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AVERTISSEMENT Ce document est le fruit d'un long travail approuvé par le jury de soutenance et mis à disposition de l'ensemble de la communauté universitaire élargie. Il est soumis à la propriété intellectuelle de l'auteur. Ceci implique une obligation de citation et de référencement lors de l’utilisation de ce document. D'autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite encourt une poursuite pénale. Contact : ddoc-theses-contact@univ-lorraine.fr LIENS Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 122. 4 Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10 http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm "adAst--È';,a 'tgrxroflo{r I S1t-l z 3:- l) 3 THESE pnÉselrrnn poLJR L'oBTENTIoN DE cRADE DE POCTEUR DE L'UNTVERSITÉ DE nngTa EN SCIENCES (arrêté ministériel du 30 mars I99Z) MENTION: SCIENCES DE L'INCÉXMUN INTITULÉ : TT,TÉcANIQUE par Mahmoud SAHI CONTRIBUTION A LA SIMULATION ANALYTIQUE ET PHYSIQUE DU FORGEAGE pnÉcrs : aPPLTcATIoN À r,'ÉraBoRATIoN DE prcNoNS sourENuE LEz}oÉcEvtBRE rgg5 DEVANT LE JrJRy coMposÉ oE : l- "T*i ; ' l t It d;r MM. ARONR. BULABOIS J. COURANITR. FELDERE. GILORMINI P. HERBACHR. MOLINARI A. BIBLIOTHEOUE UNIVERSITAIRE DE METZ I ltill ililt llil illlt llltl l||ll il1il lillt tiill ililt tlll lill 022 4205s4 0 Rapporteur Pré sident rpporteur g^rb ?xÎ THESE pnÉsnlrrÉe pouR L'oBTENTIoN DE GRADE DE DOCTEUR DE L'UNIVERSITÉ DE METZ EN SCIENCES (arrêté ministériel du 30 mars 1992) MENTION : SCIENCES DE L'INGÉNIEUR rNTrruLÉ : vtÉcRNIQUE par Mahmoud SAHI BTELIOTHEQUI UNIV hhtSITAIRE - -MErZ N'inv )gsçofts Co{€ slg ssfn Loc YtEp;^ CONTRIBUTION A LA SIMULATION FoRcEAcB pnÉcrs : APPLICATIoN ANALYTIQUE ET PHYSIQUE DU À r,'ÉlnBoRATIoN DE PIGNONS sourENUE Lu2loÉcs,rraeRE 1995 DEVANT LE JURy coMposÉ os : MM. ARONR. BULABOIS J. COURANTR. FELDERE. GILORMINI P. HERBACHR. MOLINARI A. OUDIN J. RAHOUADJ R. REZELD. SAANOUNI K. Rapporteur Président Rapporteur résume Le travail décrit dans le présent mémoire constitue une contribution à la simulation analytique et physique du forgeage précis (encore appelé forgeage de précision), appliqué à la mise en forme de pignons à denture droite ou hélicoïdale. L'approche physique dont il est question a été menée sur maquettes, en utilisant la pâte à modeler comme matériau modèle, et en simulant différents procédés de mise en forme. Le dépouillement expérimental des marquages en grandes déformations a été effectué à I'aide d'une méthode originale adaptée de la méthode de déformation minimale dans des cas où l'on ignore le chemin de déformation suivi. Cette partie nous a montré que le forgeage transverse à mi-chaud est probablement Ie procédé Ie mieux adapté à l'élaboration de pignons avec quelques avantages de simplicité par rapport au procédé par écrasement. Nous avons constaté en outre que le comportement élastique du matériau modèle utilisé ne permettint pas de simuler quantitativement la phase finale de remplissage de la gravure dentée. L'approche analytique a consisté à développer des modélisations bidimensionnelles qui puissent décrire correctement la fin du remplissage dans les cas du forgeage transverse et du forgeage par écrasement. Un concept de bande d'accommodation optimale a êté introduit pour éviter les discontinuités entre régions déformées lorsque le matériau utilisé a un comportement viscoplastique. Cette étape ayant étê validée, une modélisation semi-analytique tridimensionnelle traitant le cas du forgeage transverse de pignons à denture droite ou hélicoïdale aété proposée. Les prévisions obtenues avec ce dernier modèle sont en bon accord avec les résultats d'essais en vraie grandeur dont nous disposons. Le modèle permet aussi de prévoir I'effort nécessaire à l'extraction du pignon forgé, ce qui met en évidence le rôle important joué par les conditions de contact en fin d'opération. Le modèle tridimensionnel permet d'introduire des lois de frottement du type Tresca ou von mises, et accepte des lois de comportement viscoplastique écrouissable anisotherme pour le matériau (domaines du forgeage à mi-chaud et à froid). Mots-clés modélisation analytique, simulation physique, forgeage précis des pignons, frn de remplissage, éjection, dépouillement des marquages. Absûmct The work described in the present manuscript constitutes a contribution to the physical and analytical simulation of the precision forging applied to the elaboration of straight and helical spur gear. The physical approach has been led on protot5ryes, by using plasticine as model material, and by simulating different processes of metalworking. The experimental of the processing of grids undergoing large strains has been undertaken with the help an adapted original method of the minimal strain method in cases where the path of deformation is unknown. This part has shown that the transverse forging is probably a better adapted process to the elaboration of gears than the upsetting. We have observed that the elastic behaviour of the plasticine renders it inappropriate to simulate quantitatively the frnal frlling phase of the engraving in cases of flashless forging. The analytic approach has consisted to develop bidimensionnal modelisations that could describe correctly the end of the filling in cases of transverse forging and upsetting. A concept of optimal adaptation band has been introduced to avoid discontinuities between deformed regions when a viscoplastic material is involved. After validating theses models, semi-analytic tridimensionnal modelisation processing the case of the transverse forging of straight and helical spur gear has been proposed. The estimations obtained with this last models are in rather good agreement with the experiment. A model allowing to anticipate the necessary load to extract the forged gear is proposed. The latter evidenced the important role played by conditions of contact. The tridimensionnal model allows to introduce different friction laws as Tresca and von Mises ones, and accepts viscoplastic strain-hardening anisotherm constitutive relationship for the material. Key-words analytical modeling, physical simulation, precision forging of spur-gear, end of frlling, ejection, grids processing. , #VOIP. QUE L'ON SAft CE, QUE, L'ON SAft , fr SAVOIP, QUE. L'ON NE S/TT P/,S CE QUE L'ON NE SAî p/li , V)ttA tA VÉRffABLe SeEN1t! ICONFUCIUS, Doctrine ; Le Lun-Yu] A "n*r l,arrr4^14 d à n t't Ltè*. el aar*t i. k/;. ct *l,uÉat. AVANT PROPOS Ce travail de thèse est le fruit d'une collaboration entre le Laboratoire de Thermomécanique et Matériaux ( LT M ) de I'Institut Polytechnique de Sévenans (IPSé), représenté par MM. Herbach et Rahouadj, I'Université.. de Metz, représentée par M. Molinari, et la société GIE PSA PEUGEOT-CITROEN, représentée par MM. Courant, Pourprix et Rezel. M. Vergé, et par la suite M. Aron, ont été chargés de suivre l'évolution de cette étude au sein de I'Agence de I'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie (ADEME) partie prenante avec le GIE PSA PEUGEOT-CITROËN dans le financement de ce travail de recherche. Je remercie chaleureusement Messieurs E. Felder et J. Oudin qui accepté d'être les rapporteurs de ce travail ainsi P. Gilormini qui m'a I'honneur de présider le jury de thèse . Je remercie mon directeur de thèse M. le professeur A. Molinari pour ses encouragements et les conseils qu'il m'a prodigué tout au long de ce travail de thèse. Ma profonde reconnaissance va à mes co-encadreurs MM. R. Herbach R. Rahouadj pour leur soutien et pour la confiance dont ils ont fait preuve mon égard. Je remercie également MM. R. Courant et D. Rezel pour leur collaboration, sans elle le travail réalisé n'aurait pas atteint le stade auquel il est arrivé, ainsi que Messieurs Vergé et Aron pour I'intérêt et le suivi qu'ils ont apporté à mon travail de recherche. Je remercie M. D. Choulier pour toutes ses suggestions et tous ses conseils durant ce travail de recherche. Je remercie M. M. Wouliyou qui m'a aidé lors de la rédaction de la thèse. Mes remerciement sont par ailleurs adressés à tous les membres du laboratoire LT M qui ont facilité mon travail en rendant agréable mon séjour parmi eux. ont fait et à LISTE DES TABLEAUX ET FIGURES Tableau 2.1- Récapitulatif des lois de comportement de pâtes modifiées Tableau 10.1- Tableau récapitulatif des résultats Fig. 1.1- Exemple de pièces obtenues par forgeage précts Fig. 1.2- Vue de la maquette de forgeage des pignons en place sous la machine d'essai 37 153 23 23 Fig. 2.1- Exemple de simulation effectuée sur pâte à modeler 28 Fig. 2.2- Compression des lopins de pâte EMIC0P6 38 Fig. 2.3- Comportement viscoplastique de la pâte EMIC0P6 38 Fig. 2.4- Poinçonnement en conteneur lisse: conditions expérimentales 40 Fig. 2.5- Comparaison des résultats de simulation sur pâte et de ceux fournis par FORGE2 dans le cas du poinçonnement en conteneur lisse 40 Fig. 2.6- Comparaison des résultats de simulation sur pâte et de la compression d'acier 48C1 à 800'C 40 Fig.3.1- Essai de filage-avant des pignons à denture droite sur pâte 45 Fig. 3.2- Essai de filage-avant des pignons à denture hélico'idale sur pâte 46 Fig. 3.3- Dispositif de forgeage par écrasement des pignons 47 Fig. 3.4- Schéma de principe du dispositif de forgeage par écrasement des pignons à denture droite avec plateau simple 48 Fig. 3.5- Comparaison des courbes d'effort d'écrasement et de poinçonnement obtenues par simulation physique sur pâte Fig. 3.6- Poinçonnement de type A sur lopin cylindrique Fig. 3.7- Poinçonnement de type B sur lopin cylindrique Fig. 3.8- Conditions expérimentales pour le poinçonnement mixte, de type B puis A Fig. 3.9- Résultats de simulation FORGE2 obtenus pour le cas du poinçonnement mixte Fig. 4.1- Schéma du dispositif d'élaboration de pignons uploads/Litterature/ sahi-mahmoud-smz9529-pdf.pdf