Étude d’un système mono-actionneur piézoélectrique

Dans le chapitre précédent, différentes études d’application de vibrations aux procédés de forgeage et de formage montrent que les effets sont influencés par plusieurs paramètres tels que la fréquence, l’amplitude, ou le type de matériau . . . Les résultats analytiques et de simulation du forgeage assisté par vibrations obtenus dans la thèse de Khan [10] montrent que la forme d’onde triangulaire en basse fréquence est plus efficace pour réduire l’effort de forgeage que la forme d’onde sinusoïdale. Dans ce travail, l’hypothèse est que le matériau est bien représenté par un modèle de Norton-Hoff [38]. Une bonne approximation de la réduction a été trouvée par ce modèle viscoplastique du matériau dans le cas du forgeage d’un lopin de plasticine, mais il n’est plus valable dans le cas du forgeage d’un lopin de cuivre à cause de l’élasticité du matériau. En effet, les résultats expérimentaux pour le forgeage d’échantillons de cuivre ne montrent aucune influence de la forme d’onde triangulaire sur la réduction de force.Dans ce chapitre, un modèle du procédé de forgeage avec l’assistance d’un actionneur piézoélectrique sera présenté. Son objectif est d’étudier et prédire l’influence de différentes formes d’onde de vibrations basse fréquence durant le forgeage d’un lopin cylindrique métallique.Dans la première partie de ce chapitre, les éléments du dispositif expérimental utilisés pour générer des vibrations sont présentés. Ensuite, le modèle du système est complété en incluant le lopin. Afin de corriger les défauts constatés par l’utilisation d’un modèle de Norton-Hoff, l’effet de l’élasticité sera pris en compte. Dans ce but, un modèle de Bingham sera adopté, car il représente le modèle le plus simple permettant de prendre en compte la transition élastoplastique.

Système mono-actionneur piézoélectrique

La superposition de vibrations est obtenue par l’utilisation d’un pot vibrant piézo- électrique chargé d’imposer un mouvement alternatif de forme quelconque (sinusoïdale, trapézoïdale, etc) à une matrice (matrice inférieure) en contact avec le lopin. Simulta- nément, la seconde matrice (matrice supérieure) est animée d’un mouvement d’avance constant (voir le schéma de la figure 2.1).La spécificité du pot vibrant est de pouvoir générer des efforts importants. Par ailleurs, les formes d’ondes nécessaires présentent des amplitudes crête à crête n’excédant pas quelques dizaines de micromètres, et les fréquences utilisées sont de l’ordre de quelques dizaines de Hertz, ainsi l’utilisation d’actionneurs piézoélectriques multicouches a été adoptée [9]. Afin d’obtenir une forme d’onde réglable, une alimentation particulière a été développée.Pour l’étude expérimentale, la distance entre les matrices supérieure et inférieure est calculée à partir de la mesure, par deux capteurs, de leur déplacement par rapport au bâti. Les capteurs de déplacement sont des codeurs incrémentaux linéaires comme le montre la figure 2.2. La règle optique est solidaire d’un palpeur en contact avec la surface de la matrice. Lors d’un déplacement, la règle se déplace devant un capteur optique qui détecte les rainures présentes sur cette dernière. Les fronts sont comptabilisés par une carte dédiée.

La force générée par l’actionneur est mesurée par un capteur de force placé entre la matrice inférieure et le pot vibrant. Du point vue électrique, le courant absorbé par l’actionneur et la tension qui lui est appliquée sont mesurés. Les signaux mesurés (tension, courant et force) sont filtrés par une filtre passe-bas de type Butterworth du 4ième ordre (fréquence de coupure 1 kHz) avant l’échantillonnage par une carte d’acquisition à 2 kHz. Ces mesures sont synchronisées avec celles de la carte de mesure de déplacements. La liste du matériel est présentée dans le tableau 2.1.compression selon son axe, il est donc nécessaire de s’assurer que la force appliquée par le reste du dispositif respecte cette condition. Ceci est réalisé par l’utilisation d’un contact sphère-plan (4) qui transmet les vibrations de l’AP au plateau mobile (5). Un capteur de force (3) est fixé au contact sphère – plan pour mesurer la force générée par l’AP. Le plateau mobile est guidé en translation par l’intermédiaire des guidages élastiques supérieur (6) et inférieur (2) reliés au cylindre fixe extérieur (8) et séparés par le cylindre mobile (7). Ces guidages permettent uniquement un mouvement vertical le long de l’axe du cylindre fixe extérieur. De plus, les jeux mécaniques et les frottements de mouvement sont évités.