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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
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
Rappels sur la plasticité des matériaux
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
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
Rappels sur la plasticité des matériaux
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
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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.
Rappels sur la plasticité des matériaux
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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.
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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.
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
Phénomène de corroyage
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
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
Phénomène de corroyage
Le taux et le sens du corroyage peuvent avoir une influence
importante sur les caractéristiques mécaniques des aciers.
Senslong
(sensducorroyage)
Sens travers
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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.
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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.
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
La forge compte plusieurs technologies de production
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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.
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
Forge libre
Illustration animée
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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.
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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:
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
Estampage/Matriçage
Illustration animée
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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.
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
Conception des pièces matricées (ou estampées)
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
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
Conception des pièces matricées (ou estampées)
Deux possibilités lors de l’estampage
Sens de l’estampage Sens de l’estampage
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
Conception des pièces matricées (ou estampées)
Usinage des parties gardées
Usinage
Usinage
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
Conception des pièces matricées (ou estampées)
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.
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
Conception des pièces matricées (ou estampées)
Pièce souhaitée
Dépouilles sur les
faces parallèles au
sens de l’estampage
Faces droites
Forme des gravures
utilisées
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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.
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
Phénomène de
repli
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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.
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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.
FMS. SFARNI
Procédés de fabrication par déformation
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.
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FM
Fabrication mécanique
S. SFARNI
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  • 1. S. SFARNI FM Cours de Fabrication Mécanique Université Abdelkader Mira - Béjaïa
  • 2. 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
  • 3. 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
  • 4. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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
  • 5. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation Rappels sur la plasticité des matériaux 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
  • 6. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation Rappels sur la plasticité des matériaux 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
  • 7. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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. Rappels sur la plasticité des matériaux
  • 8. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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
  • 9. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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
  • 10. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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.
  • 11. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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.
  • 12. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation Phénomène de corroyage 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
  • 13. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation Phénomène de corroyage Le taux et le sens du corroyage peuvent avoir une influence importante sur les caractéristiques mécaniques des aciers. Senslong (sensducorroyage) Sens travers
  • 14. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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.
  • 15. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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.
  • 16. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation La forge compte plusieurs technologies de production
  • 17. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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.
  • 18. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation Forge libre Illustration animée
  • 19. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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.
  • 20. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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
  • 21. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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:
  • 22. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation Estampage/Matriçage Illustration animée
  • 23. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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.
  • 24. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation Conception des pièces matricées (ou estampées) 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
  • 25. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation Conception des pièces matricées (ou estampées) Deux possibilités lors de l’estampage Sens de l’estampage Sens de l’estampage
  • 26. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation Conception des pièces matricées (ou estampées) Usinage des parties gardées Usinage Usinage
  • 27. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation Conception des pièces matricées (ou estampées) 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.
  • 28. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation Conception des pièces matricées (ou estampées) Pièce souhaitée Dépouilles sur les faces parallèles au sens de l’estampage Faces droites Forme des gravures utilisées
  • 29. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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.
  • 30. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation Phénomène de repli
  • 31. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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.
  • 32. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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.
  • 33. FMS. SFARNI Procédés de fabrication par déformation 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