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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2. Simulation
Grâce aux moyens de calculs modernes et aux machines informatiques de plus en plus puissantes et compactes, il est aujourd’hui possible de contourner en partie ces difficultés en ayant recours à des méthodes numériques de simulation du procédé.
La simulation numérique de l’opération de découpage des tôles par la méthode des éléments finis a été assez peu étudiée jusqu’à ces dernières années en raison de la difficulté qu’il y a à décrire le comportement de la tôle du début de l’opération jusqu’à la rupture totale. En particulier le choix de la loi de comportement est crucial lorsqu’il s’agit de décrire les phases successives de l’opération (figure 7).
La géométrie du bord découpé, illustrée sur la figure 2, peut être rattachée aux différentes phases du découpage et se traduisent par les observations suivantes :
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la zone bombée (Hbb ) liée à la flexion de la tôle correspond à la phase 1 et une partie de la phase 2 ;
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la zone cisaillée (Hl ) caractérisée par un aspect lisse du bord découpé correspond à la phase 2 et une partie de la phase 3 ;
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la zone arrachée (Har ) caractérisée par un aspect granulaire du bord correspond à la phase de rupture finale avec la formation de bavures (phases 3 et 4).
Le problème du découpage des tôles a été initialement abordé d’un point de vue expérimental. Cependant, même si les études expérimentales sont nécessaires, elles ne sont pas suffisantes pour prédire le comportement de la matière des pièces en cours d’usinage ainsi que l’aspect géométrique et la qualité mécanique du bord découpé.
Jusqu’à plus ample connaissance et malgré les progrès réalisés dans le domaine de la modélisation numérique, il reste beaucoup de progrès à faire dans le domaine de la simulation du découpage.
Dans la suite, on a développé un modèle numérique par éléments...
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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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