Worldlex Wiki En métallurgie , le formage à froid , ou travail à froid, désigne tout procédé de mise en forme des métaux à une température inférieure à leur température de recristallisation , généralement à température ambiante ou proche de celle-ci. Ces procédés s'opposent aux techniques de travail à chaud telles que le laminage à chaud , le forgeage , le soudage , etc. Des termes similaires sont utilisés en verrerie pour désigner les opérations équivalentes ; par exemple, le verre taillé est fabriqué par « travail à froid », c'est-à-dire par découpe ou meulage d'une pièce déjà formée.
Les techniques de formage à froid se classent généralement en quatre grandes catégories : le pressage, le pliage, l’étirage et le cisaillement. Elles présentent généralement l’avantage d’être plus simples à mettre en œuvre que les techniques de travail à chaud.
Contrairement au travail à chaud, le travail à froid provoque une déformation des grains cristallins et des inclusions, suivant le flux du métal ; ce qui peut entraîner un écrouissage et des propriétés anisotropes du matériau. L’écrouissage rend le métal plus dur , plus rigide et plus résistant , mais moins plastique , et peut provoquer des fissures dans la pièce.
Les applications possibles du formage à froid sont extrêmement variées, incluant notamment les grandes tôles plates, les formes pliées complexes, les tubes métalliques, les têtes et filetages de vis , les assemblages rivetés , et bien plus encore.
Processus
Voici une liste des procédés de formage à froid :
Procédés de compression : Brunissage • Frappe • Extrusion • Forgeage • Frappe à la main • Moulage • Martelage • Rivetage • Laminage • Calibrage • Sertissage • Rétreint • Roulage de filetage
Cintrage : Cintrage d’angles • Emboutissage et compression • Bordage • Cintrage par roulage • Profilage par roulage • Soudage • Redressage
Cisaillement : Découpe • Coupe • Perforation • Perforation • Grignotage • Encochement • Perforation • Rasage • Découpe de tôles • Refendage • Ébavurage
Emboutissage : Gaufrage • Repassage • Repoussage des métaux • Emboutissage de tôles • Formage par étirage • Emboutissage de tubes • Tréfilage de fils • Formage superplastique
Avantages
Les avantages du travail à froid par rapport au travail à chaud comprennent :
- Aucun chauffage nécessaire
- Meilleure finition 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 le degré de déformation, le gain de résistance obtenu par écrouissage peut être comparable à celui obtenu par traitement thermique . Par conséquent, il est parfois plus économique d'écrouir un métal moins coûteux et plus fragile que de travailler à chaud un métal plus onéreux susceptible d'être traité thermiquement, notamment si la précision ou un état de surface fin est également requis.
Le formage à froid réduit également les déchets par rapport à l'usinage, voire les élimine grâce aux méthodes de mise en forme quasi-nette . Les économies de matière sont encore plus importantes pour les grands volumes, et a fortiori pour les matériaux coûteux comme le cuivre, le nickel, l'or, le tantale et le palladium. Les économies de matières premières réalisées grâce au formage à froid peuvent être considérables, tout comme le gain de temps d'usinage. Les temps de cycle de production sont très courts. Sur les machines multi-stations, ils sont encore plus courts, ce qui représente un avantage majeur pour les grandes séries.
Inconvénients
Voici quelques inconvénients et problèmes liés au travail à froid :
- Le métal étant plus dur, il faut des forces plus importantes, des outils et des matrices plus robustes, ainsi qu'un équipement plus lourd.
- Le métal est moins ductile et malléable, ce qui limite la déformation qui peut être obtenue.
- Les surfaces métalliques doivent être propres et exemptes de tartre.
- Peut laisser une anisotropie indésirable dans la pièce finale
- Peut laisser des contraintes résiduelles indésirables dans la pièce finale
Le besoin d'équipements plus lourds et d'outils plus robustes peut limiter le travail à froid à la production en grande série.
La perte de plasticité due à l'écrouissage peut nécessiter des recuits intermédiaires et un recuit final pour éliminer les contraintes résiduelles et conférer les propriétés souhaitées à l'objet fabriqué. Ces étapes supplémentaires annulent certains des avantages économiques du formage à froid par rapport au formage à chaud.
Les pièces écrouies subissent un phénomène appelé retour élastique . Après la suppression de la force de déformation, la pièce reprend légèrement sa forme initiale. L'amplitude de ce retour élastique est égale à la limite élastique du matériau. [ Dans les cas plus complexes, le retour élastique peut être estimé par analyse élastoplastique par éléments finis et prédictions par réseaux de neurones , dans le cadre d'un modèle d'ordre réduit basé sur l'intelligence artificielle (ROM-AI).
Des précautions particulières peuvent être nécessaires pour maintenir la forme générale de la pièce lors du travail à froid, telles que le grenaillage et l'extrusion angulaire à canaux égaux .
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