Qu'est-ce que le forgeage à froid – Processus de forgeage à froid, matériaux, utilisations, avantages et inconvénients

Le développement rapide des industries de l’automobile, de la moto et des machines-outils a constitué le moteur du développement du forgeage à froid en tant que technique traditionnelle. La demande de pièces forgées dans la seule industrie automobile dépasse les 10 millions de tonnes. Le développement de la technologie de forgeage à froid vise principalement à développer des produits à haute valeur ajoutée et à réduire les coûts de production, et en même temps, il infiltre ou remplace également les processus de découpe, de métallurgie des poudres, de fonderie, de forgeage à chaud et de formage de tôles. Il peut également former des procédés composites en se combinant avec ces procédés. Étant donné que le forgeage à froid est effectué à température proche de la température ambiante, certains matériaux conviennent mieux au forgeage à froid, tandis que d'autres ne peuvent pas être traités. Cet article présentera des matériaux présentant une bonne compatibilité avec le forgeage à froid et des études de cas résolvant les problèmes liés aux matériaux.

Qu'est-ce que le forgeage à froid T technologie ?

Le forgeage à froid fait référence à une méthode de formage qui façonne des matériaux métalliques (métaux) en appliquant une pression sans appliquer de chaleur, en les maintenant à température ambiante. Puisqu’il utilise la plasticité des métaux, on l’appelle également « formage plastique ».

La technologie de forgeage à froid façonne les matériaux en les déformant, de sorte qu'aucun déchet métallique (déchet métallique) n'est généré lors de la fabrication. De plus, étant donné que les matériaux sont traités à température ambiante sans chauffage, la précision dimensionnelle est bonne et même des formes complexes et difficiles peuvent être traitées à une vitesse élevée d'envFer 100 pièces par minute.

La technologie de forgeage à froid présente une efficacité d'utilisation élevée des matériaux et permet un traitement de haute précision et à grande vitesse. On dit donc qu'il s'agit d'une technologie de traitement « respectueuse de l'environnement et rationalisée ».

Avantages du forgeage à froid :

• Efficacité élevée d'utilisation des matériaux – Avec la technologie de forgeage à froid, qui façonne les matériaux en les déformant, le traitement est généralement effectué en utilisant une quantité de matériau équivalente au poids du produit fini. Cela permet une efficacité élevée d’utilisation des matériaux et une réduction importante des coûts des matériaux.

• Production à grande vitesse possible – La technologie de forgeage à froid permet une production à grande vitesse d'environ 100 pièces par minute. Étant donné que le traitement est effectué à température ambiante sans chauffer le métal, les variations dimensionnelles sont faibles et même des formes complexes et difficiles peuvent être traitées.

• Propriétés mécaniques améliorées – La conception du processus prenant en compte les lignes de flux de fibres permet la production de pièces présentant une résistance et une résistance à l'usure supérieures.

• Efficace pour réduire les coûts des pièces – Lorsque les conditions de production telles que la précision requise et la taille du lot correspondent, la technologie de forgeage à froid qui présente une efficacité matérielle élevée et permet un traitement à grande vitesse a le potentiel de réduire considérablement les coûts des pièces dans la production de masse.

Inconvénients du forgeage à froid :

• Des matrices sont nécessaires (les coûts initiaux et les délais de fabrication des matrices sont requis)

• Un certain temps (coûts) est requis pour le travail de configuration dans le processus → Ne convient pas aux petits lots

• Un savoir-faire est requis pour la conception des processus et des matrices, et le degré de difficulté est élevé

• Certaines limitations de traitement sur les finitions telles que les rayons d'angle

Comment fonctionne le forgeage à froid ?

Le forgeage à froid est un processus de mise en forme du métal réalisé à température ambiante, nettement inférieure à la température de recristallisation du métal impliqué. Contrairement au forgeage à chaud, où le métal est chauffé à des températures élevées, le forgeage à froid implique la déformation plastique d'un métal dans des conditions ambiantes. Cette méthode aboutit souvent à une finition de surface supérieure, à une résistance accrue grâce à l’écrouissage et à une précision dimensionnelle plus élevée.

Voici un aperçu du fonctionnement typique du forgeage à froid :

1. Sélection des matériaux

La première étape consiste à sélectionner un matériau approprié, capable de résister aux contraintes du forgeage à froid, généralement des métaux comme l'acier, l'aluminium et le cuivre.

2. Lubrification

Avant le forgeage, la pièce est souvent lubrifiée pour réduire la friction et l'usure de la matrice et pour faciliter l'écoulement du matériau.

3. Matrices et outillage

Des matrices personnalisées qui façonnent la pièce sont créées. Ces matrices doivent être fabriquées à partir de matériaux plus durs que la pièce à usiner pour résister aux pressions du forgeage à froid.

4. Processus de forgeage

La pièce métallique est placée entre les matrices.

Une presse, généralement une presse mécanique ou hydraulique, applique une frappe rapide et puissante sur la pièce, la déformant et prenant la forme des cavités de la matrice.

Plusieurs opérations de forgeage peuvent être nécessaires, en fonction de la complexité de la pièce. Cela peut impliquer différentes étapes de pressage avec différents jeux de matrices.

5. Découpage et finition

Tout excès de matériau, tel que les bavures créées pendant le processus de forgeage, est coupé.

Des processus de finition supplémentaires tels que le grenaillage, le nettoyage ou le traitement thermique (pour soulager les contraintes) peuvent être appliqués.

Types de processus de forgeage à froid
Il existe des types de processus de forgeage à froid rotatifs et alternatifs, et le processus de type alternatif effectué par notre société est présenté ici. Les techniques de forgeage courantes incluent le forgeage libre, le monnayage, l'extrusion, etc. Nous expliquons ici le contenu et les caractéristiques de chaque technique de forgeage :

Forgeage de pièces de monnaie :
Méthode de traitement qui donne au matériau une forme dont le diamètre est supérieur à l'original en écrasant le matériau à l'intérieur d'une cavité de matrice ouverte au centre. Dans le forgeage, il est difficile de produire des formes complexes car la circonférence extérieure n'est pas contrainte, elle est donc utilisée pour des cas simples tels que l'arrondi d'une tige en forme de disque. Si le rapport de frappe est trop important, des problèmes tels que l'envol de la pièce peuvent survenir, nécessitant plusieurs étapes. Généralement, un taux de frappe de 85 % ou moins est la ligne directrice, et les processus doivent être divisés s'ils sont dépassés, ce qui nécessite des matrices supplémentaires.

Extrusion vers l'arrière :
Méthode de traitement qui déplace le matériau dans la direction opposée à la direction de poinçonnage. Le matériau est extrudé (traité) dans le sens inverse (vers l'arrière) par rapport au sens de formage du poinçon.

Extrusion vers l'avant :
Méthode de traitement qui réduit le diamètre du matériau en le poussant dans une matrice plus petite, ce qui entraîne une réduction de la surface transversale. Le façonnage de matériaux de haute dureté tels que l’acier inoxydable peut s’avérer difficile.

Matriçage :
La forme souhaitée est transformée dans les matrices. Le formage se fait en plaçant la pièce et en la forgeant pour qu'elle prenne la forme de la matrice. Le volume de matériau est légèrement plus grand pour remplir toute la cavité de la matrice, et un excès de matériau appelé flash se forme à l'extérieur de la forme finie, qui est éliminé lors des processus ultérieurs. Formes matricées fermées sans bavure.

Forgeage de fermeture :
La pièce à usiner est placée dans la cavité de la matrice, qui est ensuite fermée pour prendre la forme de la matrice. Les poinçons supérieur et inférieur déplacent davantage le matériau pour former complètement la forme finie.

Quels matériaux sont les plus adaptés au forgeage à froid ?

Étant donné que le forgeage à froid utilise la plasticité à température ambiante ou proche de la température ambiante, le matériau doit avoir une faible caractéristique d'écrouissage et un certain degré de déformabilité. Par conséquent, les matériaux non plastiques tels que le verre ne sont pas utilisés pour le forgeage à froid.

Compte tenu de ce qui précède, les matériaux adaptés au forgeage à froid comprennent :

Iron: Peut être traité par forgeage, étirage, laminage à température élevée et ambiante, et diversifié davantage par des traitements thermiques tels que le durcissement et le revenu. Également utilisé dans les alliages tels que l'acier inoxydable et offre une grande polyvalence. Le fer est transformé en diverses parties. Les raisons pour lesquelles le fer est plié ne sont pas seulement parce que sa dureté et son élasticité ont des valeurs optimales pour le traitement de pliage, mais aussi en raison de son faible prix, il convient aux commandes à grande échelle. Les traitements de surface après traitement peuvent également être effectués de nombreuses manières, de sorte qu'ils peuvent être utilisés dans un large éventail de domaines, et le fer est également adopté comme matériau traité lors du forgeage à froid.

Acier inoxydable: Acier allié contenant plus de 10,5% de chrome et moins de 1,2% de carbone. Le chrome forme un film passif qui protège la surface du corps. Par conséquent, les produits en acier inoxydable ont une longue durée de vie car la corrosion est évitée.

Cuivre et laiton: Le cuivre a une excellente conductivité thermique et est utilisé dans les ustensiles de cuisine, les caloducs et comme conducteur dans les appareils électroniques. Il forme également un film protecteur en surface lorsqu’il est exposé à l’air. Cependant, sa plus grande force réside dans son excellente aptitude au traitement. Le cuivre est mou et ductile. Il est largement utilisé dans les fils de cuivre, les tubes et les pots car son traitement est facile. C’est l’une des raisons pour lesquelles il convient aux processus de pliage et d’étirage sur presses de forgeage à froid.

Aluminium: Bien que l'aluminium ait une résistance à la traction inférieure sous sa forme pure, sa résistance peut être augmentée en ajoutant des alliages comme le magnésium, le manganèse, le cuivre, le silicium, le zinc, etc. ou par des processus comme le laminage ou le traitement thermique. Il est considéré comme adapté au forgeage à froid en raison de sa plasticité et de sa capacité à prendre facilement diverses formes.

Les pièces forgées à froid présentent également la caractéristique d’une précision dimensionnelle plus élevée lors du formage par rapport aux autres pièces forgées. De plus, l'état de surface est meilleur que celui du forgeage à chaud, de sorte que des travaux de finition peuvent ne pas être nécessaires dans certains cas. Les produits de grande taille ou les matériaux à haute résistance peuvent être forgés à froid avec précision grâce à des traitements de recuit ou de lubrification intermédiaires.

À quels produits le forgeage à froid est-il utilisé ?

Le forgeage à froid est utilisé pour fabriquer une large gamme de produits dans diverses industries. Le procédé est particulièrement adapté à la production en grand volume de pièces nécessitant une précision et une résistance élevées. Voici quelques produits courants fabriqués par forgeage à froid :

Composants automobiles

Fixations et vis : elles sont largement utilisées dans l’industrie automobile et peuvent être fabriquées avec précision par forgeage à froid.

Engrenages : les engrenages de haute précision pour les transmissions et les transmissions bénéficient d'une résistance améliorée grâce à l'écrouissage.

Arbres : Le forgeage à froid peut créer des arbres solides et précis destinés à être utilisés dans diverses applications automobiles.

Moyeux de roue : les moyeux de roue forgés à froid ont la résistance et la précision requises pour l'industrie automobile.

Chemins de roulement : Une haute précision et une finition de surface lisse sont essentielles pour les chemins de roulement, qui peuvent être obtenus par forgeage à froid.

Électrique et électronique

Connecteurs : Les connecteurs électriques bénéficient de la bonne conductivité et des dimensions précises que peut offrir le forgeage à froid.

Bornes : les bornes nécessitent des formes précises et de bonnes propriétés matérielles, que le forgeage à froid peut obtenir sans usinage supplémentaire.

Matériel de construction et de construction

Clous et rivets : Ce sont des pièces simples qui sont souvent produites en grande quantité par forgeage à froid.

Boulons et écrous : les filetages peuvent être formés à froid pour créer un profil de filetage plus solide avec une meilleure résistance à la fatigue.

Outils et matériel

Clés et clés : les outils qui nécessitent une forme spécifique et une grande durabilité sont généralement fabriqués par forgeage à froid.

Composants d'outils à main : Divers composants d'outils à main, comme les douilles, peuvent être fabriqués par forgeage à froid.

Composants aérospatiaux

Fixations et broches : les fixations de qualité aérospatiale qui doivent résister à des charges élevées sont souvent fabriquées par forgeage à froid pour garantir résistance et précision.

Composants du train d'atterrissage : certaines parties du système de train d'atterrissage peuvent être forgées à froid pour obtenir la résistance et les tolérances requises.

Biens de consommation

Composants de montre : de petits composants précis dans les montres peuvent être fabriqués par forgeage à froid.

Ustensiles de cuisine : des articles tels que des couteaux ou des manches d'ustensiles qui nécessitent une certaine résistance et une certaine finition peuvent être produits par forgeage à froid.

Équipement médical

Implants : Certains implants médicaux peuvent être forgés à froid pour bénéficier des propriétés matérielles et de la précision offertes par le processus.

Outils chirurgicaux : les outils utilisés en chirurgie qui nécessitent précision et résistance peuvent être fabriqués par forgeage à froid.

Le choix du forgeage à froid comme procédé de fabrication dépend des propriétés du matériau requis, de la géométrie de la pièce et de l'économie de production. En raison de la haute résistance, de la bonne finition de surface et de la précision dimensionnelle qu'il offre, le forgeage à froid est un processus attrayant pour fabriquer une variété de composants durables et critiques dans de nombreuses industries.