Étude de la mise en forme par fluage de l’alliage AW551 avec une tôle martyre

La mise en forme par fluage s’effectue, en général, par trois méthodes différentes (cf. Chapitre1). Ces trois techniques utilisent le principe de formage par une pression gazeuse. Elles exigent ainsi l’utilisation d’une membrane permettant de garantir l’étanchéité de la zone sous pression. Dans le cas d’une mise en forme à chaud, la membrane en élastomère ne peut plus être utilisée. Sa température limite d’utilisation est de 250°C tandis que la température de mise en forme prescrite pour notre procédé est de 350°C. Une solution alternative qui consiste à remplacer la membrane par une tôle martyre a été mise en place. À cet effet, une tôle de 2mm en alliage A7475 a été choisie. Ce type d’alliage présente, en effet, des performances en formage superplastique permettant d’obtenir à chaud des taux de déformation à rupture importants. Le principe de la mise en forme avec une tôle martyre est présenté en Figure VI-1. La mise en forme par fluage avec tôle martyre du panneau double courbure en alliage AW551 a été réalisée à deux échelles : échelle réduite et échelle réelle. Le modèle de pièce à l’échelle réduite représente 10% de la pièce réelle. Ce dernier chapitre présente l’étude de la mise en forme par fluage (Creep Forming) dans les deux cas cités précédemment afin de valider le modèle de simulation numérique développé. Il comprend deux paragraphes, consacrés respectivement à l’étude de la mise en forme à une échelle réduite et à l’échelle industrielle. L’étude réalisée à l’échelle réduite est conduite en trois étapes : L’étude de la mise en forme à l’échelle réelle est limitée à la simulation numérique du procédé considéré et à la présentation des résultats issus de cette simulation.

La presse est instrumentée et asservie afin de contrôler le gonflage à l’aide d’un gaz inerte, l’argon. La pression est pilotée soit en fonction de la hauteur du pôle de la pièce soit en fonction de temps de mise en forme. La hauteur du pôle de pièce est mesurée à l’aide d’un capteur de déplacement situé à l’extérieur de la zone chaude. Un barreau de céramique fixé à l’extrémité du capteur permet de suivre par contact direct le déplacement du pôle (Figure VI-3). Les caractéristiques de la machine sont les suivantes : une température régulée entre 300°C et 1100°C, une pression maximale dans chaque chambre de120 bars, le déplacement maximal du capteur est de 200mm. Les dimensions maximales des tôles sont les suivantes : diamètre de la zone déformée de 200mm ; hauteur de dôme maximale de 200mm ; diamètre initial du flan de 290mm.

Simulation numérique de la mise en forme par fluage avec tôle martyre

Le modèle numérique utilisé pour la simulation du procédé est donné par la Figure VI-4.a. La matrice est modélisée par une surface rigide. La tôle en alliage AW551 et la tôle martyre en alliage A7475 sont maillées en utilisant des éléments coques linéaire avec intégration réduite (élément S4R dans ABAQUS). La dimension moyenne des éléments est d’environ 8, 10 et 12 mm, respectivement, pour la tôle à déformer, la matrice et la tôle martyre. Des contacts de type « surface to surface » sont utilisés pour les interactions entre les différentes pièces du modèle. Dans une première approche, un coefficient de frottement de 0.1 a été choisi pour tous les contacts. Les extrémités extérieures de la tôle martyre et le point de référence de la matrice sont fixés (Figure VI-4.b). La tôle à déformer (AW551) est stabilisée par la condition initiale de contact avec la matrice. La tôle martyre est placée à 2mm au-dessus de la tôle en AW551. Une pression est appliquée sur la face supérieure de la tôle martyre. L’amplitude de la pression est contrôlée par une subroutine Fortran pour assurer une vitesse de déformation de 9.10-4 s-1. Les comportements des matériaux sont modélisés par des lois de fluage (CREEP) implémentées dans des subroutines utilisateur. Le modèle matériau de la tôle martyre est couplé à l’algorithme de contrôle de la pression. Le processus de résolution utilise le schéma d’intégration implicite d’ABAQUS avec une option d’analyse en viscosité (* VISCO).