Classification et tendance de développement du forgeage Le forgeage peut être classé selon les méthodes suivantes : 1) Classification selon l'emplacement des outils et des matrices utilisés pour le forgeage. 2) Classification par température de formage. 3) Classification selon le mouvement relatif des outils de matriçage et des pièces. 1
Classification du forgeage Le forgeage peut être divisé dans les catégories suivantes en fonction de l'emplacement des outils et des matrices utilisés, voir le tableau 1-1-1.
Le matriçage peut être divisé dans les catégories suivantes en fonction de la température de formage, voir le tableau 1-1-2.
Le matriçage est classé selon le mouvement relatif des outils et des pièces, voir le tableau 1 -1-3.
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Tendance de développement du forgeage 1. Développer un processus de formage permettant d'économiser du travail L'avantage du forgeage est que le forgeage est dense à l'intérieur et que la structure est relativement uniforme, et que les performances sont supérieures à celles des pièces moulées et soudées, mais l'inconvénient est qu'il nécessite une force de déformation plus importante. Depuis de nombreuses années, les gens explorent les processus de forgeage et conçoivent des outils permettant d’économiser du travail. Les principaux facteurs qui déterminent la force de déformation F et les moyens d'économiser l'effort peuvent être visualisés à partir de la formule suivante : F=KReLA Où K est le coefficient d'état de contrainte, également appelé coefficient de contrainte. Pour les états de contrainte de signes opposés, K < 1 ; pour les états de contrainte de compression triaxiale, K > 1, qui peut atteindre K=6 ou même plus ; ReL est la contrainte d'écoulement, qui caractérise la capacité du matériau à résister à la déformation plastique dans des conditions spécifiques et dépend de la composition, de la structure, de la température de déformation, du degré de déformation, de la vitesse de déformation, etc. du matériau déformé ; A est la projection de la zone de contact entre la pièce et la matrice dans la direction de la force principale. De l'analyse ci-dessus, il ressort qu'il existe trois manières principales d'économiser des efforts : (1) Réduire le coefficient de contrainte K. En fait, en production, la méthode de dérivation est souvent utilisée pour réduire la force de déformation. Par exemple, les ébauches en forme d’anneau sont souvent utilisées pour le forgeage de précision des engrenages. Lors du forgeage, le métal remplit la forme de la dent vers l'extérieur. Dans le même temps, étant donné qu'une partie du métal s'écoule vers l'intérieur, la contrainte maximale au milieu de l'ébauche solide est évitée lors de la compression, ce qui réduit la force de déformation, comme le montre la figure {{10}}. Lors de la rétro-extrusion d'une pièce cylindrique, une tige de stockage est ajoutée au milieu de la pièce pour extruder partiellement une tige de stockage (voir Figure 1-1-2), puis retirée. De cette façon, la force de déformation peut être considérablement réduite. La figure 1-1-3 montre la comparaison de la répartition des forces de déformation lors de la compression avec et sans tige de stockage. (2) Réduire la contrainte d'écoulement. Les méthodes de formage appartenant à cette catégorie comprennent le formage superplastique et le forgeage liquide (c'est-à-dire le formage semi-solide ou le formage proche du point de fusion). Le premier est un procédé de formage avec une vitesse de déformation plus faible, et le second est un procédé de formage à une température extrêmement élevée. (3) Réduisez la zone de contact. 2. Développer une technologie de formage de précision. Ces dernières années, il existe un terme appelé forgeage en forme nette, ce qui signifie que les pièces forgées ne sont plus traitées. À l'heure actuelle, la tolérance des pièces forgées de précision peut être contrôlée entre 0,01 et 0,05 mm. L'Allemagne a réalisé le forgeage de forme nette d'arbres transversaux (voir Figure 1-1-4) et d'engrenages à arc interne et externe (voir Figure 1-1-5) pour les transmissions automobiles. Dans certains cas, il est difficile d'obtenir pleinement la « forme nette », et il existe un terme correspondant « forme proche du filet », il y a donc « formation de forme proche du filet », forgeage de forme proche du filet (forgeage de forme proche du filet). De toute évidence, il existe des exigences strictes pour que le moule puisse réaliser un formage de précision. La figure 1-1-6 est le schéma du dispositif de moulage et des pièces du produit pour l'extrusion d'engrenages à arc. Les caractéristiques de ce dispositif sont : 1) La surface sphérique du poinçon est autoportée pour éviter les forces latérales. 2) La matrice inférieure dispose d'un dispositif de réglage pour assurer la concentricité des matrices supérieure et inférieure. 3) La matrice inférieure est dotée d'un dispositif de serrage hydraulique pour maintenir le serrage de centrage. Le formage est divisé en deux étapes, à savoir le préformage à chaud de la billette en forme de coupe avec des dents externes, puis le formage de finition à froid (voir Figure 1-1-7). L'analyse par éléments finis montre que seule la forme des dents de la préforme est trapézoïdale, ce qui est la plus adaptée. La forme des dents du matériau de la barre extrudée n'est pas traitée et est uniquement découpée en engrenages. 3. Utilisez un processus composite. La billette à forger peut être une pièce frittée en poudre ou une billette réalisée par moulage par injection. La figure 1-1-8 montre le forgeage de la billette formée par moulage par injection.
Depuis quelques années, le formage semi-solide combine fonderie et forgeage pour économiser de l'énergie et obtenir des pièces relativement précises et performantes. De plus, le formage semi-solide est également une bonne méthode pour former des matériaux composites à faible teneur en fibres et des matériaux composites renforcés par des particules. Processus de pliage et de soudage de précision pour les grandes pièces annulaires. En raison de la difficulté de transporter de grandes pièces de bride d'un diamètre supérieur à 8 m, Wang Zhongren et d'autres ont développé un processus de pliage et de soudage de précision pour les grandes pièces annulaires. Son plus grand avantage est qu’il permet d’éviter l’utilisation de processus de tour vertical. Les principaux processus de cette méthode sont illustrés dans la figure 1-1-9 : la figure a est une billette carrée forgée, dont la longueur doit être supérieure à la longueur de chaque secteur, et la quantité de traitement des têtes aux deux extrémités doit être réservée ; La figure b est une section de forme spéciale traitée par une raboteuse à portique, comprenant une rainure d'étanchéité et une rainure de soudage reliée au cylindre ; La figure c représente un pliage de précision ; La figure d est une rainure de soudage pour le soudage bout à bout entre les têtes d'extrémité et les têtes bout à bout, traitée avec précision en fonction de la longueur de l'arc ; La figure e est assemblée en anneau ; La figure f représente une bride et un cylindre soudés, et après soudage dans un cylindre à bride, la surface d'étanchéité est finement usinée à l'aide d'une simple machine-outil sur le chantier de construction.
La figure 1-1-10 est une photo du pliage de précision d'une grande bride. Étant donné que la section transversale changera au cours du processus de pliage réel, la méthode de simulation numérique peut être utilisée pour la prédiction, puis la forme de la section transversale peut être corrigée en fonction des résultats de la prédiction pour déterminer la taille de traitement qui doit être garantie sur la raboteuse. . Les résultats de la simulation numérique par éléments finis du changement dimensionnel de la pièce pliée sont présentés dans la figure 1-1-11.
4. Élargissez le champ d'application de la simulation du processus de forgeage. À mesure que les logiciels gagnent en maturité et que les prix des ordinateurs continuent de baisser, la CAO/FAO est de plus en plus utilisée. Il convient de souligner que la simulation du processus de forgeage a permis d'optimiser avec succès la conception de la structure de la matrice, de prédire les défauts tels que le pliage et l'insuffisance pouvant survenir pendant le processus de formage, d'optimiser les paramètres de formage, de prédire la répartition des contraintes dans la cavité de la matrice et d'éviter les fissures locales. ou une usure excessive. La simulation numérique est passée de la recherche académique pure à l’utilisation pratique. À l'heure actuelle, la répartition des contraintes et la vitesse de déformation dans la pièce peuvent être prédites, et l'organisation et les performances après déformation peuvent être prédites si nécessaire. La figure 1-1-12 montre un exemple d'élimination des plis générés lors du processus de forgeage en optimisant la forme de la matrice grâce à la simulation numérique. Comme le montre la figure 1-1-12, la raison du pliage de la pièce forgée est la conception déraisonnable de la forme de la matrice. Après modification de la matrice, le dessus de la pièce est comprimé sous le serrage de la matrice supérieure, ce qui peut éliminer complètement le pliage. 5. Microformage Le microformage dans la transformation du plastique est dû à la forte demande de micropièces. La forte demande pour ces micro-pièces n’est pas seulement due à la miniaturisation des appareils électriques. Avec le développement des dispositifs médicaux, des capteurs et des dispositifs optoélectroniques, la demande de micro-pièces a également augmenté rapidement. Du point de vue du coût de production et de l'efficacité de la production, la méthode de traitement du plastique est supérieure à la technologie de traitement ultra-fin tridimensionnel (procédé LIGA) qui intègre la lithographie aux rayons X en profondeur, le moulage par électroformage et le moulage microplastique. Ce qu'on appelle le microformage signifie généralement qu'au moins une dimension de la pièce formée est inférieure à 0,5 mm. Étant donné que la taille des grains des matières premières utilisées n'a pas beaucoup changé, c'est-à-dire que le rapport entre l'échelle des micro-pièces et la taille des grains est beaucoup plus petit que le rapport entre l'échelle des pièces conventionnelles et la taille des grains, donc les deux ne ne suit pas la même loi. De la même manière, le rapport entre la surface et le volume des micro-pièces est également beaucoup plus grand que la valeur correspondante des pièces conventionnelles. En conséquence, la zone de contact a un impact bien plus important sur le microformage que sur le formage de pièces conventionnelles. La figure 1-1-13 montre de manière frappante l'évolution du nombre de grains de surface par rapport au nombre de grains globaux en raison de la réduction de la taille. Sur la figure, λx est le multiple de réduction de taille.
La figure {{0}} montre que la convexité sur la surface de la pièce permet de former facilement une rainure fermée pour stocker le lubrifiant après l'aplatissement. Si la taille de la surface est très petite, comme pour le microformage, il n'est pas facile de former une rainure pour stocker le lubrifiant. Par conséquent, pour l'extrusion à double coupelle illustrée à la figure 1-1-15, lorsque le diamètre de la pièce est réduit de 4 mm à 0,5 mm, les résultats des tests montrent que dans les conditions d'utilisation d'huile d'extrusion comme lubrifiant, le la force de frottement augmente considérablement avec la réduction de la taille de l'éprouvette, et l'augmentation peut atteindre 20 fois. La figure 1-1-16 montre une pièce forgée avec du fil d'un diamètre inférieur à 0,3 mm. A titre de comparaison, une allumette est placée sur le côté droit de la figure. 6. Formage flexible multipoints Le formage flexible multipoints est une nouvelle méthode de formage pour la fabrication de pièces à coque à grande courbure, comme le montre la figure 1-1-17. Son essence est de discrétiser la matrice inférieure en plusieurs petites matrices réglables. Afin d'éviter que le haut de la petite matrice ne provoque des indentations sur la surface de la pièce, une plaque d'acier est placée sur la matrice discrète pour produire une surface flexible continue. Le moule supérieur est composé de blocs de polyuréthane et les deux côtés de la pièce sont recouverts de plaques de polyuréthane. Le formage flexible multipoint peut principalement fabriquer la pièce requise en ajustant la forme du moule inférieur. Afin de prendre en compte l'influence du rebond de la pièce sur la précision du formage, la surface du moule peut être corrigée en ajustant la hauteur du petit moule. Ce type de moule a été utilisé avec succès pour fabriquer la plaque d'arc du corps rétractable d'une grande soufflerie. 7. Formage de matériaux composites Le formage de matériaux composites s'est développé rapidement ces dernières années. Pour les matériaux composites à fibres longues, les méthodes semi-solides sont principalement utilisées pour les fabriquer. K. Sigert a développé des pièces de formage en composite renforcé de fibres de carbone en alliage AlMg. Comme le montre la figure 1-1-18, la température de formation semi-solide se situe entre le solidus et le liquidus, soit entre 577 et 638 degrés. Sa préforme est représentée sur la figure 1-1-19. Les fibres et les plaques sont posées en alternance et enveloppées de papier d'aluminium à l'extérieur. Pour la formation de matériaux composites à fibres courtes, les fibres courtes doivent être pressées à l'avance pour former une ébauche, puis le métal liquide est coulé dans les espaces entre les fibres sous pression, refroidi à l'état semi-solide puis extrudé. Hu Lianxi et d'autres ont fait des recherches à cet égard. Zhang Libin a déjà étudié la préparation des matériaux composites PM-SiCp/2A12. Le flux de processus est illustré dans la figure 1-1-20. Le pressage à chaud du moule encapsulé, le refoulement fermé et l'extrusion inverse à chaud isotherme sont tous effectués sur une presse hydraulique domestique à quatre colonnes à usage général. Le matériau composite PM-SiCp/2A12 traité par extrusion inverse à chaud isotherme présente de bonnes propriétés mécaniques. Par rapport aux propriétés de traction à température ambiante du même état de lingot métallurgique 2A12, la limite d'élasticité conditionnelle σ0,2 du matériau composite PM-SiCp/2A12 contenant SiCp15 % (fraction massique) et 20 % (fraction massique) est augmentée de 17,3. % et 24,6 %, respectivement, et la résistance à la traction Rm est augmentée de 2,5 % et 10,2 %, respectivement.
