« Pourquoi, malgré des matériaux jugés conformes, des problèmes persistent-ils lors du formage à froid par tête d’étrier ? »
Les matériaux sont « conformes », alors pourquoi des problèmes apparaissent-ils sur le terrain ?
Dans la production de formage à froid par tête d’étrier, il arrive fréquemment que :
À leur arrivée en usine, les matériaux sont accompagnés de tous les certificats de qualité ; leurs compositions chimiques respectent les normes, et leurs caractéristiques telles que la résistance à la traction, la dureté ainsi que les écarts dimensionnels se situent dans les limites requises. Si nécessaire, des contrôles effectués par un laboratoire tiers confirment également leur conformité.
Cependant, une fois ces matériaux introduits dans la machine de formage à froid, des problèmes surgissent :
Fissurations, plis, remplissage insuffisant au niveau des angles R, fluctuations des dimensions des pièces, usure anormale des outillages, voire des comportements totalement différents observés pour un même lot de matériaux selon l’équipement ou l’outillage utilisé.
Dans ces situations, la première réflexion exprimée sur le terrain est souvent la suivante :
Le problème vient-il des matériaux ?
Cette hypothèse n’est pas nécessairement erronée, mais il convient toutefois de ne pas tirer trop rapidement de conclusions.
En effet, dans le domaine du formage à froid, « la conformité des matériaux » et « la stabilité du processus de formage » ne constituent pas la même chose.
Les normes répondent uniquement à la question : « Sont-ils conformes ? »
La fonction des normes relatives aux matériaux est de définir les conditions techniques minimales que ceux-ci doivent satisfaire.
Par exemple :
- La composition chimique se situe-t-elle dans les limites spécifiées ?
- Les dimensions et les tolérances admissibles sont-elles conformes aux exigences ?
- Les propriétés mécaniques — résistance à la traction, taux de réduction de section, dureté, etc. — atteignent-elles les niveaux requis ?
- La surface présente-t-elle des défauts apparents ?
- L’état de livraison correspond-il à la commande ou au cahier des charges technique ?
- Le cas échéant, les teneurs en inclusions, le taux de décarburation, la microstructure et d’autres critères respectent-ils les prescriptions ?
Chacun de ces points revêt une grande importance.
Sans normes, les matériaux n’auraient pas de référentiel qualitatif commun ; sans contrôles, fournisseurs et clients auraient bien du mal à déterminer si les matériaux répondent effectivement aux exigences convenues.
Ainsi, les normes constituent la base du contrôle qualité des matériaux.
Toutefois, les normes se bornent principalement à répondre à la question suivante :
Ce lot de matériaux satisfait-il aux exigences réglementaires ?
Elles ne permettent pas directement de répondre à la question :
Sur la base de la géométrie d’une pièce donnée chez un client spécifique, avec un ensemble d’outillages précis, sur une machine de formage à froid particulière et dans des conditions de lubrification bien définies, ce matériau peut-il assurer une production stable et durable ?
C’est précisément cette différence qui existe entre l’évaluation basée sur les normes et l’évaluation ingénieristique.
Sur le site de l’emboutissage à froid, ce qui compte, c’est la « stabilité »
L’emboutissage à froid ne consiste pas simplement à mettre la matière en forme par compression, mais bien en un processus au cours duquel le matériau subit une déformation plastique importante dans les matrices.
Pendant cette opération, le matériau est soumis simultanément à des effets de compression, d’écoulement radial, de traction locale, de cisaillement et de frottement.
En réalité, la stabilité sur le terrain ne dépend pas uniquement du matériau lui-même, mais également de :
- la compatibilité de la structure de la pièce avec l’emboutissage à froid ;
- le dimensionnement approprié des arrondis des matrices ;
- l’absence d’une déformation excessive lors d’une seule passe ;
- la répartition rationnelle des étapes de mise en forme ;
- la rigidité suffisante de l’équipement ;
- la stabilité du centrage des matrices ;
- la régularité et la solidité du revêtement phospho-saponifié ;
- la capacité du lubrifiant à atteindre durablement les zones à forte déformation ;
- la maîtrise de la température des matrices en production continue.
Ainsi, sur le site de l’emboutissage à froid, l’enjeu n’est pas tant de savoir si le produit est « conforme ou non », mais plutôt :
Une fois le matériau introduit dans mon système de fabrication, peut-il circuler, se former et être produit en série de manière stable ?
Pourquoi un matériau conforme peut-il tout de même ne pas convenir à un procédé donné ?
La raison en est simple : les normes définissent des plages, tandis que le procédé exige une adéquation.
Pour une même nuance, les teneurs en éléments chimiques restent dans les limites normatives, mais selon que les niveaux de C, Mn, Cr, Mo, B, etc., se situent aux extrémités ou au centre de ces plages, la résistance à la déformation, la réponse au recuit de sphéroïdisation et le comportement au traitement thermique peuvent varier.
Des matériaux répondant pourtant aux exigences de qualité de surface peuvent ne poser aucun problème lorsqu’ils sont utilisés pour des pièces à faible déformation. En revanche, pour des pièces à forte déformation, aux formes complexes ou destinées à la sécurité automobile, de petites imperfections locales risquent d’être amplifiées.
Même après un traitement phospho-saponifié, si l’adhésion du film est insuffisante ou si sa ductilité est médiocre, celui-ci peut s’effriter ou se détacher dès la première passe d’emboutissage, transformant ainsi les étapes suivantes en zones de frottement sec localisé.
Il n’est d’ailleurs pas rare qu’un même rouleau de matériau produise des résultats stables sur une machine, mais présente des défauts sur une autre, car la rigidité des équipements, la précision des matrices, l’alimentation en lubrifiant et l’état thermique des outillages peuvent différer d’un appareil à l’autre.
Cela montre que le problème ne réside pas forcément uniquement dans le matériau, mais aussi dans l’adéquation entre le matériau et le système de fabrication.
Comment les ingénieurs doivent-ils juger la situation ?
Face à une anomalie lors de l’emboutissage à froid, il n’est pas recommandé de conclure trop rapidement que « le matériau pose problème » ou que « le procédé client est défectueux ».
Une approche plus professionnelle consiste à mener une analyse par étapes :
1) Vérifier que le matériau respecte les spécifications de commande et les accords techniques.
2) S’assurer que le matériau satisfait aux exigences réelles de déformation propre à ce produit.
3) Examiner le traitement de surface, en particulier l’homogénéité, l’adhérence et la ductilité du revêtement phospho-saponifié.
4) Évaluer la conception des matrices, leurs arrondis, la répartition des étapes et l’amplitude de la déformation par passe.
5) Contrôler la rigidité de l’équipement, le centrage des matrices, l’alimentation en lubrifiant et la stabilité thermique des outillages.
Ce n’est qu’en procédant ainsi que l’on peut passer d’un « jugement de conformité » à un « jugement technique ».
Conclusion de ce chapitre
Les matériaux conformes aux normes constituent une condition nécessaire à la production par tête à déformer à froid, mais non suffisante.
Les normes définissent le seuil minimal requis, tandis que le contrôle technique garantit la stabilité de la production en série.
Ainsi, pour les matériaux destinés au formage à tête à déformer à froid, il ne suffit ni de se contenter du certificat d’origine ni de s’en tenir uniquement à la désignation et à la composition chimique.
Un jugement véritablement professionnel sur ces matériaux doit revenir à l’observation sur site :
Une fois introduite dans le moule, comment va-t-elle se déformer ?
En production continue, son comportement risque-t-il d’être instable ?
Dans les conditions spécifiques des équipements, des outillages, de la lubrification et du contrôle thermique du client, peut-elle maintenir une stabilité durable ?
Telles sont les questions auxquelles l’ingénierie des matériaux destinés au formage à tête à déformer à froid doit effectivement répondre.
Ainsi, le point central du premier chapitre est le suivant :
La conformité aux normes ne prouve qu’une chose : le matériau possède les conditions de base nécessaires à la mise en production ; seule une stabilité durable lors du formage à tête à déformer à froid atteste que le matériau est véritablement adapté au système de fabrication.