Nr Matériau Lopin
Temp.
[°C]
ε [%]
Vit.
[mm/s]
But recherché (Paramètre variable) Observation / Résultats
Teil1 C70S6 1190 60 400 Réglage Machine, Taux déformation 60%, Rupture Pièce Teil2 C70S6 1190 60 300 Réglage Machine, Diminution vitesse, Taux déformation
60%, Rupture Pièce
Teil3 C70S6 1190 60 300 Réglage Machine, Taux déformation 60%, Course interrompue en cours de laminage pour conserver l'intégrité de pièce
Teil4 C70S6 1190 50 300 Réglage Machine, Taux déformation 50%, Pièce "bonne"
Teil5 C70S6 1190 50 600 Réglage Machine, Taux déformation 50%, Rupture Pièce par striction
Teil6 C70S6 1190 50 400 Réglage Machine, Taux déformation 50%, Rupture Pièce par striction
FB61 38MnSiV5 1190 50 300 Influence Matériau FB62 38MnSiV5 1190 50 300 Influence Matériau FB51 C70S6 1190 50 300 Influence Matériau FB52 C70S6 1190 50 300 Influence Matériau, vidéo
FB12 C70S6 1020 50 300 Influence Température, Rupture Pièce par striction FB21 38MnSiV5 1020 50 300 Influence Température, Rupture Pièce par striction,
Matériau jugé trop "froid"
FB11 C70S6 1020 50 300 Influence Température, Course interrompue en cours de laminage pour conserver l'intégrité de pièce
FB22 38MnSiV5 1020 50 300 Influence Température, Course interrompue en cours de laminage pour conserver l'intégrité de pièce; matériau différent, plus de traction observée
FB41 38MnSiV5 1111 50 300 Influence Température, rupture
FB32 C70S6 1111 50 300 Influence Température, Course interrompue en cours de laminage pour conserver l'intégrité de pièce
FB31 C70S6 1111 50 300 Influence Température, Course interrompue en cours de laminage pour conserver l'intégrité de pièce
FB42 38MnSiV5 1111 50 300 Influence Température, Course interrompue en cours de laminage pour conserver l'intégrité de pièce
FB71 C70S6 1180 35 300 Influence du taux de déformation, Influence de la Vitesse de déformation, Pièce "bonne"
FB72 C70S6 1180 35 300 Influence du taux de déformation, Influence de la Vitesse de déformation, Pièce "bonne"
FB81 C70S6 1180 35 500 Influence du taux de déformation, Influence de la Vitesse de déformation, Pièce "bonne"
FB82 C70S6 1180 35 500 Influence du taux de déformation, Influence de la Vitesse de déformation, Pièce "bonne"
FB91 C70S6 1180 35 800 Influence du taux de déformation, Influence de la Vitesse de déformation, Pièce "bonne"
FB92 C70S6 1180 35 800 Influence du taux de déformation, Influence de la Vitesse de déformation, Pièce "bonne"
Tableau 34 - Configuration d'essais sur laminoir RBQ 100/1600
3.5.1 Influence des réglages sur l’amplitude de l’effort de laminage
Le circuit hydraulique de puissance est équipé d’un manomètre permettant l’acquisition du signal de la pression hydraulique de travail en sortie du clapet de commande. Cette pression hydraulique est l’image, aux pertes près, de l’effort résultant délivré par la machine pour mettre en forme la pièce laminée. En effet, la puissance délivrée sous forme d’énergie hydraulique est utilisée pour
l’entrainement des plaques porte-outils qui transmet un effort tangentiel à la pièce par adhérence sur la zone de contact. Le mouvement de rotation de la pièce en découle, la puissance introduite est consommée pour la déformation plastique ainsi que pour les pertes par dissipation et par frottement. Le bilan énergétique de ce type de laminoir, tenant compte des variantes de circuits hydrauliques pour estimer les pertes est analysé dans l’article de Neugebauer et al. [NKR98].
Faisant l’hypothèse que les pertes citées précédemment sont proportionnelles à l’intensité des efforts outil/pièce, le signal de pression est considéré comme proportionnel à ces efforts. Toute chose étant égale par ailleurs, des conclusions qualitatives sont déduites sur l’influence des paramètres suivants :
Nuance du matériau ;
Taux de réduction de diamètre ;
Vitesse de déformation ;
Température du lopin.
3.5.2 Influence du matériau
Le comportement à chaud des nuances d’aciers C70S6 et 38MnSiV5 présente des différences (Figure 112) bien que ces deux matériaux aient des propriétés mécaniques à froid très proches l’un de l’autre [WEG98]. La question du comportement de ces matériaux en laminage transversal est reprise au chapitre 4.
Figure 112 – Comparaison des caractéristiques rhéologiques contraintes/déformations issues de [SMLBD09-144] et [MANNESTRAMP08] pour les aciers C70S6 et 38MnSiVS5
Pour des conditions expérimentales équivalentes (température, vitesse de déformation, taux de réduction), l’effort maximum représenté par la pression hydraulique absorbée à une amplitude supérieure pour l’acier 38MnSiV5 comme cela est visible sur la Figure 113. Cet écart n’est pas en accord avec celui qui est attendu à la lecture du diagramme de la Figure 112. La variabilité des comportements matériau pour une même nuance est probablement à mettre en cause. Les effets tribologiques des couples de matériau pièce/outil sont à priori négligeables d’un acier à l’autre. Ces observations méritent d’être confortées.
Figure 113 – Influence du paramètre « comportement matériau », évolution de la pression hydraulique au cours du laminage de lopins en C70S6 et 38MnSiV5 [IWU/THESE]
3.5.3 Influence du taux de réduction de diamètre
La variation du taux de réduction de diamètre est possible par la suppression de cales d’épaisseur présentes sous le coin. La modification à la baisse de la hauteur de coin atteinte en fin de pénétration engendre un diamètre final supérieur après laminage. La diminution du taux de réduction de 50% vers 35% engendre une hausse de la caractéristique de pression. La section de la pièce haltère qui a subi une réduction de diamètre est supérieure ; l’effort longitudinal de cohésion s’opposant à la déformation plastique d’élongation est supérieur. Par ailleurs, modifier le taux de réduction revient à baisser globalement la hauteur du coin et par conséquent pour une hauteur de pénétration donnée, celle-ci sera atteinte plus tardivement pour un taux de réduction plus faible. Le décalage vers le bas du coin revient également à déphaser légèrement l’opération de pénétration du coin.
Figure 114 - Evolution de la pression hydraulique pour deux taux de réduction 35% et 50%
[IWU/THESE]
3.5.4 Influence de la vitesse de déformation
Sur le laminoir à plaque, la vitesse de déplacement des outillages peut être réglée. Sa modification à la hausse entraîne la striction puis la rupture en section centrale des lopins. Lors d’une augmentation de la vitesse tangentielle de matrice, la transmission par adhérence sur sa surface induit une vitesse de déformation proportionnellement amplifiée au sein de la pièce. La contrainte d’écoulement est d’autant plus importante que la vitesse de déformation augmente. L’augmentation du palier de pression hydraulique maximum observé sur la Figure 115 est en accord avec l’augmentation de l’effort nécessaire pour déformer la matière. En revanche, l’augmentation de la vitesse de déformation est probablement la cause d’un échauffement interne important dont la dissipation est d’autant plus réduite que le phénomène est rapide (quasi- adiabatique). Cet échauffement est la cause d’une baisse de la contrainte d’écoulement. Ces deux effets sont antagonistes et étant donné que la striction apparaît sur les pièces sollicitées à grande vitesse (voir Figure 92(a)), il faut probablement attribuer une importante supérieure aux effets liés à l’échauffement interne.
Figure 115 - Influence de la vitesse d'outillage sur l'amplitude de la pression hydraulique [IWU/THESE]
3.5.5 Influence de la température lopin
Trois températures ont été testées sur les pièces haltères, à savoir environ 1020, 1111 et 1190°C. La rupture par striction des pièces a été observée quasiment à chaque essai pour les deux échelons de température les plus bas. Le moyen adopté pour stopper la rupture des pièces a consisté à interrompre la course des matrices avant la réalisation complète de l’opération de laminage.
La température de travail est une question qui a déjà été abordée au paragraphe 3.3.2.4. La nécessité de respecter strictement cette température est confirmée par ces nouveaux essais. Trois essais (FB11, FB31 et FB61) pour l’acier C70S6 issus du programme expérimental cité dans le Tableau 34 permettent d’établir un comparatif de l’écart mesuré entre pression minimale et maximale en fonction de la température de lopin. Le constat est le suivant : la pression hydraulique enregistrée pour opérer le laminage est d’autant plus élevée que la température de lopin est faible en début de laminage. La contrainte régnant dans la section réduite de pièce est estimée pour proposer une explication à ce constat expérimental. Pour ceci le Tableau 35 présente le bilan de grandeurs mesurées et calculées sur lesquelles s’appuie l’explication proposée.
Essai
Température mesurée
[°C]
mesuré
[bar]
(*)
Effort de laminage équivalent
estimé par le calcul [kN]
(**)
Contrainte calculée
dans la section réduite de
diamètre 25mm [MPa]
(***)
Contrainte d’écoulement maximale calculée
d’après la loi [MANNESTRAMP08]
Pour ̇ [MPa]
(****)
FB11 1020 81 203 415 285,7
FB31 1111 37 93 190 175,8
FB61 1190 11 27,5 56 122,9
Tableau 35 - Données expérimentales et résultats de calculs pour les essais de variation de température des lopins [THESE]
(*) L’écart est obtenu tout d’abord par soustraction du niveau de pression lors d’un fonctionnement « à vide » pour retirer les efforts consommés pour l’entrainement des plateaux support d’outillage de la machine et ensuite par le calcul de la différence entre la valeur maximale et minimale du signal de pression hydraulique. Cet écart est le reflet des efforts axiaux, radiaux et tangentiels de mise en forme.
(**) L’équivalence de l’effort s’exerçant sur le vérin est calculée en prenant en compte la surface de piston de l’ordre de 25100mm² sur laquelle s’exerce la pression hydraulique.
(***) En faisant l’hypothèse que tout l’effort généré pour le déplacement des plaques via les vérins hydrauliques est transmis à la pièce par les matrices dans la section réduite de la pièce lors du laminage, ce qui correspond au cas défavorable de pertes nulles, la contrainte dans cette section est alors estimée.
(****) Enfin elle est comparée à la contrainte d’écoulement maximale calculée d’après la loi de comportement Norton-Hoff du matériau C70S6 pour une vitesse de déformation de l’ordre de 1,5 s-1 présentée dans le Tableau 46 issu de [MANNESTRAMP08].
Plus la température de l’acier est faible, plus la contrainte d’écoulement du matériau est élevée. Par conséquent, pour les essais FB11 et FB31 l’effort axial outil/pièce nécessaire sur les surfaces de contact pour effectuer la mise en forme par élongation à 1000 ou 1100°C est plus élevé qu’à 1200°C. Cette situation entraîne une sollicitation de traction dans la section réduite et nécessite un effort de cohésion plus important. Dans ce cas la contrainte présente dans la section centrale dépasse la limite acceptée par le matériau, ce qui conduit à la striction puis à la rupture. Dans le Tableau 35, la contrainte supposée présente dans la section réduite de pièce est supérieure à la contrainte maximale admissible pour
ce matériau pour les essais FB11 et FB31. Ceci tend à corroborer l’hypothèse d’un manque de capacité du matériau à supporter une contrainte de traction.
Cette démarche fait appel à de nombreuses approximations et nécessite encore d’être approfondie plus amplement pour valider le rôle majeur de la température de pièce dans le procédé. L’aspect de la dissipation de chaleur doit notamment être développé pour améliorer les estimations sur le comportement du matériau.