Formage

Le formage d’un matériau a pour objectif de lui donner une forme déterminée, en suivant une série de techniques spécifiques. En métallurgie, ce procédé permet de remodeler une pièce sans ajout ni retrait de matière. Il peut se réaliser grâce à diverses techniques. Confronté à de nombreuses demandes, le marché mondial des machines-outils de formage des métaux devrait atteindre 48,67 milliards de dollars d’ici 2026.

Les opérations de formage se classent généralement en fonction des différences de stress effectif. Le formage par compression exploite une charge de compression unie ou multiaxiale et comprend des procédés tels que :

• le laminage, où le matériau passe à travers une paire de rouleaux,
• l’extrusion, pendant lequel un orifice le pousse,
• le matriçage, durant lequel une presse estampe la pièce autour ou sur une matrice,
• le forgeage, lors duquel des formes de compressions localisées la forment.
• le poinçonnage, où un outil s’enfonce dans l’objet.

D’autres formages existent, comme :

• le formage par traction, par contrainte de traction unie ou multiaxiale (l’étirement, l’expansion, l’enfoncement),
• le formage combiné en traction et en compression (emboutissage, traction à travers une matrice, etc.),
• le cintrage par charge de flexion,
• le cisaillement.

Le formage peut s’effectuer à chaud (forgeage, estampage, emboutissage…), à froid (extrusion, pliage, tréfilage…) ou électromagnétique.

 

Le procédé d’extrusion des métaux

L’extrusion consiste à façonner un matériau en le pressant à l’aide d’un outil mécanique ou hydraulique. Il peut s’exécuter à chaud ou à froid, en continu ou en semi-continu. Ce procédé peut de produire des forces de compression et de cisaillement dans le matériau de base. Au cours de l’opération, les alliages de métaux subissent une très grande déformation sans être déchirés. Les objets obtiennent alors un profil en coupe transversale et sont dédiés à un large éventail d’applications. L’un des principaux moteurs du marché de l’extrusion de matériaux reste la demande croissante d’aliments emballés prêts à consommer (pâtes prêtes à l’emploi, céréales, barres de collation, etc.).

L’aluminium demeure le matériau le plus couramment extrudé, à chaud ou à froid. La taille du marché de l’extrusion d’aluminium peut croître de 6,76 millions de tonnes de 2020 à 2024. Les produits s’emploient largement dans diverses applications, notamment pour la couverture des bâtiments préfabriqués. Or, la progression des secteurs de l’automobile, de la logistique, de l’industrie pharmaceutique, des biens de consommation et du commerce de détail va encore stimuler cette demande. Le laiton, quant à lui, s’exploite pour extruder des tiges non corrosives, des pièces automobiles, des raccords de tuyaux et des pièces techniques.

 

Le procédé d’estampage

Lors de l’estampage, le métal se déforme par une presse autour ou sur une matrice. Cet outil est généralement adapté au produit qu’il sert à créer, comme les moules. Les produits fabriqués à l’aide de matrices vont de simples trombones à des pièces complexes appliquées dans les technologies de pointe.

Pour le formage des tôles, telles que des pièces de carrosserie automobile, on peut utiliser deux parties. L’une, appelée poinçon, effectue l’opération d’étirement, de pliage et/ou de découpe. L’autre, appelée bloc-matrice, serre fermement la pièce et exécute un procédé similaire d’étirement, de pliage et/ou de découpage.

Le marché mondial de l’estampage des métaux est évalué à 140 300 millions de dollars en 2020 et devrait atteindre 165 950 millions à la fin de 2026.

 

Formage et tôlerie

La tôle représente l’une des formes fondamentales utilisées dans le travail des métaux, et elle peut être coupée et pliée en diverses formes. Le marché mondial de la tôle était évalué à 265 milliards de dollars en 2018 et devrait afficher un TCAC de 5,0 % de 2019 à 2025. D’innombrables objets de la vie quotidienne sont fabriqués à partir de ce matériau : carrosseries d’automobiles et de camions, fuselages et ailes d’avions, tables médicales, toits de bâtiments, etc.

Le formage des tôles peut s’exécuter à l’aide de diverses techniques, telles que :  

• l’emboutissage au cours duquel le métal est rallongé sur une forme ou une matrice,
• l’expansion qui consiste à découper ou à estamper des fentes en alternance, puis à étirer la feuille en accordéon. On le destine aux applications où l’on souhaite une circulation d’air et d’eau,
• la découpe au laser pendant laquelle le faisceau laser matériau chauffe et brûle le matériel, ce qui permet de découper la tôle. 
• l’usinage photochimique qui est un processus de corrosion étroitement contrôlé. L’objectif est de produire des pièces métalliques complexes avec des détails très fins,
• le formage par presse-plieuse exploité pour concevoir des objets de tôle longue et fine,
• le poinçonnage qui est exécuté en plaçant la feuille de métal entre un poinçon et une matrice montés dans une presse.
• le laminage durant lequel une ou plusieurs paires de rouleaux réduisent l’épaisseur de la pièce. On le pratique pour uniformiser l’épaisseur,
• l’estampage,
• la découpe au jet d’eau pour une érosion contrôlée dans le métal ou d’autres matériaux à l’aide d’un jet d’eau à haute vitesse et haute pression, ou un mélange d’eau et d’une substance abrasive.

Le formage des métaux permet de remodeler des pièces à l’aide de techniques spécifiques telles que l’extrusion, l’estampage ou encore le formage des tôles. Parmi les métaux les plus exploités, on retrouve principalement l’aluminium, l’acier et le laiton, mais aussi le cuivre, l’étain, le plomb, le magnésium, le zinc et le titane.

Le choix du matériau pour le formage dépend de la méthode. En fonction de ses propriétés, il va plus ou moins facilement se traiter. Les métaux ayant une limite d’élasticité plus élevée et un retour élastique plus important (acier inoxydable, aciers de construction, aciers HSLA [Haute Résistance Faiblement Alliée], etc.) nécessitent plus de travail pour être formés. Les matériaux ayant une faible limite d’élasticité et un retour élastique plus faible (acier doux, aluminium, métaux rouges comme le bronze, le laiton et le cuivre, etc.) demandent généralement moins de labeurs. Une bande d’acier inoxydable peut requérir deux fois plus de force que la même longueur d’acier doux.

 

L’aluminium

L’aluminium a un excellent rapport résistance/poids, une conductivité thermique et électrique élevée et une protection naturelle contre la corrosion. 

Ce métal est privilégié pour le processus d’extrusion, qu’il s’exécute à chaud ou à froid. L’industrie automobile l’emploie beaucoup, car l’aluminium contribue à la fabrication de voitures plus écologiques et plus économes en carburant, et donc à la réduction de l’empreinte carbone des entreprises et de leurs clients. Ce matériau se recycle facilement et résiste à toute forme de corrosion, ce qui garantit la durabilité du véhicule à long terme.

Le formage de la tôle utilise aussi principalement cette matière. L’intérêt de cette technique se trouve dans la déformation à la fois élastique et plastique qu’il provoque.

 

Le laiton

Le laiton possède une bonne usinabilité et une excellente conductivité électrique. Ce matériau est donc idéal pour les applications qui nécessitent un faible frottement. L’architecture y a également recours pour créer des pièces d’aspect doré à des fins esthétiques.

Le laiton est employé pour extruder des tiges non corrosives, des pièces automobiles, des raccords de tuyaux et des pièces techniques. Il est aussi choisi dans les procédés d’estampage qui requiert des métaux d’une dureté douce à moyenne et présentant un faible coefficient d’écoulement.

 

L’acier

L’acier inoxydable peut être facilement soudé, usiné et poli. On l’exploite beaucoup dans les procédés d’estampage. L’acier doux, ou acier à faible teneur en carbone s’utilise pour la fabrication de pièces de machines, de gabarits et de montages. Quant à l’acier allié, il contient d’autres éléments d’alliage, en plus du carbone, ce qui permet d’améliorer la dureté, la ténacité, la fatigue et la résistance à l’usure. 

Si l’acier ordinaire au carbone est préféré pour les processus d’extrusion, l’acier allié et l’acier inoxydable peuvent également être extrudés.

Le formage de la tôle recourt souvent à ce métal. En 2018, l’acier représentait la plus grande part en volume du marché de la tôle, soit 91,7 %. Les produits qui en découlent représentent de fortes demandes des secteurs de l’automobile, la construction et les industries lourdes (pétrole, gaz), l’agroalimentaire et les produits chimiques. On emploie des tôles en acier inoxydable dans la fabrication d’ustensiles et de batterie de cuisine, telles que les éviers, les grils, les cuisinières et les casseroles. On y a également recours pour les lave-vaisselles, les comptoirs, les réfrigérateurs et les machines à laver.

 

Le cuivre

Le formage du cuivre peut s’effectuer par extrusion, pour produire par exemple des tuyaux, fils, barres, barres, tubes et électrodes de soudage. Le cuivre au béryllium est aussi choisi dans les procédés d’estampage.

 

L’étain et le plomb

Le formage de l’étain et du plomb est réalisé pour fabriquer des tuyaux, fils, tubes et gaines de câbles. Le plomb fondu peut également s’exploiter à la place des billettes sur les presses à extrusion verticales.

 

Le magnésium

Ce métal peut être extrudé pour obtenir des pièces d’avion et des pièces de l’industrie nucléaire. Le magnésium apparaît à peu près aussi extrudable que l’aluminium. 

 

Le zinc

Le formage du zinc permet de façonner des tiges, barres, tubes, composants de quincaillerie, et des raccords à l’occasion d’une extrusion. Ce métal est aussi choisi dans les procédés d’estampage.

 

Le titane

Le titane est extrudé pour réaliser des composants d’avion, y compris les rails de siège, les anneaux de moteur et autres pièces structurelles.

L’argent, l’or et la platine, mais aussi le nickel sont choisis dans les procédés d’estampage.

Le formage des métaux est l’un des processus qui permet de remodeler une pièce sans ajout ni retrait de matériau. Il peut se réaliser grâce à de nombreuses techniques. L’évolution croissante des fabricants vers une meilleure productivité a favorisé l’adoption d’outils automatisés au cours des dernières années. Les industries automobile, aéronautique et spatiale et de construction sont les plus concernées par le formage des métaux.

 

L’industrie automobile

Le secteur de l’automobile dispose de la plus importante part du marché des outils de formage des métaux, que ce soit pour des véhicules de tourisme, commerciaux ou électriques, et en détenait déjà 43,8 % en 2018. Sa croissance est liée aux progrès technologiques qui offrent des solutions de conception légères, une connectivité fluide et une conduite automatisée. Des normes d’émission strictes, la réduction de poids des voitures et la demande grandissante d’économies de carburant représentent des éléments qui devraient stimuler le marché de formage des métaux dans les prochaines années.

L’innovation dans cette industrie dépend des nouvelles technologies. Dès lors, les logiciels et l’IoT restent des aides précieuses pour le formage des tôles. Par exemple, en 2018, Audi travaillait sur la conception de rotors et de stators utilisés dans les moteurs électriques. La possibilité de produire en interne a engendré des économies de 17,15 à 28,58 dollars par moteur, ainsi qu’une efficacité et une autonomie non négligeable.

 

L’industrie aéronautique et spatiale

L’industrie aéronautique et spatiale exige souvent des pièces aux tolérances élevées, aux géométries complexes et à la densité légère pour les fusées, mais également pour les avions.

Ce secteur exploite le formage pour :

• des éléments de structure et panneaux de revêtement, des petites pièces peu profondes aux grandes pièces profondes, en alliages d’aluminium, en acier inoxydable et en titane.
• des composants de moteurs, y compris les pièces embouties, en matériaux à haute résistance et résistants à la chaleur.

L’hydroformage des tôles s’emploie pour le formage économique de pièces en faible volume et de composants prototypes. L’emboutissage demeure une méthode privilégiée pour la même raison, et en particulier pour le formage d’alliages résistants employé pour les composants de moteurs à réaction.

 

L’industrie de grande consommation

Ce secteur a largement recours au formage des métaux, que ce soit pour les casseroles, les boîtes de conserve et pour les revêtements en général.

Dans le cas des conteneurs, le formage de la tôle doit non seulement fournir une qualité normée, mais aussi s’adapter à son application particulière. Par exemple, certaines nuances d’acier inoxydable, comme le 430, résistent bien aux acides et aux alcalis doux, mais le sel les corrode facilement. Si le processus de fabrication alimentaire implique de grandes quantités de sel, l’acier inoxydable 316 est un bien meilleur choix. Certains équipements plus spécialisés peuvent aussi exiger que les plateaux ou paniers métalliques soient d’une taille très précise pour garantir un ajustement cohérent. Le moule métallique devra alors respecter une tolérance de pièce serrée pendant le formage.

Aujourd’hui, des tests virtuels sont réalisés pour répondre aux besoins de formage sur mesure. Ce processus d’assurance qualité est produit en quelques minutes et permet de corriger tout défaut de conception immédiatement.