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Article

1 - CARACTÉRISATION DES PROPRIÉTÉS SUPERFICIELLES DES TÔLES AVANT ET APRÈS FROTTEMENT

2 - MÉCANISMES D'INTERACTION TÔLE-OUTIL SOUS LE SERRE-FLAN

3 - FROTTEMENT SOUS LE POINÇON

4 - CARACTÉRISTIQUES DE RETENUE DES JONCS

5 - APPLICATION À LA SIMULATION NUMÉRIQUE

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : BM7536 v1

Caractérisation des propriétés superficielles des tôles avant et après frottement
Tribologie de l'emboutissage - Phénoménologie et modélisation du frottement

Auteur(s) : Éric FELDER

Date de publication : 10 mars 2011

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Auteur(s)

  • Éric FELDER : Ingénieur civil des Mines de Paris, Docteur ès sciences physiques, Maître de recherches à l'École des Mines de Paris, Groupe « Surfaces et Tribologie » du CEMEF

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INTRODUCTION

Cet article est la suite de l'article [BM7535] qui présente l'enjeu et le cadre général du problème du frottement en emboutissage : les propriétés des matériaux, les modes de déformation des tôles et les conditions de contact associées, et les principales méthodes d'essai permettant l'étude et la mesure du frottement. Le présent article traite successivement les points suivants :

  • les principales méthodes de caractérisation des tôles avant et après frottement, ce qui permet de commencer à préciser les caractéristiques principales du frottement des tôles ;

  • les mécanismes microscopiques responsables des interactions tôle/outil (déformation microplastique de la tôle, effets micro-hydrodynamiques et hydrodynamiques, réactivité chimique des additifs du lubrifiant) ;

  • le mode de fonctionnement des joncs de retenue utilisés pour contrôler l'écoulement du métal sous le serre-flan ;

  • les divers modèles, plus ou moins sophistiqués, utilisés pour prendre en compte le frottement dans la simulation numérique des opérations d'emboutissage.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm7536


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1. Caractérisation des propriétés superficielles des tôles avant et après frottement

L'observation de l'état de surface de la tôle avant et après frottement fournit des éléments d'interprétation très précieux à un double point de vue :

  • extrapolation des résultats des essais de frottement à des conditions de pression, vitesse ou température non accessibles expérimentalement sur tribomètres ;

  • transposition des résultats aux conditions industrielles de formage et appréciation des risques de dégradation par usure ou « encrassement » (transfert excessif) de l'outil.

1.1 Microscopies et analyse d'image

L'observation en microscopie optique à réflexion de la surface de la tôle avec des grossissements de l'ordre de 75 ou plus permet une appréciation qualitative et rapide de la topographie initiale de la surface, notamment son degré d'anisotropie (1a), [1]. L'observation après frottement est particulièrement instructive, car le contact avec l'outil met en évidence la géométrie des deux parties complémentaires de la surface :

  • les altitudes supérieures transformées en plateaux par l'outil et responsables du frottement ;

  • les creux résiduels où se réfugient le lubrifiant et les divers débris engendrés au niveau des plateaux et qui jouent donc un rôle de sauvegarde vis-à-vis du grippage.

La fraction respective de ces deux « phases » et leur répartition donnent une idée de la sévérité des conditions de frottement et de la résistance des couches superficielles de la tôle à l'endommagement correspondant. Ainsi, le frottement et surtout l'évolution topographique associée d'une tôle nue EDT (cf. [BM7535]) se révèlent très anisotropes 1. À très forte pression et faible vitesse, le frottement dans le sens travers laisse de larges creux résiduels entre les plateaux qui apparaissent peu rayés ; par contre, le frottement dans la direction de laminage à pression moindre et même...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SAMPER (V.) -   Étude théorique et expérimentale du frottement et des forces de retenue en emboutissage de tôles d'acier doux nues et revêtues.  -  Thèse de Doctorat, École des Mines de Paris (1993).

  • (2) - RAULT (D.), ENTRINGER (M.) -   Antigalling roughness profile permitting reduction of the blank holder pressure and the required amount of lubrication during the forming of sheet metals.  -  Proc. 9th Bienn. Congr. on the IDDRG, Ann Arbor, 1976.

  • (3) - QUANTIN (J.C.) -   Application de la rugosimétrie tridimensionnelle à l'étude des surfaces.  -  Thèse École des Mines de Paris, 1986.

  • (4) - HILSEN (R.R.), HUGHES (I.F.), QUINTO (D.T.) -   Surface and galling characteristics of a series of high strength cold rolled steels  -  Proc. 10th Bienn. Congr. on the IDDRG, Warwick, avril 1978.

  • (5) - MONFORT M., DEFOURNY J -   Surface roughness and friction in press forming  -  Centre de Recherches Métalligiques, Liège, AM44 EUR13330 Report European Communoties (1990).

  • ...

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  • Tribologie de l'emboutissage.

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