Principes de conception pour le traitement du forgeage

La conception des pièces forgées commence par la détermination d'une structure et d'un matériau appropriés en fonction des exigences fonctionnelles de la pièce. Les concepteurs doivent prendre en compte des facteurs tels que les charges appliquées, l'environnement d'exploitation, la durée de vie, la résistance et la ténacité avant de sélectionner le matériau métallique et la méthode de forgeage appropriés. Étant donné que les pièces forgées atteignent leur forme finale par déformation plastique, la conception ne peut pas simplement refléter celle des pièces usinées standard ; au lieu de cela, il doit pleinement tenir compte des caractéristiques d'écoulement du métal pendant le processus de forgeage. Pour les zones soumises à des contraintes élevées, les changements brusques de section transversale-et les angles vifs doivent être évités ; l'incorporation de congés et de structures de transition appropriés garantit une répartition plus uniforme des charges, minimisant ainsi les concentrations de contraintes.

Les conceptions de forgeage doivent également être conformes aux exigences spécifiques du processus de forgeage. Les conceptions doivent donner la priorité aux géométries simples, symétriques et facilement formables, tout en évitant les évidements trop profonds, les rainures étroites ou les sections trop fines, car celles-ci compliquent le remplissage du métal et augmentent le risque de défauts tels que des chevauchements (plis) et des fissures. Pour les pièces forgées à matrice fermée-, la ligne de joint doit être placée stratégiquement pour faciliter le retrait facile de la matrice et simplifier la fabrication et la maintenance de la matrice. Des congés de forgeage et des angles de dépouille appropriés doivent être incorporés pour garantir un écoulement fluide du métal et réduire la résistance lors de l'éjection des pièces. De plus, les caractéristiques nécessitant des opérations ultérieures-telles que le poinçonnage ou le détourage- doivent voir leurs surépaisseurs d'usinage et les exigences du processus prises en compte lors de la phase de conception initiale.

Le comportement de déformation des matériaux et les lignes d’écoulement des métaux sont également des considérations critiques. Lors du forgeage, le métal subit un écoulement plastique dans la direction de la force appliquée ; par conséquent, la séquence de forgeage peut être organisée pour aligner les lignes d'écoulement du métal avec la direction de charge principale-de la pièce. Pour les composants soumis à de lourdes charges-tels que les arbres, les engrenages et les bielles-l'optimisation des conduites d'écoulement de métal améliore la résistance et la résistance à la fatigue. Les concepteurs doivent également déterminer le degré de déformation approprié en fonction de la plasticité, de la résistance et de la plage de températures de forgeage du matériau, en trouvant un équilibre pour éviter une déformation insuffisante (qui ne parvient pas à éliminer les défauts internes) et une déformation excessive (qui peut provoquer des fissures).

Enfin, la conception du processus de forgeage nécessite la détermination appropriée des surépaisseurs et tolérances d’usinage. En raison de facteurs tels que les écarts dimensionnels et la formation de calamine d'oxyde pendant le processus de forgeage, les pièces forgées nécessitent généralement une surépaisseur d'usinage pour les opérations ultérieures telles que le tournage, le fraisage et le meulage. Une surépaisseur excessive augmente la consommation de matière et le volume du travail d'usinage, tandis qu'une surépaisseur insuffisante peut ne pas garantir la précision dimensionnelle et la qualité de surface de la pièce finale ; par conséquent, la tolérance doit être raisonnablement déterminée en fonction de la méthode de forgeage, des dimensions de la pièce et des exigences de précision. De plus, des facteurs tels que le retrait de forgeage, la déformation et l’usure de la matrice doivent être pris en compte pour effectuer les ajustements appropriés aux dimensions de la matrice.