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RÉSUMÉ
La maîtrise du procédé de formage à grande vitesse impose la connaissance des paramètres de frottement, qui peuvent selon le cas s’avérer favorable ou défavorable à la mise en forme. Dans le laminage, il permet à l’outil d’entraîner le matériau ; par contre, dans l’usinage ou le tréfilage, ce frottement, responsable de défauts de surface des pièces, est réduit au maximum. Sur la base des lois de frottement et de la loi de comportement du matériau, il est possible d’établir une méthodologie permettant de déterminer un coefficient de frottement entre un outil et un matériau, ceci pour différents lubrifiants et types de sollicitations.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Marc MANTEL : Docteur en métallurgie, Responsable du Département Mise en forme des aciers au Centre de Recherches d’Ugitech
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Christophe VACHEY : Département Mise en forme des aciers du Centre de Recherches d’Ugitech
INTRODUCTION
Ce document doit se lire à la suite du dossier qui traite de la détermination d’une loi de comportement par simulation numérique.
La connaissance des paramètres de frottement est fondamentale pour la maîtrise de l’opération de formage à grande vitesse. Le rôle du frottement dans les procédés de mise en œuvre à grande vitesse peut être positif ou négatif. Lorsque l’un des outils est moteur, comme dans le laminage, alors le frottement est nécessaire pour engager et entraîner le produit dans l’emprise. Lorsque l’outil n’est pas moteur comme pour le tréfilage ou l’usinage, alors le frottement est parasite et il entraîne une augmentation des efforts et de la température de l’outil, des défauts de surface voire la rupture du produit pour le tréfilage, ainsi qu’une usure accélérée de l’outillage. Nous décrivons une méthodologie pour déterminer un coefficient de frottement entre un outil et un matériau pour différents lubrifiants et types de sollicitation. En utilisant la loi de comportement du matériau, ainsi qu’une loi de frottement, et en soumettant le matériau à des essais rhéologiques proches des conditions de formage, on peut déterminer le coefficient de frottement en simulant par un calcul numérique l’essai de déformation.
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Accueil > Ressources documentaires > Matériaux > Mise en forme des métaux et fonderie > Mise en forme des métaux : aspects rhéologiques et métallurgiques > Formage à grande vitesse - Lubrification et frottement > Paramètres cinématiques et matériaux utilisés
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5. Paramètres cinématiques et matériaux utilisés
Nous avons fait varier les valeurs des vitesses d’impact entre 2 m/s et 5 m/s et la masse du chariot impacteur a été fixée à 15,157 kg. Ce choix de paramètres permet de balayer une gamme d’énergies allant de 30 à 200 J.
Les échantillons sont des lopins de diamètre 5,5 mm en acier inoxydable austénitique, norme EN 1.4567 (X3 CrNiCu 18-9-4), ou AISI 304Cu. Ils ont subi une hypertrempe suivi d’un décapage en milieu fluonitrique. La découpe est effectuée avec une solution aqueuse lubrifiante et permet une découpe avec une précision de quelques centièmes de millimètres. Ils sont ensuite ébavurés sur une polisseuse rotative (papier 1200 SiC) et plongés 5 min dans un bain d’acétone soumis aux ultrasons.
Pour les tests d’écrasement, et de manière à maîtriser les paramètres d’état de surface des outils, nous avons utilisé deux tas usinés dans un acier inoxydable martensitique à durcissement structural de grande dureté – de l’ordre de 400 à 500 HV (EN 1.4542 ou AISI 630). Ce choix permet de polir la surface de contact des outils à chaque essai pour en contrôler la rugosité et la propreté. Pour l’essai de rétreint la filière est un outil en carbure.
Pour ces expériences, différentes conditions de lubrification ont été utilisées. Certaines sont utilisées à titre de références, d’autres sont rencontrées dans l’industrie. Les références sont à « sec », sans aucun lubrifiant :
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« eau », pour simuler un mauvais lubrifiant car la viscosité et le mouillage sont très faibles ;
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puis des lubrifiants commerciaux plus ou moins performants, car contenant ou non des additifs à base de chlore, de soufre ou de phosphore.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FELDER (E.) - Le contact métal-outil en mise en forme des métaux. - Séminaire organisé à Sophia Antipolis (France), 22-26 mai 1989.
-
(2) - GEORGES (J.M.) - Frottement, usure et lubrification. - CNRS et Eyrolles Éd. (2000).
-
(3) - SCHEY (J.A.) - Friction, Lubrification and wear. - Tribology in metal working, American Society for metals, Metals Park, Ohio 44073 USA (1983).
-
(4) - GAVRUS (A.) et al - Identification of the friction coefficients directly from a forging process. - Euromech 435, Valenciennes, France, 18-20 juin 2002.
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(5) - BAY (N.) et al - An empirical model for friction in cold forging, Friction and wear in metal forming. - Euromech 435, Valenciennes, France, 18-20 juin 2002.
-
(6) - OUDIN (J.), RAVALARD (Y.) - Contribution à la détermination des lois de comportement des métaux...
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