Règles de formulation du lubrifiant en fonction du procédé de mise en forme

1.1 - Divers régimes de lubrification

Tableau 1
1.2 - Lubrifiants de mise en forme

Tableau 2 Tableau 3
1.3 - Caractérisation mécanique du frottement et de l'usure

2 - Règles de formulation du lubrifiant en fonction du procédé de mise en forme

2.1 - Conséquences générales du frottement sur les conditions de mise en forme
2.2 - Frottement résistant

Figure 11 - Emboutissage des tôles
2.3 - Frottement moteur et résistant

Présentation

RÉSUMÉ

Parmi les techniques permettant de maîtriser le frottement, l’adhésion et l’usure entre deux corps, la lubrification reste la plus fréquente et la plus anciennement pratiquée. Après présentation des principes généraux de la lubrification, cet article expose les modalités spécifiques de la lubrification dans les procédés de mise en forme. Le lubrifiant possède un rôle déterminant dans la réussite de l’opération, son choix doit donc obéir à certaines règles. Défaut de remplissage, propriétés mécaniques non atteintes, rugosité excessive, défauts de surface, outil rapidement hors tolérances… sont parmi les conséquences d’une mauvaise lubrification.

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Auteur(s)

Éric FELDER : Ingénieur Civil des Mines de Paris - Docteur ès Sciences - Maître de Recherches Groupe Surfaces et Tribologie CEMEF (Centre de Mise en Forme des Matériaux) UMR 7635 CNRS – École des Mines de Paris

INTRODUCTION

Le but de ce dossier est de présenter les modalités spécifiques de la lubrification des procédés de mise en forme des métaux. Ces aspects sont en pratique extrêmement importants : en effet, le choix du lubrifiant et sa mise en œuvre conditionnent directement le succès de l'opération de mise en forme. De mauvaises conditions de lubrification peuvent conduire à :

un non-respect des dimensions du produit (défaut de remplissage des outils, incapacité de la machine de formage à fournir l'énergie ou la force nécessaire pour former totalement le produit du fait d'un frottement excessif…) ;
conférer au produit un mauvais état de surface (rugosité excessive, défauts de surface type rayures, incrustations…) ou de mauvaises propriétés mécaniques (endommagement interne ou superficiel) ;
engendrer une usure rapide de l'outil qui fait sortir le produit de ses tolérances dimensionnelles et oblige à réparer ou rebuter l'outil ;
dans les cas extrêmes, conduire à la rupture de l'outil ou de la pièce.

Dans ce dossier, nous présentons les principes généraux de la lubrification, puis les règles à respecter dans le choix du lubrifiant selon le procédé.

Cet exposé sur la lubrification lors de la mise en forme fait l'objet de plusieurs dossiers :

« Lubrification en mise en forme. Frottement et usure : caractérisation » [M 3 016] ;
« Lubrification en mise en forme. Régime de lubrification par films épais » [M 3 017] ;
« Lubrification en mise en forme. Régime de lubrification mixte » [M 3 018].

La fiche documentaire [Doc. M 3 015] fournit les modalités courantes de lubrification des principaux procédés de mise en forme des alliages métalliques usuels. Enfin, les dossiers consacrés aux lubrifiants [BM 5 340] [BM 5 341] [BM 5 343] [BM 5 344] et [BM 7 065] de la base documentaire « Génie mécanique » contiennent un ensemble d'informations pratiques (fournisseurs, nature précise…) sur ces principaux lubrifiants.

Le lecteur pourra consulter utilement les dossiers spécialisés de la rubrique « Mise en forme » de la base documentaire « Matériaux métalliques ». Une présentation plus détaillée des aspects scientifiques est faite en [1] et pour le laminage en [2] ; le lecteur pourra également se reporter à la référence [3].

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m3015

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2. Règles de formulation du lubrifiant en fonction du procédé de mise en forme

Pour formuler correctement un lubrifiant pour une opération de mise en forme donnée, il importe au préalable de bien connaître les conséquences du niveau du frottement sur l'issue de l'opération du point de vue faisabilité, c'est-à-dire la réponse à des questions du type :

la machine de mise en forme peut-elle fournir l'énergie et la force nécessaires ?
y a-t-il risque de rupture de l'outil ? du produit ?
la géométrie, les propriétés du produit en volume (résistance, ténacité…) et en surface (rugosité) sont-elles acceptables ?
par quel mode d'usure et avec quelle vitesse l'outil va-t-il se dégrader ?

Inversement, le niveau de frottement résulte des propriétés du lubrifiant et des conditions de contact… Nous allons donc donner d'abord des règles générales qui fournissent des éléments de réponse à ces questions, puis les préciser procédé par procédé en nous limitant aux cas simples.

2.1 Conséquences générales du frottement sur les conditions de mise en forme

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2.1.1 Puissance et forces de mise en forme

Considérons la mise en forme d'un corps de volume V sous les conditions schématisées comme suit :

le corps est rigide parfaitement plastique (RPP) ; son critère de plasticité est celui de Mises avec la contrainte d'écoulement σ ₀ et la cission maximale $k = σ_{0} / \sqrt{3}$ ;
le frottement à la surface S ₀ des outils est du type Tresca, de coefficient $\bar{m}$ .