Figure 125 – Les activités nécessaires pour fabriquer une matrice de laminage transversal
Opérations Remarques Mise en données 3D à chaud, RK2 N/A
Importation de la géométrie surfacique de la matrice au format de fichier *.STL avec outil rigides
N/A
Le maillage STL est conservé en l’état ou raffiné si le facteur de forme surfacique se révèle inadapté (facteur<0,4)
Dans le cas d’un maillage hétérogène, il existe un risque de pénétration de la matière de lopin à travers la matrice
Prise en compte de la symétrie de pièce en implantant un demi-lopin et deux demi- matrices.
Dans le cas où les matrices sont symétriques et implantées en entier dans la mise en donnée, il existe un risque important d’instabilité de pièce au cours du calcul. Les faibles écarts cumulés sur les résultats de calcul de part et d’autre de la matrice conduisent rapidement à une pièce qui roule de travers.
Mise en place éventuelle de règles de guidage
Pour remédier à l’effet décrit à la ligne précédente (possible déséquilibre de pièce), il est judicieux d’implanter des règles de guidage en amont comme en aval de la pièce. Ces règles sont associées à l’avance de la pièce en cours de laminage.
Le lopin est maillé régulièrement avec possibilité de raffiner par une boîte de maillage dans la zone mise en forme
Rapport taille de maille sur diamètre lopin de l’ordre de 1/10 à 1/15.
Une loi de frottement de type viscoplastique est généralement utilisée
Des coefficients variables sont appliqués sur certaines zones de l’outillage pour reproduire les différentes textures présentes sur l’outillage physique
Voir [MAKO01], [PGAC05], [HCB08]
[MLB11] à propos de l’influence du paramètre de frottement sur les déformations au sein des pièces. Thème développé également dans ce chapitre sur l’exemple de la préforme balustre
Le pas de temps entre deux calculs doit correspondre à une faible rotation du lopin
En pratique, les configurations pour lesquelles le lopin tourne d’un angle inférieur à 1° entre deux positions de calcul donnent les résultats les plus réalistes. Cette méthode évite la variation du volume de pièce qui se propage par le cumul d’erreur lors des remaillages.
Critère d’endommagement Voir [PGAC05] dans lequel un critère de Lemaître est utilisé
Cinématique d’outillage Le rôle de la vitesse tangentielle durant le laminage est important, la mise en données doit tenir compte au mieux des vitesses réelles.
Influence sur le comportement au glissement et à la striction de la pièce Tableau 40 - Instructions pour une mise en données avec le logiciel FORGE©.
Figure 126 – Logigramme de description des sous-procédures concernant les étapes de conception (A1) et de simulation numérique (A2)
4.2.3 Boucle(s) de correction
Malgré la présence de règles fortes et l’expérience de nombreux concepteurs, l’activité d’essais et de mise au point « physique » d’outillage ((A4) sur Figure 125) reste généralement longue et minutieuse. Selon les exigences clients sur le niveau de qualité des pièces, l’étape d’optimisation des matrices « physiques » peut durer plusieurs mois.
Ces travaux sont d’autant plus complexes qu’ils doivent intégrer les mêmes modifications sur chacune des deux (ou plus) matrices. La notion de boucle de correction vise à augmenter le degré de raffinement des matrices en sortie de phase de conception (Activités A1 et A2). Sont particulièrement visés, les défauts de type effet Mannesmann, striction et écarts géométriques par rapport aux dimensions prescrites.
Il est donc nécessaire d’intégrer le maximum de corrections sur les géométries de matrices à partir de ce qui est observé en simulation numérique. Se pose alors la question de prédictibilité du calcul numérique qui sera abordée au chapitre 4.5.
L’émergence de questions et d’éventuelles difficultés lors de l’application de cette procédure doit permettre de la faire évoluer pour la rendre plus universelle et tournée vers l’utilisateur. Dans cette optique, une étude de cas concernant la conception d’une pièce à double réduction a été menée afin de pointer les incohérences et de vérifier la robustesse de la méthode.
4.2.4 Logigramme, démarche COLT et outil informatique
Le caractère relativement complexe de la projection des géométries, conjugué à l’obligation de modifier fréquemment le choix des angles de coin, nécessite d’automatiser le maximum d’opérations afin de faciliter et d’accélérer les activités de conception. Par exemple, le logiciel VERACAD existe aujourd’hui pour réaliser ces opérations de support en conception d’outillage de laminage à retour. Des logiciels dédiés au laminage transversal sont également développés « en interne » comme le laissent apparaître les publications sur ce sujet (voir synthèse dans le Tableau 41).
Référence Détails
[UPL95] Logiciel CROLL – IWU Chemnitz, Allemagne (1994)
Logiciel développé en interne pour la génération des géométries de matrices. Données d’entrée : Classes de qualité et de précision, dessin de pièces, données technologiques et catalogues des machines. Résultats obtenus : choix de la machine, détail géométriques du lopin, forme du laminé, coordonnées des coins, fichier au format VDAIS. Le logiciel CFAO utilisé en support est EUKLID.
[JXZ07] Macro Pro/Engineer - Université des sciences et technologies de Pékin, Chine (2007) Processus simplifiée de choix des paramètres géométriques, calcul des sections de coin, calcul du déplacement angulaire, écriture des résultats dans une base de données puis transfert vers un fichier d’outillage paramétré sur le logiciel de CAO Pro/Engineer.
[ABR08] PMC-Rolling – Académie des sciences de Biélorussie (2008)
Données d’entrée : caractéristiques géométriques du laminé, données du laminoir, propriétés du matériau lopin.
Le programme PMC-Rolling calcule :
diamètre et longueur du lopin,
les efforts radiaux, axiaux et tangentiels,
le schéma de laminage comprenant le détail des coins, des inserts et couteaux
présents sur la matrice ;
les paramètres géométriques de chaque élément angles, hauteur, etc.
PMC-Rolling utilise plusieurs logiciels combinés comme support : SolidWorks : construction d’un modèle géométrique et conversion des données en un format PARASOLID unifié (*.x_t) ainsi que STEP et STL. ANSYS / LS-Dyna : analyse par éléments finis
Il est possible d’opérer des modifications manuelles et de régénérer le modèle géométrique.
[WYCZ10] Delphi – Shandong Architectural University, Jinan, Chine (2010)
Décomposition des laminés en volumes élémentaires, génération automatique des géométries de coins paramétrés en association avec les volumes identifiés. Utilisation de logiciels CAO associés.
[WAHE04] RollCAD – Eratz-Ingenieurbüro, Allemagne et Jinan Foundry and Metalforming Machinery Research Institute, Chine (2004)
Logiciel disponible en version de démonstration (2003) sur le site internet http://www.eratz.de (information validée en Mars 2012)
Génération des géométries d’outillage, des données lopins et de la gamme de mis en forme.
Tableau 41 - Quelques logiciels de conception d'outillage pour le laminage transversal
En s’appuyant sur ce constat, un travail de prospection pour identifier les besoins utilisateurs a été mené dans cette thèse, en lien avec la société Forges de Courcelles. Il ressort notamment que les tâches à automatiser sont :
La création d’un diagramme des sections offrant des possibilités d’ajustement ;
L’édition de la gamme des différentes opérations de mise en forme. C’est-à-dire que sur la base du laminé final, les opérations intermédiaires sont calculées et proposées par le logiciel ;
Un processus d’optimisation des géométries combinant opérations manuelles et adaptations automatiques par le logiciel ; le fonctionnement général de l’étude se fait par aller-retour entre le diagramme des sections et le détail des profils pour une optimisation progressive.
Etablir la géométrie des outillages et créer les segments d’outils correspondants.
Permettre l’exportation des géométries vers un logiciel CAO.
Ce projet relativement conséquent fait partie des perspectives de développement des travaux engagés dans le cadre de cette thèse. Le développement d’un logiciel ou d’un outil apparenté (macro CATIA) est envisagé pour faciliter ce travail de support à la conception. Il aura pour structure la démarche COLT et pourra intégrer divers niveaux de capitalisation de connaissances.