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Auteur(s)
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Ridha HAMBLI : Maître de Conférences - Institut des Sciences et Technique de l’Ingénieur d’Angers - Lasquo
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Alain POTIRON : Professeur Émérite de l’Université d’Angers - Laboratoire Procédés Matériaux Instrumentation - Centre d’enseignement et de recherche d’Angers de l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le travail des tôles est, après l’usinage, le procédé de fabrication le plus utilisé dans les industries mécaniques. Parmi tous les processus industriels de mise en forme par déformation plastique, le découpage des tôles est une opération particulière car contrairement à l’emboutissage et au pliage par exemple qui ont pour but de modifier plastiquement la forme de la tôle, le découpage sollicite celle-ci jusqu’à la rupture finale. Durant l’opération, le matériau subit des sollicitations complexes dont la modélisation est souvent non linéaire et avant rupture finale, le matériau est soumis à des phénomènes d’endommagement et de propagation de fissures. On conçoit ainsi toute la difficulté qu’il y a à prédire correctement l’évolution dans le temps des phénomènes de découpage, d’autant plus que divers paramètres mécaniques et métallurgiques contribuent à la modification du comportement de la tôle tels que :
-
l’écrouissage et l’endommagement qui caractérisent la résistance du matériau et sa dégradation sous charge jusqu’à la rupture finale ;
-
la morphologie métallurgique (formes et tailles des grains), la texture cristallographique et les structures du matériau qui évoluent au cours de l’opération.
Tous ces facteurs influent sur la qualité de la pièce fabriquée. Par exemple, l’état d’écrouissage et d’endommagement du bord découpé aura ultérieurement une grande influence sur la tenue en fatigue des pièces en service.
Pour la description mathématique de la déformation plastique des métaux, le lecteur pourra consulter l’article [M 590]. L’article [M 610] décrit par ailleurs les phénomènes d’endommagement et de rupture en mise en forme.
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- Version courante de juin 2012 par Ridha HAMBLI
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1. Découpage des tôles
Industriellement, l’opération du découpage s’effectue sur une presse. Un poinçon animé d’un mouvement de translation exerce un effort sur la tôle en appui sur la matrice (partie fixe de l’outil) qui joue le rôle d’une contre-lame (figure 1).
t est l’épaisseur de la tôle, p est la pénétration du poinçon, F est la force de découpe et j est le jeu relatif entre le poinçon et la matrice, défini par :
avec :
- Dm et Dp :
- diamètres de la matrice et du poinçon.
Au cours de son utilisation, l’outillage (poinçon + matrice) subit des sollicitations répétées et un échauffement engendré par le travail des actions de contacts entre la tôle, le poinçon et la matrice, et par la puissance dissipée au sein de la matière. Il en résulte des problèmes de cassures, d’écaillage ou de grippage (rupture locale sur le bord de l’outil) ainsi que l’usure progressive des parties actives. Sur le produit fini dont le bord découpé est représenté sur la figure 2 apparaissent des défauts de fabrication que l’on peut classer comme suit :
-
variations de cotes ;
-
apparition de défauts de formes ;
-
croissance de la hauteur de la bavure ;
-
dégradation des caractéristiques mécaniques du matériau dans la zone de découpe ;
-
modifications de la géométrie du bord découpé.
Il a été établi que la qualité géométrique et mécanique des pièces découpées dépendent des différents paramètres qui gouvernent l’opération à savoir (figure 3) :
-
le jeu entre le poinçon et la matrice j ;
-
l’épaisseur de la tôle t ;
-
les caractéristiques mécaniques du matériau ;
-
la géométrie...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ABAQUS (H.K.S.) - Theory manual - . Version 6.2.
-
(2) - ARCHARD (J.F.) - Contact and rubbing of flat surfaces - . J. Appl. Phys. 24, p. 981‐988 (1953).
-
(3) - ATKINS (A.G.) - Surfaces produced by guillotining - . Phil. Mag. 4, p. 627‐641 (1981).
-
(4) - ATKINS (A.G.) - Possible explanation for unexpected departures in hydrostatic tension‐ fracture strain relations - . Metal Science, p. 81‐83, févr. 1981.
-
(5) - CHOY (C.M.), BALENDRA (R.) - Experimental analysis of parameters influencing sheared‐edge profiles - . p. 101‐110, The 5th Inter. Conference on Sheet Metal, University of Twente, Netherland, 1‐3 avr. 1996.
-
(6) - CARTER (W.T.) - A model for friction in metal forming - . J. Eng. Mat. Tech. 113, p. 8‐13 (1994).
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