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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 :
-
l'écrouissage et l'endommagement qui caractérisent la résistance du matériau et sa dégradation sous charge jusqu'à la rupture finale ;
-
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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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2004 par Ridha HAMBLI, Alain POTIRON
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Modélisation théorique du découpage par la courbe force-pénétration du poinçonArticle inclus dans l'offre
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1. Découpage des tôles
Industriellement, l'opération de découpage s'effectue sur une presse. Un poinçon animé d'un mouvement de translation exerce un effort sur la tôle en appui sur la matrice (partie fixe de l'outil), qui joue le rôle d'une contre-lame (figure 1). Dans ce cas, le jeu relatif J entre le poinçon et la matrice est défini par :
avec :
- Dm et Dp :
- diamètres de la matrice et du poinçon,
- t :
- épaisseur de la tôle.
Au cours de son utilisation, l'outillage (poinçon + matrice) subit des sollicitations répétées et un échauffement engendré par le travail des actions de contacts 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. Pour le produit fini dont le bord découpé est représenté sur la figure 2, apparaissent des défauts de fabrication qu'on peut classer comme suit :
-
variations de cotes ;
-
apparition de défauts de formes ;
-
croissance de la hauteur de la bavure ;
-
dégradation des caractéristiques mécaniques du matériau dans la zone de découpe ;
-
modifications de la géométrie du bord découpé.
Il a été établi que la qualité géométrique et mécanique des pièces découpées dépend des différents paramètres qui gouvernent l'opération à savoir (figure 3) :
-
le jeu entre le poinçon et la matrice ;
-
l'épaisseur de la tôle ;
-
les caractéristiques...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ABAQUS - HKS, theory manual. - Version 6.9.
-
(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).
-
(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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