Modèle élémentaire du formage par gonflage

DEMONSTRATEUR ET SYSTEME DE COMMANDE

Le formage superplastique de pièces de forme plus ou moins complexe peut entrainer des sollicitations biaxiales. Dans le cas d’un essai de traction biaxiale (présenté précédemment dans la section 2.1.1.2), la biaxialité X peut être définie comme le rapport des contraintes appliquées dans les deux directions de chargement :  les contraintes dans les deux directions de chargement. Pour un gonflage libre, une adaptation de l’expression de la biaxialité X est proposée par Boulos [20]. En supposant que le matériau est homogène et incompressible et qu’il présente une forme sphérique, un repère local ( m représentent, respectivement, la direction du méridien, la direction normale au méridien et la direction selon l’épaisseur du dôme. Cet état de contrainte biaxial peut entraîner des divergences dans la réponse mécanique du matériau par rapport à celle étudiée dans des conditions uniaxiales. De nombreuses études ont, en effet, montré que l’état de contrainte influe sur l’évolution des cavités [114, 139, 171, 172]. Chan et al. [172] ont, par exemple, trouvé que le taux de cavités augmente significativement lorsque qu’une contrainte biaxiale est appliquée comparée au cas d’une contrainte uniaxiale (Figure 4.2). Il est donc intéressant de vérifier l’effet de l’état de contrainte sur l’alliage d’aluminium 7475 en réalisant des essais de gonflage libre à l’aide d’un démonstrateur. Le laboratoire LAMPA possède une telle machine : un démonstrateur de formage superplastique a en effet été construit dans le cadre d’une précédente thèse [21] et a été amélioré progressivement [20]. Une description du démonstrateur et du système de commande développé dans le cadre de ces travaux de thèse est présentée dans ce chapitre.

Structure de la presse

La presse est équipée d’instrumentations permettant un pilotage de la pression de gonflage à l’aide d’un gaz inerte, l’argon. La pression est réglée soit en fonction de la hauteur du pôle de la pièce soit en fonction de temps de mise en forme. La hauteur du pôle de pièce est mesurée à l’aide d’un capteur de déplacement situé à l’extérieur de la zone chaude (voir la Figure 4.4), L’écart de précision du capteur de déplacement est de dh h  0.3% . Le démonstrateur est constitué d’un outillage en deux parties placés entre les trois résistors graphites, d’un four à résistances graphite, d’une enceinte isolante refroidie par eau, d’une groupe hydraulique qui se compose essentiellement d’un moteur électrique alimentant deux pompes, d’un système pneumatique qui se compose deux lignes d’alimentations et de trois circuits de pression, et finalement d’un système de pilotage par automate programmable industriel API qui été mis à jour durant mon travail de thèse.

Les caractéristiques de la machine sont les suivantes : température entre 300°C et 1100°C, pression maximum dans chaque chambre 120 bars, hauteur de mesure du capteur 200mm, dimensions maximum de pièces diamètre 200mm hauteur 200mm, diamètre du flan 290mm. Des matrices de formes différentes peuvent être insérées dans l’outillage inférieur qui est cylindre à fond flat. Les différentes formes de matrices présentées ci-dessous sont disponibles : sphérique, cylindre à fond plat de faible hauteur, conique évolutive, complexe et en croix (Figure 4.6). La forme évolutive, la forme complexe et celle en croix sont dites à géométrie complexe et sont utilisées pour réaliser des essais plus spécifiques. Les pièces en forme de dôme sphérique sont réalisées par gonflage libre dans l’outillage inférieur de forme cylindrique à fond plat. C’est le modèle élémentaire du formage par gonflage, sa forme est limitée à une demi-sphère en permettant de sortir la pièce facilement de la matrice et en réduisant le contact de la pièce à la matrice. Il est utilisé pour l’identification des paramètres superplastiques par les essais de gonflage à pression constante ou à une hauteur fixée au pôle. Dans ce cas, l’arrêt du gonflage est piloté par le capteur de hauteur de la pièce.