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En anglais
RÉSUMÉ
Les procédés de mise en forme à froid, laminage, tréfilage, frappe à froid ou usinage des métaux, se sont considérablement développés, notamment à de grandes vitesses de déformation. L’étude des procédés de formage suppose la connaissance de la relation contrainte-déformation du matériau. Or, cette relation varie avec la vitesse de déformation, plaçant alors le matériau dans des conditions de déformation extrêmes. Afin d’identifier les coefficients d’une loi de comportement, cet article présente une approche de simulation numérique et le choix d’un test de compression dynamique qui semble répondre correctement à ce besoin.
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Cold-forming processes, rolling, wire drawing, cold heading or machining of metals have developed considerably, in particular at high deformation speeds. Studying forming processes requires knowledge of a material’s stress/deformation relation. However, this relation varies with the speed of deformation, when a material can undergo extreme deformation conditions. To find the coefficients of a behaviour law, this article presents an approach by numerical simulation and the choice of a dynamic compression test that seems to meet this need satisfactorily.
Auteur(s)
-
Marc MANTEL : Professeur associé à l’Institut National Polytechnique de Grenoble et directeur scientifique de la société Ugitech - Laboratoire SIMaP, Saint-Martin-d’Hères, France, Société Ugitech, Ugine, France
-
Christophe VACHEY : Ingénieur de recherche - Centre de Recherches, Ugine, France
INTRODUCTION
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 104 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 et d'échauffements extrêmes. Il est donc essentiel d'obtenir une loi de comportement valide sur l'ensemble du domaine balayé par l'opération de formage.
Après une présentation des différents moyens de formage à grande vitesse, cet article décrit les lois de comportement et les essais mécaniques utilisables pour simuler ces procédés. En effet, 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 analyser la rhéologie d’un matériau et déterminer les coefficients d’une loi de comportement en vue d'étudier un procédé de formage à grande vitesse par simulation numérique. L'idée retenue est aussi de répondre aux contraintes du milieu industriel, c'est-à-dire d'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 souhaitable pour connaître le poids respectif des différents coefficients de la loi de comportement afin d’optimiser leurs valeurs. Enfin, l'article présente le choix d’un critère d’endommagement qui peut permettre de préciser la sévérité d’une opération de formage.
Un glossaire et un tableau de symboles sont présentés en fin d'article.
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MOTS-CLÉS
endommagement essais mécaniques simulation numérique essai de compression dynamique mise en forme à froid des métaux vitesse de déformation
KEYWORDS
damage | mechanical tests | numerical simulation | dynamical compression test | metal cold forming processes | strain rate
VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 2006 par Marc MANTEL, Christophe VACHEY
DOI (Digital Object Identifier)
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4. Conclusion
L'étude des procédés de mise en forme à froid à grande vitesse suppose la connaissance de la relation contrainte-déformation du matériau. Cependant, cette relation varie avec la vitesse de déformation et surtout la température. Il convient donc d’établir cette loi dans des conditions rhéologiques proches de celles de l’opération de formage que l’on souhaite décrire. L’utilisation d’un test de compression dynamique répond correctement à ce besoin, et permet d’identifier les coefficients d’une loi de comportement. Par la suite, l’utilisation de cette loi de comportement dans un code de calcul permet d’étudier la faisabilité d'une gamme de fabrication et de l’optimiser sans supporter le coût des opérations réelles.
La simulation numérique est un outil très puissant permettant de prendre en compte le cisaillement à l’interface outil-pièce, mais l’adaptation du calcul aux conditions réelles requiert de nombreux essais et se trouve parfois prise en défaut par les limites du modèle employé.
La qualité de la loi rhéologique, le soin apporté à l'identification des coefficients de cette dernière et les moyens déployés pour la définition du ou des critères d'endommagement seront autant d'atouts pour obtenir une simulation reflétant la réalité d'un procédé. Cette phase de caractérisation est malheureusement nécessaire pour chaque matériau, et chaque nuance. Le coût de cette étude en temps et en moyens financiers est loin d'être négligeable, mais il est nécessaire si l'on veut retirer un avantage d'une étude par simulation.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FELDER (E.) - Approches scientifiques des procédés de mise en forme des métaux. - École des Mines de Paris, CEMEF – Sophia Antipolis ; Cycle de cours, Tome 1 Présentation générale des procédés de mise en forme des métaux (Nov. 1999).
-
(2) - SWEMON (P.G), ZACKAY (V.F) - Response of metals to high velocity deformation. - Metallurgical Society Conferences, Vol. 9, Estes Park, Colorado (July 11-12 1960).
-
(3) - CHASTEL (Y.) - Approches scientifiques des procédés de mise en forme des métaux. - École des Mines de Paris, CEMEF – Sophia Antipolis ; Cycle de cours, Tome 1 Rhéologie des métaux et essais rhéologiques (Nov. 1999).
-
(4) - MONTMITONNET (P.) - Approches scientifiques des procédés de mise en forme des métaux. - École des Mines de Paris, CEMEF – Sophia Antipolis ; Cycle de cours, Tome 3 Le laminage, aspects mécaniques (Nov. 1999).
-
(5) - Ferrous wire. - Volume 1,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Modélisation de l'endommagement ductile en mise en forme des métaux.
-
Emboutissage des tôles – Importance des modes de déformation.
-
Lubrification en mise en forme – Principes généreaux et choix.
-
Lubrification en mise en forme – Régime de lubrification mixte.
-
Effet thermique de la mise en forme – Théorie et phénomènes volumiques.
-
Lois de comportement des métaux – Élastoplasticité. Viscoplasticité.
ANNEXES
Forge®NxT 1.0.2, TRANSVALOR, Parc de Haute Technologie – Sophia Antipolis, Mougins
https://www.transvalor.com/fr/
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Producteur et commercialisation de produits longs en acier inoxydable :
UGITECH Groupe SCHMOLZ + BICKENBACH
HAUT DE PAGE
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