Détermination du rapport hauteur/diamètre bouleversant dans le forgeage

Dans le processus de forgeage, le refoulement fait référence à la déformation d'une pièce pour augmenter son diamètre en comprimant sa hauteur. Un paramètre critique dans le bouleversement est lerapport hauteur/diamètre (rapport H/D), qui joue un rôle clé dans la détermination de la qualité du produit final et de la faisabilité du processus. Le rapport hauteur/diamètre est utilisé pour garantir que la déformation reste contrôlée et uniforme, évitant ainsi des problèmes tels que le flambage, la fissuration ou la rupture du matériau.

Quel est le rapport hauteur/diamètre ?

Le rapport hauteur sur diamètre (rapport H/D) est le rapport entre la hauteur (ou longueur) de la pièce et son diamètre avant forgeage. Ce rapport permet de définir dans quelle mesure un matériau peut être déformé lors du processus de refoulement. Généralement, plus le rapport est petit, plus le processus de refoulement devient réalisable, car les matériaux plus courts et plus épais peuvent résister à des forces de compression plus importantes sans se déformer ni développer de défauts.

Par exemple, un rapport H/D inférieur, tel que 1,5:1 ou moins, indique une pièce tronquée, capable de supporter des charges de compression élevées sans risques d'instabilité importants. D'un autre côté, un rapport plus élevé, tel que 3:1 ou plus, nécessiterait un examen plus attentif, car la pièce devient plus sujette aux défauts de déformation.

Comment déterminer le rapport H/D optimal ?

Le rapport H/D idéal dépend de plusieurs facteurs, notamment des propriétés du matériau, de la température du matériau lors du forgeage et du degré de déformation requis. Voici les principales étapes pour déterminer le rapport H/D optimal pour le refoulement :

1. Propriétés des matériaux: Différents matériaux présentent différentes résistances à la compression et ductilité. Les matériaux plus mous, tels que l'aluminium, peuvent supporter davantage de déformations sans se fissurer, tandis que les matériaux plus durs, comme l'acier à haute teneur en carbone, peuvent nécessiter un rapport H/D plus faible pour éviter des contraintes excessives. La contrainte d'écoulement du matériau, c'est-à-dire la contrainte nécessaire pour continuer à déformer plastiquement le matériau, doit être prise en compte.
2. Conditions de température: Le forgeage à chaud est généralement effectué à des températures qui améliorent la ductilité du matériau et réduisent la force requise. Des températures plus élevées permettent une déformation plus importante, ce qui permet un rapport hauteur/diamètre plus élevé. Pour le forgeage à froid, le rapport H/D doit être maintenu plus petit en raison du risque accru d'écrouissage et de fissuration.
3. Degré de déformation: La quantité de déformation requise est un autre aspect important. Si une réduction significative de la hauteur est nécessaire, il est avantageux de commencer par un rapport H/D plus faible pour garantir que la pièce puisse subir la compression requise sans défauts.
4. Éviter les défauts: Lors de la détermination du rapport H/D, il est essentiel d'éviter les défauts tels que le flambage, qui se produisent lorsque le matériau se plie ou se froisse lors de la compression. Pour éviter le flambage, une règle générale consiste à utiliser un rapport H/D initial inférieur à 2:1 pour le forgeage général. De plus, la lubrification et une conception appropriée de la matrice sont cruciales pour minimiser la friction et garantir une déformation uniforme.

Exemple pratique

Prenons le cas du renversement d’une billette cylindrique d’acier. Si la hauteur initiale de la billette est de 200 mm et le diamètre de 100 mm, le rapport H/D serait de 2:1. Si le matériau est relativement mou et qu'un forgeage à chaud est utilisé, ce rapport peut être acceptable. Cependant, si le forgeage à froid est utilisé, il peut être nécessaire de réduire la hauteur pour diminuer le rapport H/D afin d'éviter le flambage ou la fissuration pendant le processus de refoulement.

Conclusion

Le rapport hauteur/diamètre lors du refoulement est un aspect fondamental du forgeage qui détermine le succès du processus. En évaluant soigneusement les propriétés des matériaux, la température et les exigences de déformation, un rapport optimal peut être établi, garantissant la production de composants forgés de haute qualité et sans défauts.