Initiation à la simulation du forgeage

Introduction

• Le développement continu des techniques d'industrie et d'informatique, la capacité et le besoin de calcul du mécanique augmentent en même temps.

• Aujourd'hui, les calculs manuels et même les calculs logiciel traditionnel (analyse par les équations physiques) ne peuvent plus satisfaire notre exigence.

• Grâce à calcul numérique et l'augmentation constante des capacités de calcul des machines rendent possible la mise en œuvre de simulations numériques complexes, faisant intervenir des phénomènes divers.

• La nécessité de calculer les grandes déformations irréversibles des structures sous diverses sollicitations impose le recours à des méthodes numériques et à des lois de comportement des matériaux relativement compliquées.

La forge est un processus qui consiste à déformer, par choc ou par pressage entre deux outils, une masse métallique rendue malléable par un traitement préalable (en général par chauffage). Donc dans la simulation du forgeage, nous devons règle les paramètres des différentes étapes d'une mise en données d'une simulation.

La première étape de la mise en données consiste à choisir le type d'analyse que l'utilisateur souhaite réaliser :

Analyse axisymétrique : est dédiée à la simulation de forgeage lorsque la géométrie de la pièce, les propriétés du matériau, les conditions de chargements, de déplacements des outils et des conditions de contact ont une symétrie en rotation par rapport à un axe.

Analyse en 3D : est dédié à la simulation de forgeage des pièces réellement tridimensionnelles telles que des pivots de direction, vilebrequins, bielles, bras de suspension, engrenages, pièces de liaison au sol, aubes de turbines, etc..

Intérêt de la simulation numérique du forgeage :

• Assurer la forme finale du produit

• Estimer les efforts de presse

• Analyser la distance de contact avec les outillages, les vitesses et les déplacements

• Prédire l'évolution de la température et des contraintes résiduelles

• Estimer l'usure des outillages et les déflections de la presse

• Prédire les défauts, et la carte des déformations (corroyage)

• Optimiser de la matière et éviter les bavures et diminuer la taille des outils, réduction du nombre d'opérations

Logiciels spécialisés : Le secteur du forgeage doit comprendre les phénomènes physiques à grande échelle. Dans les simulations multiphysiques comme la mise en forme thermomécanique, les interactions complexes comme le refroidissement, la rétraction du métal, l'interaction des matrice et d'autres aspects du processus de forgeage sont complexes à la fois en termes de simulation et de visualisation.

L'efficacité des techniques de post traitement est essentielle, car elle permet aux ingénieurs et aux concepteurs de procédés d'examiner l'intérieur des pièces forgées opaque, d'approfondir leurs connaissances, de repérer les éventuels défauts, d'identifier les formes finales et d'optimiser les processus avant la production.

A. Logiciel Transvalor (CEMEF) a développé une suite de logiciels de simulation hautement performants, qui couvrent une vaste gamme de procédés de formage des matériaux métalliques solides et liquides, ainsi que des polymères.

1. FORGE® pour la mise en forme du métal à chaud, à mi-chaud et à froid

2. COLDFORM® pour le formage des métaux à froid

B. Logiciel QForm 2D/3D Logiciel russe pour la forge et QForm-Extrusion pour l'extrusion. QForm est bien adapté aux ateliers de forgeage à chaud, aux formeurs à froid, aux fabricants de fixations et aux usines d'extrusion qui cherchent à améliorer la qualité tout en réduisant les rebuts et les coûts d'outillage.

Exemples de simulation de forgeage avec logiciels spécialisés (Qform 2D)

Exemples de simulation de forgeage avec logiciels spécialisés (Qform 3D) 

C. Logiciel AFDEX (MFRC) : est un simulateur de formage de métaux à usage général basé sur la méthode des éléments finis élasto / thermo / viscoplastique rigide, spécialisé dans le forgeage et d'autres procédés de formage.

L'AFDEX peut prévoir les charges de formage pour aider à sélectionner les presses appropriées et également pour développer et optimiser les processus de formage des métaux.

Par exemple, les essais de conception de processus coûteux peuvent être complètement éliminés en réduisant considérablement le temps et le coût de développement ainsi qu'en améliorant la qualité du produit en termes de lignes de flux métalliques (flux de grains, flux de fibres) et d'allongement de la durée de vie. Ces prévisions prolongent également la durée de vie des matrices et donc une productivité accrue donnera à l'utilisateur et à l'entreprise un excellent retour sur investissement.

Exemple de simulation de forgeage avec logiciels spécialisés AFDEX d'une pièce de machine agricole (Metal Forming Research Corporation)

Exemples de simulation de forgeage avec logiciels spécialisés AFDEX d'une pièce de roue (Metal Forming Research Corporation)