Academic literature on the topic 'Emboutissage'

La tendance actuelle voulant qu'on allège les véhicules par diminution des épaisseurs des tôles et augmentation des caractéristiques mécaniques, le problème du plissement lors d'une opération d'emboutissage est devenu un problème critique. L'objectif fixé au départ de ce travail, en relation avec les industriels, a été l'analyse des conditions d'apparitions de plis ou de cloques en cours d'emboutissage en recherchant l'influence relative des caractéristiques mécaniques de la tôle, des paramètres géométriques (épaisseur, forme), des paramètres technologiques du procédé (pression de serre-flan, conditions d'interface métal-outil). Pour répondre à ces questions, nous avons choisi dans un premier temps d'utiliser le test YOSHIDA. C'est ainsi que la première partie regroupe les résultats expérimentaux obtenus par moiré-ombre sur huit nuances de tôles allant de la tôle à emboutissage classique à la tôle à très haute résistance ; la cinétique du développement des plis est relevée sur chaque échantillon. Dans la deuxième partie, nous avons fait une étude numérique de l'éprouvette YOSHIDA, par éléments finis de coques en grands déplacements, afin de réaliser une étude paramétrique complète ; on a pu mettre en évidence, entre autres, la très grande sensibilité du plissement à l'épaisseur de la tôle, sa limite élastique et son taux d'anisotropie. Dans la troisième partie, nous avons réalisé des emboutis tronconiques, plus représentatifs des emboutis industriels. Nous avons établi un critère énergétique d'apparition des plis, en comparant, sur un élément de la tôle, l'énergie nécessaire à la formation d'un pli avec le travail des contraintes sur le bord de l'élément lors de la formation du pli. Les flèches critiques obtenues sont en excellente concordance avec les résultats expérimentaux et mettent bien en évidence l'influence de l'épaisseur de la tôle, de ses caractéristiques mécaniques, de l'effort de serre-flan<br>As the present trend is to lighten vehicles by sheet reduction thickness ; tje wrinkling phenomenon during deep drawing process becomes a critical problem with the change of materiel mechanical behaviours ; The first purpose of this research, with industrial relationship, was to observe wrinkling formation during deep drawing operation and to study the relative influence of sheet mechanical properties, geographical parameters (thickness, shape) and technological parameters of process (blank-holder force, metal-tool contact… ) The YOSHIDA buckling test has been chosen to reach this aim. Thus the first part of this research describes the experimental results obtained by a Moire fringe pattern method applied to eight kind of sheet ranging from classical deep drawing steel to high strength steel. The kinematic of the wrinkle development has been recorded for each sample of metal. Th e second part of this work lies with a computer solution of the YOSHIDA buckling test by the finite element method in order to bring up a complete parametric investigation. A large displacement formulation with shell elements has showed hat wrinkling is mainly sheet thickness dependent, yield stress dependent and anisotropic rate dependent. The third part is devoted to a more practical case, a conical flange which is more representative of manufacturing process. An energetic criteria has been developed and tested ; This criteria forecasts wrinkling by comparing the energy needed for the wrinkle rising and the energy available at the edges of the wrinkle during its rising. The predicted critical deflection is an excellent agreement with experimental results. The kind of analysis point out, influence too, influence of sheet thickness, mechanical caracteristics and blank-holder force

L'USIBOR 1500P®, acier au Carbone/Manganèse microallié au bore, est destiné à l'emboutissage à chaud. Cette nuance présente des propriétés particulièrement intéressantes comme l'aptitude à la mise en forme à chaud et les propriétés d'usage à froid après traitement thermique. Les données de formabilité sont primordiales pour prédire la faisabilité de pièces embouties à chaud. Jusqu'à présent, aucune procédure expérimentale ne permettait de déterminer la formabilité à chaud en prenant en compte les conditions spécifiques au procédé. Ce manuscrit présente les travaux qui ont été effectués dans ce domaine. Tout d'abord, un dispositif expérimental pertinent a été développé tout en permettant la variation de nombreux paramètres du procédé. Un très grand nombre d'essais d'emboutissage de type Nakazima et Marciniak a ensuite été réalisé pour différents paramètres du procédé (déplacement, vitesse, frottement et échange thermique) et du flan (température, épaisseur et forme). Le dépouillement et l'analyse de ces essais ont permis de mettre au point une méthodologie basée sur la méthode de Bragard. Cette procédure détermine les déformations limites du matériau à chaud. Pour finir, des essais sur pièces industrielles ont permis de valider cette approche et les données qui ont été obtenues pour de multiples conditions de procédés<br>USIBOR 1500 P® is a coated C-Mn steel which is micro-alloyed with boron. It displays excellent processing properties in hot stamping, both in terms of formability, quenchability and surface protection, and allows to produce part with mechanical properties of the formed part. Formability data of the material is of primary importance to make a decision in terms of feasibility of a given part. Up to now, no experimental procedure is available in the literature to determine the forming limits of hot stamped material, taking into account the specific features of this process. This manuscript reports research work performed to develop and validate such a methodology. First, an efficient experimental set-up which allows to vary all the desired process conditions has been developed. Several hundred Nakazima and Marciniak hot stamping tests have been carried out for various process parameters (stroke, velocity, friction and heat exchange) and blank parameters (temperature, thickness and shape). The third step consisted in developing and validating an analysis scheme to determine the critical strain values based on Bragard's method. Finally, the critical strain values have been confirmed and comparisons with industrial parts for various process conditions have been performed

L’objectif de PSA Peugeot Citroën Automobiles est de disposer d’une simulation numérique robuste de l’opération d’emboutissage capable de prédire correctement la géométrie finale des pièces. Cet outil numérique est destiné par la suite à être utilisé avec un outil de compensation du retour élastique pour proposer une géométrie d’outil optimale. Pour que le modèle de calcul soit apte à prédire correctement l’état de contraintes en fin d’emboutissage, deux ingrédients majeurs doivent être considérés : l’aspect modélisation numérique (éléments finis, modèles de joncs, frottement …) et l’aspect matériel. Des essais de traction uniaxiale ont été réalisés pour déterminer l’anisotropie initiale et la courbe d’écrouissage monotone des tôles. La modélisation du matériau est décrite par un modèle d’écrouissage combiné à 2 ou 4 paramètres cinématiques avec l’utilisation d’un critère de plasticité de Hill 48. Les paramètres de l’écrouissage cinématique sont quant à eux définis via les essais cycliques par flexion. Des essais de cisaillement ont également été réalisés pour comparer les deux techniques d’identification. Dans une seconde partie, nous nous sommes attachés à décrire l’aspect modélisation numérique uniquement sur l’étude des éléments finis coques S3 et DTK12 au sein du logiciel PamStamp 2G V2005. 0. 4. Ces éléments finis ont la particularité de n’avoir aucun degré de liberté en rotation aux nœuds sommets. Un nouvel élément coque quadrangulaire DKS16, ayant des degrés de liberté similaire au triangle DKT12, est également proposé pour la simulation de la mise en forme et le retour élastique des tôles. La validité des modèles (matériaux et éléments finis) développés est évaluée sur des cas académiques comme des pièces en U ou le passage à rouleau grâce à l’utilisation du code de calcul développé à l’INSA de Lyon puis grâce au logiciel PamStamp 2G. Une validation de ces modèles est ensuite menée sur des pièces industrielles avec le logiciel PamStamp 2G<br>The aim of PSA Peugeot Citroën Automobiles is to have a reliable stamping numerical simulation in order to give the final geometry part. Then, this numerical simulation will be used with a springback compensation tool to propose an optimal tool geometry. To a good computation of stress state at the end of the stamping, two points must be considered : the numerical simulation (element type, drawbead, friction ?) and the modeling of the material behaviour. Uniaxial tensile tests are performed to determine initial anisotropy and the hardening curve of the material. The material behaviour is defined by a combined hardening with 2 or 4 kinematics parameters with the use of a Hill 48 yield criterion. The identification of the kinematics parameters is based on a cyclic bending test. Shear test were also used to compare the two identifications methods. In a second part, the shell element S3 (rotation-free) and DKT12 are describe to their implementation on PamStamp 2G V2005. 0. 4. These elements have no rotation degree of freedom on their summits nodes. A new quadrilateral shell element called DKS16 which makes a pair with DKT12 triangle is proposed for the sheet metal forming and springback simulation. The validity of these models (material and element type) are checked on basics tests like U deep drawing or the deformation of a metal strip through rollers with the use of a software developed at INSA de Lyon and then with PamStamp 2G. Finally, models are checked on industrials parts with PamStamp2G

Ce travail est destine a l'etude des phenomenes thermiques en emboutissage et de leur influence sur le procede. A l'aide d'un logiciel d'analyse par elements finis abaqus/standard#t#m, nous avons simule numeriquement un cycle d'emboutissage, avec la prise en compte de deux niveaux de couplages: couplage thermo-mecanique et couplage piece/outillage. L'analyse numerique reproduit bien l'experimentation. Pour la geometrie etudiee, la dissipation plastique est la principale source de l'echauffement du systeme. Le niveau de la contrainte d'ecoulement est, parmi les proprietes physiques de la tole, le facteur preponderant de l'augmentation de temperature lors de l'emboutissage. L'augmentation de temperature dans le procede etudie (expansion + retreint) est favorable a la reussite de l'operation ; mais defavorable dans le cas de l'expansion pure. Le controle de la temperature de l'outillage (echauffement de matrice et/ou refroidissement de poincon) augmente l'emboutissabilite en diminuant la deformation dans la zone critique. Nous avons realise egalement une mesure continue de l'augmentation de temperature de l'outillage sur une ligne de production. Les temperatures d'outillage au debut d'une production en serie augmentent vite avec le nombre de pieces embouties. Puis elles se stabilisent apres une centaine de pieces embouties. Les temperatures stabilisees sont plus elevees que celles obtenues apres un seul cycle. Avec une approche simplifiee, nous avons simule, par la methode des elements finis, cette evolution de la temperature d'outillage

L'amélioration en continu de l'emboutissabilité de ses aciers fait partie intégrante des axes de recherche d'USINOR. Pour ce faire, la diminution du frottement sous le serre-flan apportée par l'utilisation de films secs (dépôt organique à base de polymères ou de cires) à la surface des tôles d'acier est une des voies possibles de progrès. Ce travail de recherche a pour objectif de mieux comprendre les mécanismes d'action tribologique des films secs. Notre substrat d'étude est une tôle électrozinguée. Notre démarche a été de choisir des systèmes modèles (un polyéthylène, un polyéthylène greffé, une résine acrylique et une cire végétale) avec l'objectif d'évaluer dans un premier temps leurs performances tribologiques (essais de frottement sur un tribomètre plan/plan et essais de cup-test). Différents mécanismes de frottement ont été mis en évidence : cisaillement à l'interface zinc/polymère (arasement des rugosités du substrat et transfert important de zinc et de polymère sur les outils), cisaillement dans le volume du polymère avec ou non formation de rouleaux et glissement à l'interface indenteur/polymère. Ces deux derniers mécanismes offrent plusieurs avantages en emboutissage tels que la protection des surfaces et une faible pollution des outils. Des essais complémentaires en température sur un tribomètre pion/plan ont permis de préciser ces mécanismes. Les paramètres - température de transition vitreuse, température de fusion et polarité (c'est-à-dire l'aptitude du polymère à former un film de transfert adhérent sur l'antagoniste) et température de transition ductile- fragile - ont été considérés pour expliquer les comportements observés<br>Continuous improving of the drawability of its steels is part of the USINOR research. The reduction of friction coefficient under the blank holder by the use of organic coatings (polymer films or wax) on steel sheet is one possible way of progress. This study aims to have a better understanding of the mechanisms of the tribological action of organic coatings in deep drawing. The substrate used for the study is a zinc-coated sheet. First, we have chosen model systems (a polyethylene, a grafted polyethylene, an acrylic resin and a vegetal wax) in order to evaluate their tribological properties (friction tests on a flat on flat tribometer and cup tests). Different friction mechanisms have been underlined : shearing at the interface zinc/polymer (flattening of substrate asperities and important amount of zinc and polymer transfer on the tools), shearing in the polymer with or without formation of rolls and sliding at the interface indenter/polymer. These two last mechanisms provide many advantages in deep drawing : protection of the surfaces and reduced pollution of the tools. Temperature tests on a pin on flat tribometer have been carried out to explain these mechanisms. The parameters - glass transition temperature, melting temperature, polarity (that is to say the capabilty of the polymer to form a transfer film with a good adhesion on the counterface) and ductile-brittle transition temperature - have been considered to explain the observed behaviours

Le vrillage est un mode de retour élastique particulier, qui se produit suite à la mise en forme par emboutissage de pièces allongées, à savoir dont une des dimensions est grande devant les deux autres. Le vrillage est caractérisé par la torsion de la pièce autour d’un axe parallèle à la plus grande dimension. D’un point de vue expérimental, le vrillage représente un véritable défi, du fait de la grande dimension, de l’ordre du mètre, des pièces industrielles et de la grande dispersion des valeurs caractéristiques de vrillage obtenues pour un même procédé et un même matériau. En conséquence, l’étude du vrillage en utilisant une échelle réduite sur l’ensemble des dimensions outils et pièce est retenue pour ce travail de thèse, avec un intérêt particulier pour l’influence de l’alignement tôle/outils sur l’intensité du vrillage.L’objectif général de ce travail de thèse est l’étude expérimentale et numérique du vrillage de pièces en forme de U, à partir de flans de longueur 100 mm et d’épaisseur 0,15 mm. Une première partie concerne la caractérisation et modélisation du comportement mécanique du matériau, un acier inoxydable. Des essais mécaniques de traction et cisaillement simple ont été réalisés, avec une mesure locale sans contact du champ de déformation. L’écrouissage ainsi que l’évolution de la pente à la décharge ont été caractérisés, et les paramètres d’un modèle élasto-plastique avec écrouissage mixte et dépendance du module d’Young avec la déformation plastique équivalente ont été identifiés à partir de ces essais.Afin de constituer une base expérimentale sur le vrillage, un dispositif spécifique a été conçu et usiné dans le cadre de cette thèse. Des essais d’emboutissage de flans rectangulaires, de dimensions 100 x 28 mm2, pour atteindre une forme de U de profondeur 7 mm, ont été réalisés. L’alignement de l’éprouvette avec le poinçon et la matrice a été particulièrement contrôlé et deux orientations ont été étudiées : l’éprouvette est soit alignée avec le poinçon, soit désalignée de 2° par rapport à son centre. La forme finale des éprouvettes a été mesurée avec un scanner laser. Le vrillage est caractérisé par le rapport de l’angle entre le fond de deux sections extrêmes sur leur distance respective. Un vrillage de 11°.m-1 a été mesuré pour les éprouvettes désalignées, tandis que pour les éprouvettes alignées, aucun vrillage significatif n’a été obtenu. L’étude des sections transversales de l’éprouvette montre une corrélation entre l’asymétrie du retour élastique causée par l’asymétrie de la géométrie de l’éprouvette, dans le cas désaligné, et le vrillage. Le glissement de l’éprouvette sous le poinçon au cours de l’essai affecte également le vrillage quelque soit l’orientation de l’éprouvette.Finalement, la simulation numérique de la mise en forme d’un flan en forme de U a été effectuée avec le code de calcul Abaqus®. Un solveur explicite est utilisé pour l’étape d’emboutissage et un solveur implicite pour le retour élastique. L’influence de la taille de maillage, ainsi que celle de la loi de comportement du matériau ont été étudiées. Les résultats de la simulation numérique sont alors confrontés aux résultats expérimentaux<br>Twisting of metallic sheets is one particular mode of springback that occurs after drawing of elongated parts, i.e. with one dimension much larger than the two others. Twisting is usually characterized by the disorientation angle between the two end sections which turn around an axis parallel to the greatest dimension. From experimental point of view, twisting is very challenging because a lot of data were obtained on industrial-type parts, with one dimension of the order of the meter. These data are usually very dispersed and with the same process parameters, material and geometry, very different values for the twisting parameter can be obtained. As a consequence, the study of twisting phenomenon by using a reduced scale for all the dimensions of the tools and blank is retained in this work of. The influence of the blank alignment with the tools on the intensity of the twisting parameter was particular investigated.The objective of the thesis is the experimental and numerical study of the twisting of U-shaped part, obtained from stainless steel blanks with a length of 100 mm and thickness of 0.15 mm. The first part relates to the characterization and modeling of the material mechanical behavior. Conventional tests such as tension and simple shear were performed. The kinematic contribution to the hardening and the evolution of the loading-unloading slope with the plastic deformation were carried out. The parameters of an elastic-plastic model based on a mixed hardening and degradation of Young’s modulus with the equivalent plastic strain have been identified from these tests.In order to establish an experimental database for twisting, a dedicated device for drawing U-shaped elongated parts was designed and manufactured. Deep-drawing of rectangular blanks, of dimensions 100 x 28 mm2, to achieve a U-shape rail of 7 mm of depth was performed. Two different orientations of the part with respect to the tools were chosen: either aligned with the tools, or purposefully misaligned by 2°. The geometry of the part after springback was laser scanned. Twisting is characterized by the disorientation angle in-between the two end sections of the part over the distance. Several samples were drawn for each configuration, leading to the conclusion that almost no twisting occurs in the first case whereas a twisting parameter of 11°.m-1 corresponded to the second one. The analysis of the geometry of cross sections has shown a correlation between twisting and asymmetry of springback, like the opening of the U-shaped rail, caused by the asymmetry of the blank in the misaligned case. The sliding of the blank beneath the punch during the process also affects twisting whatever its orientation. Finally, finite element simulation of the drawing process, for the two configurations of the blank, within the explicit framework for drawing and implicit one for springback, were carried out using Abaqus® software. The influences of the mesh size as well as the material behavior law on the intensity of twisting parameter were studied. Numerical predictions were compared with experiments

Dans le processus de formage de tôle, le matériau subit généralement de grandes déformations, des historiques de chargement complexes et son comportement mécanique peut être modélisé par des équations constitutives. Malgré les efforts considérables déployés pour développer des modèles d’écrouissage avancés tenant compte de l'effet de Bauschinger, la fiabilité et l'applicabilité des modèles d’écrouissage développés doivent encore être étudiés, à la fois expérimentalement et théoriquement. Plusieurs types de modèles d’écrouissage sont implantés numériquement dans cette thèse. Ils sont utilisés pour étudier la prévision de l'évolution de la surface de plasticité, ce qui montre qu'une certaine violation apparente de la condition de normalité peut être simulés modèles basés sur la plasticité associée. La deuxième partie porte principalement sur la caractérisation et la discrimination pour la sélection de modèles de matériaux. Premièrement, certains tests de caractérisation, y compris les trajets de chargement complexes, sont effectués pour identifier les paramètres des matériaux, puis le test discriminant de pliage sous tension est conçu pour l’investissement d’un comportement de retour élastique capable de déterminer le meilleur modèle<br>In sheet metal forming process, the material usually undergoes large deformations, complex loading histories and its mechanical behavior can be modeled by constitutive equations. Despite the great efforts paid to develop advanced hardening models considering the Bauschinger effect, the reliability and applicability of the developed hardening models still needs to be investigated, both experimentally and theoretically. In the first part, based on the developed hardening models, some classical and advanced models are selected are implemented by using Euler explicit implementation method. After that, the developed numerical instruments in current work are applied to investigate the prediction of the yield surface evolution, which show that some apparent violation of the normality condition can be simulated using models based on associated plasticity. The second part mainly focuses on characterizing and discriminating for selecting material models. Firstly some characterizations tests including complex loading path are performed to identify material parameters and bending-under-tension discriminant test is built to investing springback behavior that can sort out the best model

Le but de ce travail est de modèliser l'influence de l'anisotropie initiale et induite sur le développement des instabilités plastiques. Le travail est divisé en trois parties : la première partie est une étude bibliographique de la modélisation de l'instabilité plastique, en faisant appel aux critères d'apparition de striction localisée et diffuse. La deuxième partie consacrée à des matériaux ayant une forte anisotropie initiale et dont l'évolution est régie par une loi d'écrouissage isotrope. Cette partie comprend trois étapes : analyse linéarisée de l'instabilité plastique; étude de l'approche Marciniak-Kuczunski combinée à l'effet de rotation; application au zirconium et au titane. Dans la troisième partie, on fait intervenir l'anisotropie induite, modélisée par l'écrouissage cinématique, en tenant compte de l'effet de rotation<br>The intented result of this thesis is to elaborate a model of the influence of the initial and the induced anisotropy onto the development of plastic instabilities during the deep-drawing process. The thesis is divided into three parts : the first part is a summary of biography concerning models of the influence of the plastic instability using structural criteria like localized or diffused necking. The second part is deduced to initial anisotropical hardening law. The solution procedure can be divided into three steps : linearized analysis of the plastic instability; the model of Marciniak-Kuczinski combined with the rotational effects; the application to strongly anisotropic materials (Ti-Zr). The third part considers the induced anisotropy simulated by a kinematic hardening model which also considers the rotational effect