La durée de vie des outils de découpage utilisés dans les procédés de forgeage à froid dépend de multiples facteurs interdépendants, notamment le matériau de l'outil, la complexité de la pièce forgée, le type de fixation produite (boulons, goujons, vis ou écrous) et les pratiques d'entretien. En général, un outil de découpage bien conçu et correctement entretenu peut durer entre 50 000 et plus de 500 000 coups, mais cette durée dépend fortement des conditions opérationnelles et matérielles de l'environnement de fabrication.
1. Rôle et facteurs de stress sur les matrices de découpe
Matrices de découpe Utilisés en dernière étape du processus de forgeage à froid, ils éliminent les bavures excédentaires et garantissent un profil extérieur précis de la pièce forgée. Ces matrices supportent des charges d'impact répétées, des pressions de contact élevées et des forces de frottement, notamment lors de l'usinage d'aciers à haute résistance ou de fixations en acier inoxydable.
Les contraintes mécaniques et thermiques lors des opérations d'ébarbage sont importantes. Comme la matrice doit cisailler le matériau durci ou écroui au niveau du plan de joint, le bord de la matrice subit une usure importante et peut s'écailler ou se fissurer si le matériau ou le traitement thermique est inadéquat.
2. Influence du matériau et du traitement thermique
Le choix de l'acier de la matrice a un impact majeur sur sa durée de vie. Les matériaux les plus courants sont :
- SKD11 (acier à outils D2) : Excellente résistance à l'usure, couramment utilisé pour la production à haut volume.
- DC53: Une version améliorée du SKD11 avec une ténacité plus élevée, mieux adaptée aux profils complexes ou à la coupe à grande vitesse.
- Aciers pour métallurgie des poudres (par exemple, ASP23, CPM10V) : Offre une résistance supérieure à l'usure et à l'écaillage pour les opérations à très haut volume.
Un traitement thermique approprié, généralement par durcissement sous vide suivi de plusieurs cycles de revenu, garantit un équilibre optimal entre dureté (généralement HRC 58–62) et ténacité, prolongeant la durée de vie de la matrice et réduisant les défaillances précoces.
3. Géométrie des pièces et complexité du forgeage
Les fixations à tête simple (par exemple, les boulons hexagonaux standard) exercent moins de contraintes sur la matrice de découpe que celles à tête complexe, multilobée ou aux contours spéciaux. Les pièces présentant un volume de bavure plus important nécessitent davantage d'énergie pour la découpe, ce qui augmente l'usure. De plus, si l'opération de découpe nécessite également un ébavurage ou un chanfreinage, la durée de vie de la matrice est généralement réduite.
4. Entretien et lubrification des matrices
Un polissage, une inspection et un entretien préventif réguliers sont essentiels pour prolonger la durée de vie des matrices. Même les matrices de haute qualité peuvent connaître une défaillance prématurée si elles sont négligées. Les pratiques d'entretien comprennent :
- Vérification des microfissures et des arrondis des bords.
- Réaffûtage et réaffûtage des bords de coupe.
- Application de lubrifiants appropriés ou de revêtements anti-grippage pour minimiser l’adhérence et l’usure.
Certaines usines mettent également en œuvre des stratégies de rotation des matrices, où les matrices sont échangées avant qu'elles ne s'usent complètement, ce qui leur permet d'être remises à neuf et réintroduites dans la chaîne de production, prolongeant ainsi encore leur cycle de vie total.
5. Plages de durée de vie typiques
Vous trouverez ci-dessous des repères approximatifs pour la durée de vie des matrices de découpe en fonction de la qualité du matériau et du processus :
| Matériau de fixation | Matériau de la matrice | Durée de vie prévue de la matrice (coups) |
| Acier à faible teneur en carbone | SKD11 | 100 000 – 300 000 |
| Acier allié | DC53 | 80 000 – 250 000 |
| Acier inoxydable | ASP23 | 50 000 – 150 000 |
| Production à haut volume | Acier PM | 300 000 à 500 000+ |
Remarque : ces valeurs supposent une conception, un montage et une lubrification appropriés de la matrice.
Conclusion
La durée de vie des matrices de découpage en forgeage à froid n'est pas fixe, mais variable, en fonction du matériau de la matrice, de la complexité de la pièce, de la charge de forgeage et des pratiques de l'atelier. Grâce à une combinaison judicieuse de choix de matériaux, de traitement thermique, d'usinage de précision et de maintenance préventive, les matrices de découpage peuvent offrir une productivité élevée et une longue durée de vie, ce qui en fait un facteur de coût et de qualité essentiel dans le secteur de la production de fixations.