Essai de forgeage représentatif du procédé de laminage

Le chapitre 3 présente la stratégie employée pour mettre en œuvre un essai de forgeage expérimental à l’échelle laboratoire représentatif des sollicitations thermomécaniques subies dans la barre lors du laminage. Plusieurs essais sont étudiés et les résultats sont comparés à ceux relevés dans la barre laminée afin de n’en retenir qu’un seul. Une fois l’essai retenu, l’outillage est conçu et fabriqué pour réaliser les premiers essais sous la presse hydraulique. La robotisation du forgeage et le prélèvement de frette permettent de remédier aux problèmes thermiques rencontrés lors de ces premiers essais. L’essai de forgeage mis en œuvre doit être représentatif des sollicitations thermomécaniques subies dans la barre lors du laminage. Pour étudier le couplage thermomécanique sur l’évolution des défauts lors du laminage il est nécessaire de réaliser l’essai dans des conditions similaires à celles rencontrées sur le laminoir. La température, le taux de déformation, la pression hydrostatique et la vitesse de déformation sont des paramètres clés sur la santé interne des produits. Lors du laminage la température initiale de la barre se trouve aux alentours de 1200°C et il est important de reproduire le cycle thermique du laminage lors de l’essai. Le taux de déformation appliqué à chaque passe de laminage est d’environ 20% et dépend de la levée entre les cylindres. La descente de laminage étudiée présente une alternance des directions de déformation. Ce phénomène, dû à l’alternance horizontal – vertical des axes de rotation des cylindres, peut avoir une forte influence sur l’évolution des défauts et il est donc nécessaire de le prendre en compte dans le développement de l’essai.

L’essai ne sera pas forcément en mesure de respecter strictement ces trois conditions. Le partenariat entre le centre de recherche ACM et l’ENSAM permet d’avoir à disposition des fours et des machines pour réaliser cet essai. Plusieurs fours équipent l’atelier de l’ENSAM dont le four NABERTHERM qui à une température maximale d’utilisation de 1250°C. Les machines disponibles sont une presse hydraulique, une presse à vis ou encore une presse mécanique. La capacité de la presse hydraulique est de 600t. Cette technologie de presse est pilotée en effort et la vitesse de descente du coulisseau est constante à 30mm/s. L’effort maximal développé par la presse mécanique est de 50t et c’est la distance parcourue, avec un profil sinusoïdal, par le coulisseau qui est pilotée. Quant à la presse à vis, elle est pilotée en énergie et sa capacité maximale est de 31,5kJ. Un bras manipulateur équipe également l’atelier afin de robotiser les opérations de forgeage si nécessaire.

Dans un premier temps sept essais ont été identifiés comme potentiellement représentatifs du laminage. L’essai mis en œuvre doit nous permettre de reproduire les sollicitations thermomécaniques subies dans la barre au cours du laminage pour comprendre l’évolution morphologique des inclusions. Il est possible de les classer en deux catégories : les essais permettant de reproduire l’alternance des déformations comme en laminage et ceux ne le permettant pas. Ces derniers permettent cependant de reproduire des niveaux de déformations comparables au laminage pour chaque cage séparément. Les essais, réalisés à chaud, sont détaillés dans l’Annexe 4 afin de comprendre leur principe.

Une première étude qu’on peut assimilée à une analyse fonctionnelle est réalisée pour déterminer quel essai répond au mieux au cahier des charges établi. Pour ce faire les divers essais sont simulés afin de suivre les sollicitations thermomécaniques dans le lopin au cours du forgeage. La mise en données des essais est présentée dans l’Annexe 4. Les points importants que doit respecter l’essai sont de reproduire des déformations principales (𝜀directions de mise en forme. Le choix d’étudier ces paramètres vient du fait qu’ils ont une forte influence sur le comportement des défauts présents dans les produits coulés. Les premiers résultats présentés dans l’Annexe 4 montrent que trois essais peuvent répondre soit totalement ou en partie au cahier des charges. Seul l’essai de forgeage libre avec des matrices de formes remplit les trois conditions énumérées précédemment. Cependant le bi- poinçonnement et l’essai de compression avec le dilatomètre permettent de reproduire des déformations proches de celles subies dans la barre en laminage mais pas l’alternance de la mise en forme. Ces deux essais pourraient être utilisés pour réaliser une étude paramétrique sur le comportement des défauts. L’essai retenu pour la suite de l’étude est celui de forgeage libre avec des matrices de formes.