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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5. Résultats
5.1 Force et déformation de la pièce
Afin de déterminer l’influence d’un endommagement du matériau lors de la découpe, deux modèles ont été utilisés. Dans une première approche, on a simulé le découpage de la tôle sans prendre en compte l’endommagement de la matière. Dans un second temps, on tient compte du dommage en appliquant le modèle de Lemaître.
L’algorithme de calcul implicite a permis d’atteindre une pénétration relative du poinçon égale à 100 % de l’épaisseur de la tôle.
La figure 21 montre l’évolution de l’effort en fonction de la pénétration relative du poinçon dans le cas expérimental et dans le cadre numérique avec le modèle de Lemaître.
On constate que la courbe numérique, sans prise en compte du dommage, croît continuellement contrairement aux deux autres. Lorsque le dommage est pris en compte, au‐delà d’environ 30 % de pénétration, valeur pour laquelle on atteint le maximum de l’effort de découpe, la chute assez brusque de l’effort indique que les premières fissures s’initient. À 45 % de pénétration, la pièce a pratiquement été découpée. Le reste de la courbe correspond à l’enfoncement avec frottement de la pièce dans la matrice. Elle coïncide très bien avec celle obtenue expérimentalement jusqu’à une pénétration relative du poinçon égale à 80 %. À ce stade de la pénétration, correspond la phase d’expulsion de la débouchure de la tôle. Ainsi, toutes les phases de découpe ont pu être simulées d’une façon précise tout au long de l’opération. L’examen des résultats précédents montre qu’il est impératif que le dommage soit pris en compte quand on désire simuler correctement l’opération de découpe.
Les graphiques de la figure 22 présentent la progression de la rupture lors d’une opération de découpe axisymétrique d’une tôle d’acier CC60.
La carte d’endommagement, correspondant à la rupture (pénétration relative du poinçon égale à 30 %), est reportée sur la figure 23.
On constate que le dommage est concentré dans la zone du jeu...
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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).
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(3) - ATKINS (A.G.) - Surfaces produced by guillotining - . Phil. Mag. 4, p. 627‐641 (1981).
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(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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