Filage

Le filage est une méthode de mise en forme des métaux par forgeage. Elle consiste à pousser un matériau ductile à travers un trou, ou filière.



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Technique de transformation des métaux - Verrerie

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  • Filage direct : La billette (cylindre plein de métal) de métal préalablement chauffée est positionnée dans le conteneur. Un poinçon exerce une poussée.... (source : michel.baehrel.pagesperso-orange)
Quelques exemples de produits filés en alliage d'aluminium.

Le filage est une méthode de mise en forme des métaux par forgeage. Elle consiste à pousser un matériau ductile (peut-être rendu ductile par chauffage) à travers un trou, ou filière.

Cette méthode permet d'obtenir des produits longs qui peuvent être de formes simples (barre, tube) ou plus compliquées (profilé pour l'aéronautique ou le bâtiment). La poussée donnant la possibilité de la déformation est le plus souvent apportée par des presses hydrauliques.

Le filage

Définition

Le filage consiste à placer du métal solide chauffé à la température dite de filage dans un outillage nommé le plus souvent conteneur et de la faire ressortir par un orifice (généralement une filière) plus petit en exerçant une poussée. À partir d'un certain effort, il y a écoulement plastique à travers la filière.

Cette filière pouvant avoir des formes variées.

L'intérêt de la méthode est la relative simplicité, le coût assez modéré des outillages. Elle permet d'obtenir avec un nombre limité d'opérations des déformations particulièrement importantes. La mise en œuvre est assez faible. Par contre, le nombre de formes étant par essence assez limité.

Il est envisageable de filer la plupart de métaux : alliages d'aluminium, aciers, alliages de cuivre, alliages de magnésium etc.

Quantification de la déformation

La sévérité de filage est déterminée par le cœfficient de déformation ou le rapport de filage.

Cœfficient de déformation

Plus le cœfficient est élevé plus la sévérité de déformation est élevée.

A\%=100. \frac{L-l}{l}=100.(\frac{L}{l}-1)

La billette est le métal de départ qui le plus souvent est un cylindre.

Rapport de filage

Le rapport de filage est aussi une évaluation de la sévérité de filage. Il est plus usité que le cœfficient de déformation.

\delta R=\frac{S}{s}


Force de filage

La force de filage sert à connaître la force indispensable pour une déformation donnée et permettra de connaître en pratique la presse qu'il faudra utiliser.

F= \pi.Rˆ2 .\rho.ln \deltaàp (\frac{2ðl}{R})\

En pratique si la lubrification est bonne on considère f=0 est la formule devient :
F= \pi.Rˆ2 .\rho.ln \delta\

Schéma du filage direct

Les différents types de filage

Le filage direct

La billette (cylindre plein de métal) de métal préalablement chauffée est positionnée dans le conteneur. Un poinçon exerce une poussée. Le métal est en premier lieu plaqué contre la filière et file à travers la filière en prenant sa forme définitive.

C'est le procédé de filage le plus simple. Il présente des inconvénients essentiellement à cause du frottement du métal sur la surface interne du conteneur. Ce frottement pouvant avoir des conséquences sur les outillages eux-mêmes mais également sur la structure du métal. La maîtrise de la lubrification modère cet inconvénient.

Le filage inverse

Schéma du filage inverse

Dans le cas du filage inverse, la filière est positionnée à l'extrémité d'un poinçon. La billette chauffée est positionnée dans le conteneur. On plaque une tête sur le conteneur. C'est par conséquent la totalité, billette, conteneur et tête qui avance vers la filière. Le métal file à l'intérieur du poinçon.

Le gros avantage de la méthode réside dans la suppression des frottements entre la billette et le conteneur. L'effort de filage est minoré ce qui permet l'utilisation de presses de moins forte puissance. L'absence de frottement supprime une partie des échauffements ce qui permet une meilleures maîtrise de la structure métallique et limite le risque de défauts de surface. Dans le cas de l'aluminium, on peut supprimer presque totalement la zone corticale à gros grains. Il est plus facile de maîtriser les tolérances géométriques.

L'inconvénient provient du poinçon qui compte tenu de sa forme creuse est plus fragile et travaille au flambage. De plus le montage des outillages est plus complexe et nécessite des alignement plus rigoureux que la méthode en direct. Qui plus est , le nombre de forme envisageable est plus limité que le filage direct.


Le filage inverse en conteneur

Il s'agit là d'une méthode nettement moins utilisée que les deux précédentes. Le but est différent puisque le produit obtenu est un tube avec un fond (appelé étui). Les longueurs de filage sont nécessairement plus courtes. Cette méthode est utilisé pour la fabrication de composant d'armement (douille d'obus, ogive), de bouteilles à gaz en acier ou en alliage d'aluminium. Les formes sont limitées.

La billette chauffée ou froide et lubrifiée est positionnée dans une matrice fermée à une extrémité par un tasseau. Un poinçon vient pousser sur la billette qui file le long du poinçon en formant un étui. Il est éjecté grâce à une poussé sur le tasseau.

Schéma du filage inverse en conteneur ou filage contenu

Le filage sur aiguille

Le filage sur aiguille sert à filer des tubes. Le matériau de départ est une billette évidée. Elle peut être évidée par perçage, usinage ou forgeage.

Le poinçon est équipé d'une aiguille qui est emmanchée sur la billette creuse. En poussant dans la filière, le métal est contenu entre la filière et l'aiguille. On obtient un tube monobloc sans soudure.

Il existe une variante dite filage sur nez d'aiguille où l'aiguille est fixe.

Schéma du filage sur aiguille permettant d'obtenir un tube sans soudure


Lubrification

Filage de l'acier

La difficulté du filage de l'acier réside dans la température du métal de départ. Pour obtenir des contraintes d'écoulement suffisamment faible, il faut chauffer le métal entre 1000°C et 1250°C.

La lubrification au graphite n'est pas envisageable, le film de graphite se rompra à cause de la température. Qui plus est , l'apport de carbone du graphite peut modifier en surface la composition en carbone ce qui changera certaines caractéristiques.

La lubrification utilisée est une lubrification vitreuse par apport de verre sous forme de poudre ou de tissu. Ce type de lubrification peut être utilisable pour d'autres matériaux : alliages de titane, de zirconium ou de tungstène.


Filage des alliages d'aluminium

Défaut d'invagination en bout de barre

Pour les alliages d'aluminium, il existe deux types de filage direct : le filage sans lubrifiant (dit aussi chemisé) et le filage lubrifié.

Dans le cas du filage sans lubrification, il y a création d'un dépôt d'aluminium sur l'intérieur du conteneur : la chemise. Cette méthode permet d'utiliser des billettes brutes de fonderie sans écroutage (usinage de la surface) en éliminant les imperfections de surface. Le procédé est simple et permet d'obtenir de beaux états de surface. Par contre, il est indispensable d'utiliser des presses plus puissantes en comparaison avec le filage lubrifié ou inverse.

La surface externe étant freinée, le centre de la billette file plus vite que la périphérie. Il y a risque d'hétérogénéité structurale et formation en fin de filage d'un défaut nommé invagination. Le centre de la face arrière de la billette est aspiré.

A l'inverse, le filage direct lubrifié demande des presses moins puissantes et donne une meilleure structure interne au métal. Mais les produits obtenus ont un moins bel état de surface.

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 30/01/2011.
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