MP2 Moulage Forgeage

CI MP Matriaux procds MP-2 Moulage - Forgeage

Lyce Jules Ferry Page 1 sur 11 TSI1

Comptences attendues: - justifier le choix dun matriau pour une pice constitutive dun systme, - valider ou modifier la gomtrie dune pice en accord avec les contraintes techniques et conomiques du procd dobtention, - proposer, partir du trac des groupes de surfaces fonctionnelles dune pice, un trac et un moyen dobtention du brut capable en justifiant les adaptations de trac.

Cours MP-2 : Moulage et Forgeage

Pour:- moulage par gravit et sous pression,- dformation : forgeage, estampage, emboutissage, pliage Principe du procd. Paramtres influents sur le procd : matriau, brut capable, gomtrie, prcision. Influences sur les proprits du matriau. Principes des outillages associs. Dmarche de choix du couple matriau procd. Contraintes techniques et conomiques du couple matriau-procd.

Figure 1 : Challenge Forge 2011 (ralisation d'un vilebrequin)

Le moulage et le forgeage sont 2 procds d'obtention de pices mcaniques sans enlvement de matire:

le moulage utilise un matriau en phase liquide :

le forgeage dforme un matriau en phase solide :

Ces 2 procds permettent d'obtenir une pice finie ou semi-finie selon la technique utilise et les formes attendues.

CI MP Matriaux procds

Lyce Jules Ferry

1 Principe du moulage : outillage associ1.1 Cycle de productionLe processus de moulage est cyclique notamment pour les moules permanents (non dtruit l'issue de l'obtention du produit coul).

Figure 2 : Cycle de fabrication de pices moules

Fusion du matriau(dans un four)

Finition ventuelle (bavurage, usinage,)

Plastification ( vis sans fin)Haut-fourneau (mtaux)

Point dentre de la matire

Seuil

Pige de la goutte froide

MP-2 Moulage

Page 2 sur 11

Principe du moulage : outillage associ Cycle de production

Le processus de moulage est cyclique notamment pour les moules permanents (non dtruit du produit coul).

Cycle de fabrication de pices moules

Fusion du matriau Prparation du moule(fermeture + temprature

Coule ou injection

Solidification (refroidissement)

Ouverture du moule

Extraction de la pice moule (destruction ou jection)

Finition ventuelle (bavurage, usinage,)

Plastification ( vis sans fin)

matire Carotte (entre du matriau dans le moule)

Canal primair

Pice

Canal secondaire

Moulage - Forgeage

TSI1

Le processus de moulage est cyclique notamment pour les moules permanents (non dtruit

Prparation du moule fermeture + temprature + lubrification)

(entre du matriau dans le moule)



1.2 Outillage pour le moulage L'lment central du procd est le moule qui peut tre obtenu par usinage ou par une prise d'empreinte sur la pice d'origine ou sur un modle.

Le moule peut tre : - en sable. : rsistant aux hautes tempratures de fusion des mtaux, pas de limite de taille de pice, prix d'outillage en petite srie (de l'ordre de 100 1000). : destruction du moule chaque dmoulage, prcision (de l'ordre du millimtre).

- en coquille. : prcis (de l'ordre de 0,1 1 mm), : prix de l'outillage (de l'ordre de 1000 10 000), pas adapt aux pices trop grandes (suprieures quelques mtres).

Le moule est constitu : - de 2 chssis comportant chacun la demi-empreinte de la pice dont la jonction

s'appelle le plan de joint. Il se produit gnralement une bavure au niveau du plan de joint qui fera l'objet d'une finition (usinage, ponage,)

- d'un dispositif de bridage (visserie ou vrin) pour maintenir les 2 chssis plaqus pendant la coule,

- des noyaux peuvent tre insrs au niveau de l'empreinte afin de raliser des pices creuses,

- d'un canal de coule (ventuellement d'un canal d'vent qui permet l'air de sortir du moule) qui devra tre sci en finition,

- d'un dispositif d'jection pour les moules en coquille qui permet d'extraire la pice moule (en effet en solidifiant la pice moule se contracte sur l'empreinte et son extraction ncessite un effort parfois non ngligeable).

Figure 3 : Outillage pour le moulage (image Process Works 2009 )

Chssis mobile (sur colonnes) et son dispositif d'jecteurs

Chssis fixe et son canal de coule ou d'injection.

Ejecteur



Remarque : le moulage la cire perdue permet d'obtenir en petite srie des moulages ncessitant peu de finition car dpourvu de plan de joint.

L'coulement du matriau en fusion peut se faire : par gravit, notamment pour le moulage des mtaux (on dverse le mtal en fusion

dans un canal de coule), sous-pression notamment pour le moulage des polymres plus visqueux (injection

plastique : le polymre sous forme de granules est malax dans une vis sans fin chauffe pour homogniser la fusion) ou pour le moulage fin des mtaux. Le matriau liquide est inject dans le moule l'aide d'un vrin qui contrle la pression et la vitesse de coule.

1.3 Coule continue des mtaux, extrusion des plastiques, Les aciers sont la plupart du temps sous forme brut (mis part le moulage):

en tles (rouleau ou plaque) ou en barres.

Pour obtenir ces formes, on utilise le procds de moulage en coule continue partir de l'acier en fusion des hauts fourneaux.

Figure 4 : Coule continue des aciers

Les profils obtenus sont ensuite : lamins (cras entre 2 rouleaux) l'paisseur dsire, dcoups la largeur et la longueur souhaite.

De la mme faon, les polymres peuvent tre obtenu sous diffrentes formes de profils par le procd d'extrusion.

1) Trmis granules 2) Four 3) Vis sans fin (malaxage) 4) Filire qui donne la forme 5) Refroidissement 6) Evacuation vers dcoupe

(source OTUA)

Figure 5 : Extrusion de profil en polymre



1.4 Impression 3D On notera concernant les polymres l'apparition d'imprimantes 3D ne ncessitant pas de moule ni de modle rel. La pice s'obtient partir de son modle numrique tridimensionnel par durcissement de rsine (dpt progressif ou durcissement par laser,). Ce procd est adapt la fabrication unitaire (fabrication de modle par exemple) car le procd est long et les produits d'une rsistance mcanique modeste.

1.5 Matriaux procds Les matriaux adapts au moulage sont (exemple de nuance qui peuvent tre trs varie):

En sable En coquille Sous pression (mtaux) Injection (polymre)

Acier (dsignation usuelle prcd de G)

G E280 G 20Mn6

Fonte EN-GJL-150 Aluminium EN-AC-21000

(NF: AU4GT) EN-AC-21000 (NF: AU4GT)

EN-AC-21000 (NF: AU4GT)

Autres alliages Cuivre Zinc Magnsium

Zinc

Polymres PVC, PE, PC,



2 Principe du forgeage : outillage associ Le processus de forgeage est rptitif (matriau statique sous un pilon) ou continu

(circulation de la matire travers la machine : fabrication de profil ou de tle). Il est gnralement ralis sur les mtaux chauffs.

Le forgeage est utilis pour donner au matriau une rsistance particulire par l'orientation des fibres et par la diminution de la taille des cristaux.: fabrication de pices forme complexe fortement sollicite : outillage, vilebrequin, Le gain en terme de rsistance mcanique est encore plus important pour le forgeage froid (laminage de tle ou de barres). La prcision en forgeage est de l'ordre de 0,1 1mm (meilleure froid). 2.1 Forge libre Il s'agit de former une pice par frappe rptitive du matriau (pralablement chauff) entre une enclume et un pilon:

cot en fabrication unitaire (par rapport aux autres procds de forgeage), les pices peuvent tre massives (acirie, architecture,) dure de ralisation.

Figure 6 : forgeage libre d'un arbre de grande dimension.

2.2 Estampage (matriage) L'estampage consiste dformer une pice entre 2 matrices qui vont donner la

forme la pice (il peut y avoir 2 matrices d'bauche puis 2 pour la finition). La dformation va tre obtenu par choc d'un pilon massif dont l'inertie va s'ajouter la pression d'un vrin hydraulique ou lectrique.

On parle de matriage pour les alliages non ferreux.

L'obtention de la pice finale peut ncessiter plusieurs chocs entre les matrices (pilonnage).

Figure 7 : matriage d'un galet

CI MP Matriaux procds

Lyce Jules Ferry

2.3 Extrusion des mtauxA la diffrence de l'extrusion pratique pour les polymresest une dformation gnralement pratique froidL'extrusion consiste repousser une pice, gnralement de rvolution, selon son axe de rvolution afin de lui faire prendre la forme d'un

Figure 8 : Formes obtenues par extrusion mtallique

2.4 Emboutissage L'emboutissage consiste dformer forme la pice) et un serre flan (qui maintient la tle plaque contre la matrice).

L'estampage permet de rigidifier la tle ou de donner une forme particulire (cannette de boisson par exemple). Par aillersistance du matriau tout en limitant son lasticit.

Figure 9 : emboutissage en grande dformation

Le thermoformage est une sorte d'emboutissage pour les polymres. La dformation est obtenuentre le film plastique et la matrice

http://www.eriautomation.com

MP-2 Moulage

Page 7 sur 11

Extrusion des mtaux A la diffrence de l'extrusion pratique pour les polymres, l'extrusion des mtaux est une dformation gnralement pratique froid (en tous cas en phase solide)

consiste repousser une pice, gnralement de rvolution, selon son axe de rvolution afin de lui faire prendre la forme d'une matrice ou d'une filire.

par extrusion mtallique

L'emboutissage consiste dformer froid une tle pince entre une matrice (qui donne la forme la pice) et un serre flan (qui maintient la tle plaque contre la matrice).

L'estampage permet de rigidifier la tle ou de donner une forme particulire (cannette de . Par ailleurs la dformation applique contribue augmenter la

rsistance du matriau tout en limitant son lasticit.

en grande dformation

Le thermoformage est une sorte d'emboutissage pour les polymres. La dformation est obtenue par aspiration de l'air entre le film plastique et la matrice (ou surpression l'extrieur).

http://www.eriautomation.com

www.gevelot-extrusion.com

Figure 10 : thermoformage des polymres

Moulage - Forgeage

TSI1

l'extrusion des mtaux (en tous cas en phase solide).

consiste repousser une pice, gnralement de rvolution, selon son axe de

une matrice (qui donne la forme la pice) et un serre flan (qui maintient la tle plaque contre la matrice).

L'estampage permet de rigidifier la tle ou de donner une forme particulire (cannette de urs la dformation applique contribue augmenter la

fr.rtiintl.com

extrusion.com

: thermoformage des polymres



2.5 Pliage Le pliage est une dformation plastique froid obtenue grce une force applique sur la longueur de la pice, la pice tant pince entre 2 matrices.

Figure 11 : Pliage sous presse

Figure 12 : Pliage en l'air

Dans le pliage sous presse, la forme du pliage est donne par le poinon et la matrice. L'angle obtenu est proche de l'angle de la matrice ( 0,5 prt), Les efforts mis en jeu sont importants (paisseur de tle limite quelques millimtres) Dans le pliage en l'air, la forme du pli est donn par la matrice et l'angle du pli dpend du dplacement effectu par le sabot. Les efforts mis en jeu sont modrs, ce qui fait le succs de cette technique. L'angle final sera infrieur l'angle maximum impos en fin de pliage cause de l'lasticit de la tle (de 1 2).

Remarque : le pliage est une forme d'estampage.

2.6 Matriaux procds Tous les mtaux sont susceptibles d'tre mis en forme par forgeage.

On privilgiera les matriaux ductiles (capable de grande dformation) et de rsistance mcanique pas trop leve.

Matrice mobile

Matrice fixe



3 Contraintes techniques et conomiques On trouvera dans le graphique suivant les diffrents procds selon 2 critres conomiques:

- cot de l'quipement (presse, pilon, four) - cot de l'outillage (moule, matrice, filire)

Figure 13 : comparatif de cot des procds de moulage et de forgeage

On distingue :

l'impression 3D dont le cot d'outillage faible sera prfr en prototypage (ralisation unitaire de modle) car le processus est notamment trs lent,

le thermoformage dont le cot rduit sera favoriser pour la mise en forme de plaque en polymre (capot,)

le moulage de mtaux en sable qui conomiquement sera prfr pour les petites et moyennes sries

la mise en forme par estampage de feuilles est galement conomique, enfin les autre modes de production seront utiliss dans le cadre de fabrication de

masse. Leur surcot pouvant tre compens par le dbit de production, la qualit de fabrication et la dure des outillages.



4 Adaptation des formes et influence du procd Les formes imposes par le moulage et le forgeage sont sensiblement comparables.

Epaisseurs courantes : - quelques millimtres pour le pliage, pour les moulages sous pression ou par injection, - quelques centimtres pour le moulages en coquille par gravit, - quelques dizaines de centimtres pour le moulage en sable ou le forgeage.

L'extraction des pices de leurs empreintes impose :

des formes arrondies,

des dpouilles (inclinaison des surfaces planes perpendiculaire au plan de joint),

viter les contre-dpouilles qui ncessite l'emploi de noyaux extractibles coteux et gnrateur de dfaut de surfaces.

Les retassures (trous dans la matire) sont lies des diffrences trop importantes dans la vitesse de solidification entre la peau et le cur du matriau (trop grandes paisseurs), Les criques ou plis sont dus l'coulement de matriaux visqueux (moulage des plastiques ou forge) lors de variations brusque de section

Il convient donc de prvoir des paisseurs sensiblement constantes : viter l'amas de matire en dcalant les raccords ou en pratiquant des trous,

les nervures permettent de rigidifier la pice sans amas de matire (elles sont efficaces lorsqu'elles travaillent en compression),

par ailleurs, les formes courbes sont plus rigides que les formes planes,

variation progressive de l'paisseur si cette variation est ncessaire.



Enfin pour viter la dformation des pices lors du refroidissement il faut:

des nervures pour rigidifier les pices pendant la solidification (les nervures plus fines que le reste de la pice se solidifie rapidement et vite le voilage des grandes surfaces planes notamment),

viter si possible les formes trop rigides pour limiter les surtensions inhrentes au refroidissement : rayons courbes, nombre impairs de rayons,

Noyau :positionnement; dans le cas du moulage; on pourra utiliser des noyaux pour la ralisation de zones creuses ; prvoir si possible des creux traversant afin de faciliter le positionnement des noyaux (particulirement pour le moulage en sable).

Toile : dans le cas du forgeage, les trous perpendiculaires au plan de joint ne seront pas dbouchant. Il reste une toile dont l'limination ncessiterait des pressions trop grandes.

Rfrences : ProcessWorks (base de donnes et simulation) http://www.fondeursdefrance.org/fiches/5Les_differents_procedes_de_fabrication.pdf http://www.rocdacier.com/ressource.n.22/cours-sur-le-pliage-des-toles-.html Logiciel CES EduPack 2011 Guide du dessinateur industriel de A.Chevalier Edition Hachette Technique

Figure 14 : toile en forgeage (image ProcessWorks)

MP2 Moulage Forgeage

Documents

Transcript of MP2 Moulage Forgeage