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RÉSUMÉ
La maîtrise du procédé de formage à grande vitesse impose la connaissance des paramètres de frottement, qui peuvent selon le cas s’avérer favorable ou défavorable à la mise en forme. Dans le laminage, il permet à l’outil d’entraîner le matériau ; par contre, dans l’usinage ou le tréfilage, ce frottement, responsable de défauts de surface des pièces, est réduit au maximum. Sur la base des lois de frottement et de la loi de comportement du matériau, il est possible d’établir une méthodologie permettant de déterminer un coefficient de frottement entre un outil et un matériau, ceci pour différents lubrifiants et types de sollicitations.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Marc MANTEL : Docteur en métallurgie, Responsable du Département Mise en forme des aciers au Centre de Recherches d’Ugitech
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Christophe VACHEY : Département Mise en forme des aciers du Centre de Recherches d’Ugitech
INTRODUCTION
Ce document doit se lire à la suite du dossier qui traite de la détermination d’une loi de comportement par simulation numérique.
La connaissance des paramètres de frottement est fondamentale pour la maîtrise de l’opération de formage à grande vitesse. Le rôle du frottement dans les procédés de mise en œuvre à grande vitesse peut être positif ou négatif. Lorsque l’un des outils est moteur, comme dans le laminage, alors le frottement est nécessaire pour engager et entraîner le produit dans l’emprise. Lorsque l’outil n’est pas moteur comme pour le tréfilage ou l’usinage, alors le frottement est parasite et il entraîne une augmentation des efforts et de la température de l’outil, des défauts de surface voire la rupture du produit pour le tréfilage, ainsi qu’une usure accélérée de l’outillage. Nous décrivons une méthodologie pour déterminer un coefficient de frottement entre un outil et un matériau pour différents lubrifiants et types de sollicitation. En utilisant la loi de comportement du matériau, ainsi qu’une loi de frottement, et en soumettant le matériau à des essais rhéologiques proches des conditions de formage, on peut déterminer le coefficient de frottement en simulant par un calcul numérique l’essai de déformation.
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Évolution des paramètres de frottement
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8. Mesure de la rugosité
Dans les cas d’écrasements mal lubrifiés, la surface finale apparaît très brillante, preuve d’un cisaillement important à l’interface outil-échantillon. Lorsque les frappes sont effectuées en présence de lubrifiant performant, l’aspect final de la surface est mat. Différentes études s’accordent sur le fait que la rugosité est directement liée au régime de lubrification (mixte, limite, hydrodynamique) au cours de la mise en forme. En effet, lorsque le film lubrifiant est fin, les aspérités de la pièce et des outils sont en contact, ce qui conduit à une diminution de la rugosité. Au contraire, pour un film lubrifiant épais, la rugosité de départ est conservée ou augmentée car les grains du métal auront la possibilité de se réarranger (rotation des grains, instabilités plastiques entraînant une déformation de la surface etc.).
Les informations sur les surfaces sont obtenues en utilisant un rugosimètre avec une pointe diamant pyramidale, dont l’extrémité est une calotte sphérique de rayon de courbure égal à 2 µm. Nous ne présentons, sur la figure 11, que les mesures de Ra, moyenne des écarts du profil à la ligne moyenne.
En ce qui concerne la rugosité, les états de surface sont dépendants de la lubrification utilisée. Ra correspond à une mesure de la hauteur des aspérités, donc à une mesure de l’épaisseur du film lubrifiant entre l’outil et la pièce. On constate des grandes variations de la rugosité avec la lubrification. Pour la frappe à sec, les valeurs de Ra sont identiques à la rugosité initiale des outils et de la surface du lopin (0,11 µm), qui sont polis avec du papier abrasif (grade 1200). Les valeurs obtenues pour l’eau et pour le lubrifiant 1 montrent une rugosité à peine supérieure à celle de départ et traduisent un frottement important avec des contacts métal-outil. Pour les autres lubrifiants, on constate une nette augmentation de la rugosité, d’autant plus marquée que l’énergie de frappe est forte. Cela indique que, dans ces conditions de lubrification, il y a la formation d’un film épais.
En complément des mesures de rugosité, les images de la figure 12...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FELDER (E.) - Le contact métal-outil en mise en forme des métaux. - Séminaire organisé à Sophia Antipolis (France), 22-26 mai 1989.
-
(2) - GEORGES (J.M.) - Frottement, usure et lubrification. - CNRS et Eyrolles Éd. (2000).
-
(3) - SCHEY (J.A.) - Friction, Lubrification and wear. - Tribology in metal working, American Society for metals, Metals Park, Ohio 44073 USA (1983).
-
(4) - GAVRUS (A.) et al - Identification of the friction coefficients directly from a forging process. - Euromech 435, Valenciennes, France, 18-20 juin 2002.
-
(5) - BAY (N.) et al - An empirical model for friction in cold forging, Friction and wear in metal forming. - Euromech 435, Valenciennes, France, 18-20 juin 2002.
-
(6) - OUDIN (J.), RAVALARD (Y.) - Contribution à la détermination des lois de comportement des métaux...
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