Simulation numérique d’un procédé de mise en forme par faible contact d’une virole acier J. Raujol-Veillé, F. Toussaint, L. Tabourot, M. Vautrot, P. Balland.

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1 Simulation numérique d’un procédé de mise en forme par faible contact d’une virole acier J. Raujol-Veillé, F. Toussaint, L. Tabourot, M. Vautrot, P. Balland Laboratoire SYMME, Annecy - France

2 Page 2 / 13 Repoussage INTRODUCTION (1/3) Procédés de formage incrémentaux Procédés existants Fluotournage conique Ces techniques particulières de formage consistent à repousser un flan de tôle à l'aide d'un galet sur un mandrin de forme Tolérancement large Méthode empirique Pas de pièce de mécanisme Pas de copeaux Un seul outil de forme Effort faible sur l’outil Retour élastique http://www.youtube.com/watch?v=77IN6UhGSZE

3 Page 3 / 13 INTRODUCTION (2/3) Procédé de formage étudié Procédé de formage incrémental par faible contact v = 8 mm.s -1 ω = 52 rad.s -1 Pièce finale Pièce initiale Pièce de mécanisme Méthode des Éléments Finis Tolérancement précis Objectif Développer les procédés de formage incrémentaux comme les procédés d’usinage. Géométrie et trajectoire simples Pas de variation de distance Première étape Procédé « Simple »

4 Page 4 / 13 INTRODUCTION (3/3) Problème et verrous Problème Produire une pièce avec la même précision de tolérancement que pour les procédés d’usinage. Verrous de la modélisation par Éléments Finis Faible surface de contact Temps de calcul / Précision des résultats Modèle EF Temps de calcul Maillage Simplification Résultats Faible surface de contact Maillage Interaction Avoir de bons résultats pour un faible temps CPU Maillage: Type d’élément et nombre d’éléments Simplification

5 Page 5 / 13 SOMMAIRE Modèle Éléments Finis Maillage Réduire le temps de calcul Modèle 3D / résultats expérimentaux Conclusion et perspectives Demandes spécifiques MUST

6 Introduction Modèle EF Modèle/Exp Conclusion Demande Page 6 / 13 Réduction du temps CPU 2 semaines  3 jours MODELE EF (1/2) Maillage La virole est considérée comme solide déformable Différentes études ont conduit à utiliser le maillage suivant : Éléments C3D20 Maillage raffiné sur 1/8 th Pas de différence avec un maillage fin sur la totalité Faible surface de contact Augmentation du temps CPU

7 Introduction Modèle EF Modèle/Exp Conclusion Demande Page 7 / 13 MODELE EF (2/2) Réduire le temps de calcul Le mandrin et le galet sont considérés comme des solides analytiques rigides. Le matériau est un acier faiblement allié Représenté par un comportement élasto-plastique isotrope. Conditions aux limites Modèle EF avec la cinématique réelle Modèle EF avec une autre cinématique Pour 1 ROTATION 1 JOUR Pour 1 ROTATION 1 MINUTE Évite la projection des nœuds

8 Introduction Modèle EF Modèle/Exp Conclusion Demande Page 8 / 13 Modèle EF / Résultats Expérimentaux

9 Introduction Modèle EF Modèle/Exp Conclusion Demande Page 9 / 13 MODELE EF / RESULTATS EXPERIMENTAUX (1/3) Acquisitions des mesures expérimentales et numériques Acquisition du profil Le profil a été mesuré sur une Machine à Mesurer Tridimensionnelle (MMT) Plusieurs points ont été acquis, distribués le profil extérieur et intérieur Acquisition de la force Les mesures ont été obtenues au moyen d’une table Kistler afin acquérir simultanément les forces Fx, Fy et Fz s’exerçant sur le galet. Acquisition numerical Due au maillage non-homogène, l’acquisition des forces et du profil est uniquement pris au niveau de la section raffinée du maillage.

10 Introduction Modèle EF Modèle/Exp Conclusion Demande Page 10 / 13 La figure montre les profils extérieurs et intérieurs issus des : mesures sur la MMT résultats numériques La différence maximale est de 170 µm Y Z MODELE EF / RESULTATS EXPERIMENTAUX (2/3) Profil

11 Introduction Modèle EF Modèle/Exp Conclusion Demande Page 11 / 13 Fy Fx Fz L’erreur commise est de 6% sur l’effort maximum Il y a un décalage Dû à la différence de cinématique TEMPS CPU TROP LONG 3 JOURS sur la grille MUST et sur 8 processeurs MODELE EF / RESULTATS EXPERIMENTAUX (3/3) Effort résultant

12 Introduction Modèle EF Modèle/Exp Conclusion Demande Page 12 / 13 CONCLUSION ET PERSPECTIVES Conclusion Les résultats de cette étude montrent que »la forme quadratique des éléments représente mieux les chargements très localisés, »le coefficient de frottement n’a pas d’influence, »le modèle 3D permet de prédire la géométrie de la pièce ainsi que les efforts avec une bonne corrélation. Perspectives Vérifier la cinématique du galet »Afin d’éviter le décalage sur l’effort du modèle 3D Utiliser un modèle de comportement plus performant »Modèle de comportement Elasto-viscoplastic

13 Introduction Modèle EF Modèle/Exp Conclusion Demande Page 13 / 13 Pouvoir lancer un calcul sur une machine Évite les problèmes de mémoire Augmenter la limite de temps de calcul à 1 semaine Évite la relance du calcul Évite les problèmes liés au partitionnement des résultats DEMANDES SPECIFIQUES MUST

14 MERCI DE VOTRE ATTENTION

15 Introduction Modèle EF Modèle/Exp Conclusion Demande Page 15 / 13 PROCEDES DE MISE EN FORME INCREMENTAUX Repoussage et fluotournage conique Repoussage Fluotournage conique S1 = S0 sin α S1 = S0 Épaisseur

16 Introduction Modèle EF Modèle/Exp Conclusion Demande Page 16 / 13 MATERIAU Comportement élastique Densité (kg.m 3 ) Module de Young (GPa) Coefficient de Poisson Acier doux78002000.3 Comportement plastique  Les paramètres élastique et la courbe de référence sont obtenus par le partenaire industriel. Le matériau est considéré comme : »Homogène and isotropique Critère de Von Mises Ces données sont introduites dans ABAQUS/STANDARD