Cours fabrication mécanique5

S. SFARNI FM
Cours de Fabrication Mécanique
Université Abdelkader Mira - Béjaïa

Programme d’études
FM
Fabrication Mécanique
Chapitre 3: Procédés de fabrication sans enlèvement de matière
• Introduction
• Procédés par déformation
• Principe
• Différents modes (laminage, forgeage, estampage, matriçage…)
• Procédés par fusion
• Principe (moulage et fonderie)
• Différents modes de moulage
Chapitre 4: Procédés non conventionnels
• Généralités
• Différentes techniques d’usinage (électro érosion, ultrason, bombardement
électronique)
• Avantages
S. SFARNI

FM
Procédés de fabrication par déformation
S. SFARNI
Les procédés de fabrication par déformation consistent à
déformer plastiquement le matériau jusqu’à obtention de la
forme désirée.
Ces procédés peuvent avoir lieu à chaud ou à froid.
Ces procédés existent pour certains d’entre eux, depuis
plusieurs siècles (exemple du forgeage). Ils peuvent présenter
de nombreux avantages, selon la fonction des pièces fabriquée.
Introduction

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Rappels sur la plasticité des matériaux
La contrainte et la déformation
sont données par:
Deux domaines distincts:
1- Elasticité:
• La déformation axiale est linéaire;
• La déformation est réversible;
• Re est la limite élastique du matériau
• R0.2 est la limite conventionnelle à
0.2% de déformation.
nn E 
0S
F
n 
0L
L
n

 Début de la striction
Rupture

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2- Plasticité:
• L’évolution des déformations en
fonction des contraintes n’est plus
linéaire;
• La déformation est permanente;
• La fin de la courbe est marquée par
le phénomène de striction qui
correspond à une déformation
localisée.
Début de la striction
Rupture

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Phénomène d’écrouissage:
Ce phénomène apparait pour un matériau à qui l’on a fait subir une
déformation plastique. Il correspond à une augmentation de la limite
élastique de Re à Re1. L’écrouissage disparait si l’on fait un recuit.
Re
Re1

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Influence de la température:
De manière générale, une
augmentation de la température
induit une diminution de la limite
d’élasticité. Ce phénomène est
souvent utilisé pour mettre en forme
les matériaux, car il nécessite moins
de contrainte (et donc moins d’effort
sur le matériau) pour obtenir une
déformation permanente.

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Procédé de forgeage
(Anglais: Forging)
Le forgeage est l'ensemble des techniques
permettant d'obtenir une pièce
mécanique en appliquant une force
importante sur un morceau de métal, à
froid ou à chaud, afin de la contraindre à
épouser la forme voulue.
Le forgeage implique un dispositif de
frappe (marteau, masse, martinet ou
marteau-pilon) et un support (enclume ou
matrice).
L’état plastique de la matière première
employée distingue la forge des autres
technologies d’obtention des pièces en
métal comme la fonderie où c’est le métal
liquide à 1450°C (fondu) qui est utilisé.
Enclume
Marteau
Pièce
Chutes

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Avantages du forgeage
Homogénéité:
Sous l’effet du choc ou de la pression,
le métal est écrasé et s’écoule entre
les outils dans une direction
perpendiculaire à celle de l’effort
exercé. Il y a homogénéisation et
orientation de la structure dans cette
direction privilégiée.
Caractéristiques:
Certaines caractéristiques mécaniques
sont améliorés (en particulier
l’allongement à la rupture).
Direction
d’écoulement
Direction
d’écoulement

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Avantages du forgeage
La forge est très utile pour des pièces de sécurité comme par exemple les
crochets de manutention.
Elle permet, en réduisant les dimensions des pièces, de supporter les
mêmes efforts. En conséquence, poids des pièces, efforts d’inertie, et
vibrations s’en trouvent réduits.

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Phénomène de corroyage
L'acier est composé de grains et de plus ou moins d'impuretés
intergranulaires. Lors des premières opérations de mise en forme (en
sidérurgie ou en forge) à partir du métal, on déforme les grains et les
inclusions. Cet ensemble s'allonge dans le sens de la déformation.
Ce sont les inclusions intergranulaires allongées qui constituent ce que
l'on appel le « fibrage » du métal, à cause de l'analogie d'aspect entre un
« métal fibré » et une planche de bois.

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Le fibrage est une notion purement qualitative qui met en évidence la
déformation du métal par l’alignement des impuretés qu’il contient. Il
est donc apparu nécessaire de quantifier la déformation : on parle de
« corroyage ».
Le corroyage se mesure par son taux : c’est la section initiale du
produit rapporté à sa section finale (taux = S0/S1).
S0
S1

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Le taux et le sens du corroyage peuvent avoir une influence
importante sur les caractéristiques mécaniques des aciers.
Senslong
(sensducorroyage)
Sens travers

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Exemple de l’importance du corroyage
4 crochets issus d'une même tôle de 10 mm d'épaisseur, elle-même
corroyée dans le sens indiqué par la flèche (tous les crochets sont
découpés par sciage). Les crochets A et D sont découpés tels quels
tandis que les crochets C et B sont mis en forme à partir des barreaux
droits sciés. Ces 4 crochets ont finalement tous la même forme et la
même analyse chimique.

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Exemple de l’importance du corroyage
Néanmoins, lorsque l'on exerce un effort de traction sur chacun d'eux,
leur résistance varie de 1 à 10.
Note: cet exemple ne correspond pas à la fabrication industrielle de
crochets. Il ne sert qu’à montrer l'influence du sens de corroyage sur les
caractéristiques mécaniques.

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La forge compte plusieurs technologies de production

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1- Forge libre
(Anglais: free forging)
La forge compte plusieurs technologies de production
Dans ce cas, la matière est déformée
suivant une direction. Les formes
obtenues sont simples. La qualité de la
pièce dépend de la compétence du
forgeron. Les pièces peuvent peser d’un
kilo à plusieurs centaines de kilos.
La forge libre est utilisée pour les pièces
unitaires ou petites séries.
Il est possible d’utiliser des outils très
basiques (pour les petites pièces
simples), ou des marteaux-pillons pour
des pièces lourdes.

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Forge libre
Illustration animée

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2- Estampage
(Anglais: stamping)
Gravure
Logement de
la bavure
Cette technologie consiste à former,
après chauffage, des pièces brutes
par pression entre deux blocs (les
matrices) portant en creux la forme
exacte du produit à réaliser. Cette
technique de fabrication suppose
l’exécution préalable d’outillages
spécifiques aux produits à
confectionner. Elle n’est donc utilisée
que lorsque le nombre de pièces à
produire est assez élevé.
Elle permet d’obtenir une précision
dimensionnelle plus grande qu’en
forge libre.

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La température de chauffage est élevée
(en général T>0.5 Tfusion).
La mise en contact peut se faire, soit :
- Par des machines de choc (V > 1m/s);
- Par des machines de pression (V < 1m/s).
2- Estampage

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3- Matriçage
Il s’agit d’un procédé identique à l’estampage, mais ce terme est réservé aux alliages
non ferreux, tels que les alliages d’aluminium, de cuivre, de titane.
Exemple: prothèse de hanche:

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Estampage/Matriçage
Illustration animée

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Conception des pièces matricées (ou estampées)
Lorsque le concepteur décide d’utiliser l’estampage (ou le matriçage), il
est nécessaire de concevoir la pièce pour optimiser :
• Les surépaisseurs d’usinage
• La forme des matrices
• La durée de vie des matrices.
Certaines règles sont à respecter pour optimiser le cout et la durée de vie
des outils.

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1- Choisir un sens d’estampage:
Il ne faut prévoir aucun volume en creux le long des surfaces strictement
parallèles au sens de l'estampage.
Exemple de forme finale
de pièce souhaitée

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Deux possibilités lors de l’estampage
Sens de l’estampage Sens de l’estampage

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Usinage des parties gardées
Usinage
Usinage

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2- Dépouille:
Pour que le métal remplisse la gravure, et pour qu’il en sorte
facilement, il faut que les flancs de la pièce soient obliques : c’est ce
qu’on appelle la dépouille.
Les angles de dépouille varient entre 3 et 10 degrés selon les faces
concernées.
Note:
Les dépouilles concernent uniquement les faces strictement
parallèles au sens de l'estampage.

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Pièce souhaitée
Dépouilles sur les
faces parallèles au
sens de l’estampage
Faces droites
Forme des gravures
utilisées

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3- Rayon de raccordement
Dans une gravure, il faut éviter les angles vifs car ils peuvent
engendrer différents problèmes:
• Durée de vie de l’outil diminuée si les rayons sont petits (risque
de fissuration des outils).
• Risque de formation d’un pli (ou repli) lors de la déformation.
Pour s’affranchir de ces risques, il est possible d’augmenter les
rayons et faire des passes d’ébauche en usinage.

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Phénomène de
repli

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A titre d’exemple, voici une courbe de variation de l’effort de la
presse nécessaire pour remplir les matrices affectées des rayons
R1 et R2.

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4- Surépaisseur d’usinage
Il faut prévoir sur toutes les surfaces fonctionnelles, une surépaisseur
d’usinage prenant en compte :
• La qualité des surfaces de la pièce (zone hétérogène)
• Les défauts de positionnement d’une matrice par rapport à l’autre
(défaut de déport)
• Le copeau mini des outils.

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5- Plan de joint
Pour remplir parfaitement les matrices, il est nécessaire de prévoir une
bavure sur tout le tour du plan de joint. Un logement doit être prévu
dans les outils. L’épaisseur de la bavure est réduite au voisinage de la
pièce, pour faciliter l’opération d’ébavurage.
Le plan de joint doit être choisi de façon à
• Permettre l’extraction de la pièce
• Respecter l’orientation du corroyage en fonction de l’utilisation
future de la pièce.
• Optimiser la quantité de matière utilisée
• Faciliter la fabrication des outils

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Fin

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