Procédé de découpe

Le procédé de découpe a été antérieurement étudié par R. Hambli [Ham96] puis par A. Mkaddem [Mka03]. Aujourd'hui pour l'entreprise, l'objectif est de concevoir une base de données qui permettent de coupler la simulation du découpage à la découpe expérimentale en vue de définir le meilleur jeu poinçon-matrice de découpe pour un lot de matière donné afin de minimiser l'effort de découpe et la hauteur de bavure. Les objectifs précédents seront réalisés en tenant compte du lot de matière (correspondant à un matériau donné, dans une épaisseur et une largeur de bobine de tôle proposées par les fournisseurs).

L’étude succincte qui suit n’a pour but que de montrer les possibilités de la simulation que nous avons développée et qui pourra s’appliquer à toutes les opérations de mise en forme.

Pour éviter un temps de calcul rédhibitoire, l'opération de découpage a été simulée en 2D dans l’hypothèse d’une déformation plane en formulation implicite.

La figure V.6 montre la distribution des contraintes de cisaillement pour un exemple de simulation de découpe bidimensionnelle avec un acier S500MC de 4 mm d'épaisseur en utilisant le critère d'endommagement de Gurson-Tvergaard-Needleman. La pénétration du poinçon est d’environ 25%. Nous pouvons distinguer sur cette figure la formation de la partie bombée et la ligne de cisaillement de la tôle entre le poinçon et la matrice. C’est cette ligne qui, partant de l’angle du poinçon pour se diriger vers l’angle de la matrice, doit être la plus parfaite possible afin de réaliser une « bonne découpe ». Cet impératif industriel est largement conditionné par le jeu existant entre la matrice et le poinçon. Dans ses études, Hambli a montré qu’il devait se situer entre 10 et 15% de l’épaisseur de la tôle et nous avons retenu ici la valeur 10%.

Cette simulation permet également de déterminer la zone influencée par la découpe près du bord où se développent les contraintes résiduelles. Cette information est notamment utile pour assurer une distance minimum entre pièces pour la mise en bande. En effet, il sera nécessaire de conserver une distance au moins égale à 2 fois la distance influencée par la découpe entre 2 pièces sur la bobine. La figure V.7 montre le champ des contraintes de Von Mises qui permet aussi de juger de l'influence de la découpe.

Figure V.6 – Contrainte de cisaillement σXY lors du procédé de découpe

Figure V.7 – Contrainte équivalente de Von Mises lors du procédé de découpe

Par des études numériques et expérimentales, l'évolution de la base de données pour la découpe ira de paire avec l'identification et la caractérisation de plusieurs matériaux. Cette caractérisation fait aujourd'hui l'objet d'une autre thèse au sein du laboratoire en collaboration avec l'entreprise DEVILLÉ S.A.

V.3.3. Procédé de rayonnage

Le procédé de rayonnage des arêtes du trou oblong est le premier procédé simulé sous Abaqus.

La première étape consiste à importer la demi-pièce créée par CATIA au format "Step". Ensuite, il faut importer de la même manière le demi-poinçon de rayonnage. Il est ici inutile de modéliser l'intégralité du poinçon, car seules les surfaces qui entrent en contact avec la pièce sont importantes. La figure V.8 montre les surfaces qui sont conservées pour la

Figure V.8 – Surfaces utiles du poinçon de rayonnage

La pièce est modélisée en utilisant des éléments volumiques de type brique à 8 nœuds et à intégration réduite(C3D8R), tandis que les surfaces du poinçon de rayonnage sont considérées comme des parties rigides discrètes et sont modélisées avec des éléments rigides à 4 nœuds (R3D4). Les conditions de contact entre la pièce et les surfaces rigides sont considérées sans frottement. Cela revient à considérer la lubrification suffisamment efficace en phase expérimentale. Les conditions limites concernent tout d'abord, la symétrie de la pièce sur les faces sombres de la figure V.9.

Figure V.9 – Conditions de symétrie suivant l'axe X

Ensuite, les faces extérieures ainsi que l'intérieur du trou de fixation sont maintenus par des conditions d'encastrement de façon à éviter l'écoulement de la matière. Les figures V.10 et V.11 montrent les surfaces concernées (les surfaces sombres sur les figures).

Figure V.10 – Conditions d'encastrement sur les faces extérieures pour le procédé de rayonnage

Les surfaces planes du poinçon de rayonnage permettent le positionnement par rapport à la demi-pièce. Au départ, ces surfaces sont disposées chacune à 1mm de la pièce. La figure V.12 montre ce positionnement.

Figure V.12 – Positionnement initiale pour le procédé de rayonnage

La première étape consiste à déplacer les surfaces rigides du poinçon de rayonnage de 1mm de telle sorte qu'elles viennent en contact avec la pièce. Le procédé réel est réalisé en deux étapes, mais il est plus commode en simulation, pour un gain de temps notamment de rayonner les deux côtés de la pièce en une seule étape. Pour certaines configurations, les surfaces rigides peuvent s'interpénétrer, mais aucune condition de contact n'étant définie entre elles, cela n'aura pas d'influence sur le calcul.

Ensuite, les surfaces se retirent de 2 mm pour se dégager complètement de la pièce, et enfin l'ensemble des outils se déplace de 50 mm pour que les outils de pliage se positionnent au niveau de la pièce. La figure V.13 présente la pièce à la fin du procédé de rayonnage.

Figure V.13 – État de contrainte dans la pièce après rayonnage