Fonctionnement à froid

En métallurgie , le formage à froid ou le travail à froid est tout processus de travail des métaux dans lequel le métal est façonné en dessous de sa Température de recristallisation , généralement à la température ambiante. De tels procédés s’opposent aux techniques de travail à chaud comme le laminage à chaud , le forgeage , le soudage , etc. ^{[1] : p.375}

Les techniques de formage à froid sont généralement classées en quatre grands groupes : pressage, pliage, étirage et cisaillement. Elles présentent généralement l’avantage d’être plus simples à mettre en oeuvre que les techniques de travail à chaud.

Contrairement au travail à chaud, le travail à froid provoque la déformation des grains de cristal et des inclusions suite à l’écoulement du métal ; ce qui peut provoquer un écrouissage et des propriétés de matériau anisotropes . L’écrouissage rend le métal plus dur , plus rigide et plus résistant , mais moins plastique , et peut provoquer des fissures dans la pièce. ^{[1] : p.378}

Les utilisations possibles du formage à froid sont extrêmement variées, y compris les grandes tôles plates, les formes pliées complexes, les tubes métalliques, les têtes et filetages de vis, les joints rivetés , et bien plus encore.

Processus

Voici une liste des procédés de formage à froid : ^{[1] : p.408}

• Pressant:
  • Roulant
  • Sertissage
  • Extrusion
  • Forger
  • Dimensionnement
  • Rivetage
  • Jalonnement
  • Monnaie
  • Martelage
  • Brunissage
  • Titre
  • Hubbing
  • Roulage de filet
• Pliage :
  • Pliage d’angle
  • Pliage au rouleau
  • Tirage et compression
  • Forme rouleau
  • Couture
  • Brider
  • Lissage
• Tonte
  • Cisaillement de tôle
  • Refendage
  • Obturation
  • Perçant
  • Lancer
  • Perforateur
  • Encochage
  • Grignotage
  • Rasage
  • Garniture
  • Couper
  • Boire
• Dessin
  • Tréfilage
  • Dessin de tubes
  • Repoussage des métaux
  • Gaufrage
  • Formage par étirage
  • Dessin de tôlerie
  • Repassage
  • Formage superplastique

Avantages

Les avantages du travail à froid par rapport au travail à chaud incluent : ^{[1] : p.375}

• Pas de chauffage nécessaire
• Meilleur état de surface
• Contrôle dimensionnel supérieur
• Meilleure reproductibilité et interchangeabilité
• Des propriétés directionnelles peuvent être conférées au métal
• Les problèmes de contamination sont minimisés

Selon le matériau et l’étendue de la déformation, l’augmentation de la résistance due à l’écrouissage peut être comparable à celle du traitement thermique . Par conséquent, il est parfois plus économique de travailler à froid un métal moins coûteux et plus faible que de travailler à chaud un métal plus cher qui peut être traité thermiquement, surtout si une précision ou une finition de surface fine est également requise.

Le processus de travail à froid réduit également les déchets par rapport à l’usinage, voire les élimine avec des méthodes de forme quasi nette . ^{[1] : p.375} Les économies de matière deviennent encore plus significatives à des volumes plus importants, et encore plus lors de l’utilisation de matériaux coûteux, tels que le cuivre, le nickel, l’or, le tantale et le palladium. ^[2] L’économie de matière première résultant du formage à froid peut être très importante, tout comme le gain de temps d’usinage. Les temps de cycle de production lors du travail à froid sont très courts. Sur les machines multipostes, les temps de cycle de production sont encore plus courts. Cela peut être très avantageux pour les grandes séries.

Désavantages

Certains inconvénients et problèmes du travail à froid sont : ^{[1] : p.375}

• Le métal est plus dur, nécessitant des forces plus importantes, des outils et des matrices plus durs et un équipement plus lourd
• Le métal est moins ductile et malléable, ce qui limite la quantité de déformation pouvant être obtenue
• Les surfaces métalliques doivent être propres et sans tartre
• Peut laisser une anisotropie indésirable dans la pièce finale
• Peut laisser une contrainte résiduelle indésirable dans la pièce finale

Le besoin d’équipements plus lourds et d’outils plus durs peut rendre le travail à froid adapté uniquement à l’industrie manufacturière à grand volume. ^{[1] : p.375}

La perte de plasticité due à l’écrouissage peut nécessiter des recuits intermédiaires , et un recuit final pour évacuer les contraintes résiduelles et donner les propriétés souhaitées à l’objet manufacturé. Ces étapes supplémentaires annuleraient certains des avantages économiques du formage à froid par rapport au formage à chaud. ^{[1] : p.378}

Les articles travaillés à froid souffrent d’un phénomène connu sous le nom de retour élastique ou retour élastique . Une fois la force de déformation retirée de la pièce, la pièce revient légèrement en arrière. La quantité de ressort d’un matériau est égale à la contrainte d’élasticité (la contrainte au point d’élasticité) pour le matériau. ^{[1] : p.376}

Des précautions spéciales peuvent être nécessaires pour maintenir la forme générale de la pièce pendant le travail à froid, comme le grenaillage et l’extrusion angulaire à canaux égaux .

Références

1. ^ ^{un bcdefghi Degarmo , E. Paul} ; ^{_ _ _} Black, JT.; En ligneKohser, Ronald A. (2003). Matériaux et procédés de fabrication (9e éd.). Wiley. ISBN 0-471-65653-4..
2. ^ Deringer-Ney, “Avantages du formage à froid et de la frappe à froid” , 29 avril 2014