Analyse mécanique et tribologique de l'emboutissage : application aux outils fabriqués par combinaison de différents matériaux

par Matthieu Burlat

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Yves Berthier, Michel Brunet et de Gérard Debicki.

Soutenue en 1998

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    L'objectif est de trouver des solutions à la fabrication d'outils d'emboutissage afin de réduire leur coût. Ces solutions passent par l'élimination de l'usinage des matériaux métalliques mais, étant donné les contraintes liées à l'emboutissage, il est indispensable de conserver un matériau métallique au niveau de la surface des outils. Nous montrons qu'il est possible de fabriquer des outils par combinaison de différents matériaux. Une méthode est proposée qui consiste à fabriquer par électroformage une peau métallique de surface puis à couler un béton hydraulique avec une résine de liaison. Cependant, l'introduction de matériaux nouveaux pour cette application implique de pouvoir exiger leurs performances. Cette étude a donc conduits à travailler conjointement sur deux aspects de la mécanique des matériaux, caractéristiques des problèmes de volume et des problèmes de surface. Des calculs par éléments finis modélisant 1' opération complète d'emboutissage sur différents cas de formage, ont permis de déterminer la répartition des contraintes dans les outils suivant leur mode de fabrication. Ces calculs ont confirmé notre choix de mode de fabrication en terme de contraintes limites. Afin de reproduire les phénomènes tribologiques apparaissant en emboutissage, nous avons défini un nouvel essai de frottement. Celui-ci a permis, à partir d'analyses sur la surface des tôles, de mettre en avant leur rôle dans l'accommodation des vitesses et donc leur rôle à sauvegarder l'état de surface de 1 'outil, dans le cas des outils avec surface travaillante métallique. En parallèle, des caractérisations de différents matériaux ont été effectuées et des outils d'emboutissage de laboratoire ont été fabriqués et testés afin de définir les matériaux et les méthodes de mises en œuvre optimales. Ceci a finalement abouti à la réalisation d'un outil dont la "' conception et la fabrication ont été validées par des essais à caractère industriel.

  • Titre traduit

    = Mechanical and tribology analysis of the sheet metal forming : application to tools manufactured by combination of different materials


  • Résumé

    The object is to show that there exist alternative methods in the manufacturing of metal forming tools in order to reduce cast. These methods eliminate metallic material machining operation but, given metal forming constraints, it seems necessary to preserve a metallic material on the tools surface. Therefore, we show that it is possible to consider the manufacturing of metal forming tools by different material combinations. Thus, a method has been proposed that consists on an electroformed metallic surface skin with a connection resin interface filled with hydraulic concrete cast. However, the new materials introduced for this application had to verify their performances. Two problems were treated in parallel: those of volume stresses and of surface behavior. Therefore, a global analysis of stresses that appear in tools was undertaken, as well as a general tribology study of the metal forming process. Finite element calculations modeling the complete metal forming process of different model cases allowed to determinate the stress distribution that can appear in tools corresponding to their manufacturing process. These calculations confirmed the h ice of processes in terms of yielding stresses. So as to reproduce the tribology phenomena that appear in metal forming, new test was defined. From analyses undertaken on the surface of metal sheets this test allowed us to investigate the role of the surface's sheets in the adaptation of the r relative speed, and therefore determine its ability to preserve the state of the tool's in the case of metal forming tools with metallic surface. In parallel to these studies, characterisations of different materials and laboratory fabricated metal forming tools have been undertaken in order to define the optimum materials and implementation process. Utilizing these design advantages, we have produced a quality tool at a much lower cast that has been validated by industrial metal forming tests.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (329 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2510)
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