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RÉSUMÉ
Cet article présente successivement les principales méthodes de caractérisation des tôles avant et après frottement, les mécanismes microscopiques responsables des interactions tôle/outil (déformation microplastique de la tôle, effets micro-hydrodynamiques, réactivité chimique des additifs du lubrifiant), le mode de fonctionnement des joncs de retenue et les divers modèles utilisés pour prendre en compte le frottement dans la simulation numérique des opérations d’emboutissage.
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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
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 :
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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 ;
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les mécanismes microscopiques responsables des interactions tôle/outil (déformation microplastique de la tôle, effets micro-hydrodynamiques et hydrodynamiques, réactivité chimique des additifs du lubrifiant) ;
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le mode de fonctionnement des joncs de retenue utilisés pour contrôler l'écoulement du métal sous le serre-flan ;
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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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4. Caractéristiques de retenue des joncs
À partir des travaux de Stoughton [19] et de Marciniak et Duncan [20], on peut estimer simplement les forces de traction et de maintien f et h (par unité de largeur de la tôle, d'épaisseur initiale t 0), l'évolution du coefficient de frottement apparent µ a avec la géométrie du système et l'amincissement de la tôle Δt/t0 [21]. Ces formules fournissent donc des éléments intéressants pour la conception de l'opération. Précisons au préalable ce point en complément des considérations du paragraphe 3.3 de [BM7535].
Nous considérons une opération d'emboutissage où le serre-flan est muni d'un jonc de longueur totale w J. D'un point de vue mécanique, les deux caractéristiques principales du jonc sont les forces (par unité de largeur) nécessaires pour réaliser la pénétration maximale de la tôle entre les épaulements, soit avant tout glissement de la tôle h Ms, soit pour un glissement continu de la tôle h M ; comme le glissement induit une déformation plus marquée de la tôle, h Ms est notablement inférieur à h M ; on pose H Ms = h Ms w J et H M = h M w J . Soit H la force de serrage de la matrice contre le serre-flan, que nous supposerons constante pendant l'opération (cette condition n'est pas forcément réalisée sur les presses industrielles).
On peut penser que généralement H > H Ms, donc que la pénétration maximale du jonc est réalisée au cours de la phase de placage préalable où la tôle se conforme à l'outil en-dehors du serre-flan sous une force résiduelle H – H Ms. Mais comme H Ms < H M, la force de serrage effective de la tôle en dehors du jonc diminue notablement au cours de l'emboutissage réalisé par le mouvement du poinçon, et le formage de la pièce peut donc s'effectuer selon...
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BIBLIOGRAPHIE
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(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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