Theoretical and experimental study of the heat transfer in the hot stamping process of the Usibor 1500 using partially heated tools

• Auteur / Autrice : Alexandre Blaise
• Direction : Brahim Bourouga
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Thermique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Université Nantes-Angers-Le Mans - COMUE (2009-2015)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Didier Delaunay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Brahim Bourouga, Didier Delaunay, François Bay, Philippe Le Masson, Jean-Luc Bailleul, Luc Penazzi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Bay, Philippe Le Masson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acier -- Trempe

Emboutissage (travail des métaux)

Mots clés libres

Usibor 1500P

Résumé

L'emboutissage à chaud est un procédé qui consiste à austénitiser un flan dans un four puis de le transférer dans une presse où il est mis en forme. Parce que les outils sont froids, le refroidissement par contact permet de tremper l'acier et d'obtenir de hautes propriétés mécaniques. Pour certaines applications automobiles, il est nécessaire de diminuer les propriétés mécaniques localement pour assurer l'absorption d'énergie pendant un crash. Pour cela, chauffer certaines zones des outils modifie localement les propriétés mécaniques. Un outil en forme d'oméga permet de caractériser les échanges thermiques dans le cas d'un contact glissant dans un rayoi matrice. Le refroidissement à l'air d'un flan à la sortie du four a permis d'étudier les transferts thermiques ainsi que les transformations métallurgiques qui peuvent intervenir durant le transfert du flan du four à la presse. Un outil plat à température ambiante permet d'étudier la transformation martensitique ainsi que les résistances thermique de contact à l'interface flan/outils. Cet outil est munie de cartouche chauffante qui permettent de le chauffer jusqu'à 500°C. L'influence de la température des outils sur les propriétés mécaniques de la pièce finale est étudiée. Un modèle complet permettant de prédire les transformations métallurgiques ainsi que la dureté et le Rm est proposé et validé par le~ essais expérimentaux. Un dernier test se compose d'outils partiellement chauffés: un coté est refroidi et un autre peut être chauffé jusqu'à 500°C. Le gradient de propriété mécanique entre ces deux zones est étudié. Le modèle de prédiction développé sur l'outi précédent est testé et validé sur cette zone.

The hot stamping consists in heating a blank in a furnace, and transferring it in a press where it is formed. Because the tools are cold, a severe cooling of the blank by contact allows the quenching of the part. Thus, the [mal part presents high mechanical properties. For some automotive applications, it is necessary to decrease locally the mechanical properties to ensure the energy absorption in case of a car crash. Heating locally the tools to prevent the quenching of the steel modify locally the mechanical properties. Using omega shape tools allows the characterization of the heat transfer in case ofa sliding contact in a die radius. The air cooling of a blank at the removal from the furnace allows the study of the heat transfers with the environment and the metallurgical transformations that can occur during the transfer of the blank from the furnace to the press. Using a flat tool, initially at ambient temperature, allows the study of the martensitic transformation and the thermal contact resistances at the blank-tools interfaces. Then, heating cartridges are used to heat up this flat tool up to 500°C. Th influence of the tool temperature on the mechanical properties of the [mal part is studied. A complete model, that is able to predict the hardness and the ultimate tensile tests, is proposed and then validated by the experimental results. Finally, a last apparatus consists of partially heated tools: a side is kept cold while the other side can be heated up to 500°C. The mechanical properties gradient between these two areas is studied. The predictive model, developed with the previous tools, is tested and validated on this area.