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Le 20 juin 2016

Influence de la Modélisation du Process sur les Résultats de Retour Elastique

Ces dernières années, des matériaux modernes tels que les aciers à haute limite élastique et l’aluminium ont été de plus en plus utilisés dans la production de pièces automobiles embouties. Etant donné que les pièces embouties fabriquées à partir de ces matériaux sont plus affectées par le retour élastique que les pièces fabriquées à partir d’aciers conventionnels, le retour élastique et la compensation du retour élastique sont devenus des sujets sensibles dans l’industrie automobile. Afin de répondre à ces nouveaux défis et d’obtenir une simulation précise du retour élastique, une modélisation précise du process est indispensable.

Mise en données de la Simulation et Résultats du Retour Elastique

Analyse du retour élastique sur un renfort de pied avant. La plus grande partie de la géométrie de la pièce est formée au cours de la première opération appelée emboutissage. Après avoir détouré les bords et percé les trous, la pièce a presque sa forme finale. Au cours de la dernière opération, le bord au bas de la pièce est relevé. L’image 1 montre la pièce après chaque étape de process. De gauche à droite : le flan initial, la tôle après la première passe, la tôle après le détourage et le poinçonnage, et la pièce finale après le relevage.

Différentes étapes de process de la tôle : flan, emboutissage, détourage et poinçonnage, relevage.

Image 1 : Différentes étapes de process de la tôle : flan, emboutissage, détourage et poinçonnage, relevage.

Le process décrit dans l’Image 1 peut être simulé en utilisant deux types de mises en données différentes, A et B, détaillées ci-dessous. L’Image 2 montre les résultats de la simulation du retour élastique à partir des deux mises en données. Après une analyse du retour élastique sans contrainte, les valeurs affichées montrent les déplacements dans la direction normale. Quelle peut être la raison de la différence des valeurs du retour élastique entre les deux simulations ?

Résultats de retour élastique à partir des mises en données A et B.

Image 2 : Résultats de retour élastique à partir des mises en données A et B.

Modélisation du Process de Formage

Une simulation précise du process de formage complet inclut l’emboutissage et les opérations secondaires ainsi que le retour élastique. La position initiale des outils est représentée sur l’Image 3. La première opération, l’emboutissage, est réalisée : emboutissage simple effet avec un serre-flan à double courbure. Un jonc segmenté à géométrie variable contrôle le flux matière. L’opération d’emboutissage est identique pour les deux simulations A et B, cependant les opérations secondaires sont simulées différemment.

Modélisation de l’opération d’emboutissage.

Image 3 : Modélisation de l’opération d’emboutissage.

Process de Formage avec la mise en données A

L’Image 4 représente les étapes d’emboutissage, détourage, relevage et retour élastique. Une fois la mise en données réalisée comme expliqué plus haut, tous les contours de détourage et poinçonnage sont définis sur la pièce. Au cours de la simulation, les éléments à l’intérieur du contour de poinçonnage et à l’extérieur du contour de détourage sont simplement supprimés. Cette approche est très classique dans la simulation d’emboutissage. Afin de simuler une opération de relevage et d’éviter toute courbure inopportune de la pièce, la tôle est fixée. La zone plate du dessus de la pièce est retenue par un outil plat. A la fin du process, la pièce est libérée de tous les outils et fixations, puis un retour élastique sans contrainte est appliqué.

Process de formage avec la mise en donnée A.

Image 4 : Process de formage avec la mise en donnée A.

Process de Formage avec la mise en données B

Sur l’Image 5, la mise en données de la simulation est identique au montage sur presse. Les cinq étapes représentent l’emboutissage, le détourage segmenté T30, le détourage segmenté T40, le relevage et le retour élastique. Cette représentation précise du process correspond au cycle de simulation complet. Une fois la mise en données de l’emboutissage réalisée comme expliqué plus haut, le détourage et le poinçonnage sont divisés en deux opérations. En pratique, le process de détourage est segmenté afin de pouvoir mettre au rebus la partie détourée. Si le bord entier était détouré en une seule opération, il serait impossible d’enlever la matière à mettre au rebus pendant la fabrication automatique. Au cours du détourage et du poinçonnage, un effort important est appliqué pour séparer la tôle. De ce fait, la tôle doit être impérativement bien fixée afin d’éviter tout mouvement ou formage involontaire. Les deuxième et troisième figures de l’Image 5 ci-dessous montrent comment le fond mobile et la matrice suivent la géométrie de la pièce. Au cours de l’opération de relevage, la pièce est également totalement fixée afin d’éviter tout mouvement ou formage involontaire. La dernière étape de la simulation est la libération de la pièce de tous les outils et fixations, puis enfin l’application du retour élastique sans contrainte.

Process de formage avec la mise en données B.

Image 5 : Process de formage avec la mise en données B.

Comparaison des Mises en Données des Process de Formage

Les résultats de retour élastique présentés dans l’Image 2 montrent des différences basées sur les mises en données des simulations. La principale différence entre les mises en données A et B est la cinématique de l’outil des opérations secondaires. Une cause potentielle de cette différence de résultat pourrait être une déformation plastique qui intervient à la fermeture de l’outil au cours des opérations de détourage T30 et T40. Afin de déterminer si une déformation plastique a eu lieu au cours de la fermeture de l’outil, le taux de déformation plastique est analysé. L’Image 6 montre le taux de déformation plastique au cours de la fermeture de l’outil dans l’opération T30. Le taux de déformation plastique est non seulement analysé au milieu de la tôle mais aussi sur les faces supérieure et inférieure de la tôle. La figure du milieu, qui représente la fibre moyenne, ne montre que très peu de déformation plastique, alors que les faces supérieure et inférieure montrent un taux de déformation plastique plus important au niveau du rayon. Cette déformation dans l’épaisseur indique des déformations d’écrouissage au niveau de ces rayons. En général, les déformations de cintrage élasto-plastiques entraînent une déviation de la géométrie perceptible après un retour élastique. Le retour élastique causé par une petite déformation de cintrage à la fermeture de l’outil n’apparaît qu’avec la mise en données B. Avec la mise en données A, la fermeture des outils au cours des opérations secondaires n’est pas simulée. De ce fait, ces effets du retour élastique n’apparaissent pas dans les résultats de simulation.

Taux de déformation plastique à la fermeture de l’outil au cours de l’opération T30.

Image 6 : Taux de déformation plastique à la fermeture de l’outil au cours de l’opération T30.

Conclusion

Pour résumer, afin d’obtenir des résultats de retour élastique fiables, il est nécessaire de considérer des conditions de process correctes ; la mise en données process doit être étudiée avec attention et décrite correctement dans la simulation. Les résultats précis de retour élastique dépendent d’une modélisation adéquate de process car elle peut énormément influencer les résultats.

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