Formage des métaux à grande vitesse - Détermination d'une loi de comportement

La mise en œuvre à froid des métaux connaît des développements importants et l’utilisation de grandes vitesses de déformation s’est considérablement développée pour obtenir à la fois de nouvelles possibilités de formage et aussi des gains de productivité. Le formage dit à grande vitesse impose au matériau des vitesses de déformation que l’on peut situer entre 50 s ⁻¹ et 10 ⁴  s ⁻¹ , comme par exemple dans le laminage, le tréfilage, la frappe à froid ou l’usinage des métaux.

Le problème posé au technicien lors de la mise au point d'une gamme industrielle est d’optimiser le couple matériau-process pour obtenir le résultat au meilleur coût. Pour réussir une telle démarche, les difficultés à résoudre sont la maîtrise de l'écoulement du matériau lors de la déformation, la faisabilité du procédé et l’obtention des propriétés d'usage requises pour la pièce formée. La simulation numérique du process de fabrication est donc un moyen pour étudier la faisabilité et optimiser une gamme sans supporter le coût des opérations réelles. Or, si la méthode de résolution en elle-même est aujourd’hui bien maîtrisée, il n'en est pas de même des modèles physiques nécessaires à la description du comportement du matériau. La complexité des phénomènes mis en jeu lors des procédés de formage à grande vitesse place le matériau dans des conditions de déformations, vitesses de déformation et d'échauffements extrêmes. Il est donc essentiel d'obtenir une loi de comportement valide sur l'ensemble du domaine balayé par l'opération de formage.

Après une présentation des différents moyens de formage à grande vitesse, cet article décrit les lois de comportement et les essais mécaniques utilisables pour simuler ces procédés. En effet, un moyen de caractériser le comportement d'un matériau à grande vitesse consiste à effectuer des essais de compression sous une masse tombante instrumentée. On peut ainsi analyser la rhéologie d’un matériau et déterminer les coefficients d’une loi de comportement en vue d'étudier un procédé de formage à grande vitesse par simulation numérique. L'idée retenue est aussi de répondre aux contraintes du milieu industriel, c'est-à-dire d'identifier une rhéologie dans un temps court avec un minimum d'essais et au moindre coût. Nous montrons aussi que la phase de simulation n'est pas forcément postérieure à la phase d'identification des coefficients. L’utilisation de la simulation numérique est en effet souhaitable pour connaître le poids respectif des différents coefficients de la loi de comportement afin d’optimiser leurs valeurs. Enfin, l'article présente le choix d’un critère d’endommagement qui peut permettre de préciser la sévérité d’une...