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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 :
-
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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3. Frottement sous le poinçon
Sous le poinçon peut se former un film hydrodynamique si le lubrifiant y est présent en quantité excédentaire par rapport à la rugosité de la tôle (cf. 1.2.3). Nous présentons d'abord la théorie de cet effet, puis précisons les ordres de grandeur du frottement si l'effet hydrodynamique est négligeable. Une synthèse de ces deux aspects sans une simulation numérique est présentée au § 5.1.1.
3.1 Grammage excédentaire : effet hydrodynamique sous le poinçon
La viscosité du lubrifiant peut induire des effets hydrodynamiques propres à réduire les interactions métal-outil en emboutissage. Ainsi, pour le contact tôle-poinçon, il y a possibilité de formation d'un film lubrifiant par entraînement visqueux du lubrifiant par la tôle sous le poinçon. Wilson et Wang [18] ont modélisé la formation d'un film lubrifiant à partir d'un lubrifiant de viscosité η 0 (14). Le métal vient se cintrer progressivement sur le poinçon, de rayon R, avec une vitesse tangentielle v 1 sous la pression de contact p ~ 2 t σ 0/R :
avec :
- v1 :
- différence entre la vitesse (tangentielle) d'extension du rayon de contact et la vitesse de glissement du métal sur le poinçon à la limite du contact,
- η0 :
- viscosité du lubrifiant à la température de l'outil et à la pression atmosphérique.
L'épaisseur formée varie comme (η0v 1)2/3, l'exposant 2/3 étant intermédiaire entre celui de l'entraînement...
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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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