Simulation numérique de la mise en forme des tôles métalliques appliquées à la connectique : Etude de la découpe

Numerical simulation of the sheet metal forming in the field of the connectic : Study of the higt-speed blanking

• Auteur / Autrice : Christophe Husson
• Direction : Saïd Ahzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Logiciels

Éléments finis, Méthode des

Simulation par ordinateur

Feuilles de métal

Métaux -- Coupe

Résumé

Le développement de l'ingénierie simultanée dans les métiers de la mise en forme, comme la simulation numérique du procédé de découpe des matériaux métalliques en feuilles, a conduit à la réduction des coûts de fabrication tout en optimisant les propriétés et la fonctionnalité des pièces fabriquées. Pour les procédés, la vitesse de déformation et la température sont des paramètres influençant le comportement du matériau découpé. C'est pourquoi nous proposons de simuler le découpage de métaux en feuilles en utilisant un modèle de viscoplasticité prenant en compte l'évolution de la microstructure couplée à un modèle d'endommagement basé sur une approche thermodynamique des processus irréversibles utilisant une nouvelle forme du potentiel de dissipation ductile d'endommagement. Les modèles proposés sont valides sur une large plage de vitesses de déformation (de 10-4 à 10+4 s-1) et de température (de 76K à la moitié de la température de fusion). Les résultats analytiques sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Pour optimiser le procédé de découpe des tôles minces d'alliage de cuivre, il est nécessaire d'étudier l'effet de la vitesse de déformation sur le cisaillement. Les tests ont été réalisés sur un montage à barre d'Hopkinson pour les essais dynamiques et sur une machine de traction pour les essais quasi-statiques. Les résultats obtenus montrent que la contrainte d'écoulement, le taux d'écrouissage initial et la déformation à rupture sont sensibles à la vitesse de déformation. Une méthode de déterminations des paramètres des modèles proposés a été proposée. A l'aide de l'implémentation de nos modèles de comportement dans le code commercial d'éléments finis ABAQUS/Explicit, nous présentons une étude de l'influence du jeu de découpe et de l'usure des outils de découpe sur l'aspect du faciès de découpe et de l'évolution de la force de découpe. Cette étude est développée pour des tôles d'alliages de cuivres de faible épaisseur ('' 1. Mm d'épaisseur). Les résultats obtenus par simulations numériques sont comparés avec des résultats expérimentaux. L'évolution de l'aspect du profil de découpe (zone bombée, zone cisaillée, zone arrachée, bavure et angle de rupture) en fonction du jeu de découpe, de l'usure du poinçon et de la matrice et de l'interface poinçon / tôle / matrice sont présentés. A discussion sur les différentes phases de l'opération de découpe sont présentés. Une méthodologie pour optimiser le procédé de découpage est proposée.

The development of concurrent engineering in the area of sheet metal forming, such as the numerical simulation of the blanking process of thin metallic sheets, have led to the fabrication cost reduction while optimizing the functional properties of the workpiece. In these processes, the strain rate and temperature are the parameters that influence the behaviour material. That is why we propose to simulate the blanking of thin metallic sheets using a viscoplastic model that accounts for the evolution of microstructure and coupled with a damage model based on thermodynamics of irreversible processes using a new form of the damage dissipation potential. The proposed models are valid for a wide range of strain rates (10-4 to 10+4 s-1) and temperatures (76K to half melting temperature). The comparison of the predicted results with the experimental ones shows a good agreement. To optimize the blanking process of thin copper sheets, it is necessary to study the effect of strain rate on the shearing process. Tests were performed using a Hopkinson pressure bar for the dynamic tests, and using tensile machine traction for the quasi-static tests. Hat-specimens were utilized. The results obtained shows that the hardening, the initial rate hardening and the failure strain are sensible to the strain rate. A methodology to determine the parameters at the proposed models are presented. By implementing our models in the commercial finite element code ABAQUS/Explicit, we present a study to the influence of the clearance and tool wear on the part edge and on the evolution of the cutting force. This analysis is conducted on thin copper alloys ('' 1. Mm thickness). The numerical results are compared to the experimental investigations. The evolution of the shape errors (roll-over depth, fracture depth, shearing depth, burr formation and fracture angle) according to the radial clearance, the punch and the die wear, and the contact punch/die/blank-holder are presented. A discussion on the different stages of the blanking process as function of the processing parameters is given. A methodology to optimize the blanking process is proposed.