Analysis of hemming processes of metallic sheets. Experimental and numerical aspects, damage of hemmed parts
Analyse des procédés de sertissage de tôles métalliques. Aspects expérimentaux et numériques, endommagement des pièces serties.
Résumé
This study, in collaboration with PSA Peugeot Citroën company, focus on the numerical and experimental aspects of the hemming process of metallic sheets. Hemming is an assembly process at room temperature, performed by plastic deformation of outer and inner skins of automotive opening parts. Two materials are studied: an aluminium alloy of the 6000 serie and a bake-hardening steel. The characterization is performed using tensile and cyclic shear tests. An elastoviscoplastic model using either isotropic or anisotropic yield criteria coupled with isotropic and mixed hardening is studied. A specific hemming device was designed to flange and hem curved surface and curved edge samples, by classical and roll-hemming processes. These samples are pre-strained by biaxial expansion, trimmed by laser, flanged and hemmed on the device. These hemming tests constitute an experimental database used to validate and compare the finite elements simulations. A highly localized and severe plastic deformation is observed during the process that leads to the damage of the hemmed edge on the aluminium alloy. A constitutive law that takes into account the ductile damage was proposed and identified to predict hemming limits.
Cette étude, réalisée dans le cadre d'une thèse en contrat CIFRE avec la société PSA Peugeot Citroën, a pour objectif l'étude expérimentale et numérique du procédé de sertissage des tôles métalliques. Ce procédé intervient dans les dernières opérations de mise en forme des ouvrants automobiles, après l'emboutissage et le tombage de bord (inclinaison du bord de la pièce à 90◦ ). Il s'agit d'un procédé d'assemblage par déformation plastique à froid, entre la peau extérieure et la doublure (partie renforçante) d'un ouvrant. Il est classiquement scindé en deux étapes, qui sont le présertissage, qui amène le bord tombé à environ 45◦ de la doublure, et le sertissage. Deux matériaux sont étudiés : un aluminium de la série 6000 et un acier à bake hardening. La caractérisation est réalisée à l'aide d'essais de traction uniaxiale et de cisaillement monotone et alterné, an de caractériser l'effet Bauschinger. L'étude s'est particulièrement attachée à la détermination des paramètres matériaux d'une loi de comportement élastoviscoplastique avec des critères de plasticité isotrope et anisotrope couplés à un écrouissage isotrope et mixte. Un dispositif de sertissage spécique a été conçu pour permettre le tombage et le sertissage classique et par roulage d'éprouvettes de laboratoire non planes (galbées) avec des bords courbes. Ces éprouvettes ont subi des prédéformations par expansion biaxiale (2 rayons de galbe différents) puis sont découpées par laser, tombées et serties sur le dispositif. Ces essais ont constitué une base de données expérimentale pour plusieurs géométries, avec mesure des caractéristiques géométriques et des efforts. La modélisation du procédé de sertissage classique a été réalisée avec le logiciel Pamstamp2G afin de déterminer l'influence des lois de comportement (critère de plasticité et type d'écrouissage) sur les résultats de la prédiction numérique. L'étude s'est également orientée sur le développement d'un outil numérique pour modéliser le sertissage par roulage, afin de décrire la trajectoire du galet. La base d'essais a permis la calibration du procédé en déterminant les paramètres numériques optimums à adopter pour cette mise en donnée particulière. La déformation plastique équivalente atteint localement des valeurs entre 0.8 et 1.0 dans la zone pliée et des fissures peuvent apparaître pour l'alliage d'aluminium. Une loi de comportement qui prend en compte l'endommagement ductile (modèle GTN) a été identiée à l'aide d'essais de traction uniaxiale sur éprouvettes droites et avec entailles ainsi que sur des essais d'expansion biaxiale. Des essais expérimentaux représentatifs du procédé de sertissage ont permis de quantier expérimentalement cet endommagement sur la zone pliée et leur modélisation numérique, la détermination de la limite de sertissabilité de la structure.
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