VARIANT - Vers une mAitRIse renforcée de la quAlité dimeNsionnelle et méTallurgique des pièces forgées : développement d'un jumeau numérique pour asservir le pilotage en énergie d'une opération de mise en forme des matériaux.

Toward a strengthened mastery of dimensional and metallurgical quality of forging parts: development of a digital twin to control the energy management during a forming operation.

• Auteur / Autrice : David Uribe
• Direction : Régis Bigot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur spécialité Procédés de fabrication - Génie mécanique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCFC Laboratoire de Conception Fabrication Commande
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)

Mots clés

Mots clés libres

Jumeau numérique

Forgeage

Pilotage

Contrôle procédé

Prédiction en temps réel

Simulation numérique

Digital twin

Forging process

Modelling

Process control

Real-time prediction

Numerical simulation

Résumé

La simulation numérique du forgeage permet de prédire assez fidèlement la mise en forme des matériaux. Cependant, le modèle numérique se fait, généralement, aux conditions nominales du processus ; il n'intègre pas les variabilités des paramètres du pilotage. Dans le cas du forgeage piloté en énergie (presse à vis ou marteau pilon), la qualité dimensionnelle et métallurgique de la pièce obtenue est généralement sensible aux variabilités du processus. Sur les opérations réalisées par mises en forme successives, il est possible de corriger les dérives observées aux premières étapes en agissant sur les dernières étapes. Pour agir sur le pilotage du processus afin de garantir la qualité finale de la pièce, l'utilisation d'un jumeau numérique est envisagée. Calé en temps réel sur le processus de fabrication réel, ce modèle numérique permettrait de faire évoluer les paramètres du processus pour atteindre l'objectif initial. De plus, le jumeau numérique, doté des modèles adéquats de matériaux et de l'opération de mise en forme, permettrait d'accéder à des caractéristiques non mesurables au cours du processus (température interne du lopin, vitesses de déformation, taux de déformation équivalent, …) ce qui aiderait à évaluer la qualité de la pièce (suivi du chemin thermomécanique) sans avoir à procéder à des essais destructifs. Dans le cas présent de l'utilisation d'un jumeau numérique en forgeage, les défis scientifiques à relever sont : - La fidélité du jumeau numérique : quelles informations recueillir et comment les traiter pour que le modèle reflète précisément la réalité et non pas une opération aux conditions nominales ? - La prédictibilité du jumeau numérique : quels modèles utiliser ou développer pour que le jumeau puisse nous renseigner sur des données non mesurées et qu'il permette d'anticiper les étapes du processus de mise en forme à venir ? - La réactivité : quelles stratégies de traitement de l'information développer pour garantir une exploitation des résultats au cours du processus de fabrication ?

The numerical simulation of a forging operation allows to predict fairly accurately the material forming. However, the numerical model is generally developed and used to work under the nominal conditions of the process. In the case of forging, piloting parameters variabilities can be accumulated and lead to the production of a part significantly different from the expected nominal part. To be able to modify the piloting of the process, in order to guarantee the final quality of the part, the use of a digital twin is foreseen. The scientific challenge is to obtain a real-time, accurate and predictable digital twin. The objective of this digital twin is to integrate the variability of the piloting parameters in order to truly reflect the process. The digital model will have to control the reality instantaneously in order to be able to interact with the forging process. Decisionmaking could also be based on the access to non-measurable information, which the digital twin would be the only one to capture. The challenges to be met are therefore the accuracy, the predictability and the reactivity of the digital twin: - Accuracy; - Predictibility; - Reactivity. The methodologies deployed will be tested on several cases in an increasing order of difficulty: First a uniaxial compression of a cylinder will be tested, then the stamping of a stamped part in a single die impression, the stamping of a part requiring a block preform, and finally the drawing of a billet in open-die forging.