Etude bibliographique sur le procédé de découpage

 Les études scientifiques concernant le domaine du découpage ont commencé à se développer dès la fin de la seconde guerre mondiale. Durant cette période, les chercheurs ont formalisé les connaissances empiriques issues des pratiques industrielles et développé des lois de comportement plus proches des phénomènes physiques observés. Les travaux expérimentaux portent principalement sur l’influence de quelques paramètres géométriques du procédé de découpage tel que le jeu poinçon/matrice et la forme des outillages [5]. Les auteurs s’intéressent essentiellement à la caractérisation de l’effort de découpe ainsi qu’à l’énergie mise en œuvre afin d’optimiser le procédé.A partir des années 70, des protocoles de simulation numérique des procédés commencent à se développer. En effet, C. Lee et S. Kobayashi traitent le problème d’indentation par la méthode des éléments finis [8]. Cette technique a été ensuite appliquée sur le procédé de découpage. En parallèle, de nouvelles techniques expérimentales ont été appliquées au découpage par W. Dos Santos [9], afin d’identifier les phénomènes liés à la vitesse de déformation et à la localisation de la déformation. A partir de 1990, l’évolution des codes de calcul fortement non-linéaires permet de mettre en œuvre des simulations numériques du procédé de découpage intégrant des modèles plus évolués. Par contre, du fait des performances des machines de calcul, la majeure partie des études ne traitent que de problèmes bidimensionnels ( [1], [14]).

Le découpage fait partie des procédés les plus couramment utilisés, dans l’industrie, pour la mise en forme des tôles. Il permet en effet d’obtenir des pièces de formes très élaborées en un nombre de passes très réduit. Ceci est particulièrement vrai pour les grandes séries dans les secteurs des transports, des équipements électrique, de la chaudronnerie, … Dureté du matériau: R. Balendra et F.W. Travis ont changé la dureté d’un acier HLE par traitements thermiques [34]. Ils ont ensuite réalisé un ensemble d’essais de découpage. Ils ont constaté que l’effort maximal de découpage augmente de façon quasi-linéaire avec l’augmentation de la dureté. L’énergie de découpage de la phase I augmente également. En revanche, la pénétration associée à la rupture diminue. Conformément à ces résultats, C. Wong et M.K. Das distinguent deux modes de rupture en se plaçant dans les deux configurations extrêmes : rupture ductile pour les matériaux à faible dureté et rupture fragile pour les matériaux très durs [35].

Vitesse de découpage: L’étude de l’influence de la vitesse de découpage a débuté réellement en 1970 [34]. On distingue deux procédés : le découpage statique et le découpage dynamique. En mesurant la dureté correspondant à un essai d’indentation statique (HS) et la dureté correspondant à un essai dynamique (HD), Y.W. Stegman et al. [36] et plus récemment S. Meunier [32] montrent que l’effort maximal de découpage diminue lorsque la vitesse du poinçon augmente. La pénétration à la rupture totale augmente également ce qui se traduit par une hauteur de la zone cisaillée plus importante. En effet, la vitesse importante du poinçon force le matériau à se déformer rapidement. Cette variation rapide de déformation plastique conduit à une dissipation thermique plus importante et par conséquent à une augmentation de la température qui provoque un adoucissement du matériau. Température: Peu de travaux expérimentaux traitent cet aspect. Pourtant l’influence de la température sur le comportement des matériaux utilisés en découpage est très importante. L’influence de l’augmentation de température sur l’effort maximal de découpage est présentée dans les travaux de W. Johnson [37]. Ces résultats montrent que l’augmentation de la température diminue l’effort maximal de découpage pour les alliages cuivreux.

Microstructure: Lorsque l’épaisseur de la tôle est diminuée de façon à ce qu’elle soit du même ordre de grandeur que celle des grains, on parle des phénomènes d’effets d’échelle [38]. Pour une épaisseur fixée, A.M. Goijaerts constate une diminution de l’effort de découpage lorsque la taille de grains est augmentée [39]. Il explique ce résultat par l’effet de la densité de joints de grains. En effet, plus l’épaisseur de la tôle est faible, plus la densité de joints de grains diminue. Ces derniers présentent alors moins d’obstacles aux mouvements des dislocations. C’est dans ces conditions que l’on observe une déformation plus importante du matériau. R. Kals et R. Eckstein [40] montrent que les hauteurs des zones caractéristiques du profil sont peu influencées par la diminution de l’épaisseur. En revanche, le trajet de la rupture et la taille de la bavure qui en résultent sont très influencés. En conclusion, la prise en compte des effets d’échelle n’est nécessaire que si les tôles découpées présentent un rapport épaisseur /taille de grains suffisamment faible.