Theorical and experimental studies of thermal aspects during the hot stamping process

• Auteur / Autrice : Bakri Abdul Hay
• Direction : Brahim Bourouga
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique. Thermique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : École polytechnique universitaire de Nantes Université

Mots clés

Mots clés contrôlés

Travail à chaud

Métaux

Refroidissement

Métaux -- Trempe

Thermocouples

Travail de la tôle

Résumé

L’objet de ce travail est l’étude expérimentale et théorique des aspects thermiques liés au procédé de mise en forme par emboutissage à chaud. Il a pour objet d’estimer les conductances de transfert permettant de simuler le refroidissement du flan pendant les trois étapes de l’opération d’emboutissage : l’approche, la mise en forme et la trempe. Sur le plan expérimental, un banc d’essai a été conçu et réalisé. Il est composé d’un outil en forme d’oméga formé d’une matrice et d’un poinçon en acier Z160CDV12 traité thermiquement montés sur une presse hydraulique de 10 tonnes équipée d’un capteur d’effort et d’un gabarit de positionnement. Les outillages sont instrumentés au moyen de thermocouples fin de type K formant des fluxmètres aux endroits les plus intéressants. Les expériences ont été menées sur trois types de matériaux. Les enregistrements de température sont bien reproductibles et font ressortir distinctement l’échauffement de la pièce dû à la transformation austénite–martensite qui intervient systématiquement à 400°C. Quelle que soit l’intensité du chargement, l’analyse de la courbe d’effort montre toujours une même loi de résistance de la pièce. Cela montre la bonne fiabilité du dispositif dans son ensemble. Les conductances thermiques aux frontières de la pièce sont estimées au moyen de modèles convectif/radiatif lors des phases d’approche et de mise en forme sur tout le domaine où il n’y a pas de contact. Aux interfaces de contact la résistance thermique C R est estimée par technique inverse non-linaire utilisant la méthode séquentielle de Beck. Les résultats ont pu être établis sous forme de corrélations de type R f (P) C= en vue d’être utilisées pour la simulation numérique. Les résultats expérimentaux ont pu être confrontés à ceux obtenus par simulations sur des codes de calcul (Pam-Stamp et Abaqus). Le faible écart entre les températures aux points de mesures aussi bien dans les outils que dans la pièce montre la bonne qualité des résultats obtenus. Ce travail a été réalisé dans le cadre d’une collaboration avec ArcelorMittal R&D de Montataire

The purpose of this work is the experimental and theoretical study of thermal aspects of hot stamping process. The objective is to estimate the thermal conductance in order to simulate the cooling of the blank during the three stages of hot stamping process: approach, forming and quenching. An experimental device was designed and developed to estimate the thermal contact resistance at the part/tool interface. The designed stamping tool is composed of a die and a punch made in Z160CDV12 steel and presenting an omega shape. It was mounted on a 10 tons hydraulic press equipped with force sensors and positioning plates. Samples and tools are thermally instrumented with thermocouples type K sheathed with silky glass, forming heat flux-meters in the most interesting locations in the tools. The experiments were carried out on three types of blank materials. Reproducibility tests showed a good repeatability of recorded and estimated parameters; it was noticed a re-heating of the cooled part due to its microstructure transformation from austenite to martensite occurring systematically at 400°C. Whatever the intensity of the stamping effort, the deformed part presents the same resistance law; that shows the good reliability of the experimental device. At the part boundary, thermal conductances are determined using convective/radiation modeling of both phases: approach and forming. At the contact interfaces, thermal resistances are estimated experimentally through a nonlinear 1D inverse technique founded on sequential method of Beck. Results have been established as correlation of type: R f (P) C = to be used for numerical simulation (through Pam-Stamp and Abaqus). Experimental and numerical parameters have been compared and the small temperature difference shows the good quality of results. This work has been done in collaboration with ArcelorMittal R&D - Montataire