Investigations experimentales et numeriques pour l’identification des parametres clefs du procede de thixoforgeage de l’acier sur le produit mis en forme

par Eric Becker

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Régis Bigot et de Laurent Langlois.

Soutenue en 2008

à Paris, ENSAM .


  • Résumé

    L’industrie cherche en permanence à minimiser le temps et les coûts, à simplifier leur processus de fabrication tout en maximisant la qualité de leurs produits. Cette démarche s’applique pour l’industrie de la mise en forme des métaux. Dans ce contexte, un procédé innovant de mise en forme, le thixoforgeage, s’est développé, permettant d’obtenir des pièces de formes complexes aux qualités mécaniques élevées en minimisant le nombre de phases du processus de fabrication. Ce procédé utilise les propriétés de l’état semisolide des alliages métalliques, cet état étant obtenu par fusion partielle du solide. Dans le cadre de la mise en forme de l’acier à l’état semi-solide, les difficultés liées à la température de travail et la méconnaissance du comportement mécanique et thermomécanique du matériau rendent difficile le développement industriel du procédé. Cette thèse a l’ambition d’améliorer la compréhension du comportement de l’acier lors de sa mise en forme par thixoforgeage. L’objectif est également de développer l’exploitation du modèle original deux phases multiéchelle « micro-macro », et son implémentation dans les solveurs 2D et 3D de Forge 2007®. Pour atteindre cet objectif, des essais expérimentaux avec des dispositifs spécifiques et innovants ont été réalisés. Une étude paramétrique de l’opération de thixoforgeage a été mise en place. Les principaux paramètres de conduite du procédé ont été identifiés. Ces paramètres sont la vitesse de mise en forme, la température initiale de l’acier et la température initiale de l’outil. Pour chaque essai, l’évolution des efforts de mise en forme, la nature de l’écoulement et la qualité des pièces produites au travers de l’observation macrographiques et micrographiques de leur structure métallurgique et d’essais mécaniques, ont été étudiées. Des essais avec des outillages instrumentés ont également permis une caractérisation des échanges thermiques entre l’outil et la pièce lors de la mise en forme. Ce nombre important d’essais a permis de décrire l’influence et de montrer l’importance de ces paramètres dans la mise en forme par thixoforgeage. Ces essais ont également servi de base au recalage du modèle multiéchelle « micro-macro » et des coefficients d’échange thermique entre l’outil et la pièce. Les essais et les simulations ont été comparés afin de déterminer et améliorer la capacité prédictive du modèle implémenté dans le logiciel Forge2007®.

  • Titre traduit

    Experimental and numerical investigations for the key parameters identification of the steel thixoforging of a part


  • Résumé

    Industry is permanently looking for minimizing production time and cost, simplifying their manufacturing process while maximizing the quality of their products. This is applied by the metal forming industry. In this context, an innovative forming process, the thixoforging, is developed, making it possible to manufacture complex parts with elevated mechanical properties. Moreover the thixoforging permit to minimize the number of phases of the manufacturing process. This process uses the semi-solid state properties of metal alloys, this state being obtained by partial fusion of the solid. For steel thixoforging, the difficulties related to the work temperature and the lack of knowledge of the mechanical and thermomechanical behavior of the material. These make the industrial process development difficult. This thesis contributes to improve comprehension of the steel behaviour during thixoforging. The objective is also to develop the exploitation of the original multi-scale model “micro-macro”, and its implementation in the 2D and 3D Forge2007®. Software. To achieve this goal, experimental testing with a specific and innovative device was carried out. The main thixoforging parameters were identified and studied. These parameters are the forming speed, the initial steel temperature and the initial tool temperature. For each test, the evolution of the forming load, the nature of the plastic flow and the quality of the thixoforged parts characterised by the macrographic and micrographic observations of their metallurgical structure and mechanical tests, were studied. Tests with instrumented tools also allowed a characterization of heat exchange between the tool and the part during forming. This big number of tests made it possible to describe the influence and to show the importance of the forming speed, the initial temperature of the steel and the initial temperature of the tool during thixoforging of a part. These tests were also used as a basis for calibration of the “micro-macro” model multi-scale and the heat exchange coefficients between the tool and the part. The tests and simulations were compared in order to determine and improve the predictive model capacity implemented in Forge2007® software.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (300 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. pp. 223

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  • Cote : 2008ENAM0038
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