Le tréfilage est une technique de mise en forme à froid des métaux.

Le tréfilage est une technique de mise en forme à froid des métaux qui permet de réduire la section d’un fil, par déformation plastique, en le tirant à travers l’orifice calibré d’une filière sous l’action d’une force de traction et en présence d’un lubrifiant (figure 1). Cette technique permet d’obtenir des fils de diamètres inférieurs à 5 mm et de s’affranchir ainsi des limites technologique et économique d’un procédé de déformation à chaud, à savoir de respecter des tolérances serrées sur les diamètres et de conférer, éventuellement, des caractéristiques mécaniques adaptées par écrouissage [1]. Les matériaux les plus utilisés dans le cadre d’applications industrielles sont l’acier, le cuivre, l’aluminium et le tungstène. Les applications des produits mis en œuvre par cette technique (qui peuvent être utilisés en l’état, assemblés ou transformés) sont nombreuses : clôtures, armatures pour béton, électrode de soudage, câbles, agrafes, vis et boulons, ressorts, aiguilles, anneaux, boucles et crochets, armatures de pneumatiques [2].

Figure 1: Principe du tréfilage

Les trois éléments-clés du tréfilage sont le fil, la filière et le lubrifiant. •

Le fil de départ, ou fil-machine provient du laminage à chaud et a subi une préparation de surface : il a ainsi été décapé et revêtu pour accentuer sa rugosité de surface et améliorer sa tréfilabilité,

• La filière assure la réduction, se compose d’un noyau en carbure de tungstène lié cobalt ou diamant et d’une frette en acier,

• Le lubrifiant joue le rôle de troisième corps : produit liquide ou pulvérulent suivant le procédé choisi, il s’intercale, sous forme d’un film mince, entre les deux antagonistes.

Dans le cas du tréfilage à sec, ce sont des « savons secs métalliques » qui sont utilisés. Issus d’une réaction de saponification, les lubrifiants industriels sont en fait des mélanges complexes de matières grasses, de charges minérales, d’additifs variés et de produits réactionnels. Un bon lubrifiant est un savon qui favorise la formation d’un film superficiel suffisamment épais et homogène pour éviter toute interaction directe entre la filière et le fil. Il doit également résister aux fortes pressions et hautes températures développées pendant le tréfilage.

Dans l’industrie, les machines utilisées sont de type monopasses ou multipasses (plusieurs réductions successives)[1],[3],[4]. Les dispositifs monopasses sont généralement utilisés pour des phases de calibrage, de finition ou pour l’obtention d’un état de surface particulier. Les installations multipasses qui représentent l’activité industrielle essentielle, mettent en œuvre toute une gamme de vitesses, car, le matériau étant incompressible, la vitesse d’entraînement doit augmenter continuellement pour compenser l’allongement du fil. Le nombre de passes est un facteur limitant du procédé, car les réductions successives entrainent un durcissement du fil et une fragilité croissante. Pour éviter les problèmes de casses de fil liés à l’écrouissage, un recuit intermédiaire peut s’avérer nécessaire pour adoucir le fil et lui permettre de subir les passes suivantes de tréfilage. Il est alors indispensable de refaire le revêtement de surface. Les machines les plus modernes fonctionnent en continu et sans accumulation de fil sur les bobines : elles travaillent en général à vitesses très élevées. Ces vitesses n’ont d’ailleurs pas cessé d’augmenter depuis cinquante ans [4]: de 5 à 7 m/s en 1945, elles sont passées à 16 à 18 m/s dans les années 70. Quelques années plus tard, de nouveaux dispositifs ont permis d’atteindre et de dépasser 20 m/s. En 30 ans, le nombre de passes a lui aussi doublé. Cela a donc permis de diminuer, voire de supprimer les traitements thermiques et de surface intermédiaires.

2 LE PROBLEME INDUSTRIEL

Même si ces évolutions vont dans le sens d’une augmentation de la productivité, cela n’est pas sans créer des problèmes techniques supplémentaires. En effet, dans de telles conditions de sollicitations, les pressions et températures de tréfilage atteintes sont importantes. Si le lubrifiant n’est pas adapté, le frottement est exacerbé. Contrairement au laminage où il est moteur, il a un rôle parasite en tréfilage. Toute augmentation conduit à une élévation des forces de tréfilage et des échauffements ainsi qu’à une usure prématurée de la filière. Le plus pénalisant est sans aucun doute la dégradation de l’outil calibrant. Si la filière s’ovalise ou bien si son diamètre augmente trop, le fil est hors-tolérance; s’il s’agit d’une détérioration de l’état de surface intérieur, des rayures peuvent apparaître sur le fil suivies de casses. La production de fil est donc fortement affectée puisque tout changement d’outil nécessite un arrêt-machine d’une heure environ.

La maîtrise du frottement, via l’optimisation de la lubrification, s’avère donc indispensable. Pour cela, il est nécessaire de comprendre quels sont les paramètres qui conditionnent le bon déroulement d’une opération de tréfilage. Ces paramètres sont :

• la formulation du lubrifiant. En effet, les performances d’un lubrifiant sont liées à ses propriétés physico-chimiques et rhéologiques qui elles-mêmes découlent de sa composition. Formuler un savon revient donc à choisir la matière grasse et les charges adéquates, à ajuster leurs teneurs mais également à déterminer la distribution granulométrique adaptée aux conditions de tréfilage,

• l’ajustement des paramètres du procédé tels que les caractéristiques de filière, la qualité du fil entrant, la vitesse, le refroidissement inter-passes, etc… .Ajuster ces paramètres consiste à définir la configuration permettant une sollicitation minimale du lubrifiant. La dimension thermique est à ce titre très importante puisque la température de travail du savon va conditionner ses performances.

L’art du fabricant de lubrifiants secs et du tréfileur est avant tout basé sur une longue expérience du métier et sur de nombreuses observations. Cette difficulté est d’autant plus importante que les types de bancs de tréfilage sont nombreux, que les nuances tréfilées sont variées, que les vitesses varient d’un dispositif à l’autre et que suivant les tréfileries, les profils et angles de filières peuvent être différents.

L’étude de la lubrification du tréfilage ne se limite toutefois pas à la formulation du savon ni à l’ajustement des paramètres du procédé. Elle comporte en fait trois autres aspects complémentaires : • la préparation de surface du fil (décapage) qui va graver les joints de grains et créer ainsi une rugosité artificielle sur le fil qui est favorable à l’accrochage du film de savon et assure la formation de poches de lubrifiant, • le revêtement de surface qui va accentuer cette rugosité. En fonction de la nature du traitement de surface (traitement de conversion, de condensation), l’adhérence du dépôt et sa tenue au cours du tréfilage sera différente et aura des conséquences sur l’approvisionnement en savon, • le chargement en savon par passage du fil dans le savonnier.