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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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Examen de la surface supérieure après écrasement
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6. Hauteur résiduelle de l’échantillon après écrasement
Pour évaluer le coefficient de frottement, nous avons fixé une énergie d’impact et nous avons reporté les valeurs théoriques d’écrasement en fonction du coefficient de frottement introduit dans le logiciel (figure 3). On obtient ainsi une courbe correspondant à une évolution théorique de la hauteur résiduelle de l’échantillon en fonction du coefficient de frottement simulé. Il suffit ensuite de reporter sur la courbe les points expérimentaux correspondant aux différentes conditions de lubrification et de lire l’abscisse de ces points. La figure 4 donne les valeurs des coefficients de frottement pour les différentes conditions de lubrification testées.
On remarque que la hauteur calculée augmente avec le frottement puis tend vers une asymptote, car le frottement de type Coulomb est limité par le cisaillement maximal admissible par l’échantillon. Or la pression maximale est atteinte d’autant plus rapidement que le frottement est important :
On remarque que les coefficients de frottement sont assez élevés et assez proches, et que le frottement sec se situe au-dessus de la courbe.
Dans de nombreux travaux ...
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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.
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(2) - GEORGES (J.M.) - Frottement, usure et lubrification. - CNRS et Eyrolles Éd. (2000).
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(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.
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(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.
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(6) - OUDIN (J.), RAVALARD (Y.) - Contribution à la détermination des lois de comportement des métaux...
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