Gérer le retour élastique pendant la simulation et le formage d’aciers automobiles à ultra-haute limite d’élasticité

Lorsque vous passez à des niveaux supérieurs d’acier avancé à haute résistance (AHSS/UHSS), la planification du retour élastique devient un élément central pour vos simulations de formage, vos méthodes d’emboutissage, voire la géométrie de votre pièce automobile. Cet article couvre les points marquants du récent webinaire SSAB sur le retour élastique.

Types de retour élastique AHSS/UHSS

Il existe deux types de retour élastique AHSS/UHSS : l’un se produit dans le rayon pendant le formage et l’autre dans le plan, créant un vrillage. La quantité de retour élastique est influencée par la résistance de l’acier, son module de Young et son écrouissage.

Lors d’une simulation de contrainte dans le rayon, le diagramme de limite de formage ne suffit pas – il concerne la couche interne de l’acier et peut donc être assez faible, de l'ordre de 1  % ou 2 %. En modélisant toutes les couches, y compris les couches extérieures, il est possible de détecter une déformation plastique beaucoup plus élevée, de par exemple, 11 % ou plus.

Pour comparer les résultats simulés du retour élastique AHSS/UHSS avec les scans d’une pièce formée physique, SSAB a créé un plan de pare-chocs pour tester différents modèles de matériaux. En utilisant un modèle de durcissement isotrope Hill 90 simple, le retour élastique prévu pour ce plan correspondait bien à la pièce réellement formée. La même correspondance entre le plan et la pièce physique a été obtenu par l’utilisation d’un modèle de durcissement isotrope BBC2005. Si vous utilisez des modèles d'écrouissage cinématique, n’oubliez pas que leurs paramètres auront une forte influence sur le comportement de retour élastique : mais avec les bons paramètres, les modèles cinématiques fourniront une très bonne correspondance avec la pièce réelle. Il est donc particulièrement important d’utiliser de très exactes mesures pour les matériaux AHSS/UHSS à plus haute résistance lors des simulations.

Types de retour élastique

La géométrie des pièces a également une influence majeure sur le retour élastique. Par exemple, un profil de casque simple présentera un retour élastique beaucoup plus élevé (vrillage) qu’un profil de casque double, avant toute compensation de retour élastique pour l’une ou l’autre conception. Cela vient du fait que le double casque a des rayons allant dans des directions opposées, de sorte que les retours élastiques s’annulent plus ou moins les uns les autres.

Pour compenser le retour élastique sur un profil de casque simple, si vous utilisez de l’acier AHSS, c’est-à-dire, par exemple, double phase 600 MPa ou 800 MPa, vous pouvez essayer d’étirer le bord relevé de la pièce, puis utiliser un rayon plus aigu et donc mieux influencer la déformation de ce bord. Mais, pour les nuances d’acier gigapascal à plus haute limite d’élasticité (1 000 MPa ou plus), il vous faut une autre solution. Vous pourriez avoir une came à l’intérieur de l’outil pour changer le sens de formage, puis modifier la friction, faisant passer la variation de la pièce de, par exemple, plus de 0,7 mm à un maximum de 0,5 mm. Le webinaire sur le retour élastique présente une vidéo de ce processus de formage en plusieurs étapes.

Courbure de paroi latérale

Application BendCalc de SSAB et modèle de matières pour estimer le retour élastique dans le pliage pur

L’application pour téléphoneBendCalc de SSAB, est le premier logiciel à prédire le retour élastique réel dans le pliage pur des matières AHSS/UHSS. Les paramètres incluent la sélection de votre nuance d’acier Docol®, l’angle final souhaité, votre géométrie, le niveau de friction et d’autres conditions d’installation. BendCalc peut être téléchargé gratuitement depuis l’App Store ou Google Play.

Le modèle théorique derrière BendCalc est le suivant. SSAB a d'abord réalisé des essais de pliage dans des conditions sans friction, comme pour la procédure d’essai de pliage VDA 238-100, en vue de tracer la courbe de force par rapport à la longueur de course (ou position). Ces données ont ensuite été transcrites au moment de la section transversale et à l’angle de pliage, en prenant soigneusement note de la géométrie pour la mise en place du pliage.

En appliquant le moment estimé, il est également possible de calculer en continu la forme actuelle de l’angle de courbure des brides de la pièce – et l’angle de contact entre la pièce brute et le couteau. Tous ces angles individuels influencent séparément la quantité finale de retour élastique AHSS/UHSS. Le modèle BendCalc correspond à un grand nombre d’essais de pliage que SSAB réalise en interne, ce qui vous permet d’entrer votre configuration géométrique pour estimer le retour élastique, la longueur de course, la force maximale et d’autres paramètres.

Application mobile BendCalc

Stabiliser le formage AHSS/UHSS à l’aide des nuances d’outils recommandées

SSAB est forte de plus de 40 ans d’expérience dans les solutions d’acier d'outillage pour HSS. Notre savoir-faire repose sur les résultats de production réels de nos clients, ainsi que sur la participation à différents projets de R&D qui étudient des séries sur le long terme. Nous vous encourageons à télécharger notre brochure de 40 pages sur nos solutions d’outillage pour les aciers avancés à haute résistance pour profiter de recommandations sur les aciers d'outillage.

Dans les opérations de formage, les ruptures d'outils peuvent être dues à une usure par frottement, l’usure et la déformation plastique, tandis que les opérations de découpe peuvent elles aussi provoquer des ruptures par écaillage et fissuration. Avec des méthodes d’acier d’outillage non optimales, la friction peut s’accumuler au fil du temps, augmentant l’effet de retour élastique au-delà des tolérances de vos pièces. L’écaillage de l’outil pendant la découpe fait que les bords des tôles sont de mauvaise qualité, ce qui peut entraîner un risque de fractures soudain dans les brides.

SSAB propose des conseils adaptés pour les nuances d’acier d'outillage pour l’emboutissage de ses nuances d’acier Docol® AHSS/UHSS, avec des duretés ≥ 60 HRC afin de prévenir la plastification. SSAB recommande aussi des traitements de surface (revêtements). Les coûts initiaux plus élevés de ces aciers d'outillage à hautes performances seront plus que compensés par la réduction des arrêts de production et des coûts de rénovation/entretien des outils.

L’estampage de nuances AHSS/UHSS à plus haute résistance entraîne des pressions plus élevées et un risque accru d'usure par frottement. Pour garantir des conditions de friction stables, concevez un insert d’outil et utilisez un acier pour outillage traité PVD/CVD ou Duplex. Avant d’ajouter le revêtement, le polissage est essentiel. Polissez la surface à au moins Ra< 0.2 µm et, pour les zones critiques, jusqu'à Ra 0.05 µm pour prévenir les fissures, l'usure par frottement et les excès de friction.

Pour le formage à froid et le découpage des nuances AHSS/UHSS, envisagez l’acier pour outillage SSAB Toolox®, avec une capacité de durcissement de surface pour PVD, laser, induction et nitruration. L’acier Toolox® présente moins de frictions du fait de son niveau élevé de micro-propreté, d’un rapport d’amortissement très élevé dû à sa résistance aux vibrations, d’une résistance élevée à la fatigue et d’une résistance élevée à l’écaillage et à la fissuration.

Couverture de la brochure sur les solutions d’outillage
pdf 1,32 Mb
Docol® Tooling solutions for advanced high strength steels

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