Faire correspondre les simulations de formage d'AHSS avec les essais en conditions réelles n'est pas toujours évident et ce, pour plusieurs raisons. Cette brève présentation détaille les 10 considérations à prendre en compte pour préparer des simulations pour des pièces automobiles en acier AHSS/UHSS/Gigapascal – et explique pourquoi il est primordial de travailler en étroite collaboration avec votre fabricant d’aciers AHSS et de pouvoir exploiter ses données sur le formage de ces matières.
Commencer par le problème numéro 1 lors des simulations de formage pour l’acier AHSS : l’étirage des bords de découpe. Il faut prévoir toutes les situations où il y a tension uni axiale sur un bord de découpe.
Le diagramme de limite de formage ne peut pas être utilisé comme guide pour l’étirage des bords, simplement parce que lorsque nous testons le matériau en laboratoire et créons la courbe de limite de formage, nous ne testons pas l’acier AHSS au niveau du bord de la découpe, mais au centre, dans le corps de la tôle.
Il n'y a pas non plus de correspondance entre les valeurs de ductilité des bords et d’allongement – de sorte que le graphique en « courbe en banane » de l'acier AHSS ne sert à rien pour évaluer la ductilité des rives.
La conception de l'outil de découpe a une forte influence sur la limite de ductilité des bords sur un AHSS. Dans le Centre de partage des connaissances SSAB, nous testons nos aciers AHSS automobiles Docol® pour trouver le dégagement de découpe optimal pour chaque nuance.
Mais, les simulations AHSS sont rendues encore plus complexes par les changements de ductilité des bords pendant la production en série, du fait de l’usure de l’outil de découpe. Certains logiciels de simulation commencent à proposer la prise en compte d’allongement des bords. Les valeurs par défaut sont les plus larges et correspondent aux découpes au laser, les suivantes sont celles des bords après le passage de l'outil, puis les bords après usure de l'outil.
Pour les simulations sur AHSS, il faut être certain d'intégrer :
Il existe de nombreuses façons de générer différentes réactions et gradients de déformation des aciers AHSS : au plan de la tôle, dans le sens de l’épaisseur, ainsi que dans la résistance et la concentration le long du bord de découpe lui-même.
SSAB a créé un test pratique – le test de double pliage – qui vérifie l’angle de pliage maximal de l’acier AHSS avant la fissuration.
Nous prenons les résultats du test de double pliage et les comparons au test d'expansion de trous. Entre ces tests, il peut y avoir d’énormes différences quant aux niveaux de contrainte acceptables. Par exemple, un acier 980 DP de 1 mm peut avoir une contrainte maximale de 46 % lors du test d’expansion de trou, mais seulement 11 % lors du test de double pliage.
L’essai de dilatation des trous ISO 16630 pour la ductilité des bords est réalisé avec zéro pré-déformation dans un échantillon d’acier AHSS. Mais dans les faits, il est courant que la tôle AHSS soit précontrainte avant la découpe et la déformation finale des bords de découpe. Il est compliqué de concevoir un test général pour cette situation, car il est difficile de pré-contraindre le gros échantillon (100 x 100 mm) pour le test de rapport d’expansion de trou (HER). Mais alors, comment prévoir les réactions d'un AHSS dans cette situation ?
Au lieu de vous contenter uniquement du test de rapport d'expansion des trous, vous pouvez faire une simulation sur la pièce, en surveillant les contraintes majeures qui traversent les zones précontraintes. S'il y en a, plusieurs options sont possibles. Vous pouvez remplacer la matière par une nuance AHSS qui présente une meilleure ductilité des bords de découpe, ce qui vous donnera une marge de sécurité supplémentaire. Vous pouvez aussi revoir vos plans pour maintenir la précontrainte à un niveau inférieur, ou alors tâcher de déplacer la précontrainte vers une autre zone moins affectée par la contrainte finale de la pièce.
Si vous pliez un métal, puis le pliez dans le sens opposé et que vous recommencez d’avant en arrière, le métal finira par casser – la matière est endommagée. Cette réaction ne peut pas être prise en compte par la courbe limite de formage, elle est difficile à modéliser.
Pour donner un autre exemple, les simulations d'un autre client n’ont montré aucun problème lors du formage de l’acier AHSS – aucune contrainte qui dépassait la limite. Pourtant, des fissures se produisaient à la production ! Nous avons donc effectué une simulation de formage incrémentiel qui nous a donné une valeur de résultat spéciale appelée « déformation cumulée » (voir l’image).
Il nous est arrivé d'entendre que les variations de qualité de la production étaient liées aux variations de matière. S'il est clair que l'homogénéité des matières AHSS est essentielle, cela ne fait pas tout.
En fait, nous effectuons des analyses de reproductibilité qui comparent les réactions nos nuances Docol® aux nuances VDA classiques. Dans un cas, nous avons étudié une bride simple en acier AHSS à phase complexe (CP) 980 avec une tolérance de ±1° conformément à VDA 239. Vous pouvez voir le processus d’analyse complet dans notre webinaire à la demande intitulé : Simulations AHSS pour la conception automobile : 10 considérations majeures.
L’analyse a montré que cette pièce particulière, lorsqu’elle est fabriquée à partir d'acier Docol® 980 CP, était 628 fois moins susceptible d’être hors tolérance qu’une pièce fabriquée à partir de la nuance VDA 980 CP générale – en raison des tolérances mécaniques supérieures de la matière Docol®.
Il est toujours souhaitable que les matières soient homogènes, en particulier pour les applications en acier AHSS/UHSS/Gigapascal qui dépendent vraiment de tolérances mécaniques étroites. Mais, il est risqué de concevoir des pièces en acier AHSS uniquement en fonction de la tolérance mécanique. De nombreux autres facteurs peuvent entrer en jeu pendant la production : variations de processus, usure des outils, lubrification, etc.
Ce que nous aimons dire, c’est que le paramètre le plus important pour un traitement AHSS hautement reproductible est de prévoir une conception de pièce solide, tirant pleinement parti des géométries à haute rigidité, avec de petits rayons, en utilisant d'autres caractéristiques à bon escient.
Sur les pièces en acier AHSS aux bords fortement comprimés, sans possibilité d’utiliser un serre-flan, il faut faire une simulation sur la pièce pour tâcher de détecter tout plissement. Voici une pièce en acier AHSS de 4 mm d’épaisseur. Nous avons simulé cette pièce en utilisant trois approches différentes pour comparer les prototypes réels :
Pour les simulations d’emboutissage d'AHSS, l’approche la plus courante consiste à utiliser une coque sans contact direct. Pour déterminer la tendance au plissement, c'est un type d’élément réducteur. Ce que vous pourrez au moins affirmer, c’est que s'il n'y a pas de plissement avec des éléments de coque sans contact direct, au bout du compte, il n'y aura pas de plissement. Toutefois, comme nous l’avons montré dans cet exemple, cette approche peut apporter des limites à une pièce en acier AHSS qui ne s'appliquent pas en conditions réelles..
Lorsque vous utilisez des aciers AHSS/UHSS/Gigapascal, la force de réaction de la tôle augmente avec les serre-flans. Et si la force de réaction de l’acier AHSS est supérieure à la force du serre-flan, l’outil s’ouvrira. Cela conduit à un processus impossible à contrôler : vous pourrez vous retrouver avec des plis et des fissures et peu de ressemblances entre votre simulation d’acier AHSS et la réalité.
Il faut donc vérifier scrupuleusement les forces sur les supports de découpe et les patins. Certains logiciels de simulation permettent de détecter la force de réaction d'une tôle AHSS pendant l’ouverture de l’outil. Certains logiciels ajoutent discrètement plus de force au serre-flan pour maintenir les outils fermés – il est crucial de vérifier si c'est le cas pour votre logiciel de simulation.
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