Contribution to the knowledge of the relation between the blanking parameters and tool wear
Contribution à la compréhension de la relation entre les paramètres de découpe et l'usure des outils
Résumé
This work proposes a tribological analysis of the blanking operation. A better knowledge of the wear mechanisms present on the cutting punches is necessary to allow their reproduction in the laboratory and thus to test new tools materials, to extend their life time and increase the productivity of the process. Firstly, an open-type tribometer is developed in order to recreate the abrasive wear mechanisms present on the press. The innovative characteristics of this tribometer are the possibility of directly installing sheets identical to cutting pieces, and the friction distances can approach five kilometers on new surface. An energy approach of the wear is conducted in order to compare the results obtained with the tribometer and measurements on the press. Secondly, real tests on a cutting press with an instrumented tool are carried out. The measurement of the wear of the punch by replication and thin layer activation are the two "in-situ" techniques put in place during the tests. Differents cutting configurations are tested in order to observe their impact on the cutting force, the appearance of the cut edge and the wear of the punch. The wear of the punch is too low in the cutting test to be measured, but the rates of energy dissipated in the friction can be estimated. Thirdly, a comparison of the dissipated energies of friction on the tribometer and on the press shows significant deviations. To explain them, a finite element simulation of the cutting operation is carried out. A prediction of wear is established to show the potential of the energetic approach. A vibratory analysis of the tool shows that the phase of cracking of the sheet induces sometimes numerous oscillations of the punch which can lead to wear by fatigue.
Ces travaux de thèse proposent une analyse tribologique de l’opération de découpage sur presse. Une meilleure connaissance des mécanismes d’usure présents sur les poinçons de découpage est nécessaire pour permettre leur reproduction en laboratoire et ainsi tester de nouveaux matériaux d’outils, pour allonger leur durée de vie et augmenter la productivité des outillages. Dans un premier temps un tribomètre de type ouvert est développé afin de recréer les mécanismes d’usure par abrasion présents sur presse. Cette configuration ouverte est choisie car lors de la découpe, l’outil vient découper une pièce sur une surface neuve en continue. Les caractéristiques innovantes de ce tribomètre sont la possibilité d’installer directement des tôles identiques à celles découpées, et les distances de frottement qui peuvent approcher cinq kilomètres sur surface neuve. Une approche énergétique de l’usure est mise en place afin de comparer les résultats obtenus avec le tribomètre et les mesures sur presse. En effet, dans un second temps, des essais réels sur presse à découper avec un outil instrumenté sont conduits. La mesure de l’usure du poinçon par réplication et par activation superficielle sont les deux techniques « in-situ » mises en place lors des essais. Différentes configurations de découpe sont testées afin d’observer leur impact sur l’effort de découpage, l’aspect du bord découpé et l’usure du poinçon. L’usure du poinçon est trop faible dans l’essai de découpage pour être mesurée, mais les taux d’énergie dissipée dans le frottement peuvent être estimés. Dans un troisième temps une comparaison des énergies dissipées dans le frottement sur le tribomètre et sur presse montre d’importants écarts. Pour les expliquer, une simulation par éléments finis de l’opération de découpe est conduite. Une prédiction de l’usure est établie afin de montrer le potentiel de la méthode d’approche énergétique. Une analyse vibratoire de l’outil montre que la phase de fissuration de la tôle induit des oscillations parfois nombreuses du poinçon qui peuvent conduire à de l’usure par fatigue. Des essais d’usure par fatigue sont réalisés et montrent que suivant les nuances, le carbure de tungstène usiné par électroérosion à fil est moins résistant à l’écaillage.
Origine : Version validée par le jury (STAR)