Analyse des param`etres proc´ed´es

La plupart des articles traitant des param`etres proc´ed´es ´etudient le diam`etre du poin¸con (φp),

l’angle de mise en forme, l’incr´ement vertical ∆z et la hauteur d’embouti sur les efforts de mise en forme, la g´eom´etrie et l’´etat de surface de la pi`ece ainsi obtenue.

1.3.6.1 Les efforts mis en jeu dans le proc´ed´e de formage incr´emental

Jeswiet et al. [JES 05C] ainsi que Duflou et al. [DUF 05C] ont d´evelopp´e un capteur d’efforts sp´ecifique pour le formage incr´emental, pr´esent´e sur la figure 1.48. Il permet ´egalement de mesurer le frottement.

Jeswiet et al. [JES 05C] ont form´es des pyramides en TPIF avec diff´erents angles (30°, 45° et 60°) sur un alliage d’aluminium 3003-0. La figure 1.49 pr´esente l’´evolution de l’effort vertical le long de la trajectoire du poin¸con (du haut de la tˆole vers le bas) en fonction de l’angle de mise en forme. L’effort maximal apparaˆıt au d´ebut de la mise en forme. Plus l’angle de mise en forme est ´elev´e, plus l’effort maximal atteint lors de la mise en forme de la tˆole est important.

Figure _{1.49 − Evolution de l’effort vertical en fonction de l’angle de mise en forme [JES 05C]}

Duflou et al. [DUF 05C] ont r´ealis´e une s´erie d’essais exp´erimentaux en utilisant un capteur de forces dynamom´etriques 6 axes mont´e sur une plate-forme de formage incr´emental un point (SPIF). La pi`ece obtenue est un tronc de cˆone r´ealis´ee sur un alliage d’aluminium 3003-0 d’´epais- seur de 1.21 mm. Les influences de l’angle de mise en forme et de la taille du diam`etre du poin¸con sur les efforts mis en jeu sont ´etudi´ees. Les efforts sont repr´esent´es par la somme vectorielle de l’effort. La vitesse de d´eplacement du poin¸con est de 2 m/min. L’incr´ement vertical du poin¸con est ´egale `a 0.5 mm et le diam`etre du poin¸con est de 10 mm. La figure 1.50 (a) pr´esente l’´evolu- tion de l’effort au cours de la mise en forme en fonction de l’angle de mise en forme. Mˆeme si le proc´ed´e de formage incr´emental est diff´erent (SPIF vs. TPIF), comme pour les r´esultats de Jeswiet [JES 05C], la force maximale est atteinte pour un angle de mise en forme de 60°.

(a) (b)

Figure _{1.50 − Influence de l’angle de mise en forme et de la taille du diam`etre du poin¸con sur les} efforts [DUF 05C]

1.3. PROC´ED´E DE FORMAGE INCR´EMENTAL

diam`etre du poin¸con de 10 `a 25 mm, pour un angle de mise en forme de 50°. La diminution du diam`etre du poin¸con diminue les efforts g´en´er´es lors de la mise en forme.

Oleksik et al. [OLE 07] ont effectu´e des essais et des simulations num´eriques (LS-Dyna) pour d´eterminer les efforts mis en jeu, au niveau du poin¸con, lors du proc´ed´e SPIF. Tous les param`etres des essais (´epaisseur initiale et dimensions de la tˆole, outil de serrage, ...) sont identiques sauf le diam`etre du poin¸con (φp) et la profondeur de la pi`ece form´ee (h) (cf. tableau 1.4). Le mat´eriau

utilis´e est un acier DC03. La pi`ece de type pyramidale est r´ealis´ee sur une machine MOCN 3 axes. Le tableau 1.4 montre ´egalement les efforts horizontaux (translation du poin¸con selon l’axe x, Fx) et verticaux (axe du poin¸con, Fz) pour les diff´erents cas d’essais.

Diff´erents cas h (mm) φp (mm) Fz (kN) Fx (kN)

C1 6 12 5.504 1.335

C2 10 12 8.932 3.596

C3 6 20 5.480 1.323

C4 10 20 10.902 3.340

Tableau _{1.4 − Param`etres du proc´ed´e de formage incr´emental et valeurs moyennes des r´eponses} mesur´ees [OLE 07]

Les essais et les simulations donnent des courbes force en fonction du temps du mˆeme ordre de grandeur. Les efforts augmentent avec la profondeur de la pi`ece emboutie. Les r´esultats d’Oleksik et al. confirment les observations de Duflou et al. [DUF 05C], l’augmentation du diam`etre du poin¸con augmente Fz. Cependant, Oleksik et al. ont d´ecoupl´e leur vecteur force et ont montr´e

que le diam`etre du poin¸con n’a pas d’influence sur Fx. La profondeur d’embouti ne modifie pas

non plus les efforts horizontaux.

1.3.6.2 Crit`ere de r´eussite d’un embouti : ´etat de surface et erreur g´eom´etrique Le principal param`etre d´eterminant l’´etat de surface de la tˆole et sa rugosit´e est l’incr´ement vertical ∆z. La figure 1.51 repr´esente en 3D quatre ´etats de surface de tˆoles mises en forme avec un poin¸con de 12.5 mm de diam`etre pour quatre valeurs de ∆z diff´erents. On constate bien que plus ∆z est important plus l’´etat de surface est grossier.

Figure _{1.51 − Etat de surface de tˆoles mises en forme pour quatre valeurs de ∆z diff´erents} [JES 04]

poin¸con sur la rugosit´e et l’´etat de surface des emboutis form´es. La figure 1.52 montre l’´evolution de la rugosit´e en fonction de ∆z. La diminution de l’incr´ement ∆z am´eliore l’´etat de surface de l’embouti. La figure 1.53 pr´esente l’´evolution de la rugosit´e en fonction de la vitesse de rotation du poin¸con. Cette derni`ere a une l´eg`ere influence sur la rugosit´e. La vitesse de rotation optimale se situe `a la valeur de rugosit´e minimale, c’est-`a-dire `a environ 1300 tours par minute. De plus, l’utilisation d’un poin¸con non-rotatif augmente la rugosit´e.

Figure _{1.52 − Rugosit´e en fonction de} la profondeur de passe

[JES 04]

Figure _{1.53 − Rugosit´e en fonction de} la vitesse de rotation (tour par minute) du poin¸con [JES 04]

Junk et al. [JUN 03] se sont int´eress´es aux effets de l’incr´ement ∆z, de l’angle de mise en forme et la taille du diam`etre du poin¸con sur la rugosit´e Rz des tˆoles form´ees. Les r´esultats

sont synth´etis´es sur la figure 1.54. Ces r´esultats confirment que la diminution de ∆z diminue la rugosit´e. Un angle de mise en forme et un diam`etre de poin¸con plus importants diminuent la rugosit´e.

Figure _{1.54 − Influence de l’incr´ement ∆z, de l’angle de mise en forme et la taille du diam`etre du} poin¸con sur la rugosit´e Rz [JUN 03]

Ambrogio et al. [AMB 04] ont analys´e l’influence du diam`etre du poin¸con et de la profondeur de passe sur la pr´ecision dimensionnelle de pi`eces obtenues par formage incr´emental. Dans cette ´etude, un syst`eme de num´erisation `a balayage laser Minolta 300 a permis de reconstruire la g´eom´etrie de la pi`ece par triangulation laser. Le logiciel Parametric Pro-Verify a ´et´e utilis´e pour comparer la g´eom´etrie de la pi`ece form´ee avec celle de la pi`ece th´eorique souhait´ee obtenue par CAO. Pour quantifier les ´ecarts, les auteurs ont utilis´es la racine carr´ee de la moyenne des ´ecarts au carr´e, plus commun´ement nomm´ee erreur RMS (Root Mean Square Error).

1.3. PROC´ED´E DE FORMAGE INCR´EMENTAL

diam`etre du poin¸con (mm) profondeur de passe (mm) RMS error

test 1 18 2.5 6.70

test 2 18 1 6.01

test 3 12 1 3.53

test 4 12 2.5 4.59

Tableau _{1.5 − Erreur de reconstruction pour chaque cas ´etudi´e [AMB 04]}

pertinente. En effet, elle ne peut distinguer une erreur globale de forme et des erreurs plus locales de rugosit´e. L’utilisation d’un logiciel de comparaison de nuage tel Geomagix ou mˆeme la comparaison du profil des pi`eces auraient fournies des informations plus locales sur la comparaison des formes.

N´eanmoins, les r´esultats des auteurs montrent que l’erreur est minimale pour un diam`etre et un incr´ement vertical les plus petits possibles. Cela correspond au test 3, pr´esent´e dans le tableau 1.5, qui respecte le mieux les pr´ecisions dimensionnelles. En augmentant la profondeur de passe, un meilleur amincissement et une meilleure condition d’´etirage sont obtenus mais l’´etat de surface est d´egrad´e.

Ambrogio et al. [AMB 07] ont ´egalement ´etudi´e les influences du diam`etre du poin¸con et de l’´epaisseur de la tˆole sur la hauteur de l’embouti et sur sa rupture. La forme de l’embouti est un cˆone ayant un diam`etre de base de 80 mm.

Figure _{1.55 − Rapport diam`etre du poin¸con/´epaisseur de la tˆole pour chaque essai de formage} incr´emental [AMB 07]

Le rapport φp/s (φp : diam`etre du poin¸con, s : ´epaisseur de la tˆole) permet aux auteurs de

d´elimiter deux zones correspondantes aux emboutis r´eussis ou rompus (cf. figure 1.55). Cette campagne d’essais a ´et´e effectu´ee sur l’alliage d’aluminium 1050-0 (un ”run” correspond `a un essai). Les param`etres qui ont ´et´e modifi´es durant cette campagne d’essais sont le diam`etre du poin¸con (φp), l’incr´ement vertical ∆z, l’angle de mise en forme (φ) et l’´epaisseur de la tˆole (s).

Ces r´esultats semblent montrer que le rapport φp/s permettrait de pr´edire dans une certaine

mesure la r´eussite d’un embouti.

L’augmentation de la profondeur d’embouti, de l’angle de mise en forme et du diam`etre du poin¸con fournit des efforts plus importants lors de la mise en forme d’une pi`ece. De plus, l’augmentation des deux derniers param`etres cit´es am´eliore l’´etat de surface de la pi`ece finale caract´eris´e par la rugosit´e. N´eanmoins, le principal param`etre proc´ed´e qui am´eliore l’´etat de surface reste la diminution de l’incr´ement ∆z.

1.3.7 Applications et innovations li´ees au proc´ed´e de formage incr´emental