Industrial bending optimization by finite element method
Optimisation d'opérations industrielles de pliage par la méthode des éléments finis
Résumé
Apparently, bending seems to be a basic sheet metal forming process. Nevertheless, the current technical part complexity implies accurate industrial bending processes. Springback phenomenon which occurs in complex parts upon tools removal can't be easily predicted. This problem is typical in mechanics: to find the right blank geometry depending on the boundary conditions imposed in terms of efforts and displacements. It means solving differential equations in regard with time and space variables, whose initial conditions are given by the volume boundary conditions. The chosen plasticity model and its identification are crucial for the quality of the solution. The general problem complexity is reduced as much as possible thanks to simplifying assumptions. The reduced equations integration is performed in an analytical way or thanks to a simplified numerical integration. However, the needed assumptions are too restrictive and the implementation is reduced to textbook cases. Industrial bending process can only be modelled by finite element code. The latter reproduces phenomena encountered during industrial bending processes: anticlastic curvature, neutral layer shifting, coining… A discussion is conducted to find out in which conditions a 2D simulation, that allows shorter calculation time, can be applied. These reliable models are used coupled with modal analysis methods of form errors to optimize tools.
Le pliage est un procédé a priori élémentaire de mise en forme des tôles métalliques. La complexité des pièces techniques actuelles rend cependant pointues les opérations de pliage industriel. Le retour élastique apparaissant sur les pièces complexes après retrait des outils ne peut plus être anticipé simplement. Le problème posé est alors typique en mécanique : trouver la géométrie finale du flan en fonction des conditions aux limites imposées en forces et déplacements. Formellement, cela revient à résoudre un système d'équations différentielles dépendant du temps et des variables d'espace dont les conditions initiales sont données par les conditions aux frontières du volume. Le modèle de plasticité choisi pour le matériau et son identification sont déterminants pour la qualité de la solution. On réduit dans la mesure du possible la complexité du problème général par des hypothèses simplificatrices. L'intégration des équations réduites s'effectue alors analytiquement ou par une intégration numérique simplifiée. Toutefois les hypothèses nécessaires sont ici trop réductrices et limitent l'application à des cas d'école. Le pliage industriel ne peut finalement être modélisé qu'avec un code éléments finis. Celui-ci reproduit les phénomènes rencontrés lors d'un pliage industriel : courbure anticlastique, décalage de la fibre neutre, estampage… Une discussion est menée pour voir sous quelles conditions une simulation 2D diminuant les temps de calculs s'applique. Ces modèles fiabilisés sont utilisés couplés avec des méthodes d'analyses modales des défauts de forme pour optimiser les outillages.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
Loading...