Créé le : 03/08/2009
Date de création : novembre 2000
Nature du travail accompli
Mesures d'élévation de température de blocs matrice sur la presse mécanique de 300tonees du lycée
Marie Curie
Amélioration du prototype gaz infra-rouge de la société Acotech pour utilisation en milieu
industriel
Principaux résultats, produit(s)/service(s) créé(s)
2 types d'appareils performants peuvent être utilisés en forgeage :
- appareil gaz infrarouge fourni à la demande par la société ACOTECH
appareil électrique à chauffage par conduction proposé par la société THERMOCOAX
Introduction
Le préchauffage des outillages de forgeage ayant été estimé comme indispensable, différents travaux
demandés par la commission forge du CETIM ont été réalisés et ont abouti au cours de cette année.
Les objectifs généraux de cette étude étaient les suivants :
Faire un état technico-économique des moyens utilisés dans les entreprises de mise en forme par
forgeage.
Recenser les moyens existant sur le marché et consulter les fournisseurs potentiels.
Tester deux ou trois appareils dont la technologie peut apporter un progrès par rapport aux
pratiques actuelles en vue d'une commercialisation spécifique par les fabricants.
1 Présentation des travaux effectués
Le rapport de cette étude réalisé en décembre 1997 fait le point sur :
L'état technico-économique des moyens utilisés.
Le recensement des techniques et des fournisseurs potentiels d'équipements.
La rédaction d'un cahier des charges et la consultation des fournisseurs intéressés ont fait
l'objet des travaux réalisés aux vues des résultats des enquêtes et terminés en décembre 1998.
Le rapport de cette étude réalisé en décembre 1999 présente les résultats des tests effectués par
le lycée Marie Curie de Nogent sur Oise sur un des appareils choisi par les membres du groupe de
travail composé d'industriels intéressés par ces travaux. Ce rapport contient les enregistrements
de mise à température d'outillages de 500 kg chacun de 400x600x300 mm, installés sur la presse de
300 tonnes du LMC, équipés de thermocouples disposés dans des endroits privilégiés des blocs, lors
de la chauffe avec un appareil à gaz à chauffage infrarouge proposé et adapté pour la forge par
lasociétéACOTECH.
Cette étude a permis d'atteindre l'objectif fixé en proposant aux entreprises de la forge deux
systèmes performants de préchauffage hors forgeage des outillages d'estampage et matriçage.
Figure n°1 APPAREIL à GAZ infrarouge Figure n°2 APPAREIL
ELECTRIQUE à conduction
Les travaux réalisés pour y parvenir sont :
la relance et les rencontres avec le représentant de la société ACOTECH pour rechercher des
solutions aux demandes des industriels pour améliorer la robustesse de l'appareil.
la suite des tests effectués sur l'appareil à gaz en milieu industriel par la société SETFORGE de
l'Horme en vue de l'amélioration du prototype et de la mise au point avec la Société ACOTECH d'un
système avec ventilateur pour utilisation dans les entreprises dont la fourniture de gaz se fait à
très basse pression.
les échanges avec la société THERMOCOAX pour assurer le suivi de la commande d'un appareil
électrique,
les tests réalisés au LMC sur cet appareil.
C'est également le transfert d'informations, dans les revues largement diffusées du CETIM et du
SNEF et la présentation lors de manifestations, aux industriels de la mise en forme par forgeage.
Les conclusions du rapport 1A8102 font apparaître, à la demande des industriels du groupe de
travail, certaines améliorations à apporter à ce prototype pour son utilisation journalière en
fabrication :
Structure générale à renforcer
Allumage à froid à faciliter
Protection de l'environnement à effectuer
Garantir les aspects sécurité
Pour rechercher des solutions à ces demandes nous avons invité les représentants de la société à se
déplacer dans une entreprise de forge pour qu'ils se rendent compte de l'environnement de travail
de leur appareil en visitant la société SETFORGE pendant la période de tests industriels.
Suite à cette visite, la société ACOTECH a mis à disposition de SETFORGE un 2 ème prototype :
· adapté sur un support identique à celui que nous avions dessiné pour le premier,
· équipé de 2 bougies d'allumage et de contrôle de présence de gaz,
· renforcé au niveau du conduit d'alimentation en mélange air-gaz,
· équipé d'une armoire de commande éloignée de la partie chaude,
· équipé avec un double électrovanne garantissant la sécurité en cas de coupure de gaz,
· commandé par une minuterie évitant une surveillance permanente,
· permettant en plus de prendre en compte le niveau très faible de pression de gaz.
Figure n°3 APPAREIL à GAZ basse pression
Figure n°4 Position lors d'essais réalisés par la société Setforge
avec le 2 ème appareil adapté pour une pression de réseau 0.5bar.
Figure n°5 Résultats d'essais réalisés sur l'appareil à gaz par la société Setforge.
1.4.3 L'appareil électrique THERMOCOAX.
Cet appareil, initialement prévu avec un élément chauffant de 30 kW surmoulé cupro-aluminium dans
une plaque de 400 x 600 mm épaisseur totale 30 mm, a du être reconstruit par la société THERMOCOAX,
à cause de dégradation lors de la réalisation.
Il est composé actuellement de 3 éléments chauffants de 8.14 kW chacun placés de part et d'autre
d'une plaque d'épaisseur 15mm et insérés entre 2 plaques boulonnées d'épaisseur 20 mm chacune. La
connection avec l'alimentation est faite par l'intermédiaire d'un boîtier comportant une partie
remplie de ciment et l'autre d'élastomères de silicone qu'il est impératif de ventiler pour éviter
l'échauffement si l'on utilise l'appareil à son maximum de puissance.
Il est équipé d'une armoire de commande électrique avec système électronique de régulation piloté
par 2 thermocouples.
Figure n°6 Appareil électrique THERMOCOAX
De la même façon que sur l'appareil à gaz, des tests de suivi de montée en température des mêmes
outillages ont été réalisés au LMC.
Figure n°7 Installation test du LMC sur appareil électrique THERMOCOAX
Figure n°8 Plaque THERMOCOAX en place entre les outillages
Position des thermocouples (rappel)
Les différents graphiques suivants présentent les résultats de mesures faites sur cet appareil
électrique dans les mêmes conditions que celui à gaz.
Lors du premier test réalisé en affichant la température de consigne souhaitée égale à celle à
obtenir sur la surface des matrices, on remarque que la température des blocs n'atteint pas la
température de consigne même après un chauffage de 6h, l'écart de température est de l'ordre de
100°C.
On note que la montée en température est relativement homogène, il n'y a que très peu de différence
entre l'outillage du haut et l'outillage du bas. L'outillage du bas aurait même tendance à
s'échauffer plus rapidement que celui du haut, ce qui pourrait être attribué à un meilleur contact
entre la plaque chauffante et le bloc inférieur.
L'écart de température entre une arête et la surface est très faible.
La température prise à 120 mm sous la surface est assez proche de la température de surface, et
largement supérieure à 50% de celle ci comme le demande le cahier des charges.
Par rapport à l'essai précédent, la température de consigne a été portée à 300°C et la durée de
chauffage est au total de 10h.
Les mêmes remarques générales restent valables, la température des outils se rapproche de la
température de la plaque chauffante de manière asymptotique. Après 5h de chauffe l'écart entre la
température superficielle des blocs et la température de consigne est de 100°C, il est encore de
80°C au bout de 10h de chauffe.
La température de consigne est portée à 350°C. Après 5h de chauffe, l'écart entre la température
superficielle des blocs et la température de consigne est toujours de l'ordre de 100°C.
La température de consigne est portée à 385°C. Cette température est choisie pour que la plaque ne
risque pas de dépasser une température de 450 °C. (Consigne donnée pour ne pas risquer de dépasser
une température de surface de matrices de 500°C).
Dans ce cas de figure, la température mesurée par le thermocouple de sécurité au niveau des
éléments chauffants atteint 400°C.
La température superficielle des blocs est de 200°C au bout de 1h30 et de 250°C au bout de 3h.
Dans le cas d'une consigne plus élevée (400°C) les blocs atteignent la température désirée (250°C)
en 2h 10 min.
Cette température est ensuite maintenue en abaissant la température de consigne à 350 puis 340°C.
Les températures de surface sont alors relativement stables, avec cependant une légère tendance à
l'augmentation, la température de la plaque électrique est d'environ 100°C supérieure à la
température superficielle des blocs.
A noter que ces essais n'exploitent pas la capacité maximale de l'appareil de chauffage Thermocoax,
les éléments chauffants pouvant atteindre 700°C.
Après 2h de préchauffage la température à 120 mm de la surface est de 170°C, la température de la
face inférieure du bloc est de 110°C. Ces températures s'élèvent respectivement à 200 et 150°C
après le maintien de 3h.
Un essai combinant les 2 moyens de chauffage a été réalisé pour une approche plus rapide de la
température de surface puis une régulation plus homogène autour de cette température, il
s'apparente alors plus à un maintien lors d'un arrêt de production.
Cet essai occasionne beaucoup de manutentions, l'appareil électrique est très lourd est sa mise en
place sur la presse nécessite une approche attentive afin de ne pas détruire l'appareil électrique
qui doit se trouver en contact le plus parfait possible avec les 2 outillages.
L'approche de la température de surface de 250°C est réalisée au gaz à pleine puissance (63 kW), il
faut dans ces conditions 45 min. pour préchauffer les outillages.
Après un arrêt de 17 min. dû à la manutention et au réglage de la presse, la température moyenne
des blocs est de l'ordre de 150°C (Cet arrêt peut simuler un problème en fabrication).
La suite du préchauffage est réalisée avec la plaque électrique (22kW), en contact avec les outils.
La température de consigne est de 350°C, on observe une remontée assez rapide jusqu'à 200°C, puis
une légère progression jusqu'à 250°C.
Sur tous les graphiques précédents , on observe :
· que l'écart de température entre la surface du bloc supérieur et du bloc inférieur est
maximum de 20°C,
· que la progression de température est asymptotique à la température de la plaque avec un
écart global de 100°C
· que la régulation à ce maximum reste dans une fourchette de + ou 2°C.
On note également que la température à cur atteinte est largement conforme à l'objectif (50% de la
température Celsius de surface).
Le graphique suivant compare la vitesse de montée en température de la surface du bloc inférieur en
fonction de la température de consigne.
Par extrapolation il apparaît sur ce graphique que pour obtenir la température de surface désirée
(250°C) en 1 heure, il serait nécessaire d'utiliser l'appareil au maximum de ses capacités, mais
avec le risque de dépasser ponctuellement la température limite de la plaque.
Remarque : compte tenu de cette technologie de préchauffage, le risque d'échauffement intempestif
d'une arête est écarté puisque sa température ne peut pas être supérieure à celle de la plaque.
Pour ce qui concerne l'aspect technologique, on peut faire les remarques suivantes :
le contact avec les outillages doit être parfait pour assurer un rendement maximum,
l'appareil doit être dimensionnellement adapté à l'outillage,
le refroidissement de la plaque après usage est relativement long et nécessite des moyens de
manutention et de stockage complémentaires
Ce transfert d'information a été réalisé tout au long de cette année 2000 avec :
la rédaction et la mise en forme d'articles pour les publications des résultats des travaux dans
les revues :
· La lettre du Cetim n°116 de Février 2000,
· La Forge n°9 de Février 2000 du SNEF,
· Cetim Informations n°169 de Juillet 2000.
la présentation des résultats lors des Journées Techniques de la Forge organisées les 12 et 13
Octobre 2000 par le SNEF, sous forme de :
· Illustrations commentées,
· Présentation du prototype à gaz basse pression sur le stand Cetim,
· Plaquettes de présentation rédigées avec la société Acotech.
Cette action a abouti à :
L'industrialisation d'un appareil à gaz à chauffage infrarouge adapté à la mise en température des
matrices avant forgeage et fabriqué par de la société Acotech à la demande particulière de chaque
entreprise.
· L'appareil chauffe les 2 outils hors ou sur la machine de forgeage.
· L'appareil est fiable en milieu industriel.
· Le principe de chauffage permet d'adapter cet appareil quelque soit la géométrie des
outillages.
· Le chauffage des matrices est rapide.
· La mise en oeuvre est simple et très économique.
NV. ACOTECH SA. Market Manager Southern Europe
Kris Vercamer
Tel. : 32-(0)-56-76 64 65 mailto:vercamer_kris@acotech.be
Au développement d'un moyen de chauffage électrique, fabriqué par la société Thermocoax, plus
adapté au maintien à température des outillages plans lors d'un arrêt de production et nécessitant
des températures plus précises (matriçage d'aluminium par exemple).
THERMOCOAX SAS. Ingénieur d'affaires
Eric Verdurme
Tel. : 01 41 38 80 61 Fax : 01 41 38 80 70
