Simulation expérimentale des conditions de contact poinçon/matière lors d’une opération de découpage – effet d’une texturation de surface sur outil
Lauréats de l’appel à projets « Idex/I-SITE du deuxième programme d’investissement d’avenir » de l’ANR en 2017, l’entreprise SCODER, située à Pirey (25), et l’Institut FEMTO-ST, par l’intermédiaire de son département de mécanique appliquée, ont travaillé à l’amélioration de l’opération de découpage de type ultra-haute précision en mettant l'accent, en particulier, sur les pièces automobiles en tôle d'acier de fortes épaisseurs et fortement alliées.
FIGURE 1 : Détail d’un outil de découpage fin – Présence d’un dévêtisseur permettant un jeu poinçon/matrice très faible.
FIGURE 2 : Vue optique (a) et schématisation (b) des différentes zones constitutives d’une surface découpée.
FIGURE 3 : Le frottement : paramètre d’usage car non intrinsèque aux matériaux.
FIGURE 4 : Évolution de l’effort du poinçon (en N) lors d’un cycle de découpe. Le déplacement utile du poinçon est donc ici compris entre 94 et 100 mm (épaisseur de la tôle découpée : 4,5 mm)
FIGURE 5 : Évolution du déplacement du poinçon pendant 1 cycle au cours du temps (est rappelé l’évolution de la force de découpe et les différentes phases correspondantes vue en figure 4).
FIGURE 6 : Évolution de la vitesse de déplacement du poinçon pendant un cycle (est rappelé l’évolution de la force de découpe vue en figure 4).
FIGURE 8 : Zoom de la figure 4 montrant l’effort exercé sur le poinçon lors de son retour.
FIGURE 9 : Métrologies des parties découpées (a) et du poinçon (b). La différence entre les deux correspond au retrait élastique (c). Un calcul numérique permet de déduire une pression exercée par le poinçon de l’ordre de 150 MPa.
FIGURE 10 : Cavité de même géométrie produite par laser nanoseconde (a) et femtoseconde (b)
FIGURE 11 : Évolution de l’usure (en µm3) en fonction du nombre de cycles, pour différentes profondeurs de texturation (2, 4 ou 7 µm), pour un espacement fixe des cavités de 40 µm dans le sens parallèle au glissement et de 20 µm dans le sens perpendiculaire.
FIGURE 12 : Évolution de l’usure (en µm3) en fonction du nombre de cycles, en fonction du pas de la texturation (30, 40, 50, 110
ou 140 µm) parallèlement au glissement, pour un pas perpendiculaire au glissement fixe de 20 µm et une profondeur fixe de 4 µm.
FIGURE 13 : Évolution des coefficients de frottement relevés pour les essais des figures 11 et 12.
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