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Quiz & test
Présentation
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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Conclusion
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3. Critères d'endommagement
3.1 Importance de la prise en compte de l'endommagement en mise en forme
Le paragraphe 2 avait pour objectif de montrer l'importance de la qualité de la rhéologie et qu'il était nécessaire de prendre en compte l'influence de la température et de la vitesse de déformation au travers de différents essais mécaniques et différentes conditions. Malgré tout, le soin apporté à l'identification de cette rhéologie, la simulation numérique d'un procédé de formage des métaux à grande vitesse ne peut suffire à garantir une fabrication sans défaut. En effet, il est nécessaire d'introduire une limite de ductilité via un critère d'endommagement pour éviter la dérive d'une simulation.
L'exemple le plus simple concerne l'essai de traction lui-même. Sans prise en compte d'un critère d'endommagement, la simulation de l'essai de traction sera irréelle sur la fin de courbe qui présentera alors une striction infinie (figure 30).
En mise en forme des métaux, la ductilité représente la capacité du matériau à subir des déformations plastiques avant de présenter des ruptures. De nombreux essais technologiques permettent de mettre au point des critères d'endommagement permettant de déterminer l'apparition de la rupture ductile. Parmi les plus courants, on peut citer l'écrasement entre tas striés de lopins cylindriques ou les essais séquentiels de torsion-traction.
Cette notion de ductilité limite dépend, comme pour la loi de comportement, des conditions de sollicitation telles que la température et la vitesse de déformation.
Ainsi, l'essai de compression dynamique d'éprouvettes cylindriques fait apparaître une limite de ductilité très variable en fonction de la température et de la vitesse de déformation. Pour chaque couple de température...
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Critères d'endommagement
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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