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RÉSUMÉ
Couramment utilisée en automobile pour la réalisation des jantes en aluminium ou dans le domaine de l'aérospatiale pour la fabrication de pièces en acier inoxydable de grande dimension, le fluotournage est une technique de déformation plastique des métaux particulièrement intéressante. Le principe se rapproche de celui utilisé par les potiers : il permet d'allonger une préforme axisymétrique en réduisant son épaisseur. Cet article présente les différents modes de fluotournage existants (conique et cylindrique) ainsi que l'analyse mécanique du procédé et de sa mise en œuvre. De même, sont présentés ici les machines et outillages impliqués ainsi que les caractéristiques des objets produits avec cette méthode.
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Marie HOUILLON : Docteur de l'École des Mines de Paris - Cet article est une mise à jour de la précédente édition écrite en 1984 par Jean-Pierre VERGÈS et Jean-Pierre BERNADOU
INTRODUCTION
Utilisant un principe connu de longue date – il s'apparente à la technique du potier – mécanisé depuis les années 1950, le fluotournage consiste à déformer plastiquement les métaux par extrusion ponctuelle, la matière s'écoulant entre un mandrin mis en rotation et une ou plusieurs molettes exerçant une pression élevée. Le métal s'écoule en tournant, d'où le nom attribué au procédé.
Il permet d'allonger une préforme axisymétrique en réduisant son épaisseur. Cette réduction d'épaisseur est caractéristique du procédé, et l'on réserve le nom de repoussage aux mises en forme à épaisseur constante.
Suivant les matériaux, le fluotournage s'effectue à froid (c'est-à-dire sans chauffer les ébauches), ou à chaud (450 à 1 050 oC suivant les métaux).
Les pays de langue anglo-saxonne utilisent plusieurs termes équivalents : spinning, flow-spinning, flow-forming, flow-turning, shear spinning.
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8. Modélisation numérique
La modélisation numérique du fluotournage se fait généralement avec des outils numériques dédiés à la description mécanique du solide, par exemple, un code éléments finis munis d'une formulation lagrangienne (nœuds du maillage solidaire de la matière).
Le fluotournage est un procédé de mise en forme incrémental, c'est-à-dire un procédé au cours duquel la déformation a lieu de manière très locale et temporaire. En effet, l'outil qui a pour vocation de déformer la matière, c'est-à-dire la molette, a une action sur un volume relativement petit par rapport à celui de la pièce et effectue un très long trajet autour de la pièce. Cela a une conséquence directe sur la modélisation : il existe des gradients de fortes intensités, locaux et très temporaires de contrainte et de vitesse de déformation. Cela engendre une difficulté de gestion du maillage. En effet, le maillage doit être suffisamment fin sur ces zones qui sont en cours de déformation, c'est-à-dire là où les gradients sont forts. Si l'ensemble de la pièce était maillé aussi finement que sur ces zones, le temps de calcul serait excessivement élevé et rédhibitoire. La solution est donc de parvenir à mailler finement ces zones, tout en maintenant le reste de la pièce grossièrement maillé et de déplacer la zone finement maillée avec le mouvement de l'outil.
Un autre point important à considérer pour la modélisation du fluotournage est la loi de comportement du matériau fluotourné. Le fluotournage, notamment cylindrique engendre des déformations extrêmement élevées (par exemple, environ 400 % pour une réduction d'épaisseur de 70 %). Aussi, la matière est déformée avec une vitesse de déformation qui varie en fonction du passage de l'outil. Donc, la loi de comportement doit être adaptée à ces grandes déformations obtenues avec une vitesse de déformation variable et atteignant des valeurs élevées très localement (jusqu'à plusieurs centaines de s–1). Les figures 19 a , b , c et d donnent un exemple de modélisation en cours de fluotournage à froid. Il s'agit du fluotournage d'une pièce en tantale d'épaisseur 10 mm pour laqulle la réduction appliquée est de 60 %,...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - AVITZUR (B.) - Analysis of power spinning of cones. - Ph. – D. Thesis Univ. du Michigan (Bib. importante), Ed. University Microfilms International Am. Arbor Michigan, (USA) (1959).
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(2) - AVITZUR (B.), YANG (C.T.) - Analysis of power spinning of cones. - J. of Eng. for Ind., (USA), p. 231-244, août 1960.
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(3) - KALPACIOGLU (S.) - On the mechanics of shear spinning. - J. of Eng. for Ind., (USA), p. 125-130, mai 1961.
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(4) - KOBAYASHI (S.), HALL (I.K.), THOMSEN (E.G.) - A theory of shear spinning of cones. - J. of Eng. for Ind., (USA), p. 485-495, nov. 1961.
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(5) - KALPACIOGLU (S.) - Application de la méthode analytique à un problème technologique : cas du fluotournage. - 9e Conf. des Chefs de l'Ordonnance Materials Research, The Cincinnati Milling Machine Company, p. 2-27, août 1962.
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(6) - HAYAMA (M.), MUROTO (T.) - Theoretical...
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