Processus de forgeage en génie mécanique – Manchons en acier
(aperçu compilé à partir des dernières données de l’industrie)
1. Matériel et forme de départ
Les aciers faiblement alliés tels que ASTM A181 classe 70, 21CrMoNiV4-7, 42CrMo4 ou 17-4PH sont normalement fournis sous forme de lingots ou de barres laminées dégazées sous vide. Pour les manchons à parois épaisses, le maître de forge découpe la barre en billettes coupées, tandis que pour les manchons longs à parois minces, un lingot creux ou une barre pré-percée est choisi pour économiser du matériel et du temps de pressage.
2. Préchauffage
Les billettes sont chargées dans un four continu à 1 150–1 250 °C (acier) ou 450–500 °C (manchons en aluminium). Un trempage uniforme (min. 30 min par 100 mm Ø) garantit un delta-T ≤15 °C et évite les fissures transversales lors du refoulement.
3. Séquence de forgeage à chaud
Etape 1 – Renversage & perçage : une presse à manivelle de 4 000 t refoule la billette, puis un mandrin de 600 mm de diamètre perce un trou central.
Étape 2 – Étirer et réduire : le beignet est déplacé vers une presse à matrice ouverte de 8 000 t où une barre de mandrin allonge le manchon tout en réduisant l'épaisseur de la paroi ; un rapport longueur/paroi allant jusqu'à 30:1 est réalisable.
Étape 3 – Planissage et dimensionnement : les passes finales sur une presse de 1 600 t amènent la tolérance OD à +2/-1 mm et la paroi à ±1 mm, prêtes pour un usinage de finition avec un stock minimum.
4. Option de roulement à anneaux (manches courtes)
Pour des diamètres de 200 à 1 200 mm et des parois de 30 à 120 mm, le laminage en anneau sans soudure est plus rapide : un tir, un cycle de 30 s, 20 % de flash au lieu de 50 % en matrice ouverte. La croissance du diamètre est contrôlée par ordinateur jusqu'à ± 1 mm.
5. Traitement thermique
Normaliser à 880 °C/air frais pour affiner le grain, trempe et revenu (Q/T) 860 °C/huile + 650 °C/2 h pour atteindre 550–750 MPa YS, 20 % EL, 45 J –40 °C Charpy. Les manchons lourds pour boîtiers sous pression bénéficient d'une trempe en deux étapes et d'une défragmentation cryogénique à –80 °C.
6. Inspection et livraison
100 % UT selon ASTM A388 niveau B, MT sur 100 % de surface d'alésage, rapport dimensionnel avec CPK ≥ 1,33, version EN 10204 3.2. Condition de livraison typique : forgé à chaud + Q/T + OD/ID grossièrement tourné jusqu'à 2–3 mm de stock .
7. Gains de performances par rapport au casting
Le flux circonférentiel ininterrompu des grains double la résistance du cerceau ; pas de cavité de retrait centrale typique des manchons coulés en sable ; 30 % d'économie de poids car les concepteurs peuvent utiliser des contraintes de conception plus élevées avec le même facteur de sécurité.
8. Limites de taille atteignables aujourd’hui
OD 80–6 000 mm, longueur 50–6 000 mm, poids unique 10 kg – 15 t, paroi aussi fine que 15 mm sur anneaux laminés ou aussi épaisse que 400 mm sur pièces forgées à ciel ouvert.
En bref, la méthode moderne de forgeage des manchons en acier associe des presses lourdes à matrice ouverte avec un perçage au mandrin et un laminage d'anneaux en option, suivis d'un traitement thermique Q/T et d'un CND complet, offrant aux ingénieurs en mécanique un composant creux de haute intégrité qui résiste bien mieux aux charges multi-axiales que les alternatives coulées ou soudées.
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