Filage par cisaillement

Qu'est-ce que le « shear spinning » ?

Le repoussage par cisaillement, également appelé formage par cisaillement, permet de façonner la tôle sur un mandrin conique rotatif, généralement à l'aide d'une machine de repoussage classique. Dans ce procédé de repoussage, l'épaisseur de paroi de l'ébauche est réduite de manière intentionnelle tout en conservant son diamètre d'origine. Le rouleau façonne l'ébauche tout en exerçant une force de compression, ce qui étire le matériau en un seul passage.

Le principe de fonctionnement du formage par cisaillement obéit à la loi du sinus : l'épaisseur finale de la paroi est égale à l'épaisseur initiale de l'ébauche multipliée par le sinus du demi-angle du cône. Les angles de cisaillement varient généralement entre 12° et 18°, avec un maximum d'environ 80°. En raison de cette contrainte géométrique, il n’est pas possible de produire des formes purement cylindriques par le seul recours au formage par cisaillement — des parois verticales nécessiteraient en effet un angle de cisaillement de 0°. Le formage par cisaillement est donc particulièrement adapté aux composants coniques, effilés et profilés présentant un rapport résistance/poids amélioré.

Les principales caractéristiques du procédé de filature par cisaillement sont les suivantes :

• Formage en un seul passage avec des forces axiales élevées pour une production efficace
• Un amincissement contrôlé des parois permettant d'obtenir des pièces à la fois légères et résistantes
• Un durcissement par déformation qui augmente la limite d'élasticité et la résistance à la fatigue
• Convient parfaitement aux matériaux difficiles à déformer, tels que l'acier inoxydable, le titane et les alliages Inconel

Qu'est-ce que le formage par fluage ?

Le formage par fluage, également appelé « tube spinning », étend les principes du formage par cisaillement aux ébauches tubulaires. Ce procédé permet de réduire l'épaisseur de paroi tout en augmentant la longueur d'un tube, à l'aide d'équipements de formage par fluage spécialisés équipés de plusieurs rouleaux qui exercent une pression radiale localisée. On obtient ainsi une pièce creuse à symétrie de révolution dont les dimensions sont contrôlées avec précision.

Par rapport au repoussage métallique classique, le formage par fluage présente les avantages suivants :

• Réduction significative de l'épaisseur des parois — généralement de 50 à 80 % — avec une uniformité supérieure
• Des profils d'épaisseur sur mesure, tels que des extrémités plus épaisses et des parties centrales plus fines
• Des propriétés mécaniques exceptionnelles grâce à un durcissement par déformation intense
• Tolérances dimensionnelles très serrées et excellente finition de surface
• Une solution économique idéale pour les composants cylindriques plus longs et à parois plus fines

Pour obtenir les meilleurs résultats, les ébauches tubulaires destinées au formage par fluage doivent présenter une faible contrainte d'écoulement, un rapport résistance à la traction/limite d'élasticité élevé, un allongement important et une forte réduction de section. Les matériaux ductiles — notamment l’aluminium, l’acier inoxydable, l’acier au carbone, le cuivre et les alliages haute performance — sont tous des candidats courants pour cette méthode de formage par rotation.

Filage par cisaillement vs filage conventionnel

Le repoussage des métaux se divise globalement en trois grands types, chacun se caractérisant par son effet sur l'épaisseur de paroi :

1. Filage conventionnel — préserve l'épaisseur de paroi d'origine de l'ébauche ; idéal pour les pièces peu profondes et axisymétriques telles que les bols, les dômes et les réflecteurs de lampes, grâce à un formage flexible en plusieurs passes.
2. Filage par cisaillement — réduit l'épaisseur des parois grâce à des forces de cisaillement ; limité aux formes coniques et effilées, mais offre un rapport résistance/poids exceptionnel.
3. Formage par fluage (tubage) — permet de réduire l'épaisseur de paroi tout en allongeant les ébauches tubulaires ; la solution idéale pour les composants cylindriques et creux de haute précision.

Le choix du procédé approprié dépend de la géométrie de la pièce, des épaisseurs visées, du comportement du matériau et du volume de production — une évaluation qu’il est préférable de confier à une équipe d’ingénieurs expérimentés dans le domaine du formage des métaux.

Applications du filage par cisaillement et du formage par fluage

Le filage par cisaillement et le formage par écoulement permettent la fabrication économique d'une grande variété de produits dans de nombreux secteurs d'activité :

• Articles ménagers et professionnels — vases, bols, cônes, bouilloires, louches et entonnoirs
• Équipements industriels — carters de soufflantes, ventilateurs, filtres, buses et tubes de Venturi
• Pression et confinement — dômes, fûts et récipients sous pression sans soudure
• Aérospatiale et automobile — structures coniques légères, cônes de moteurs à réaction, moyeux de roues et carénages de fusées fabriqués à partir d'alliages à haute résistance

Ces procédés s'adaptent facilement, qu'il s'agisse de prototypes uniques ou d'une production en série à grand volume, grâce à un outillage à mandrin qui permet de maintenir les coûts à un niveau bas et de faciliter les modifications de conception.

Aperçu des avantages

• Haute précision — tolérances serrées et épaisseur de paroi uniforme, même sur des contours complexes
• Excellente finition de surface — les surfaces lisses obtenues par filage ne nécessitent souvent que peu, voire aucune finition secondaire
• Efficacité des matériaux — un procédé de formage des métaux sans enlèvement de copeaux générant un minimum de déchets
• Résistance accrue — l'écrouissage améliore les propriétés mécaniques sans traitement thermique
• Un outillage économique — bien moins coûteux que les matrices d'estampage, idéal aussi bien pour les petites séries que pour les grands volumes

Conclusion

Le formage par cisaillement et le formage par fluage constituent les techniques de haute précision au sein de la famille des procédés de formage des métaux. En contrôlant de manière ciblée l’épaisseur des parois — en amincissant des ébauches coniques lors du formage par cisaillement ou en allongeant des tubes lors du formage par fluage —, les fabricants obtiennent des composants légers, sans soudure et à haute résistance, que les autres méthodes de formage des métaux ne peuvent égaler d’un point de vue économique. Que votre projet nécessite un cône formé par repoussage, un tube formé par fluotournage ou un ensemble métallique entièrement conçu par repoussage, ces procédés offrent une voie éprouvée, du prototype à la production.