Contribution à l’étude du plissement en emboutissage

par Salah Ellagoune

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Maurice Boivin.

Soutenue en 1987

à Lyon, INSA , en partenariat avec LMSo - Laboratoire de Mécanique des Solides, EA 675 (Lyon, INSA) (laboratoire) .

mots clés

• Emboutissage | tôle | test Yoshida | sciences physiques | mécanique des solides
• Automobiles -- Carrosseries -- Thèses et écrits académiques
• Emboutissage (travail des métaux) -- Thèses et écrits académiques
• Usinage -- Travail à froid -- Thèses et écrits académiques

Résumé

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.

Titre traduit

= Contribution to the study of wrinkling in deep drawing process

Résumé

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.