Utilisateur:EILCObiblioFJL/Brouillon
Les techniques d'étirage de l'acier
Introduction[modifier | modifier le code]
Sur cette page, vous trouverez une présentation des différents types d'étirages à froid de l'acier utilisés dans l'industrie. Les machines utilisées et leurs composants seront présentés ainsi que les différents paramètres permettant d'obtenir le produit fini désiré.
Principe d'étirage[modifier | modifier le code]
L'étirage[1] est un procédé de mise en forme d'un matériau.
Il a pour but d'amener un tube (ou une barre) de dimensions déterminées, à une longueur plus grande et à une section plus réduite en utilisant du matériel spécifique à chaque dimension.
L'étirage permet d'allonger la longueur du matériau à étirer, tout en réduisant son diamètre et/ou son épaisseur. Selon les caractéristiques mécaniques souhaitées, un produit fini peut subir plusieurs cycles d'étirage.
Les différents types d'étirage[modifier | modifier le code]
Il existe 4 types d'étirages différents :
-L'étirage passe boulet (voir figure 1)
-L'étirage au mandrin (voir figure 4)
-L'étirage à vide (ou à creux) (voir figure 5)
-L'étirage à l'huile
Ces différents types d'étirages nécessitent une préparation et des outils différents.
Les forces d'entrainements sont également différentes selon la technique d'étirage utilisée ainsi qu'en fonction des dimensions des matériaux à étirer (diamètre et épaisseur).
Dans les 4 cas d'étirage, c'est un chariot mobile qui vient, grâce aux mors de serrage, serrer le tube et le tirer pour le faire passer à travers la filière[2] (voir figure 2).
L'étirage passe boulet[modifier | modifier le code]
Ce type d'étirage consiste à faire passer, à travers une filière, un tube dans lequel est inséré un boulet en carbure de tungstène[3] (voir figure 3).
Avant le passage dans la filière, il est nécessaire de lubrifier le tube à l'intérieur et à l'extérieur. En effet, durant le passage, un filet d'huile est déposé sur la partie externe du tube ce qui permet d'éviter les rayures lors de l'étirage.
Le tube obtient alors un nouveau dimensionnement : son nouveau diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur du boulet, et son diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur de la filière.
L'étirage au mandrin[modifier | modifier le code]
Cette technique consiste à insérer, à l'intérieur du tube à étirer, un tige cylindrique en acier traité appelée mandrin[4]. Le tube est alors passé à travers la filière et obtient son nouveau dimensionnement. Son diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur du mandrin, et son diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur de la filière.
Cette technique d'étirage est différente de l'étirage au boulet. En effet, l'étirage au mandrin présente l'avantage de ne pas avoir besoin de lubrification interne avant l'étirage. Cependant, une étape supplémentaire vient s'ajouter puisqu'il faut retirer le mandrin du tube après étirage : c'est l'étape de dé-mandrinage[5]. Cette dernière est réalisée en temps masqué et est souvent automatisée dans les entreprises industrielles. Les étireurs travaillent donc souvent avec un jeu de deux mandrins pour obtenir une meilleure productivité[6].
L'étirage à vide[modifier | modifier le code]
Cette technique d'étirage, aussi appelée "étirage à creux"(voir figure 5), permet d'étirer le tube sans modifier son épaisseur. Son diamètre extérieur diminue est obtient la valeur du diamètre intérieur de la filière.
Les ébauches utilisées pour l'étirage peuvent parfois présenter une faible excentricité[7]. L'étirage à creux permet donc de corriger cette excentricité en redistribuant l'épaisseur du tube dans les zones plus minces. Néanmoins, l'étirage à creux ne permet pas d'obtenir des tubes ayant un diamètre intérieur très précis. Par ailleurs, un des avantages est que la surface intérieure n'est pas soumise aux frottements.
L'étirage à l'huile[modifier | modifier le code]
L'étirage à l'huile est une technique d'étirage en cours d'expérimentation chez Specitubes. En effet, en raison de l'interdiction de l'utilisation d'un produit de lubrification interne produit par Metalube (Tubol[8]), cette entreprise doit expérimenter une nouvelle technique d'étirage qui n'utilise plus ces produits dangereux.
Cette technique consiste à lubrifier le tube avec de l'huile en l'insérant directement dans la tige porte boulet grâce à une pompe. L'huile sortant par le boulet lubrifie alors le tube lors de son passage à travers la filière.
Pour cela, il a fallu créer le circuit suivi par l'huile du réservoir jusqu'au boulet. Des trous ont été percés dans la tige porte boulet et le boulet.
Les premiers résultats étant concluants, cette technique permettra de supprimer l'utilisation du Tubol dans au maximum 3 ans.
Préparation avant étirage[modifier | modifier le code]
Pour pouvoir étirer le tube, il est nécessaire d'écraser l'extrémité du tube avant d'y appliquer les lubrifiants permettant l'étirage.
Soyage[modifier | modifier le code]
L'opération de soyage consiste à créer une soie (encore appelée pointe) sur une des deux extrémités du tube (voir figure 6).
La soie est la partie du tube dont la section est réduite. Cette réduction est nécessaire pour permettre au tube de passer à l'intérieur de la filière pour pouvoir l'étirer. Par ailleurs, cela permet au tube de pouvoir être saisi par les mors du chariot qui tire le tube.
Il en existe 2 types : pliées et martelées. Elles sont définies selon la force d'entrainement du banc d'étirage, et le diamètre du tube.
Lubrification[modifier | modifier le code]
Pour pouvoir être étiré, l'acier inoxydable a besoin d'une lubrification externe lors du passage dans la filière. Pour l'étirage au mandrin, il n'y a pas besoin de lubrification interne. Par contre, pour l'étirage au boulet, il est nécessaire d'appliquer un lubrifiant pour qu'il puisse être étiré et éviter les défauts (broutage, rayures, ...).
Le cycle d'étirage[modifier | modifier le code]
Comme évoqué au début de cet article, le matériau à étirer peut être étiré plusieurs fois pour atteindre les caractéristiques mécaniques et dimensionnelles désirées.
Certains matériaux sont mêmes étirés plusieurs fois, avec des techniques différentes présentées précédemment : un premier étirage au mandrin, puis un second étirage au boulet par exemple.
Dans tous les cas, un cycle d'étirage est réalisé (Voir figure 7).
En effet, les matériaux sont préparés avant l'étirage, et traités après l'étirage.
Les différentes étapes sont les suivantes :
-Soyage
-Lubrification interne (pour les tubes étirés au boulet)
-Étirage
-Coupe des soies
-Dégraissage
-Traitement thermique
-Dressage
-Traitement de surface (microbillage interne)
Après le passage dans le four, les tubes en acier ont tendances à fléchir, ils sont alors redressés en passant à travers des galets.
Le cycle d'étirage décrit ci-avant peut alors se répéter plusieurs fois.
Les défauts possibles[modifier | modifier le code]
Durant le cycle d'étirage, il arrive parfois des défauts qui provoquent des pertes de matières premières.
Lors du soyage, si le tube n'est pas écrasé correctement, cela provoque la création d'une "ailette" qui rend la soie inutilisable pour l'étirage (Voir figure 8)
Il existe d'autres défauts comme les rayures ou chocs, internes ou externe.
Les rayures peuvent être causées par le matériel utilisé. Si le matériel n'est pas propre (boulet, filière, mandrin, ...), il est possible que le tube soit rayé lors de l'étirage.
Un autre défaut possible est le biseautage du tube. Un tube biseauté est un tube donc l'extrémité est en biseau, c'est à dire qu'il est en biais.
En effet, l'extrémité du tube peut se retrouver biseautée si le tube étiré n'était pas droit avant étirage.
Lorsque le boulet ne s'engage pas dans la filière, le tube ne réduit pas en diamètre et cela fait une marque à l'endroit d'engagement du boulet. Cette partie du tube doit être coupée et on l'appelle la "passe à vide".
Si la vitesse de la chaine est trop élevée, il est possible qu'il y ait un broutage. Ce défaut ce caractérise par des traces sur le tube.
Il est possible qu'il y ait des défauts au niveau de la rugosité du tube. Plusieurs facteurs agissent sur ce paramètre :
- le lubrifiant utilisé avant l'étirage
- l'usure du corindon[9] lors du microbillage
Les machines d'étirage[modifier | modifier le code]
Les machines sont caractérisées par 3 critères :
- La force maximale (kN)
- la vitesse maximale (m/min)
- le nombre de tubes pouvant être traités simultanément
On peut distinguer 5 types de machines.
Banc droit[modifier | modifier le code]
Un charriot muni d'un appareil de serrage de la soie (mors) est entraîné par une chaîne sur laquelle il s'accroche durant l'étirage du tube. Dès la fin de l'étirage, le chariot se libère de la chaîne et revient en position de départ pour prendre un nouveau tube.
Banc multiple[modifier | modifier le code]
Le banc multiple reprend exactement le même principe que le banc d'étirage droit. La seule différence qui subsiste est que sur ce type de banc le chariot peut tirer plusieurs tubes à travers une série de filières.
Banc à barillet[modifier | modifier le code]
Le banc est équipé de deux jeux de mandrins qui servent alternativement: pendant qu'un mandrin travaille à l'étirage, l'autre mandrin est placé dans les tubes prêts à être étirés (travail en temps masqué). Dès la fin de l'étirage du premier tube, une rotation du barillet permet la mise en place du suivant.
Machine d'étirage sur tambour[modifier | modifier le code]
Le chariot d'étirage est remplacé par un tambour. Le produit est étiré en couronne et s'enroule sur le cylindre. Cela permet d'étirer des longueurs importantes pour des diamètres inférieurs à 25mm.
Machine à étirer alternativement[modifier | modifier le code]
Le tube n'est plus tiré par la soie, sauf au démarrage, mais par des mors qui le prennent alternativement. Comme la machine d'étirage sur tambour, ce procédé permet d'étirer de grandes longueurs.
Précautions à prendre avant étirage[modifier | modifier le code]
Des précautions sont à prendre avant d'étirer le tube. L'opérateur doit porter ses équipements de protection individuels[10] (EPI) :
- Une paire de lunettes de sécurité pour protéger les yeux en cas de projection d'huile lors de l'étirage
- Des chaussures de sécurité
- De gants pour se protéger des brûlures lors de la manipulation des tubes (surtout après étirage car les tubes sont chauds)
- Casque anti bruit car le poste de travail est assez bruyant surtout lorsque l'extrémité du tube sort de la filière (claquage).
Il faut également vérifier la propreté des machines et de l'outillage.
Aussi, il est important de vérifier les dimensions du premier tube étiré.
Exemple de mode opératoire[modifier | modifier le code]
Voici l'exemple d'un mode opératoire pour l'étirage au boulet.
| N° étape | Action | Rôle |
|---|---|---|
| Étape 1 | Consultation des fiches d'outillage | Sélectionner l'outillage adéquat en fonction du diamètre du tube avant et après étirage (choix de la filière et du boulet ou mandrin) |
| Étape 2 | Vérification de l'outillage | Contrôler l'outillage pour vérifier qu'il est en bon état et qu'il n'y a aucun défaut visible afin d'éviter les défauts sur les tubes étirés |
| Étape 3 | Installation de l'outillage | Montage du boulet sur la tige porte boulet et montage de la filière sur le porte filière puis réglage de la vitesse de la chaine |
| Étape 4 | Engagement de la soie dans la filière | Faire passer la soie dans la filière pour qu'elle puisse être saisie par les mors du chariot |
| Étape 5 | Mise en fonctionnement de la pompe à huile | Lubrification externe du tube avant le passage dans la filière |
| Étape 6 | Actionner le départ du chariot et des mors | Les mors se serrent et le chariot recule et tire le tube |
| Étape 7 | Réceptionner le tube | Retirer le tube manuellement des mors et le déposer dans un panier |
| Étape 8 | Contrôle du tube | Vérification de l'état de surface externe et interne du tube. Passage d'une pointe à l'intérieur pour sentir l'éventuelle défaut |
| Étape 9 | Nettoyage et inspection du matériel | Nettoyer le boulet sale après chaque étirage, contrôle visuel de son état |
| Étape 10 | Rangement du matériel après étirage | Ranger l'outillage dans un panier (filière et boulet) et les amener au poste de dégraissage pour un nettoyage complet |
Pour l'étirage au mandrin, le mode opératoire est similaire sauf que l'on insère le mandrin à l'intérieur du tube avant le passage dans la filière et que l'on ajoute l'étape de dé-mandrinage.
Les traitements post-étirage[modifier | modifier le code]
Après étirage, la soie du tube est coupée ainsi que le bout du tube, qui est parfois biseauté. Après la coupe, le tube est ébavuré puis dégraissé.
Selon les caractéristiques mécaniques désirées, le tube peut recevoir un dernier traitement thermique. On appelle cela un tube "recuit".
Dans le cas contraire, le tube dit "écroui" peut entamer directement le cycle de finition (microbillage interne, polissage, décapage).
Ces étapes servent à donner les caractéristiques désirées au tube :
-Aspect visuel interne
-Aspect visuel externe
-Rugosité
Enfin, les tubes reçoivent différents contrôles qualité (par courant de Foucault, par ultrasons, par endoscope, contrôles en laboratoire (essais de traction, d'évasement, ...) avant d'être emballés.
Normalisation[modifier | modifier le code]
En ce qui concerne la normalisation, il y a quelques normes AFNOR qui concernent l'étirage :
- NF A 49-112 12.79 Tubes en acier. Tubes sans soudure à extrémité lisses laminés à chaud avec condition particulière de livraison.
- NF A 49-142 2.81 Tubes soudés longitudinalement de D inférieur ou égal à 168,3 mm en aciers non alliés à extrémités lisses avec conditions particulière de livraison.
- NF A 49-210 9.85 Tubes sans soudure étirés à froid pour transport de fluide.
- NF A 49-200 8.77 Tubes sans soudure pour chaudière et appareils à pression. Contrôle par ultrason.
Il a y également des normes ISO concernant les spécifications de l'outillage et le dimensionnement :
- ISO 1684:1975 : Filières d'étirage et de tréfilage — Spécifications
- ISO 2804:1996 : Filières de tréfilage et d'étirage — Noyaux bruts en carbures métalliques durs — Dimensions
- ISO 1651:1974 : Mandrins d'étirage de tubes
Notes et références[modifier | modifier le code]
Page Wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89tirage [11]
Fournisseurs de lubrifiants Metalube http://metalube.co.uk/tubol-gb[12]
Mémoire sur la modélisation numérique de l'étirage des tubes, Olivier GUIRAUD http://olguiraud.free.fr/travail/rapports/GUIRAUD_STAGE_MINITUBES_MSM.pdf[13]
Page Wikipédia anglaise sur l'étirage : https://en.wikipedia.org/wiki/Drawing_(manufacturing)
Mémoire de recherche sur l'Analyse de l'étirage à chaud des tubes soudés, FETHALLAH Rogaia et RABAH Amna, www.univ-tebessa.dz/fichiers/masters/st160074.pdf
Mémoire sur le développement d'une machine pour l'étirage à froid de tubes d'aluminium 6063, Sébastien GIRARD, www.theses.ulaval.ca/2010/27565/27565.pdf
Site Internet d'un producteur américain : https://www.stainless-structurals.com/products/production-technology/cold-drawn-shapes/
Définition du dictionnaire Larousse: http://www.larousse.fr/dictionnaires/francais/%C3%A9tirage/31479
Instruction de fabrication, référence I-FAB 229, Société Specitubes, documents confidentiels.
Vidéo de présentation de l'étirage, Société Specitubes, documents confidentiels.
- « Étirage »
- « filière — Wiktionnaire », sur fr.wiktionary.org
- « carbure de tungstène — Wiktionnaire », sur fr.wiktionary.org
- « mandrin — Wiktionnaire », sur fr.wiktionary.org
- « démandriner — Wiktionnaire », sur fr.wiktionary.org
- « productivité — Wiktionnaire », sur fr.wiktionary.org
- « Excentricité orbitale », Wikipédia, (lire en ligne)
- (en-US) Metalube, « Tubol », sur Metalube®
- « Corindon - Sablage », sur Torros
- « Équipement de protection individuelle », Wikipédia, (lire en ligne)
- « Étirage »
- « Lubrifiant "TUBOL" »
- « Mémoire sur la modélisation numérique de l'étirage de l'acier »