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HAL Id: tel-00722228 https://theses.hal.science/tel-00722228 Submitted on 1 Aug 2012 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Optimisation d’opérations industrielles de pliage par la méthode des éléments finis Virginie Pouzols To cite this version: Virginie Pouzols. Optimisation d’opérations industrielles de pliage par la méthode des éléments finis. Autre. Université de Grenoble, 2011. Français. NNT : 2011GRENA002. tel-00722228 THÈSE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE Spécialité : Génie Mécanique et Matériaux Arrêté ministériel : 7 août 2006 Présentée par Virginie POUZOLS Thèse codirigée par Pascale BALLAND et Laurent TABOUROT préparée au sein du Laboratoire SYMME dans l'École Doctorale SISEO Optimisation d’opérations industrielles de pliage par la méthode des éléments finis Thèse soutenue publiquement le 21 Janvier 2011, devant le jury composé de : M Pierre VACHER Professeur Université de Savoie, Président M Pierre-Yves MANACH Professeur Université de Bretagne-Sud, Rapporteur M Tudor BALAN Maître de Conférences HDR Arts et Métiers Paristech Metz, Rapporteur M Philippe DAL SANTO PRAG HDR Arts et Métiers Paristech Angers, Examinateur M Hervé LOUCHE Professeur Université de Montpellier II, Examinateur M Frédéric BAISSE Responsable simulation A.Raymond SARL, Examinateur Mme Pascale BALLAND Maître de Conférences Université de Savoie, Co-directeur de thèse M Laurent TABOUROT Professeur Université de Savoie, Co-directeur de thèse « La science ? Après tout, qu’est-elle, sinon une longue et systématique curiosité ? » André Maurois (1885-1967) 3 Résumé Le pliage est un procédé a priori élémentaire de mise en forme des tôles métalliques. La complexité des pièces techniques actuelles rend cependant pointues les opérations de pliage industriel. Le retour élastique apparaissant sur les pièces complexes après retrait des outils ne peut plus être anticipé simplement. Le problème posé est alors typique en mécanique : trouver la géométrie finale du flan en fonction des conditions aux limites imposées en forces et déplacements. Formellement, cela revient à résoudre un système d'équations différentielles dépendant du temps et des variables d'espace dont les conditions initiales sont données par les conditions aux frontières du volume. Le modèle de plasticité choisi pour le matériau et son identification sont déterminants pour la qualité de la solution. On réduit dans la mesure du possible la complexité du problème général par des hypothèses simplificatrices. L'intégration des équations réduites s'effectue alors analytiquement ou par une intégration numérique simplifiée. Toutefois les hypothèses nécessaires sont ici trop réductrices et limitent l'application à des cas d'école. Le pliage industriel ne peut finalement être modélisé qu'avec un code éléments finis. Celui-ci reproduit les phénomènes rencontrés lors d'un pliage industriel : courbure anticlastique, décalage de la fibre neutre, estampage… Une discussion est menée pour voir sous quelles conditions une simulation 2D diminuant les temps de calculs s'applique. Ces modèles fiabilisés sont utilisés couplés avec des méthodes d'analyses modales des défauts de forme pour optimiser les outillages. Mots-clés : Pliage, caractérisation, méthode des éléments finis, optimisation 4 5 Abstract Apparently, bending seems to be a basic sheet metal forming process. Nevertheless, the current technical part complexity implies accurate industrial bending processes. Springback phenomenon which occurs in complex parts upon tools removal can’t be easily predicted. This problem is typical in mechanics: to find the right blank geometry depending on the boundary conditions imposed in terms of efforts and displacements. It means solving differential equations in regard with time and space variables, whose initial conditions are given by the volume boundary conditions. The chosen plasticity model and its identification are crucial for the quality of the solution. The general problem complexity is reduced as much as possible thanks to simplifying assumptions. The reduced equations integration is performed in an analytical way or thanks to a simplified numerical integration. However, the needed assumptions are too restrictive and the implementation is reduced to textbook cases. Industrial bending process can only be modelled by finite element code. The latter reproduces phenomena encountered during industrial bending processes: anticlastic curvature, neutral layer shifting, coining… A discussion is conducted to find out in which conditions a 2D simulation, that allows shorter calculation time, can be applied. These reliable models are used coupled with modal analysis methods of form errors to optimize tools. Key words: Bending, characterization, finite element method, optimization 6 7 Remerciements Ce travail de thèse a été effectué dans le cadre d’un contrat CIFRE accordé par l’Agence Nationale de la Recherche et de la Technologie. Ce contrat a été conclu entre l’entreprise A.Raymond S.A.R.L. et le laboratoire SYstèmes et Matériaux pour la Mécatronique. Je tiens, dans un premier temps, à remercier Bernard Houte, Directeur Général d’A.Raymond S.A.R.L., de m’avoir accueillie au sein de son établissement. J’exprime toute ma gratitude à mes responsables de thèse. Je remercie mes directeurs de thèse, Pascale Balland, Maître de conférences à l’Université de Savoie et Laurent Tabourot, Professeur à l’Université de Savoie, pour m’avoir guidée dans la démarche scientifique de ce projet et pour le soutien et la confiance qu’ils m’ont accordés. Mes remerciements s’adressent également à mon encadrant industriel, Frédéric Baisse, pour m’avoir renouvelé sa confiance suite au stage de Master 2 et pour ses conseils avisés. Je remercie Pierre-Yves Manach, Professeur à l’Université de Bretagne-Sud, et Tudor Balan, Maître de Conférences HDR au centre de Metz des Arts et Métiers Paristech, pour la qualité de leur rapport et leurs remarques enrichissantes. Je tiens à remercier Pierre Vacher, Professeur à l’Université de Savoie, d’avoir accepté de présider ce jury de thèse. Je remercie également Philippe Dal Santo, Professeur Agrégé HDR au centre d’Angers des Arts et Métiers Paristech, et Hervé Louche, Professeur à l’Université de Montpellier II, pour avoir examiné ce travail. J’adresse mes sincères remerciements à Hugues Favrelière, ancien doctorant du SYMME, pour son aide précieuse dans l’exploitation des mesures des bagues. Je remercie tous les membres du laboratoire SYMME pour leur accueil et leur sympathie lors des mes séjours à Annecy. Un grand merci à Awa, Jihène, Barbara et Fabien pour leur soutien, le partage de leur expérience de thésard et leur amitié. J’ai eu la chance de collaborer avec de nombreuses personnes appartenant à différents services de l’entreprise A.Raymond (bureau d’études produits et outillages, qualité, pool) et je les remercie chaleureusement de m’avoir consacré du temps et d’avoir participé à ce projet. Merci à Delphine, Jimmy, Sylvain, J.-D., Nicolas Dabe et Francis Sageot. Enfin, j’exprime ma profonde reconnaissance à ma famille et mes amis (Nico, Emilie, Gaëlle, Sophie Mathieu, Sophie Morel, Irina et Géraldine) pour leur soutien quotidien et leurs encouragements. 8 9 10 Table des matières Résumé.................................................................................................................................................... 4 Abstract ................................................................................................................................................... 6 Remerciements........................................................................................................................................ 8 Table des matières................................................................................................................................. 10 Liste des figures .................................................................................................................................... 14 Liste des tableaux.................................................................................................................................. 18 Introduction générale............................................................................................................................. 20 Chapitre 1 Analyse de l’existant ........................................................................................................... 24 1 Typologie et vocabulaire du pliage................................................................................................ 24 2 Synoptique de fabrication des pièces métal chez A.Raymond....................................................... 27 2.1 Réception lot matière.............................................................................................................. 29 2.2 Déroulage de la bobine et redressage ..................................................................................... 31 2.3 Perçage et pilotage.................................................................................................................. 31 2.4 Découpage et conformation sous presse................................................................................. 31 2.4.1 Les presses à arcades....................................................................................................... 31 2.4.2 Les presses à coulisseaux multiples ................................................................................ 33 2.5 Après la sortie de la presse ..................................................................................................... 33 3 La conception d’outillage au BEO d’A.Raymond ......................................................................... 34 4 Identification des points critiques de la chaîne de valeur par l’AMDEC....................................... 36 5 Piste de solution choisie : la simulation numérique....................................................................... 41 6 Présentation du cas industriel traité dans ce travail ....................................................................... 43 7 Conclusion ..................................................................................................................................... 46 Chapitre 2 Comportement des bagues anti-fluage en pliage et caractérisation fine des matériaux....... 48 1 Campagne de mesure des bagues anti-fluage................................................................................. 48 1.1 Description des mesures effectuées........................................................................................ 48 1.2 Résultats de la campagne de mesure....................................................................................... 51 1.3 Mesurage des bagues par la MMT avec palpeur .................................................................... 52 1.4 Exploitation des données de la MMT avec palpeur : la Décomposition Modale Discrète (DMD) .......................................................................................................................................... 54 1.4.1 Nombre de points de mesure minimum........................................................................... 55 1.4.2 Construction de la base modale de l’élément géométrique nominal............................... 56 1.4.3 Association du nuage de points de mesure à un élément géométrique idéal................... 57 1.4.4 Décomposition modale discrète ...................................................................................... 58 1.4.5 Exploitation des résultats................................................................................................. 58 2 Modélisation du comportement mécanique du matériau ............................................................... 61 2.1 Données sur l’essai de traction uniaxiale................................................................................ 63 2.1.1 Description du dispositif expérimental............................................................................ 63 2.1.2 Déformations et contraintes de l’essai de traction........................................................... 65 2.1.3 Apport de la corrélation d’images................................................................................... 67 2.2 Exploitation des résultats........................................................................................................ 69 2.2.1 Identification des paramètres de la zone élastique .......................................................... 69 2.2.2 Evolution du module d’Young avec la déformation plastique........................................ 73 2.2.3 Identification de la limite élastique Re............................................................................ 76 2.2.4 Ecrouissage isotrope........................................................................................................ 77 2.2.5 Critères de plasticité........................................................................................................ 77 2.2.6 Sensibilité de l’écoulement à la vitesse de déformation.................................................. 80 3 Conclusion ..................................................................................................................................... 81 Chapitre 3 Analyse des mécanismes induits par le pliage..................................................................... 84 1 Modèle analytique dans le cas (R/e)>4.......................................................................................... 85 1.1 uploads/Industriel/ pouzols-2011-archivage.pdf