Formage à grande vitesse - Détermination d’une loi de comportement

La mise en œuvre à froid des métaux connaît des développements importants et l’utilisation de grandes vitesses de déformation s’est considérablement développée pour obtenir à la fois de nouvelles possibilités de formage et aussi des gains de productivité. Le formage dit à grande vitesse impose au matériau des vitesses de déformation que l’on peut situer entre 50 s ^–1 et 10 ⁴ s ^–1 comme par exemple dans le laminage, le tréfilage, la frappe à froid ou l’usinage des métaux.

Le problème posé au technicien lors de la mise au point d’une gamme industrielle est d’optimiser le couple matériau-process pour obtenir le résultat au meilleur coût. Pour réussir une telle démarche, les difficultés à résoudre sont la maîtrise de l’écoulement du matériau lors de la déformation, la faisabilité du procédé et l’obtention des propriétés d’usage requises pour la pièce formée. La simulation numérique du process de fabrication est donc un moyen pour étudier la faisabilité et optimiser une gamme sans supporter le coût des opérations réelles. Or, si la méthode de résolution en elle-même est aujourd’hui bien maîtrisée, il n’en est pas de même des modèles physiques nécessaires à la description du comportement du matériau. La complexité des phénomènes mis en jeu lors des procédés de formage à grande vitesse place le matériau dans des conditions de déformations, vitesses de déformation, d’échauffement extrêmes. Il est donc essentiel d’obtenir une loi de comportement valide sur l’ensemble du domaine balayé par l’opération de formage.

Un moyen de caractériser le comportement d’un matériau à grande vitesse consiste à effectuer des essais de compression sous une masse tombante instrumentée. On peut ainsi étudier la rhéologie d’un matériau et déterminer les coefficients d’une loi de comportement en vue d’une simulation numérique. L’idée retenue est aussi de répondre aux contraintes du milieu industriel, c’est-à-dire, identifier une rhéologie dans un temps court avec un minimum d’essais et au moindre coût. Nous montrons aussi que la phase de simulation n’est pas forcément postérieure à la phase d’identification des coefficients. L’utilisation de la simulation numérique est en effet nécessaire pour connaître le poids respectif des différents coefficients de la loi de comportement afin d’optimiser leurs valeurs. Enfin, le choix d’un critère d’endommagement permet de préciser la sévérité d’une opération de formage.

Pour la connaissance des paramètres de frottement, le lecteur se reportera au dossier Formage à grande vitesse- Lubrification et frottement qui constitue la suite de ce document.