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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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Lire l’articleAuteur(s)
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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
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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
VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 2006 par Marc MANTEL, Christophe VACHEY
DOI (Digital Object Identifier)
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Critères d'endommagement
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2. Simulation numérique et détermination d'une loi de comportement
2.1 Intérêt de la simulation numérique
D'une façon générale, le problème qui se pose au technicien lors de la mise au point d'une gamme consiste, en partant d'une spécification client (géométrie, résistance de la pièce, tenue en fatigue…), à optimiser le couple matériau-process pour obtenir le résultat au meilleur coût. Pour réussir une telle démarche, les principaux problèmes à résoudre sont :
-
la maîtrise de l'écoulement du matériau lors de la déformation ;
-
le contrôle de la faisabilité du procédé ;
-
l'obtention des propriétés d'usage requises de la pièce formée ;
-
la maîtrise de l'apparition de défauts dans l'ensemble de la pièce pour assurer la qualité ultérieure du produit.
Il est donc nécessaire d'une part, de maîtriser convenablement le process et d'autre part, de choisir le matériau de manière judicieuse. En effet, si l'on peut assez facilement assurer la faisabilité technique d'une gamme par le choix d'un matériau de haute qualité, c'est au prix d'un surcoût pouvant être fatal à la viabilité économique de l'opération. Par ailleurs, la méthode traditionnelle de mise au point d'une gamme (essai – erreur – modification) n'est plus supportable d'un point de vue économique du fait des outillages de plus en plus complexes et onéreux. 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.
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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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