Présentation
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 :
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l’écrouissage et l’endommagement qui caractérisent la résistance du matériau et sa dégradation sous charge jusqu’à la rupture finale ;
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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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3. Prédiction de l’usure des outils par éléments finis
L’usure peut être définie comme un perte de matière à l’interface de deux solides en contact engendrée par des phénomènes liés au frottement [M 725] (figure 15).
Si la prédiction de l’usure des outils qui résulte des contacts entre solides revêt une grande importance pour les applications industrielles, elle est cependant difficile à mettre en œuvre, à cause de l’absence d’outils de modélisation.
Au cours de son utilisation, l’outillage subit des sollicitations cycliques et un échauffement engendré par le travail des actions de contact 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 apparaissent des défauts de fabrication que l’on peut classer comme suit :
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variations de cotes ;
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apparition de défauts de formes ;
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formation de bavures ;
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dégradation des caractéristiques mécaniques du matériau.
L’usure est étudiée depuis longtemps, mais de façon assez empirique. C’est pourquoi, malgré de très nombreuses études déjà réalisées (plus de 5 000 articles parus dans les revues « Wear » et « Wear of Materials » et plus de 300 lois dénombrées depuis 1947), très peu de travaux numériques par éléments finis ont été dédiés à la prédiction...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ABAQUS (H.K.S.) - Theory manual - . Version 6.2.
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(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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