Le processus utilise un chauffage adiabatique, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'échange thermique entre le système et son environnement. Les pertes de chaleur étant moindres, il est possible d'utiliser des machines plus petites.
Le plus souvent, le forgeage isotherme convient aux matériaux dont la plage de température est étroite, comme les alliages de titane, les superalliages, les superalliages de puissance, etc.
7. Forgeage à chaud automatique
Lors du forgeage automatique à chaud, les barres métalliques sont introduites dans une extrémité de la machine de forgeage à température ambiante. Les produits forgés à chaud sortent par l'extrémité opposée. L'ensemble du processus se déroule rapidement. En règle générale, la machine peut produire 180 petites pièces en une minute, tandis que les plus grandes peuvent être produites à raison de 90 pièces par minute.
Le principal avantage de cette méthode est que seule une petite quantité de main-d'œuvre est nécessaire pour faire fonctionner la machine de forgeage ; le reste du processus est automatique. En outre, aucune bavure n'est produite, de sorte que le matériau n'est pas gaspillé.
8. Forgeage de précision ou forgeage de formes nettes et quasi nettes
Le forgeage de précision est généralement une technique de forgeage sans flash proche de la forme nette. Elle est destinée à minimiser les coûts et les déchets lors de l'exploitation. Le coût est réduit parce que moins de matériaux sont consommés, l'utilisation de l'énergie est limitée et l'usinage est réduit. Par conséquent, ce processus n'est privilégié que si l'on souhaite réduire les coûts.
Le forgeage de précision est avant tout une technique d'affinage qui ne nécessite aucun autre traitement après le forgeage.
Applications du forgeage
Le forgeage est une technique de fabrication de métaux très applicable. Vous pouvez l'utiliser pour créer de petites pièces forgées de quelques centimètres jusqu'à de très grandes pièces pesant des tonnes. Voici quelques exemples d'utilisations courantes :
- Elle est responsable de la fabrication des pièces sensibles des avions.
- Le procédé permet de renforcer les équipements automobiles.
- Elle produit également des outils à main, par exemple des vis, des rivets, des burins, des boulons, etc.
- Grâce à son excellente résistance à la fatigue, le métal forgé est idéal pour la plupart des composants mobiles, tels que les pignons d'arbres à cames et les vilebrequins.
- Cette technique est applicable à la construction des structures des navires.
- Les rotors de générateurs et les moteurs de turbines sont également des exemples de pièces forgées.
- Il joue également un rôle dans le renforcement des pièces du moteur et de la transmission.
Conclusion
Hopefully, you are there with enough knowledge about the basics and several methods of the forging process. Forging enables you to enjoy metal parts containing outstanding mechanical properties, offering toughness, ductility, and fatigue resistance. On top of that, Forging provides products with various sizes and design flexibilities. Yet, you need to take high safety measures while dealing with forging techniques in industries. Your slight negligence may prove risky to you.
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