Le métier de forgeron remonte à plusieurs milliers d'années. Dans les temps anciens, le forgeron martelait le métal en objets utiles avec un marteau, chauffant souvent le métal d'abord dans une forge. (Le mot "Smith" vient de la même racine que "smite", donc un forgeron était quelqu'un dont le travail consistait à frapper du métal noirci dans un incendie.)
Les forgerons sont relativement rares aujourd'hui - bien qu'ils existent toujours et utilisent des outils beaucoup plus modernes que ceux utilisés dans les temps anciens. Le travail de transformation du métal en objets utilisables est maintenant accompli principalement par la machine. Nulle part cet art du formage des métaux n'est plus important que dans l'industrie automobile, où chaque pièce métallique, de la carrosserie de la voiture au plus petit écrou de roue sur la roue, est créée par des procédés industriels de formage des métaux. Ces processus existent à la pointe de la fabrication moderne, où les ordinateurs rencontrent les machines mécaniques et hydrauliques de l'usine automobile.
Le formage des métaux automobiles est l'un des aspects les plus importants de la fabrication automobile. S'il n'était pas possible de transformer le métal en formes utiles, les voitures n'existeraient pas. Et la capacité des machines - souvent contrôlées par des ordinateurs - à produire des pièces automobiles rapidement et de manière fiable est l'une des choses qui permettent d'acheter une voiture pour un peu moins cher que ce qu'il en coûterait pour acheter une maison.
Mais comment fonctionne le formage des métaux ? Il est facile de comprendre comment un forgeron moderne peut façonner du métal avec un marteau électrique et une torche oxyacétylénique, mais comment une machine peut-elle faire ces choses ? Au cours des prochaines pages, nous verrons comment ce processus de formage des métaux peut être mécanisé et réalisé à grande échelle. Nous examinerons certaines techniques et processus spécifiques utilisés dans la fabrication automobile. Nous nous pencherons également sur l'avenir et verrons comment les technologies de formage des métaux développées aujourd'hui nous aideront à construire les voitures de demain.
L'une des choses les plus importantes concernant le métal est qu'il peut subir une déformation plastique . Cela ne signifie pas que le métal est fabriqué à partir de plastique, mais il peut faire l'une des choses que les plastiques peuvent faire :il peut littéralement prendre presque toutes les formes que nous pouvons imaginer.
Le processus de déformation commence par un blanc , une quantité de métal sous une forme de base qui subira le changement de forme. L'ébauche devient la pièce -- la pièce de métal à remodeler -- dans le processus de formage du métal. Pour le formage des métaux automobiles, l'ébauche est souvent constituée de tôle, qui peut être estampée, découpée ou pliée en une forme nécessaire pour la carrosserie d'une automobile. En variante, il peut s'agir d'un bloc solide de métal de forme cubique ou en forme de lentille. Voici quelques façons dont une pièce métallique peut être déformée pendant le processus de fabrication automobile :
Pliage : En flexion, une force est appliquée à une pièce en tôle pour produire une courbure de la surface. Le pliage est généralement utilisé pour produire des surfaces courbes simples plutôt que des surfaces complexes. Une presse à commande mécanique entraîne un poinçon contre la tôle, la forçant dans une simple matrice avec une pression suffisante pour produire un changement permanent de la forme du métal. La quantité de pression est importante. Si la pression n'est pas suffisante, le métal peut simplement reprendre sa forme d'origine. Si trop est appliqué, il peut se casser.
Dessin : Lors de l'emboutissage, la tôle est forcée contre une matrice qui a été découpée dans la forme tridimensionnelle, souvent incurvée, que la tôle doit prendre. En effet, la matrice sert de moule pour le métal. Cette technique permet de produire des formes relativement complexes. Une fois de plus, la pression est appliquée sur la pièce à l'aide d'un poinçon à commande hydraulique ou mécanique. Il existe un certain nombre de dangers, non pas tant pour les personnes (puisque le processus est en grande partie mécanisé), mais pour le métal lui-même. Il peut se fissurer à cause d'une pression excessive ou se froisser à cause de son interaction avec la matrice. Le lubrifiant peut être utilisé pour faire glisser le métal plus facilement contre la matrice, en évitant la possibilité de froissement. En variante, les bords plissés peuvent être coupés du métal lors d'une opération séparée. Cette méthode est couramment utilisée pour fabriquer des pièces de carrosserie et des réservoirs de carburant.
Estampillage : Dans l'emboutissage, un appareil appelé presse à emboutir est utilisé avec une série de matrices pour couper et façonner le métal en différentes formes. Ceci est couramment utilisé pour fabriquer des pièces automobiles telles que des enjoliveurs et des ailes.
Extrusion : L'extrusion peut être utilisée pour produire de longs objets métalliques, tels que des tiges et des tubes. La pièce métallique est forcée dans une matrice avec un trou à l'extrémité opposée. Le métal est extrudé à travers le trou pour former la forme. L'extrusion peut être utilisée pour fabriquer des pièces importantes du groupe motopropulseur d'une voiture ou les ancrages qui maintiennent les ceintures de sécurité en place.
Forge : Le processus de forgeage utilise un marteau ou une presse qui est essentiellement une version mécanisée des marteaux utilisés par les anciens forgerons. Le métal est martelé contre une surface qui sert d'enclume. Il peut être martelé à plusieurs reprises afin de former des formes complexes. Cela peut être utilisé comme alternative au processus de dessin.
Les procédés ci-dessus sont généralement utilisés avec du métal froid. Le métal chaud peut également être utilisé, parfois à des températures suffisamment élevées pour que le métal fondu puisse être versé dans une matrice. Cela nécessite des matrices très coûteuses qui peuvent résister à la chaleur et doivent être faites rapidement, afin de minimiser l'exposition de la matrice au métal en fusion.
Sur la page suivante, nous verrons comment les technologies modernes de formage des métaux font évoluer la fabrication automobile vers l'avenir.
La chose la plus importante qui soit arrivée à la fabrication automobile et au formage des métaux au cours du dernier demi-siècle est l'ordinateur. Les ordinateurs sont importants pour le formage des métaux de deux manières :
Ils guident le processus . Un ordinateur peut être utilisé pour prendre des décisions en une fraction de seconde pour guider les opérations de formage du métal à travers des séquences complexes - par exemple, en utilisant un marteau de forge contre une pièce à usiner de la même manière qu'un ancien forgeron le ferait, mais avec la force physique augmentée des machines hydrauliques . L'action du marteau peut être programmée à l'avance pour produire des formes aussi complexes que celles créées par les mains d'un artisan humain. De même, les ordinateurs peuvent contrôler le flux de la pièce entre plusieurs étapes de l'opération pour produire la forme finie.
Ils simulent le processus . Un ordinateur peut être utilisé pour simuler les forces physiques impliquées dans le formage des métaux afin que de nouvelles opérations de formage des métaux puissent être inventées sans avoir à utiliser des machines coûteuses pour expérimenter de nouvelles idées. Un logiciel de simulation sophistiqué est disponible pour reproduire les opérations de formage des métaux sur l'ordinateur, afin que les scientifiques puissent voir le résultat de l'application de chaleur et de force à différents types de métaux. Les erreurs commises sur l'ordinateur sont beaucoup moins coûteuses que celles commises dans le monde réel et permettent le genre d'essais et d'erreurs qui seraient une perte de temps sur des machines réelles.
La simulation informatique ouvre de nouvelles perspectives dans le formage des métaux. Bon nombre des nouvelles technologies de formage des métaux reposent sur une compréhension approfondie de la microstructure de divers types de métaux et des processus physiques qui se déroulent à l'intérieur du métal soumis à la pression et à la chaleur. Certains des nouveaux procédés sont des hybrides d'anciens procédés. Il y a également eu une évolution vers les procédés à chaud, qui permettent l'utilisation de métaux qui ne se prêtent pas bien aux procédés à froid.
Ces nouvelles technologies permettent des innovations telles que l'utilisation de métaux plus légers qui conservent la résistance des pièces automobiles traditionnelles. Ceci est utile, par exemple, dans la fabrication de véhicules économes en carburant ou de véhicules électriques à batterie où la carrosserie de la voiture doit être aussi légère que possible pour compenser le poids considérable du réseau de batteries. Ces technologies permettent également de fabriquer des pièces automobiles à moindre coût sans perte de qualité. Par exemple, les techniques de formage électromagnétique, dans lesquelles la pièce métallique est exposée à un champ magnétique qui crée un flux électrique dans le métal lui-même, peuvent être utilisées pour accélérer le processus de formage sans les déchirures et les plis qui en résulteraient normalement. Cela permet l'utilisation de processus auparavant impossibles dans le formage automatisé des métaux.
Dans les années qui se sont écoulées depuis qu'Henry Ford a démontré la faisabilité d'une fabrication à la chaîne de montage peu coûteuse de voitures et de pièces automobiles, la science et la technologie du formage des métaux ont parcouru un long chemin pour montrer à l'industrie automobile comment produire des voitures extraordinaires sans un prix extraordinaire.
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