Le Formage de composants en petites dimensions : investigations expérimentales, modélisation et simulations numériques

par Cyrille Barbier

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Philippe Picart.

Soutenue en 2008

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-comté. UFR des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    L'expansion du marché des micro-composants est la principale cause du développement des procédés de micro- formage. Les méthodes conventionnelles de mise en forme doivent nécessairement s'adapter à cette évolution. Mais lors d'une opération de micro-formage, les phénomènes physiques et mécaniques observés ne sont plus identiques à ceux observés à l'échelle macroscopique. Ces effets d'échelle demandent à être pris en compte dans les modèles numériques afin de pouvoir simuler le micro-formage. L'objectif de ces travaux a été de développer une modélisation du comportement volumique et surfacique des structures pour des opérations de mise en forme. L'approche choisie dans cette étude pour la modélisation des effets d'échelle est basée sur une modification des modèles macroscopiques en intégrant des paramètres pertinents. Dans un premier temps, la mise en évidence de la miniaturisation sur le comportement mécanique d'un matériau est présentée grâce à des essais de compression. Ces essais donnent ensuite lieu à la proposition d'un modèle original pour la prise en compte des effets d'échelle dans le comportement volumique du matériau. Dans un second temps, la caractérisation de l'influence de l'état de surface de la pièce et des outils en micro-formage est abordée. Pour cela un plan d'expériences numérique permet de proposer un modèle original caractérisant et prenant en compte de manière réaliste le comportement tribologique à l'interface pièce-outil en micro-formage. Cette approche permet de simplifier la prise en compte numérique de la rugosité de surface tout en préservant l'aspect réaliste du modèle. Enfin, les deux modèles développés sont mis en application sur un essai industriel de forgeage de micro-pignon. Les premiers résultats obtenus par comparaison entre les mesures expérimentales et les simulations numériques sont de bonne qualité et encourageant quant à la poursuite de l'investigation dans ce sens.

  • Titre traduit

    Forming of microcomponets : experimental investigations, modelling and numerical simulations


  • Résumé

    The development of the production of very small components is the main reason of the development of cold metal forming processes. Technologies for metal forming must be adapted to this evolution. The problem in reducing the scale is the apparition of physical and mechanical phenomenon which are not the same than these observed at the macroscopic scale. These size effects have to be considered in the numerical models in order to realise microforming simulations. Ln this work, a modelling of material behaviour and a characterisation of the roughness influence is investigated. The approach is based on the modification of macroscopic models in which some pertinent parameters are introduced. First, the influence of miniaturisation on material behaviour is studied thanks to compression tests. A new model of the constitutive behaviour which takes into account the size effects on material flow is proposed. Second, the influence of the roughness in microforming is characterised and modelled. A numerical design of experiments based on cylinder upsetting tests is achieved to define the influence of the surface geometric properties on the friction coefficient and connect the surface roughness to the coefficient of friction. Finally, the two models proposed are applied on an industrial forming operation, the micro-gear forging. The first results obtained by the comparison between experimental measures and numerical simulations are encouraging.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (125 p.) ; 30 cm
  • Notes : Reproduction de la thèse autorisée
  • Annexes : Bibliographie p. 121-125

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  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Sciences Sport Claude Oytana (Besançon).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : SCI.BESA.2008.31

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2008BESA2055
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