Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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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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5. Application à la simulation numérique
Les phénomènes décrits auparavant sont complexes et interactifs. La déformation des aspérités de la tôle modifie leur géométrie et l'intensité des effets microhydrodynamiques : l'état initial de la tôle n'est donc pas son état effectif lors du frottement. Rugosité d'outil et de tôle jouent un rôle antagoniste… Actuellement, on ne dispose pas d'un modèle de frottement prenant en compte tous ces phénomènes et la description du frootement dans les codes de simulation numérique est très simplifiée. Faisons un bref bilan de la situation. Auparavant, voyons un travail assez ancien, mais intéressant, basé sur la simulation d'une opération d'expansion pure avec prise en compte des effets hydrodynamiques.
5.1 Intégration du modèle hydrodynamique dans un calcul d'expansion
Sun, Chen et al. [25] ont introduit dans leur programme de simulation numérique d'un essai Erichsen (expansion axisymétrique) le modèle hydrodynamique de Wilson et Wang (§ 3.1.1). À un stade donné de l'emboutissage, le champ de vitesse du métal permet d'estimer l'épaisseur du film formé à la périphérie du contact et la variation d'épaisseur du film lubrifiant à l'intérieur du contact. Cette variation d'épaisseur est calculée par intégration analytique de l'équation exprimant l'incompressibilité du lubrifiant durant un incrément de déplacement du poinçon en supposant constants durant cet incrément les gradients de vitesse du métal et de pression de contact : cette procédure est plus précise qu'une intégration numérique directe. La cission de frottement en tout point du contact est estimée à partir de la valeur du rapport h/Ra, h épaisseur du film formé, Ra rugosité de la tôle :
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pour h/Ra > 5, la cission est déduite de la loi de Newton τ = ηu/h où u est la vitesse de glissement du métal sur l'outil ;
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pour h/Ra < 5, le frottement est supposé sec et imposé égal à celui mesuré expérimentalement avec la méthode de Ghosh § 4.5.1 de ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
-
(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.
-
(3) - QUANTIN (J.C.) - Application de la rugosimétrie tridimensionnelle à l'étude des surfaces. - Thèse École des Mines de Paris, 1986.
-
(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.
-
(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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