Le forgeage est le processus de façonnage du métal par l’application de la force. Cela peut être fait lorsque le métal est froid ou chaud, mais pas lorsqu’il est en fusion. Le forgeage à matrice ouverte se fait en frappant une matrice sur une pièce qui repose sur une base stable appelée enclume. Étant donné que le processus est analogue à la façon dont le métal a été forgé pendant des siècles par des forgerons à l’aide d’un marteau et d’une enclume, il est également appelé forgeage. Il est différent du forgeage à matrice fermée en ce que la pièce n’est pas enfermée par les matrices et les matrices elles-mêmes ressemblent davantage à des outils avec des formes et des profils simples plutôt qu’à des moules fermés.
Le forgeage à matrice ouverte est une technique importante pour de nombreux types de fabrication. Il permet le façonnage grossier et de finition du métal, le plus souvent de l’acier et des alliages d’acier. Il nécessite une matrice ouverte sur les côtés, permettant à la pièce de se déplacer librement, dans une direction latérale, lorsqu’elle est frappée. Ce type de conception permet également de forger de très grandes pièces, dans certains cas, pesant plusieurs tonnes et ayant une grande longueur et largeur. Certaines forges à matrice ouverte peuvent accueillir des pièces pesant jusqu’à 150 tonnes américaines (136 tonnes métriques) et 80 pieds ou plus (24.4 m) de longueur.
Les matrices utilisées dans le forgeage à matrice ouverte sont de forme simple et ouvertes sur les côtés pour permettre à la pièce de se déplacer et de s’étendre au-delà des bords de la matrice et de l’enclume en dessous. La matrice est alimentée par une machine qui la fait descendre sur la pièce qui repose sur une enclume ou une autre matrice ouverte. Les matrices ouvertes sont généralement plates mais peuvent également être convexes ou concaves. Les matrices concaves sont utilisées pour les bordures, qui façonnent les bords d’une pièce, créant des formes de bord définies. Les matrices convexes sont utilisées pour façonner la pièce en la rendant plus fine au point d’impact.
Le processus de forgeage à matrice ouverte sert à de nombreuses fins, en plus de simplement façonner le métal. Le forgeage du métal aligne et affine le grain du métal, ce qui augmente la résistance et réduit la porosité, c’est-à-dire la présence de bulles d’air, même celles qui sont trop petites pour être vues à l’œil nu. Il améliore également la capacité du métal à répondre à l’usinage. Les pièces métalliques forgées ont une meilleure résistance à l’usure et d’autres propriétés mécaniques par rapport aux pièces usinées ou coulées similaires.
Les techniques avancées de forgeage à matrice ouverte sont capables de produire des formes complexes même dans de grandes pièces et produits en plus de formes plus simples comme des barres, des lingots et des ronds. Alors que l’acier et les alliages apparentés sont les sujets les plus courants pour le forgeage à matrice ouverte, d’autres métaux peuvent également être façonnés de cette façon, notamment les alliages de cuivre, de nickel et de titane. Le principal inconvénient du forgeage à matrice ouverte est que la pièce doit être constamment déplacée au fur et à mesure qu’elle est travaillée, nécessitant des commandes mécaniques complexes ou des opérateurs humains qualifiés, alors que le forgeage à matrice fermée peut être entièrement automatisé et est un processus beaucoup plus simple.