Simulation numérique d'une opération de découpage et méthodologie de calcul pour optimiser la qualité de la pièce découpée et les sollicitations de l'outillage

par Souleymane Ramde

Thèse de doctorat en Génie mécanique. Génie des matériaux

Sous la direction de François Rondé-Oustau et de Luc Penazzi.

Soutenue en 2010

à Toulouse 3 .

mots clés

• Découpage
• Poinçonnage
• Cisaillage
• Simulation numérique
• Optimisation mono-objectif
• Optimisation multi-objectifs
• Outillage
• Coupe
• Simulation par ordinateur

Résumé

Les outils de découpage (poinçonnage, cisaillage) utilisés dans l'industrie automobile pour les opérations annexes sur pièces de carrosserie sont de plus en plus souvent soumis à des sollicitations mécaniques importantes, notamment en raison de l'évolution croissante de la résistance mécanique des tôles embouties. Les paramètres opératoires tels que rayon de lame de découpe, jeu entre lames sont généralement définis pour optimiser la qualité de découpe (hauteur de bavure, aspect du faciès). L'objet de cette thèse est de proposer une méthode de définition des paramètres outillages permettant d'optimiser simultanément les sollicitations de l'outillage et la qualité de découpe. Les aspects de simulation numérique et d'étude expérimentale du découpage ont été abordés. Des études expérimentales (cisaillage, poinçonnage) ont été réalisées pour caractériser les efforts nécessaires à la découpe de trois nuances de matériau de tôle (DC04, E220BH et DP500). Des modèles de simulation numériques développés pour des cas de poinçonnage et de cisaillage ont été validés par comparaison aux résultats expérimentaux. Une étude d'optimisation des paramètres de géométries d'outil visant la minimisation des sollicitations d'outils et l'amélioration de la qualité de découpe a été réalisée. Pour finir, un calcul de structure à l'échelle de la lame donne une indication sur les niveaux de contraintes et de déformations dans les outillages

Titre traduit

Numerical simulation of the cutting process and calculation methodology to optimize the quality of the cut piece and loads of tools

Résumé

Cutting tools (punching, shearing) used in the automotive industry are increasingly being subjected to higher mechanical stresses, especially due to the higher mechanical strength of new sheet materials. The operating parameters such as radius of shearing blade, and clearance between the tools are generally defined to optimize the shearing quality (burr height, appearance of rough surface). The purpose of this PhD thesis is to propose a method for defining parameters to optimize tooling simultaneously, the loads on the tooling and the quality of cut. Aspects of numerical simulation and experimental study of shearing were discussed. Experimental studies (shearing, punching) were performed to characterize the effort required to cut three shades of sheet material (DC04, E220BH and DP500). Numerical simulation models developed for cases of punching and shearing were validated by comparison with experimental results. Optimization of tools parameters to minimize the stresses on tools and improving the quality of shearing was performed. Finally, a structural analysis throughout the blade gives an indication of the levels of stress and strain in tools