Guide de fabrication des vis à frappe à froid

Introduction au procédé de frappe à froid

Le formage à froid, également appelé frappe à froid, est un procédé de fabrication à haut rendement utilisé pour produire des vis et autres éléments de fixation à température ambiante. Cette méthode consiste à déformer un fil métallique à travers une série de matrices pour lui donner la forme souhaitée. Elle offre des avantages tels que des économies de matière, une résistance accrue grâce à l'écrouissage et des tolérances précises. Conforme aux normes telles que GB/T 3098.1 relatives aux propriétés mécaniques des éléments de fixation, la frappe à froid est idéale pour la production en série dans les secteurs de l'automobile, de la construction et de l'électronique.

Le processus débute avec des fils machine bruts et se poursuit par le recuit, la préparation de surface, l'étirage, le formage, le filetage, le traitement thermique et la finition. Chaque étape est cruciale pour garantir que le produit final réponde aux spécifications de résistance à la traction, de dureté et de résistance à la corrosion. Une exécution rigoureuse minimise les défauts tels que les fissures ou les imprécisions dimensionnelles, assurant ainsi la fiabilité dans les applications où toute défaillance est inacceptable.

Recommandations : Choisir les matériaux en fonction des exigences d’utilisation finale, par exemple l’acier à faible teneur en carbone pour la ductilité ou les aciers alliés pour une résistance élevée. Des contrôles qualité réguliers, incluant un essai de dureté selon la norme GB/T 230.1, sont indispensables tout au long de la production.

recuit

Le recuit consiste à ramollir le fil machine en le chauffant à une température précise, en le maintenant à cette température, puis en le refroidissant lentement afin d'ajuster sa structure cristalline, de réduire sa dureté et d'améliorer son usinabilité à température ambiante. Cette étape est essentielle pour des matériaux tels que les aciers 1018, 1022, 10B21, 1039 et CH38F.

Procédure : Charger jusqu’à 7 bobines (environ 1,2 tonne chacune) dans le four et bien les sceller. Chauffer progressivement pendant 3 à 4 heures jusqu’à 680-715 °C pour les bobines 1018/1022 ou 740-760 °C pour les autres, maintenir cette température pendant 4 à 7,5 heures, puis refroidir lentement pendant 3 à 4 heures jusqu’à une température inférieure à 550 °C, et enfin laisser le four refroidir à température ambiante.

• Contrôle qualité : La dureté après recuit doit être de HV120-170 pour les aciers à faible teneur en carbone et de HV120-180 pour les aciers à teneur moyenne en carbone. Les surfaces doivent être exemptes de films d’oxyde et de décarburation.
• Recommandations : Surveiller l’uniformité de la température afin d’éviter un ramollissement irrégulier, susceptible d’entraîner des défauts de formage. Respecter la norme GB/T 699 relative aux aciers de construction au carbone de qualité supérieure.

Ce procédé améliore la plasticité, réduisant ainsi le risque de fissuration lors des étapes de déformation à froid ultérieures.

saumure

Le décapage élimine les films d'oxyde de la surface du fil et forme un revêtement de phosphate afin de minimiser l'usure des outils lors du tréfilage et du formage. Ce traitement chimique est essentiel pour la qualité de surface et la lubrification.

Procédure : Immerger dans des cuves d'acide chlorhydrique 20-25% pendant plusieurs minutes pour éliminer les oxydes, rincer à l'eau, traiter avec de l'acide oxalique pour l'activation du métal, appliquer une solution de phosphate pour former un film de Zn2Fe(PO4)2·4H2O, rincer à nouveau et appliquer un lubrifiant comme le stéarate de sodium pour une lubrification améliorée.

• Recommandations : Contrôlez les temps d’immersion pour éviter une gravure excessive, susceptible d’affaiblir le fil. Veillez au respect de l’environnement en traitant les eaux usées conformément à la réglementation en vigueur.
• Avantages : La couche de phosphate réduit la friction, prolongeant la durée de vie de la matrice et améliorant la finition de surface.

Un décapage approprié garantit un revêtement uniforme, essentiel pour des performances constantes dans une production à grand volume.

Dessin au fil

Le tréfilage réduit le diamètre de la bobine à la dimension requise par étirage à froid, souvent en plusieurs étapes d'ébauche et de finition pour certains produits. Cette étape prépare le fil au formage en lui conférant des dimensions précises.

Procédure : Après décapage, étirer la bobine à travers des filières jusqu’au diamètre souhaité. Pour les vis, écrous ou barres de grande taille, utiliser des machines d’étirage dédiées.

• Recommandations : Maintenir un taux de réduction de 10 à 15% par passe afin d’éviter un écrouissage excessif ou des fissures. La lubrification est essentielle pour prévenir les défauts de surface.
• Normes : Conformité à la norme GB/T 6478 pour l'acier de frappe à froid, en veillant à ce que l'allongement et les propriétés de traction répondent aux exigences de formage.

Un étirage efficace améliore la résistance du matériau par déformation tout en préservant sa ductilité pour le frappe à froid.

Formation

Le formage transforme le fil en vis semi-finies par forgeage à froid ou à chaud, permettant d'obtenir la géométrie et les dimensions souhaitées. Cette étape essentielle utilise des machines multi-stations pour une efficacité optimale.

Pour les boulons hexagonaux (procédés à quatre ou trois matrices) : découpe de l’ébauche, refoulement initial, formage secondaire, ébarbage hexagonal. Pour les vis : découpe, formage préliminaire de la tête, mise en forme finale. Le formage à chaud consiste à chauffer pendant 7 à 15 secondes pour les grandes dimensions, suivi d’un rétrécissement de la tige.

Formage de l'écrou : Découpe, mise en forme initiale par poinçonnage multiple, perçage final.

• Recommandations : Pour une précision optimale, utilisez des matrices dont la rugosité de surface Ra est inférieure ou égale à 0,2 µm. Installez des dispositifs d’éjection pour éviter les bourrages. Maîtrisez les angles de retournement pour les formes complexes.
• Normes : Conformément à la norme ISO 898, assurer la continuité du flux de fibres pour garantir la résistance.

Ce procédé optimise l'utilisation des matériaux, produisant des pièces aux propriétés mécaniques supérieures à celles des alternatives usinées.

Enfilage

Le filetage consiste à former des filets sur des pièces semi-finies par roulage ou taraudage, créant ainsi le profil fonctionnel de la vis. Ce procédé renforce la pièce par déformation plastique.

Procédure : Rouler les filetages à l’aide de plateaux fixes et mobiles pour les boulons ; tarauder pour les écrous ; rouler pour les tiges. Optimiser le nombre de tours pour éviter les défauts tels que les fissures ou l’ovalisation.

• Recommandations : Ajuster le diamètre de l’ébauche pour plus de précision, en tenant compte des effets du placage. Contrôler l’absence de fissures de surface conformément à la norme GB/T 3098.1.
• Défauts courants : fissures, filetages aléatoires, défauts de rondeur — contrôle par les paramètres de processus.

Le laminage du filetage préserve la structure du grain, améliorant ainsi la résistance à la fatigue dans les applications portantes.

Traitement thermique

Le traitement thermique optimise les propriétés mécaniques par trempe et revenu, adaptés au matériau et à l'usage : revenu à haute température pour les aciers trempés (500-650 °C), moyen pour les ressorts (420-520 °C), bas pour les aciers cémentés (150-250 °C).

Procédé pour les aciers de construction : normalisation, trempe à 850 °C, revenu à 400-500 °C ou à 200 °C pour les aciers à haute résistance. Pour les ressorts : trempe à l’huile à 830-870 °C, revenu à 420-520 °C. Pour les aciers cémentés : cémentation, trempe, revenu à basse température.

• Recommandations : Utiliser des fours continus à atmosphère contrôlée pour éviter la décarburation conformément à la norme GB/T 3098.1. Surveiller l'uniformité de la dureté et éviter les fissures.
• Défauts : dureté insuffisante, irrégularités, déformations, fissures – à atténuer par des contrôles précis.

Un équipement de pointe garantit une qualité constante, essentielle pour les fixations à haute résistance.

Traitement de surface

Les traitements de surface assurent la résistance à la corrosion et l'esthétique : électroplacage (zinc, nickel, etc.), galvanisation à chaud, placage mécanique.

Contrôle qualité : Aspect sans défauts ; épaisseur de 4 à 12 μm pour l'électroplacage, de 43 à 54 μm pour le trempage à chaud ; distribution uniforme ; atténuation de la fragilisation par l'hydrogène par cuisson à 176-190 °C pendant 3 à 24 heures ; test d'adhérence.

• Recommandation : Cuire rapidement les pièces à haute dureté pour éviter leur fragilisation. Respecter la norme ISO 4042 pour les revêtements électrolytiques.

Ces traitements prolongent la durée de vie en environnements corrosifs.

Caractéristiques spécifiques des boulons haute résistance

Les boulons à haute résistance suivent les étapes suivantes : Fil laminé à chaud – tréfilage – recuit de sphéroïdisation – décalaminage mécanique – décapage – tréfilage – forgeage à froid – filetage – traitement thermique – inspection.

Conception des matériaux : C 0,25-0,55%, Mn 0,45-0,80%, Si ≤0,30%, P/S ≤0,030/0,035%, B ≤0,005% selon GB/T 6478 et JIS G3507.

Sphéroïdisation : Chauffer à Ac1 +20-30 °C, refroidir de manière isotherme jusqu’à environ 700 °C, puis jusqu’à 500 °C. Pour les aciers 35/45 : 715-735 °C ; SCM435 : 740-770 °C, isotherme 680-700 °C.

Décalaminage : Mécanique (pliage/pulvérisation) + décapage pour les grades > 8,8.

Dessin : Réduction de 10-15% par passe pour minimiser le durcissement.

Formage : Matrices de précision multi-stations.

Enfilage : Roulement pour plus de solidité.

Traitement thermique : Lignes automatisées pour une qualité optimale.

• Conseils : Ajuster finement les grades 8.8/9.8 pour équilibrer la résistance et la ductilité selon la norme ISO 898-1.

Diagrammes et visuels de fabrication

Des supports visuels illustrent les principales étapes de la formation :

Ces étapes, souvent visualisées par des animations, illustrent la déformation progressive. Des vidéos montrent le formage et l'enfilage en temps réel, mettant en évidence la précision et la rapidité.