Qu'est-ce que la filature de métaux ?
Le filage des métaux est également appelé communément tournage des métaux, formage par rotation ou filage. Il s’agit d’une procédure de travail du métal dans laquelle différents métaux sont soumis à une rotation à grande vitesse pour former des produits à symétrie axiale.
Avantages de la filature des métaux
Les pièces filées offrent une plus grande durabilité en résistant aux pressions de l’intérieur et aux forces de l’extérieur.
Les parties qui doivent être modifiées après l’essorage peuvent l’être facilement, en particulier lors de la réduction de la taille.
Comparé à d’autres procédés d’usinage des métaux, le filage des métaux produit moins de déchets.
Le système d’outillage de filage métallique est plus simple, plus rentable et plus facile à entretenir que les autres.
Histoire de la filature des métaux
Le filage du métal remonte à une époque antérieure au 19e siècle, puisqu’il était utilisé à l’époque de l’erreur égyptienne. À l’époque de l’Égypte ancienne, le filage du métal était réalisé avec des métaux plus tendres à l’aide de tours à main.
L’introduction de l’énergie hydraulique et de la vapeur en Europe et en Amérique du Nord au cours du 19e siècle a permis des avancées significatives. Au début du 20e siècle, un système de filage à grande vitesse a été rendu possible grâce aux moteurs électriques.
De nombreux métallurgistes étaient désormais en mesure de filer des pièces de qualité dans des métaux tels que le cuivre, l’aluminium et le laiton. Le filage des métaux était considéré comme un processus de production à faible volume, car il nécessitait un personnel hautement qualifié.
Considérations relatives à la conception du filage des métaux
Le filage des métaux ne peut être utilisé que pour fabriquer des pièces présentant une symétrie de rotation. Une pièce de forme hémisphérique en est un exemple. Une autre considération de conception pour le repoussage des métaux est que les diamètres internes des pièces doivent être contrôlés de l’intérieur.
Avant le processus de filage des métaux, il faut s’assurer que les tolérances sont spécifiées, car le produit ne doit pas toujours être d’une épaisseur uniforme. Des dimensions prises en compte plus tôt facilitent le travail et permettent de gagner du temps et d’éviter le gaspillage de matériaux au cours du processus de filage.
Connaître suffisamment tôt les types de matériaux à utiliser pour une pièce donnée permet également d’économiser de l’argent et de réduire les déchets.
Types de techniques de filage des métaux
Filage conventionnel
La filature conventionnelle est la plus simple de toutes les techniques de filage, car elle nécessite des machines et un outillage simples. Au cours du processus de filage conventionnel, le métal est poussé par le rouleau dans la partie du mandrin correspondant au contour.
Le même niveau d’épaisseur de matériau est maintenu tout au long du processus de filage. Il est impossible de produire des pièces dont l’épaisseur du matériau varie d’une section à l’autre. Dans ce processus, la profondeur du matériau du produit final est augmentée tandis que le diamètre du matériau est réduit.
Essorage par cisaillement
Le filage par cisaillement utilise des galets pour pousser le métal vers le bas et l’étirer en même temps sur le contour du mandrin. Pendant le filage par cisaillement, l’épaisseur du matériau est réduite par rapport à la pièce d’origine.
Toutefois, le diamètre du produit final reste le même qu’avant le traitement, ce qui augmente la profondeur. Les propriétés mécaniques de la pièce métallique, telles que la dureté et la résistance, sont améliorées en raison des forces de compression élevées appliquées.
Cette technique nécessite un système d’outillage plus complexe et un système de commande de machine précis. Le processus nécessite un liquide de refroidissement car le fonctionnement de la machine génère de la chaleur.
Filage à chaud
Le filage à chaud est recommandé pour les matériaux présentant de faibles propriétés de malléabilité et de ductilité ou pour ceux qui ne peuvent pas se former à température ambiante. La technique de filage à chaud utilise un chalumeau pour augmenter la température de la pièce à usiner jusqu’à sa température de forgeage.
Lorsque le métal est pressé sur le contour du mandrin, il est chauffé à l’aide du chalumeau. Le filage à chaud permet d’obtenir des produits aux propriétés mécaniques améliorées, comme la résistance, mais également oxydés. Le contrôle de ce processus est un peu difficile et il est également plus coûteux.
Filage de tubes
Le filage tubulaire fonctionne de la même manière que la technique de filage par cisaillement, mais le filage tubulaire allonge le matériau. L’épaisseur du matériau diminue au fur et à mesure qu’il s’allonge.
Dans ce cas, le matériau est serré sur le mandrin, puis étiré sur le matériau à l’aide de plusieurs cylindres. Les rouleaux se déplacent dans le même sens que le flux axial du tube. Le filage externe du tube place le tube à l’extérieur du mandrin, tandis que le filage interne du tube le place à l’intérieur du mandrin.
Filage à passages multiples
La filature à passages multiples implique l’utilisation de cylindres pour appliquer une force plusieurs fois dans le même sens d’écoulement que le matériau. La plupart des matériaux utilisés dans les techniques de filage à passes multiples sont difficiles à déformer. Différents mandrins peuvent être utilisés pour le filage de pièces aux sections complexes et aux profils façonnés.
Processus de filage des métaux
Chargement de la pièce brute
La pièce brute est le métal qui doit être tourné et peut être chargée manuellement ou automatiquement. Un bloc qui a été formé précédemment doit être chargé sur le tour dans la zone d’entraînement. Généralement, le matériau doit être dans une forme qui peut être tournée à travers cette machine.
Serrage de la poupée mobile
Une fois que la pièce à travailler a été chargée, elle doit être serrée à l’aide d’une poupée mobile sur le contour du mandrin. Le serrage de la pièce à travailler garantit qu’elle est suffisamment stable pour supporter la pression exercée par les galets. Un tampon de pression serre la pièce contre le bloc qui a été chargé à la première étape, en le fixant à la poupée mobile.
Préparation de plusieurs galets
Les galets sont nettoyés et préparés avant d’être chargés dans le système pour le processus de tournage. Les galets sont utilisés pour lisser et nettoyer la surface métallique de toute distorsion causée par les processus de travail du métal précédents.
Alimentation des multiples galets
Les galets sont introduits dans le système et positionnés à égale distance de la pièce à travailler. Plusieurs galets sont utilisés pour les techniques de tournage à grande vitesse car cette technique peut accommoder des pièces avec des sections d’épaisseur de matériau inégales. Cependant, pour les techniques de tournage conventionnelles, un seul galet suffit car la pièce à travailler a une épaisseur de matériau constante.
Début du tournage
Le tournage commence lorsque la pièce à travailler reçoit une pression localisée qui la fait se déplacer sur le bloc. Pour un tournage conventionnel, les pièces à travailler sont simplement retirées du bloc.
Cependant, pour les techniques de tournage à grande vitesse, les multiples galets appliquent une pression aux différentes sections de la pièce à travailler jusqu’à ce qu’elle soit prête. Des dessins très complexes sont réalisés sur des formes de glace, mais une fois le tournage terminé, la glace fond.
D’autres méthodes comme l’écrouissage ou la réduction peuvent faire tourner la pièce à travailler dans l’air. Cela se produit si la finition de surface ou la forme ne sont pas nécessaires, éliminant ainsi le besoin d’un mandrin.
Arrêt du tournage
Une fois le tournage terminé et les paramètres requis atteints, le processus de tournage s’arrête. Un liquide de refroidissement est utilisé pour refroidir le système car le tournage génère une chaleur élevée.
Retrait de la pièce
Une fois que le système a refroidi et qu’il est sécuritaire d’ouvrir la machine, la pièce est retirée et est prête pour application.
Outils et équipements de filage des métaux
Certains des outils les plus courants comprennent :
Mandrin
Le mandrin est une filière cruciale pour la formation de la forme et du volume d’une pièce métallique donnée.
Rouleau
Les rouleaux sont utilisés pendant le filage pour appliquer une force localisée sur la pièce à travailler afin de la faire avancer sur la filière.
Poupée mobile
La poupée mobile est utilisée pour soutenir et maintenir le métal en place pendant le filage à haute vitesse sur le mandrin.
Suiveur
Le suiveur est un tampon de pression utilisé pour fixer le métal en place sur la poupée mobile.
Broche
La broche fait tourner le mandrin et la pièce métallique pendant le processus de filage.
Bâti de tour
Le bâti de tour est responsable du soutien de la poupée mobile, de la poupée fixe et d’autres composants de la machine.
Matériaux appropriés pour le filage des métaux
L’acier au carbone est un type d’acier économique dont les propriétés, telles qu’une résistance élevée et une bonne aptitude au formage, le rendent adapté à la filature.
Le laiton est très facile à travailler et malléable. Il présente une conductivité électrique et thermique élevée et une bonne résistance à la corrosion, aux microbes et à l’encrassement biologique.
Le bronze est hautement soudable et façonnable, ce qui le rend approprié pour le filage afin de former des pièces solides et durables.
Le titane est facilement façonnable en raison de sa nature ductile, souple et légère, ce qui le rend adapté au filage des métaux.
L’acier inoxydable présente une résistance, une rigidité et une ténacité élevées, qui sont toutes maintenues à des pressions ou des températures élevées.
L’aluminium convient aux processus de filage des métaux car il possède des propriétés telles qu’une ductilité, une malléabilité et un rapport résistance/poids élevés, ainsi qu’un bon rapport coût/efficacité.
Applications de la filature des métaux
Les pièces ayant ce type de forme peuvent être utilisées pour fabriquer des bols à mélanger, des réflecteurs, des têtes de réservoir, des capuchons, des dômes et des couvercles.
Les pièces filées en forme de cône peuvent être utilisées pour fabriquer des composants tels que des pendentifs, des entonnoirs et des trémies.
Une pièce filée en forme de venturi peut être un dépoussiéreur, un amuseur, un souffleur ou un laveur.
Les cloches, les antennes paraboliques, les appareils d’éclairage, les socles de stands peuvent tous être fabriqués à partir de pièces filées en forme de parabole.
Les produits tels que les boîtes de conserve, les cuves, les réservoirs, les tuyaux et les bouteilles de gaz sont fabriqués à partir de pièces cylindriques en rotation.
Les têtes de réservoirs formées par filage peuvent prendre des formes telles que bombées, bridées, à couronne haute ou sphériques torsadées.
Les gens demandent aussi :
Les pièces en métal filé fabriquées à l’aide d’un tour CNC sont plus précises, avec des tolérances plus étroites et des finitions de surface de qualité.
Le filage des métaux est très abordable, car il est le moins cher par rapport au moulage, à l’outillage et à l’emboutissage.
Le filage des métaux est plus lent que les méthodes telles que le moulage et l’emboutissage.
La constance n’est pas garantie lorsque l’on travaille avec la méthode de filage des métaux.
Le repoussage des métaux a une limite en ce qui concerne les formes, il ne peut fonctionner qu’avec des pièces à symétrie axiale.
- Faible gaspillage de matériaux
- Faible coût d’outillage
- Processus à grande vitesse
- Pièces plus solides et plus stables
- Possibilité de réaliser des formes complexes
- Il est possible d’exécuter plusieurs processus sur une seule machine à la fois.
- Des composants sans soudure peuvent être produits.
Pour les pièces ayant un diamètre inférieur à 1 pied, la tolérance requise serait de +/- 0,005 pouce.
Pour les pièces de 2 à 4 pieds, des tolérances de +/- 0,02 pouce sont nécessaires.
Alors que les pièces de 4 à 8 pieds nécessitent une tolérance d’environ +/- 0,03 pouce.
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