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Éric FELDER : Ingénieur civil des Mines de Paris, Docteur ès sciences physiques, Maître de recherches à l'École des Mines de Paris, Groupe « Surfaces et Tribologie » du CEMEF
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Cet article est la suite de l'article [BM7535] qui présente l'enjeu et le cadre général du problème du frottement en emboutissage : les propriétés des matériaux, les modes de déformation des tôles et les conditions de contact associées, et les principales méthodes d'essai permettant l'étude et la mesure du frottement. Le présent article traite successivement les points suivants :
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les principales méthodes de caractérisation des tôles avant et après frottement, ce qui permet de commencer à préciser les caractéristiques principales du frottement des tôles ;
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les mécanismes microscopiques responsables des interactions tôle/outil (déformation microplastique de la tôle, effets micro-hydrodynamiques et hydrodynamiques, réactivité chimique des additifs du lubrifiant) ;
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le mode de fonctionnement des joncs de retenue utilisés pour contrôler l'écoulement du métal sous le serre-flan ;
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les divers modèles, plus ou moins sophistiqués, utilisés pour prendre en compte le frottement dans la simulation numérique des opérations d'emboutissage.
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2. Mécanismes d'interaction tôle-outil sous le serre-flan
2.1 Analyse qualitative du rôle de la rugosité de la tôle
La 6 décrit schématiquement une interface métal-outil dans le régime de lubrification mixte poches-plateaux généralement présent dans la zone de rétreint de la pièce ; on règle ce point en contrôlant le grammage de lubrifiant (§ 1.2.1). Plateaux et creux jouent un rôle complémentaire et décisif pour le succès de l'opération ; noter que ce schéma est très général et valable pour tout contact en régime mixte de lubrification, tant pour les pièces de mécanismes que pour les procédés de mise en forme. Les plateaux supportent la pression de contact imposée par l'outil et n'en sont séparés que par des films très minces ; c'est la source principale du frottement et d'émission de débris dont l'origine est la déformation plastique des plateaux selon divers mécanismes possibles. Les vallées recueillent les débris et limitent ainsi l'endommagement des plateaux ; le lubrifiant contenu dans les vallées assure l'alimentation des films minces, visqueux ou solides, lubrifiant les plateaux.
L'intérêt d'imprimer une rugosité de type EDT ou EBT aux tôles par laminage skin-pass est illustré par la 7. Il s'agit des résultats d'essais Inland (cf. [BM7535] pratiqués sur deux tôles en alliage d'aluminium brutes de laminage (mill finish) ou texturées par laminage skin-pass (texture EDT). Sans texture EDT, les forces de frottement sont nettement plus élevées pour les deux alliages. Dans le cas de l'alliage 6016, en l'absence de texture EDT, la force est croissante et l'essai se termine par le grippage : formation de rayures sur la tôle et transfert massif (pick up) du métal à l'outil.
Progressivement, des études successives ont permis d'améliorer la connaissance des divers mécanismes sous-jacents ; ils se révèlent fortement interactifs. La 8 que nous allons commenter plus en détail en dresse le panorama.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SAMPER (V.) - Étude théorique et expérimentale du frottement et des forces de retenue en emboutissage de tôles d'acier doux nues et revêtues. - Thèse de Doctorat, École des Mines de Paris (1993).
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(2) - RAULT (D.), ENTRINGER (M.) - Antigalling roughness profile permitting reduction of the blank holder pressure and the required amount of lubrication during the forming of sheet metals. - Proc. 9th Bienn. Congr. on the IDDRG, Ann Arbor, 1976.
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(3) - QUANTIN (J.C.) - Application de la rugosimétrie tridimensionnelle à l'étude des surfaces. - Thèse École des Mines de Paris, 1986.
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(4) - HILSEN (R.R.), HUGHES (I.F.), QUINTO (D.T.) - Surface and galling characteristics of a series of high strength cold rolled steels - Proc. 10th Bienn. Congr. on the IDDRG, Warwick, avril 1978.
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(5) - MONFORT M., DEFOURNY J - Surface roughness and friction in press forming - Centre de Recherches Métalligiques, Liège, AM44 EUR13330 Report European Communoties (1990).
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Tribologie de l'emboutissage.
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