Étude de la mise en forme par emboutissage

Dans le chapitre précédent, différents modèles de comportement ont été étudiés et validés pour chaque alliage d’aluminium (2050 et AW551) selon les conditions thermomécaniques des procédés de mise en forme concernés. Ce chapitre est consacré à l’étude de la mise en forme par emboutissage de l’alliage 2050 à sa température de revenu (soit 150°C) et de l’alliage AW551 à sa température de mise en solution (soit 350°C). La pièce étudiée est un panneau double courbure de 40mm d’épaisseur (cf. Chapitre1). Ce chapitre se divise en trois parties. La première s’intéresse à la présentation de la presse de l’IRT qui est utilisée pour la mise en forme des pièces. Les parties suivantes sont consacrées respectivement à l’étude de l’emboutissage des deux alliages. Pour chaque matériau, les aspects suivants sont abordés : Cette presse hydraulique (Figure V-1) a été développée dans le cadre du projet « cellule HF » de l’Institut de Recherche Technologique (IRT) Jules Verne de Nantes. Elle peut être utilisée pour des procédés de type « Hot Forming », mais également pour du formage superplastique. L’effort maximal fourni par la presse en mise en forme à chaud ou à froid (Emboutissage) est de 5000KN ≈ 500Tonnes. La vitesse du coulisseau varie entre 0.2 et 4 mm/s. La pression de gaz maximale applicable en formage superplastique (SPF) ou en mise en forme par fluage (Creep Forming) est de l’ordre de 40 bar.

Pour tout type de procédé de mise en forme à chaud, le chauffage est réalisé par un système de résistances chauffantes entourant l’outillage et assurant ainsi une température relativement homogène dans la pièce jusqu’à une valeur maximale de 1000°C. Afin d’assurer un coefficient de frottement inférieur à 0.2, un lubrifiant poudreux à base de nitrure bore est déposé sur la tôle, la matrice et le poinçon. La mise en place de la tôle (Figure V-2) est réalisée à l’aide d’un manipulateur d’une charge utile de 200 Kg. La dimension de la tôle est de 1000x550x40 mm. La tôle, placée dans l’outil, subit une étape de préchauffage de 1h30 à la température de revenu de l’alliage 2050 (soit 150°). La mesure de la température est assurée par des thermocouples placés sur les faces supérieure et inférieure de l’outil comme illustré dans la Figure V-3. La température de contrôle correspond à la valeur moyenne mesurée sur chaque face, soit environ 150±8°C. La mise en forme de la pièce s’effectue en trois séquences composées chacune d’une étape de formage suivie d’une phase de relaxation (Figure V-4). La vitesse du coulisseau lors de la mise en forme est de 2mm/s. Un temps de relaxation de 17 min a été appliqué pour toutes les séquences. Durant les deux premières séquences, le déplacement du poinçon a été contrôlé sans aucune limitation sur l’effort. Durant l’étape finale, un effort de 500Tonnes est appliqué (ce qui correspond à la performance maximale de la presse hydraulique de l’IRT.

L’évolution de l’effort du poinçon mesuré durant le procédé de mise en forme est présentée en Figure V-5 et elle est en bonne cohérence avec les trois séquences décrites précédemment dans la Figure V-4. Le système de contrôle de la presse ne permettant pas d’assurer la consigne de 500T initialement prévue, la force maximale, atteinte durant la dernière séquence, est de 480Tonnes. Nous pouvons également noter que la contrainte de seuil associée aux phases de relaxation est généralement atteinte après 200s. La Figure V-6 montre l’évolution de la température en fonction du temps sur la partie inférieure et supérieure de l’outil. La température sur les deux faces de l’outil au cours de la mise en forme est relativement stable (variation maximale : 6°C). Une photo de la pièce déformée est représentée sur la Figure V-7. Nous constatons que le cycle de mise en forme appliqué sur la tôle ne permet pas de remplir complètement la matrice (au vue des traces d’outil présentes sur la tôle). Nous remarquons également que, du fait de l’influence du retour élastique, la double courbure n’apparaît pas clairement.