Texte TP Mise en Formeezez

8/17/2019 Texte TP Mise en Formeezez

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Travaux pratiques

Matière : Procédés de Mise en forme des matériaux Classe : 2AGM

ARIDHI AbderrahmaneMABROUKI Tarek

Edition 2015-2016


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Table des matières

1. OBJECTIFS ET TACHES ............................................................................................................... 3

2.

EVALUATION ................................................................................................................................... 3

3. ORGANISATION ET DEPOT DU COMPTE RENDU ................................................................ 3

4. OPERATION DE FORGEAGE A FROID ..................................................................................... 4

4.1. OBJECTIFS....................................................................................................................................... 4

4.2. DEMARRAGE AVEC ABAQUS CAE (CAS DE L’EXEMPLE DU FORGEAGE) ................. 4

4.2.1. INTRODUCTION ...................................................................................................................................................... 4 4.2.2. MODULE PART ............................................................ ................................................................. ........................ 5 4.2.3. MODULE PROPERTY ..................................................... ................................................................. ........................ 7 4.2.4. MODULE ASSEMBLY ................................................................................................ .............................................. 9 4.2.5. MODULE STEP.................................................................................................................................................... 11 4.2.6.

MODULE INTERACTION .................................................................................................................. ...................... 12

4.2.7. MODULE LOAD ............................................................ ................................................................. ...................... 13 4.2.8. MODULE MESH .................................................................................................................................................. 13 4.2.9. MODULE JOB ..................................................................................................................... ................................. 15 4.2.10. EXPLOITATION DES RESULTATS .......................................................................................................................... 16 4.2.11. REPRISE IMPLICITE POUR SIMULER LE RETOUR ELASTIQUE DE LA BARRE ........................................... .............. 16 4.2.12. INTRODUCTION .................................................................................................................................................... 16 4.2.13. METHODOLOGIE .................................................................................................................................................. 16 4.2.14. EXPLOITATION DU CALCUL IMPLICIT .............................................................................................. ...................... 17

5. AUTRES OPERATIONS DE MISE EN FORME ....................................................................... 18

5.1. OPERATION DE LAMINAGE ...................................................................................................... 18

5.2.

PLIAGE EN V (LE PLIAGE EN FRAPPE) ................................................................................. 18

5.3. TREFILAGE D’UN FIL RECTANGULAIRE .............................................................................. 18

5.4. PLIAGE PAR CAMBRAGE EN « U »......................................................................................... 19

5.5. PLIAGE EN L’AIR .......................................................................................................................... 20


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1. Objectifs et tachesIl s’agit d’élaborer des modèles numériques simulant la mise en forme de deux procédés (sous Abaqus dans le cas d’une représentation géométrique bidimensionnelle en déformationplane) :

1er procédé : réalisation d’une opération de forgeage à froid (nécessaire pour la prise en main

du logiciel)

2ème procédé : vous devez choisir un seul procédé à étudier parmi la liste suivante :Laminage à froid ou pliage en V ou tréfilage d’un fil rectangulaire ou pliage en U ou pliage enl’air .

2. Evaluation

A l’issue de votre étude, chaque binôme est censé remettre un compte rendu global. Cedernier doit contenir les étapes adoptées à l’achèvement du mini-projet. La notation tiendracompte de la qualité du compte rendu, l’organisation générale (paragraphes équilibrés, annexes,...).

En conclusion, une réflexion sur l’intérêt industriel (humain, managérial, technique, …) de lasimulation numérique appliquée à la mise en forme des matériaux doit être présentée.

3. Organisation et dépôt du compte rendu

Vous déposerez vos comptes rendus de TP en les envoyant (compressés) par email (un seulenvoie par binôme) à l’adresse :

[email protected]

Vous disposez que de deux jours après la dernière séance du TP pour rendre ceux-ci. Laremise en retard est impossible, vérifiez bien la date limite fixée par le professeurcorrespondant à votre groupe. Si une fois la date limite passée et vous n'avez toujours pasrendu votre travail, il faudra alors prendre contact avec votre enseignant et justifier ce retard.Le délai que nous vous accordons étant largement suffisant, une diminution de la note sera

appliquée dans tous les cas.

Les règles suivantes sont INDISCUTABLES:

UN SEUL dépôt de fichier est autorisé. L’archive contient (le compte rendu en pdf + le fichier inp). la règle de nommage de vos comptes rendus doit être :

"2AGM ?_nom1_nom2.zip/.pdf" pour un binôme

Le non respect de chacune de ces règles entrainera une baisse de la note de 3 points pour

chaque règle non respectée.

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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4. Opération de forgeage à froid

4.1. Objectifs

Le modèle à élaborer servira à simuler une opération de forgeage à froid d’une barre sanschauffage préalable. Pour se faire, nous exploitons le code commercial EF Abaqus.Dans cette étude, une barre de longueur L=30 mm , d’épaisseur h = 6 mm et de largeur 2a=10mm est mise en forme par compression sur un support à l’aide d’une presse (Figure dessous).L’objectif de l’étude est de parvenir à prédire les distributions des contraintes et desdéformations au sein de la barre dans le cas du rétrécissement de son hauteur H d’une valeurde 1,5 mm . Aussi, il est question d’évaluer l’influence du frottement entre pièce et outillage.Une détermination de la force de forgeage de la presse et son évolution au cours du processdoit être explicitée. Le retour élastique sera aussi mis en exergue.

Représentation géométrique bidimensionnelle en déformation plane d’une opération de forgeage

4.2. Démarrage avec Abaqus cae (cas de l’exemple duforgeage)

4.2.1. Introduction

-Avant de démarrer Abaqus, il est fortement conseillé de lire le document de présentationd’ABAQUS CAE : Mode Emploi Abaqus.pdf .

H= 6

2a = 10 mm3

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Pièce

Support

Presse


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- Avant de commencer l’élaboration de votre modèle, choisissez un système d’unité.Exemple : Longueur (mm), Masse (g), Temps (ms), etc. Cela induira automatiquement lesunités de : la Force (N), la Pression (MPa), l’Energie (mJ), etc.

-Cliquer sur « with Standard/explicit Model »

Pour la réalisation de la mise en données de votre problème, il est conseillé de passer defaçon ordonnée dans les modules :

Part

Property

Assembly

Step

Interaction

Load

Mesh

Job (pour lancer le calcul).

4.2.2. Module PART

(ici création des modèles géométriques : pièce, outil-presse et support) aller dans menu principal, Part / Create : Piece/


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Cliquer sur puis cliquer sur

-Par analogie à la méthodologie de la création de la pièce CREER deux « parts » pour lepoinçon de la presse et pour le support (les 2 rigides) de type « Analytical rigid »


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Cliquer sur puis cliquer sur

4.2.3. Module Property

Définition des caractéristiques de la matière à forger, alliage d’aluminium (2024)) :-Masse volumique = 2700 Kg/m3, E=73GPa, coefficient de poisson = 0,3-Comportement Elasto-plastique de type Johnson-Cook (1983)) :

σeq = A + B . εeqn Avec A = 352 MPa, B = 440 MPa et n = 0,42

Alliage-MAT


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Pour le corps rigide (plateau supérieur affecter au point de référence une masse (pour desconsidérations numériques seulement, elle n’a aucun sens physique). Pour cela aller dansspecial/inertia et mettre 0.001 (vor figure dessous :

Création de la section (shell, membrane, etc.) :

Cliquer sur continue et affecter à cette section le matériau « Alliage-MAT » définitprécédemment.


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Dans Tools aller dans Assign pour assigner la section-Al à la part pièce (en cliquant sur lapièce)

Aller dans « tools » et choisir pour le poinçon (dit aussi plateau-presse) un point de référence.En effet, il est considéré comme étant un corps rigide. Faire de même pour le support.

4.2.4. Module Assembly

(Assemblage des parts) Aller dans Assembly / instance / create


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Cliquer sur les trois parts ensemble et valider la sélection.

Aller dans Assembly / Instance et l’aide des options de translation, positionner correctementl’assemblage comme suit :

Attention : ENREGISTREZ VOTRE TRAVAIL :exemple : TP-Forgeage.cae


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4.2.5. Module STEP Aller dans le module « step » et créer deux étapes de calcul : Step-forgeage et Step-retour

TP-Forgeage


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4.2.6. Module InteractionCréer une propriété de contact de type Coulomb avec = 0.1

Aller dans interaction et créer une interaction : « Int-plat-sup-piece »

Définir le contact entre le plateau sup (poinçon) et la pièce ainsi que le plateau inferieur et lapièce.


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4.2.7. Module LOAD

Aller dans « BC » (Boundary conditions) et créer les conditions aux limites sur les points deréférence (support encastré et plateau sup en translation seulement). Aller dans « Load » Créer la vitesse du plateau supérieur (poinçon) de -1.5 mm/ms (valablependant le temps de step-1-forgeage de 1ms).

4.2.8. Module MESH

Dans ce module cliquer sur part (voir figure dessus) pour pouvoir mailler seulement la partpièce.

Aller dans : Mesh/ Seed /Edges / By number/ cliquer sur la pièce et subdiviser les cotes enéléments de cotes 0.5 mm (la largeur de 10 mm est subdivisée en 20 éléments et l’épaisseur6 en 12 éléments).


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1.

Dans ce même module : Aller dans mesh puis control et choisir un maillage structuré (fig.dessous) :

Dans mesh aller aussi dans « element type » (voir figure dessous) :


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Remarque : l’élément CPE4R : élément- fini à 4 nœuds et 1 seul point d’intégration Dans mesh aller dans region pour obtenir un maillage similaire à la figure dessous :

4.2.9. Module JOB-Aller dans le module Job, donner un nom à votre programme :/create/ name Job : Job-RPP-exp /Modele-RPP-exp/ puis lancer le calcul (submit)


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4.2.10. Exploitation des résultats

a- Pour le modèle établi, explorer les différentes icônes de visualisation des résultats(contraintes, déformations de la pièce, etc.).

b- Comparer les valeurs de la force de forgeage moyenneF f

et des contraintes trouvéesnumériquement selon x et y avec celles calculées à partir de l’étude théorique :

= 2

1 − 2

Pour ≥ 0 on a ∶ = −22 −

et = 2 1 − 2 −

Avec = 0 3 Évaluer sous formes graphiques les différences et commenter vos résultats.

c- Etudier l’effet de la variation du coefficient de frottement (cas µ= 0 / 0,1 / 0,2 ) sur :i ) l’effort de forgeage i i) les évolutions des contraintes et des déformations plastiques au cours del’opération de forgeage i i i) Interpréter les résultats obtenus : déformée, répartitions des contraintes et dedéformation plastique.

4.2.11. Reprise implicite pour simuler le retour élastique de la barre

4.2.12. Introduction

Il est à noter que dans notre démarche, le calcul de la mise en forme de la barre est explicitetandis que le retour élastique est de type implicit. Deux approches sont utiliséessuccessivement :- un code dynamique explicite : avec une gestion surfacique du contact pour la mise en forme

- un code quasi-statique implicite : pour le calcul du retour élastique proprement dit ; ce, afind'éviter les oscillations.

Les résultats (déplacements, efforts, contraintes, déformations) de la mise en forme serventde valeurs initiales pour le code implicite.

Nota : pour éviter tout déplacement de corps rigide, certains nœuds sont bloqués dans lecalcul implicit.

4.2.13. Méthodologie

-Enregistrer votre modèle « TP-Forgeage.cae » aller dans le menu principal et-Copier le modèle « Modele-RPP-exp » en un modèle nommé « Modele-RPP-imp »


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-Dans ce dernier modèle, supprimer tout les contacts de la tôle avec les plateaux (Interactions,propriétés du contact, BCs, etc.) de même que les steps puis les instances des plateaux.-Créer un step implicite (Standard) de nom : Spring-Back :

Aller dans :-Mesh / Element type / Standard / vérifier (ou imposer) l’élément CPE4R.

-le module Load. - Predefined Field / Step initial / Other / Initial State / Continue / Cliquersur l’instance de la piece / Done- Job Name : Job-RPP-exp- cocher : Update.

Pour tester avant calcul : Mesh / Element type message d’avertissement… Créer un nouveau job : Job-RPP-imp et lancer ce calcul puis visualiser les résultats.

4.2.14. Exploitation du calcul implicit

Dans les cas d’un modèle RPP: -évaluer le retour élastique selon x et y par rapport à l’état final de l’opération de forgeageen calcul explicit-décrire les états des contraintes résiduelles (internes) selon x et y ainsi que l’état de ladéformation plastique.-Interpréter les résultats obtenus.


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5. Autres opérations de mise en forme

Le matériau à mettre en forme est l’alliage d’aluminium A2024. Le coefficient de frottementest fixé à 0.1.

5.1. Opération de laminage

La figure dessous illustre le procédé de laminage où une tôle est engagée entre les deux cylindrestournant en sens inverse. La tôle d’épaisseur h1=3mm doit pouvoir s’engager entre les cylindresoù elle sera déformée en compression pour ressortir à une épaisseur h2=2mm correspondant à l’ajustement du jeu entre les cylindres.

- Elaborer un modèle correspond à cette opération en choisissant un diamètre decylindre D1=D2=20 mm

- Déterminer l’effort moyen appliqué par les cylindres- Simuler le retour élastique- Analyser le champ des contraintes du produit fini

- Etudier l’effet de cylindres de diamètres 2*D1 sur l’opération du laminage

5.2. Pliage en V (Le pliage en frappe)

Il s’agit de plier la tôle en forme de « V » en imprimant une force importante dans la pièce.L’angle du poinçon et de la matrice sont égaux à l’angle à obtenir. Cette méthode est réservéeà des tôles d’épaisseurs inférieures à 2 mm.

- Elaborer un modèle correspond à cette opération en respectant les paramètresgéométriques donnés sur la figure ci-dessous (choisir par exemple des élémentscoque (S4R)).

- Simuler le retour élastique- Est-ce que ce modèle permettra de prévoir une tôle pliée avec un angle de

80°±0.3° ? justifier votre réponse. Proposer une solution sans le cas infirmatif.

5.3. Tréfilage d’un fil rectangulaire Le problème posé concerne l’étudier d’une opération de tréfilage. Il s’agit de réduire à froidla section d’un fil métallique par traction mécanique. Initialement, la section de ce fil est


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rectangulaire de hauteur, h1 et de largeur, L. Après mise en forme, la section du produit final estaussi supposée une section rectangulaire mais de hauteur, h2, tout en conservant la mêmelargeur initiale, L. Cette opération de tréfilage est assurée via le passage du fil métallique autravers d’une filière caractérisée par une dépouille d’angle α et qui est abondamment lubrifiée afinde garantir un bon état de la surface finale du fil. On suppose que le fil métallique à tréfiler estentrainé par une vitesse de défilement, Vd = 2 m/s et que α = 6°, h1 = 10 mm, h2 = 5 mm, L=10mm,

- Elaborer un modèle correspond à cette opération en respectant les paramètresgéométriques donnés sur la figure ci-dessous.

- Simuler le retour élastique- Analyser le champ des contraintes du produit final- Déterminer la puissance utile pour réaliser cette opération

5.4. Pliage par cambrage en « U »

Le principe est voisin de celui du pliage en vé. Seuls les outils (poinçons et matrices serontdifférents). Dans l’exemple qui suit, une tôle initialement plane, d’épaisseur 0,80 mm et delargeur 5 mm, est mise sous la forme « U » à l’aide de trois outils : le poinçon qui se déplace

verticalement de 70 mm ainsi que la matrice et le serre flan qui restent fixes. Pour des raisonsde symétrie, seule une partie de la structure est modélisée.

- Maillages : - (éléments S4R) seul un quart de la structure est étudié du fait des deuxsymétries ;

- Outillage : - effort de serrage du serre flan = 175 N (moitié modèle) ;- jeu de 1 mm entre poinçon et matrice (voir figure suivante).- vitesse de descente du poinçon : 5 m/s ;

h 1

h 2

Vd

C

D

B

A

F il ièreF il métal l ique

De section rectangulair e


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- Elaborer un modèle correspond à cette opération en respectant les paramètres géométriquesdonnés sur la figure ci-dessous.

- Simuler le retour élastique- Proposer une solution pour minimiser les défauts géométriques

5.5. Pliage en l’air

- Elaborer un modèle correspondant à une opération de pliage d’une tôle d’épaisseur 1 mm enrespectant les paramètres géométriques donnés sur la figure ci-dessous.

- Simuler le retour élastique- Chercher les paramètres influençant la forme finale de la tôle pliée

Entamer une étude paramétrique permettant de respecter un angle d’ouverture de =100°80°±1°

D=30 mm

100 mm

35 mm

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