Formabilité des tôles métalliques

Les défauts issus de la mise en forme de tôles ayant un impact économique considérable, leur prédiction est depuis la seconde moitié du 20ème siècle devenue un enjeu industriel important. Après avoir présenté différents types de défauts pouvant impacter les propriétés mécaniques ou esthétiques de tôles embouties, les phénomènes de bifurcation et d’instabilité plastique, conduisant à certains de ces défauts, seront définis en mettant un accent particulier sur la striction diffuse, la striction localisée et plus généralement la localisation des déformations. Différentes méthodes permettant la détermination des limites de formabilité seront alors abordées. Les méthodes expérimentales constituent historiquement la première approche utilisée. Elles ont été complétées par des approches prédictives permettant d’estimer un domaine d’états de déformations ou de contraintes admissibles avant l’occurrence de phénomènes instables. Ces méthodes permettent la détermination de domaines critiques à partir de la simple connaissance de paramètres concernant la géométrie de la tôle, le matériau utilisé et le chargement imposé. Face à l’importance du nombre de critères prédictifs présents dans la littérature, une première tentative de classement et de regroupement de ceux-ci sera menée en fonction du principe théorique ou empirique ayant servi à leur formulation. Face au nombre de critères développés, l’utilisateur doit bien souvent se baser sur son expérience pour choisir le critère le mieux adapté à ses besoins. Afin de répondre à l’un des objectifs présentés en introduction visant à établir des relations théoriques ou des comparaisons numériques des critères de prédiction de strictions et de localisations des déformations, une comparaison de la structure de ces critères sera réalisée afin de dégager un algorithme permettant une implantation modulaire de ces critères dans un code de calcul.

Emboutissage, formabilité et concept de Courbe Limite de Formage

L’emboutissage est un procédé de mise en forme de tôles par déformation plastique permettant la réalisation de produits aux formes non développables plus ou moins complexes. Des cadences de productions pouvant être élevées et des faibles pertes de matières en font un procédé particulièrement compétitif pour des applications comme la mise en forme de pièces de structure ou d’aspect en automobile, d’emballages dans l’industrie du packaging ou encore d’éléments d’électroménager et d’ustensiles. Dans le cas d’un emboutissage à simple effet, le poinçon placé sur une presse impose un effort ou un déplacement à une tôle initialement plane, aussi appelée flan, jusqu’à ce que celle-ci prenne la forme imposée par la matrice. Plus couramment utilisé dans l’industrie, l’emboutissage à double effet reprend l’outillage utilisé lors de l’emboutissage à simple effet en y ajoutant un serre-flan, permettant d’imposer un serrage sur le pourtour de la tôle au cours des opérations de formage. Après le positionnement du flan entre le poinçon et la matrice (Figure 2.1 (a)), la descente du serre-flan permet le maintien et le serrage du pourtour de la tôle pendant toute l’opération de formage grâce au contrôle précis de la pression appliquée (Figure 2.1 (b)). Le déplacement du poinçon permet ensuite d’entrainer la tôle dans la matrice en lui imposant d’importantes déformations, allant au-delà de la limite d’élasticité. Cette phase peut être accompagnée de glissement de la tôle sur le serre-flan et sur la matrice. Les déformations irréversibles ainsi créées donnent à la pièce une forme proche du produit fini (Figure 2.1 (c)). Le relèvement du poinçon et du serre- flan permet de sortir la pièce qui, après retour élastique, prend sa forme finale (Figure 2.1 (d)).

Souvent précédée par la découpe du flan, cette opération d’emboutissage n’est généralement pas suffisante pour obtenir une pièce finie. Elle peut alors par exemple être suivie par d’autres opérations d’emboutissage incluant le réemboutissage et le contre-emboutissage, de détourage, de tombage des bords ou de sertissage. Un procédé proche de l’emboutissage est l’hydroformage, pour lequel la force exercée par le poinçon sur la tôle est remplacée par un fluide sous pression. Ce procédé se révèle particulièrement adapté pour la mise en forme de pièces tubulaires pour lesquelles il peut permettre une réduction des coûts, du nombre d’opérations et de la masse du produit fini. Moyennant des adaptations permettant de prendre en compte les effets de la pression du fluide, plusieurs des modèles détaillés dans les prochains chapitres dans le cas de l’emboutissage sont aussi applicables à ce procédé (Boumaiza 2005).