Vers une prédiction de la durée de vie des outils de forge à chaud par la détermination numérique du régime thermique et de l'usure abrasive

Towards a prediction of tool life, during hot forging, using numerical determination of thermal steady state and abrasive wear

• Auteur / Autrice : Laurent Terzolo
• Direction : Katia Mocellin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique numérique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris, ENMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Usure (mécanique)

Simulation par ordinateur

Éléments finis, Méthode des

Forgeage

Mots clés libres

Cyclage

Forge3

Multicorps

Contraintes thermomécaniques

Contrôle des coûts

Résumé

Dans le domaine de la forge, la problématique de la réduction des coûts de production se fait ressentir à plusieurs niveaux de la fabrication. Un point essentiel concerne la réduction du coût d'outillage par pièce forgée. La simulation numérique permet d’effectuer des études de faisabilité à coût réduit. On peut désormais utiliser la simulation numérique dans une approche d’optimisation des outillages. Pour augmenter la durée de vie des outils, il faudra prendre en compte deux facteurs essentiels : l’usure et les sollicitations thermomécaniques subies part les outils. Dans cette thèse, nous avons d’abord mis au point une formulation thermo-mécanique et numérique du problème thermo-mécanique couplé sur le système complet pièces-outillages. La résolution de ce problème multi-corps nous a permis de modéliser le comportement des outils au cours du procédé de forgeage à chaud. Les temps calculs importants générés par ce type d’approche nous ont conduit à mettre au point et à tester différentes stratégies algorithmiques pour permettre de réduire les temps de calcul. Ces stratégies sont maintenant utilisables et leur comparaison a mis en évidence leurs avantages relatifs. Il s’agira en fait dans la plupart des cas de faire un compromis entre la durée des calculs et la précision souhaitée. Les résultats présentés ici permettront aux futurs modélisateurs de faire le choix entre ces différentes méthodes. Les résultats thermo-mécaniques obtenus sur les outillages nous ont permis de mettre en place un modèle de calcul d’usure, ainsi qu’une stratégie de calcul pour obtenir dans des temps raisonnables des résultats sur des cas de cyclage, pour mieux simuler des passes de forgeage.

In forging industry, we want to decrease production costs, in order to obtain the cheapest rate : tool cost / workpiece. Numerical simulation permit to study feasability using low cost developpements. Nowadays, we can use numerical simulation to optimize tool shape. To increase, tool life, we must take into account two main factors : wear and thermal-mechanical loads undergone by tools. In this document, we use a thermal-mechanical and a numerical formulation for a thermal-mechanical coupled problem for a complete system : tool/workpiece. The solution of this problem, permit us to simulate tool behaviour during hot forging process. CPU time increase because of this formulation, so we investigate several strategies to decrease this CPU time. We can use those strategies and after comparing them, we can notice their own advantages. For each method, user must choose between time and reliabilty. This document, can help user to choose the best method to solve his problem. Thanks to thermal and mechanical results obtained on the tools, we can simulate tool wear. Then finally, we implemented four different methods to simulate thermal and mechanical cycling, in order to simulate forging passes.