Forgeage de type d'anneau est un processus de travail des métaux qui produit des composants annulaires (en forme d'anneau) en façonnant le métal par des forces de compression localisées. Cette technique est cruciale dans de nombreuses industries, de l'aérospatiale à la production d'électricité, en raison de sa capacité à créer des pièces avec des propriétés mécaniques supérieures, un flux de grains optimisé et une excellente intégrité structurelle.
Le processus de forge de type anneau
Le principe fondamental du forgeage de type anneau implique la déformation d'une billette métallique préchauffée (souvent un cylindre solide ou une forme de beignet pré-percée) entre les matrices sous une immense pression. Il existe plusieurs méthodes courantes pour y parvenir:
Forge de filière ouvert (forgeage des anneaux): Dans cette méthode, une billette cylindrique solide ou pré-percée est placée sur une matrice inférieure, et une matrice supérieure applique une force de compression. Lorsque le matériau se déforme radialement vers l'extérieur, le forgeage est en continu pour maintenir la concentricité et contrôler les diamètres intérieurs et extérieurs. Cette méthode est très flexible et adaptée à la production d'une large gamme de tailles d'anneaux, souvent utilisées pour des pièces plus grandes et personnalisées.
Forgements à la matrice fermée (forge de matrice d'impression): Pour une production de volume plus élevée et des formes plus complexes, des matrices fermées sont utilisées. La billette métallique est placée dans une cavité de matrice qui dicte la forme finale de l'anneau. À mesure que les matrices se ferment, le métal s'écoule dans les contours de la cavité, créant un composant précis et souvent en forme de file d'attente. Cette méthode offre une excellente précision dimensionnelle et une finition de surface.
RALLING RONNE: Ce processus spécialisé est utilisé exclusivement pour produire des anneaux roulés sans couture. Une billette chauffée et pré-percée en forme de beignet est placée entre un rouleau principal entraîné et un rouleau de fine. Au fur et à mesure que le rouleau principal tourne, le rouleau de rotule applique une pression, ce qui fait que l'anneau se frayait un diamètre. Cette déformation continue affine la structure des grains et confère une résistance exceptionnelle. Le roulement des anneaux est très efficace pour produire de grands anneaux à parois minces.
Avantages clés de la forge de type anneau
Les avantages du type de bague qui forgent sur d'autres méthodes de fabrication comme le moulage ou l'usinage de la plaque sont importants:
Propriétés mécaniques supérieures: le forgeage affine la structure des grains du métal, la décomposition des dendrites à cas de couture et la création d'un grain plus homogène et plus fin. Il en résulte une résistance accrue, une ténacité, une résistance à la fatigue et une force d'impact. La déformation contrôlée aligne également le flux de grains le long des contours de la pièce, optimisant sa résistance à la contrainte.
Amélioration de l'intégrité structurelle: le processus de forgeage élimine les vides internes, la porosité et d'autres défauts qui peuvent être présents dans les pièces moulées. Cela conduit à une composante plus dense et plus sonore avec une fiabilité et une prévisibilité plus élevées dans les performances.
Économies de matériaux: Le forgeage peut produire des composants en forme de quasi-réseau, minimisant la quantité de déchets de matériau par rapport à l'usinage à partir d'un stock solide. Ceci est particulièrement avantageux pour les alliages coûteux.
Temps d'usinage réduit: En raison de la précision dimensionnelle améliorée et de la finition de surface réalisable avec le forgeage, les opérations d'usinage ultérieures peuvent être considérablement réduites ou même éliminées dans certains cas.
Contraction pour les volumes élevés: Bien que les coûts d'outillage puissent être plus élevés pour le forgeage fermé, l'efficacité et les économies de matériaux en font une solution très rentable pour les grands cycles de production.
Applications de forge de type anneau
Les composants forgés de type anneau sont indispensables dans une vaste gamme d'industries en raison de leurs exigences de performance critiques:
Aérospatial: composants du moteur à réaction (enveloppes, anneaux, joints), pièces d'atterrissage, composants de missiles.
Production d'énergie: paliers principaux d'éoliennes, composants de turbine à gaz, anneaux de générateur.
Huile et gaz: Brides, corps de soupape, composants des récipients sous pression.
Industrie lourde: grands engrenages, roulements, anneaux de balle pour l'équipement de construction et d'exploitation minière.
Marine: arbres d'hélice, roulements de navires.
Automobile: blancs de vitesse, courses de roulements.
Matériaux utilisés dans le forge de type anneau
Un large éventail de métaux et d'alliages peuvent être forgés dans des formes d'anneau, chacune choisie pour ses propriétés spécifiques et ses exigences d'application:
AFFAIRES DE CARBONE: rentable pour les applications industrielles générales.
AFFAIRS ALLIAUS: Offrez une résistance améliorée, de la dureté et une résistance à l'usure (par exemple, les aciers chromés-moly, les aciers-chrome).
AFFIERS INOXELLESSEMENTS: Offrez une excellente résistance à la corrosion et de bonnes propriétés mécaniques.
Alloys en aluminium: rapport léger, haute force / poids, commun dans l'aérospatiale.
Superalliages à base de nickel: résistance exceptionnelle à haute température et résistance à la corrosion, cruciale pour les turbines aérospatiales et de production de puissance.
Alloys en titane: haute résistance, faible densité et excellente résistance à la corrosion, vitale dans les applications aérospatiales et médicales.
Contrôle et inspection de la qualité
Étant donné la nature critique des anneaux forgés, des mesures rigoureuses de contrôle de la qualité sont essentielles tout au long du processus de fabrication. Ceux-ci incluent généralement:
Certification des matériaux: vérification de la composition chimique et des propriétés mécaniques de la matière première.
Inspection dimensionnelle: Utilisation d'outils de précision pour garantir que l'anneau forgé répond aux tolérances spécifiées.
Tests non destructeurs (NDT): des méthodes comme les tests ultrasoniques (UT), l'inspection des particules magnétiques (MPI) et l'inspection pénétrante liquide (IPL) sont utilisées pour détecter les défauts internes ou en surface.
Test mécanique: des tests destructeurs tels que les tests de traction, d'impact et de dureté sont effectués sur des coupons de test pour vérifier les propriétés mécaniques du matériau forgé.
Examen métallographique: analyse de la structure des grains et de la microstructure pour assurer des propriétés de matériaux optimales et un forgeage sans défaut.
Avancées dans le forge de type anneau
Le domaine de la forge de type anneau continue d'évoluer avec les progrès technologiques:
Systèmes de forgeage automatisés: la manipulation robotique et les commandes automatisées améliorent la précision, la cohérence et l'efficacité.
Logiciel de simulation avancé: L'analyse par éléments finis (FEA) est utilisée pour simuler le processus de forgeage, optimisant la conception de la matrice, le flux de matériaux et la prévision des défauts potentiels, réduisant ainsi les essais et erreurs.
Nouveaux matériaux et alliages: Développement d'alliages haute performance avec une amélioration de la pardon et des propriétés améliorées pour des applications extrêmes.
Fabrication hybride: combinaison de forgeage avec la fabrication additive ou d'autres processus pour créer des géométries complexes avec des propriétés de matériaux optimisées.
En conclusion, le forgeage du type de bague est une pierre angulaire de la fabrication moderne, offrant des composants hautes performances, durables et fiables dans une multitude d'industries exigeantes. Sa capacité à conférer des propriétés mécaniques supérieures et une intégrité structurelle en font le choix préféré pour les pièces annulaires critiques, et les progrès continus promettent des capacités et des applications encore plus grandes à l'avenir.
