La bielle estampée : plan de joint, bavure, mise au mille

La stratégie. On raisonne qualitativement sur l'écoulement, comme le veut le programme, puis on fait les deux bilans qui se calculent : un bilan de matière (ce qu'il faut acheter) et une force de découpage (ce qu'il faut comme presse), avec les données de l'estampeur.

1) Plan de joint, cordon, fibrage. Le plan de joint doit permettre de sortir la pièce des deux matrices : il passe par la plus grande section de la pièce, de sorte que chaque demi-matrice soit une empreinte ouverte, dépouillée, sans contre-dépouille. Pour une bielle, c'est le plan médian, perpendiculaire aux axes des œils. Le cordon est un passage étroit et mince entre les matrices, en périphérie : le métal qui s'y engage est freiné (frottement sur de grandes surfaces rapportées à une faible épaisseur, refroidissement rapide de la lame mince) ; la pression monte dans l'empreinte et force le métal à remplir les formes avant que l'excédent ne s'échappe vers le magasin. La bavure est le prix du remplissage. Enfin le métal d'une barre laminée a une structure orientée dans le sens du laminage, le fibrage ; l'estampage le déforme sans le couper, et les fibres suivent le contour de la pièce, autour des œils et le long du corps. L'usinage dans la masse coupe ces fibres aux changements de section. Le fibrage continu améliore la tenue en fatigue ; on ne lui attribue ici aucun facteur chiffré.

2) Le bilan de matière. Volume de la pièce : $\frac{0,62}{7850}=7,90\times 10^{-5}{\mathrm{m}}^3=79,0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$. Bavure : $430\times 55=23650\mathrm{m}{\mathrm{m}}^3=23,7\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$. Débouchure : $\pi \times 24^2\times 5=9048\mathrm{m}{\mathrm{m}}^3=9,0\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$. Total $111,7\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$, majoré de $2,5\%$ pour la calamine : $$V_{\text{lopin}}=1,025\times 111,7=114,5\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3,m_{\text{lopin}}=0,899\mathrm{kg},{\eta }_m=\frac{0,62}{0,899}=69\%.$$ Conforme, avec $4$ points de marge. Longueur du lopin : $\frac{114470}{\pi \times 22,5^2}=72\mathrm{mm}$. Dans la masse, le bloc pèse $190\times 75\times 30\times 7,85\times 10^{-6}=3,36\mathrm{kg}$ : rendement $\frac{0,62}{3,36}=18\%$, non conforme ; on achète, chauffe et transforme en copeaux $2,7\mathrm{kg}$ d'acier par pièce. Le bilan de matière est aussi un bilan d'impact environnemental : l'énergie de l'acier acheté est perdue pour l'essentiel dans les copeaux, même recyclés.

3) Ébavurer et déboucher. Section cisaillée : bavure, $430\times 2,0=860\mathrm{m}{\mathrm{m}}^2$ ; débouchure, $\pi \times 48\times 5=754\mathrm{m}{\mathrm{m}}^2$ ; total $1614\mathrm{m}{\mathrm{m}}^2$. Effort : $$F_{\text{chaud}}=110\times 1614=1,78\times 10^5\mathrm{N}=178\mathrm{kN},F_{\text{froid}}=650\times 1614=1049\mathrm{kN}.$$ À chaud, $178\mathrm{kN}$ : conforme ($29\%$ de marge sur $250\mathrm{kN}$). À froid, quatre fois la capacité de la presse : non conforme. On ébavure dans la chaude de forge, juste après l'estampage, quand l'acier résiste six fois moins au cisaillement.

4) Conclusion.

Ce que l'exercice installe. L'estampage donne une forme proche de la pièce et une propriété (le fibrage continu), au prix d'un plan de joint qui commande les dépouilles et d'une bavure, prix du remplissage. Deux bilans s'en déduisent : la matière engagée (rendement, impact) et l'effort de découpage, résistance au cisaillement fois section cisaillée, qui décide de l'ébavurage à chaud.