contribution to the modelling and numerical simulation of metal blanking
CONTRIBUTION À LA MODÉLISATION ET À LA SIMULATION NUMÉRIQUE DU DÉCOUPAGE DES MÉTAUX
Résumé
Blanking is a widely used metal forming process in industry. Indeed, components dedicated to electronic applications are often manufactured with blanking. However, there are many parameters to adjust and control in such an operation. Nowadays, empirical methods and know-how of the operators are no longer sufficient. The aim of this thesis is thus to propose a numerical tool to help manufacturers in this task. Modeling is based on a full mechanical analysis of the material behaviour of the sheet metal part. Strain rates and thermal sensitivities of the material are taken into account by means of a thermo-elasto-viscoplastic model in an adiabatic context. Damage and fracture are also incorporated into the modeling. A simulation software dedicated to blanking has been developed, based on the finite element method where blanking is simulated with a two-dimensional model. Moreover, an experimental device has been designed and manufactured during this study in order to validate the mechanical models. Some practical applications are also presented in this document to illustrate how numerical simulation can be helpful for designers and manufacturers.
Le découpage mécanique des métaux est un procédé très utilisé dans l'industrie. Il permet notamment de réaliser des composants de formes plus ou moins complexes dédiés à l'industrie électronique. Cependant, il nécessite le réglage et le contrôle de nombreux paramètres. Or, le contexte industriel actuel rend les méthodes fondées sur le savoir-faire des opérateurs inadaptées. L'objet principal de cette thèse est donc de proposer un outil d'aide à la mise au point d'un découpage par le biais de la simulation numérique. La modélisation repose sur une analyse mécanique complète du comportement matériel de la tôle. La sensibilité du matériau à la vitesse de déformation et à la température est prise en compte par l'intermédiaire d'un modèle thermo-élasto-viscoplastique dans un cadre adiabatique. Les mécanismes d'endommagement et de rupture sont également pris en compte dans la modélisation. Un logiciel de simulation spécifiquement dédié au découpage a été développé. Il est basé sur la méthode des éléments finis et repose sur une modélisation bi-dimensionnelle du procédé. En parallèle aux développements numériques, un dispositif expérimental a été conçu et réalisé au cours de ces travaux, afin de valider les modèles mécaniques retenus. Les applications présentées dans ce mémoire illustrent l'apport de la simulation numérique pour les entreprises spécialisées.