Confrontation simulation- expérimentation

Après la simulation (chapitre 2) et l’expérimentation (chapitre 3) des essais de caractérisation, vient l’étape de la confrontation entre les deux (chapitre 4). Les liens existants entre ces chapitres sont visualisés sur le schéma méthodologique ci-dessous. Les résultats « macro » de l’étude expérimentale réalisée dans le chapitre 3, à savoir : la géométrie globale de la pièce, la distribution des matériaux (forme de l’interface) et les courbes effort-déplacement vont servir à identifier les paramètres du modèle numérique de chaque essai. La comparaison entre les résultats numériques et expérimentaux a permis de définir le degré de confiance de la simulation. La simulation est utilisée ensuite pour estimer les pressions de contact et les expansions de surface obtenues au cours des essais. Ces résultats mis en relation avec les observations métallographiques des interfaces tendent à confirmer l’importance de l’expansion de surface et de la pression de contact dans l’établissement d’une liaison par déformation entre deux aciers. L’objectif de ces travaux de thèse est d’identifier et d’étudier l’influence de la pression de contact et de l’expansion de surface sur l’obtention d’une liaison par co-forgeage.

Ces deux paramètres ne sont pas des paramètres opératoires des essais étudiés. L’accès à ces grandeurs ne peut se faire qu’au travers de la simulation de l’opération de mise en forme. La confrontation simulation numérique-expérimentation est donc une étape fondamentale pour identifier les paramètres du modèle numérique et valider ce dernier. L’identification des paramètres de simulation réalisée dans ce chapitre s’appuie sur les conclusions du deuxième chapitre concernant l’étude paramétrique numérique de l’influence des paramètres physiques sur les modèles numériques des essais de caractérisation. Les paramètres physiques les plus influents sur les modèles numériques étaient principalement le frottement et l’échange thermique à l’interface outil/matière et dans un moindre mesure les échanges thermiques matière/matière dans le cas de l’essai de co-filage. Afin de caler les modèles numériques des essais, un ensemble de simulations avec des coefficients de frottement et d’échange thermique à l’interface outil/matière ont été réalisées. La comparaison entre ces simulations et les résultats expérimentaux ont permis de retenir les simulations qui se rapprochent au mieux de l’expérimental. Dans ce chapitre seules les simulations avec les paramètres identifiés seront présentées.

L’identification des paramètres de simulation réalisée, pour les trois essais, est basée sur des paramètres macro tels que la géométrie de la pièce, la distribution des matériaux (forme de l’interface), et les courbes efforts déplacement. Une fois l’identification terminée, les résultats de la simulation ont été utilisés afin d’extraire les deux paramètres clés d’établissement de la liaison : la pression normale de contact et l’expansion des surfaces. Les valeurs de ces deux paramètres ont été confrontées aux micrographies obtenues aux différents endroits de l’interface pour différentes conditions opératoires dans le but de déduire les conditions nécessaires pour avoir une liaison métallurgique. La confrontation entre les résultats issus de la simulation et ceux de l’expérience de bi- poinçonnement a été réalisée sur la base des paramètres suivants : la géométrie de la pièce (épaisseur finale et angles d’ouvertures des tôles), la géométrie de l’interface et la courbe effort déplacement. L’identification des paramètres de simulation est fait pour les pièces bi- poinçonnées au plus grand taux d’écrasement (TE=80%) et à une température de 1100°C. Les résultats pour les deux autres taux d’écrasement TE=50% et TE=70% ont été automatiquement déduits de ceux de TE=80%. Avant de comparer les résultats simulés et expérimentaux, la simulation avec les paramètres identifiés a été présentée en détails.

Contrairement aux simulations réalisées dans le chapitre 2 présentant l’étude paramétrique, la simulation a été scindée en deux simulations distinctes représentant la phase de posage puis la phase de bi-poinçonnement. Les deux simulations distinctes représentent les étapes réelles de l’expérience : le lopin chauffé à 1100°c est posé sur l’outil inférieur pendant 7 secondes avant que l’outil supérieur bi-poinçonne la pièce. La figure 102 présente les phases simulations identifiées. asymétrique : partie droite et gauche de la pièce non symétrique, comme cela est présenté sur la figure 104. Les mesures expérimentales sont réalisées sur des pièces bi-poinçonnées à des taux d’écrasement différents (50%, 70% et 80%) et reportées sur les deux graphiques de la figure 105. Les évolutions des deux angles des deux matériaux C45 et 25CrMo4 en fonction du taux d’écrasement ont été tracées et comparées avec les mesures expérimentales. Les courbes simulées des deux tôles peuvent être divisées en deux parties : une partie de forte augmentation de l’angle (1) d’ouverture suivie d’une partie de faible diminution (3). Les deux parties des courbes sont séparée par le moment de contact entre les extrémités des tôles et l’outillage, repéré par le point (2). Après le contact, les tôles se trouvent coincées entre les poinçons et n’ont que la possibilité de glisser suivant la direction orthogonale à celle du bi- poinçonnement. Avec la réduction de l’écartement entre les deux poinçons, les angles se referment légèrement en fin d’opération.