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RÉSUMÉ
Le découpage des tôles est, après l'usinage, le procédé de fabrication le plus utilisé dans les industries mécaniques. Contrairement aux procédés d’emboutissage et pliage qui ne font que déformer plastiquement le matériau, le découpage le sollicite jusqu’à la rupture finale. Modéliser cette opération en vue d’une prédiction n’est pas simple, car l’intégration des sollicitations complexes subies par le matériau est difficile notamment lors de la propagation des fissures. Divers paramètres mécaniques et métallurgiques influent sur ces dégradations sous charge. Cette approche de simulation nécessite le développement d’algorithmes de calcul non linéaires. Cependant, le modèle de calcul par éléments finis semble permettre une prise en compte satisfaisante de tous ces phénomènes, une optimisation de la qualité de la découpe devient alors envisageable.
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Ridha HAMBLI : Professeur des universités - Université d'Orléans - Polytech' Orléans
INTRODUCTION
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, le découpage de tôles est une opération particulière car, contrairement à l'emboutissage et au pliage par exemple qui ont pour but de déformer plastiquement 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 aura 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.
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- Version archivée 1 de janv. 2004 par Ridha HAMBLI, Alain POTIRON
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7. Conclusion
La simulation numérique du découpage des tôles sur presse est un problème difficile à traiter en raison d'une part de la fiabilité des hypothèses faites, notamment lors de la prise en compte du dommage et du traitement de la propagation des fissures, et d'autre part de la complexité des calculs numériques qui doivent être conduits dans le cadre d'une formulation en grands déplacements et grandes déformations.
Les algorithmes de calcul non linéaires qui doivent être développés et les méthodes à mettre en œuvre ont montré qu'il est nécessaire de bien connaître les mécanismes qui gouvernent l'évolution du dommage du matériau à découper.
Si on ne dispose pas de remaillage, il semble que la grande distorsion de certains éléments du maillages situés dans le voisinage du jeu entre le poinçon et la matrice, n'influence pas la précision du calcul, dans la mesure où les éléments distordus sont ceux dont le dommage a atteint la valeur critique de rupture et qu'ainsi ils ne participent plus au calcul.
De toute cette étude, nous pouvons dire que le modèle de calcul par éléments finis est un outil industriel robuste et fiable permettant de traiter d'une façon générale les problèmes de découpage des métaux avec la prise en compte des phénomènes d'endommagement et de rupture.
Il est alors possible, d'étudier l'influence des différents paramètres de découpe sur la qualité géométrique du bord découpé ainsi que sur les sollicitations appliquées à l'outillage afin d'optimiser le procédé.
Mis à part l'intérêt industriel de la simulation, ces modèles numériques permettent d'appréhender certains aspects de l'opération comme l'influence des paramètres liés à l'outillage et à son usure.
Des développements théoriques basés sur une approche de mécanique des milieux continus ont permis de développer un logiciel (BLANKSOFT) de prédétermination de l'opération de découpage. L'expérimentation a montré que les résultats issus des différents calculs (par éléments finis ou semi-analytiques) sont en assez bon accord avec les résultats issus des essais sur l'acier CC60 d'une part et provenant de certaines données de références dans la littérature.
Le logiciel BLANKSOFT peut être considéré comme une aide à la décision dans un cadre industriel permettant la mise au...
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BIBLIOGRAPHIE
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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, fév. 1981.
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(5) - BROKKEN (D.), BREKELMANS (W.M.), BAAIJJENS (F.P.T.) - Predicting the shape of blanked product : a finite element approach. - Journal of Materials Processing Technology, 103, p. 51-56 (2000).
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(6) - CHOY (C.M.), BALENDRA (R.) - Experimental analysis of parameters influencing sheared-edge profiles. - The 5th Inter. Conference on Sheet Metal, University of Twente, Netherland, p. 101-110, 1-3 avr. 1996.
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