Tribologie de l'emboutissage - Enjeux, conditions de contact et approches expérimentales

Abstract

Res problemes tribologiques rencontres dans l'emboutissage des toles sont particulierement difficiles pour au moins deux raisons : raisons physiques. Ces problemes concernent les interactions superficielles des materiaux de surface de la tole et de l'outil entre lesquels viennent s'intercaler certains constituants du lubrifiant et des debris arraches a la tole et a l'outil. De ces interactions decoulent le frottement, l'evolution de l'etat de surface de la tole et l'endommagement et l'usure de l'outil. Les phenomenes sous-jacents, dont l'echelle se situe entre une dizaine de nanometres et le micrometre, sont complexes et loin d'etre tous compris et maitrises. Toutefois, la connaissance meme purement qualitative de ces questions permet d'orienter dans la bonne direction les travaux de recherche et de developpement en vue d'elaborer une solution pour un cout raisonnable ; raisons industrielles. Le succes de l'operation d'emboutissage depend du savoir-faire d'au moins trois societes : celle qui fabrique la tole, celle qui elabore le lubrifiant et celle qui realise l'emboutissage (voire celle qui fabrique l'outillage) ; une bonne cooperation et une bonne circulation des informations entre ces trois partenaires obliges sont donc indispensables, mais cela n'est pas toujours le cas. Chacun est tres soucieux de ne pas perdre l'avantage qu'il pense detenir sur ses concurrents : par exemple, la composition du lubrifiant est generalement confidentielle. Chacun essaie de laisser ses partenaires prendre en charge la recherche d'une solution. Certains contentieux durables peuvent en resulter, comme dans les annees 1980 entre les siderurgistes et les constructeurs automobiles francais a propos du formage des elements de carrosserie en tole d'acier extra-doux. Cette polemique, qui a pris fin grâce a une modification par le siderurgiste de l'operation de finition de la tole par laminage skin-pass , a bien mis en evidence l'imbrication des responsabilites et les moyens d'action possibles. Le but de cet article est d'abord de decrire les problemes de frottement rencontres lors des operations d'emboutissage de toles et leurs consequences sur la qualite des pieces formees. Apres presentation des proprietes des materiaux mis en jeu et rappel des modes de deformation des toles en emboutissage, qui definissent leurs conditions de contact avec les outils, nous presentons les methodes experimentales permettant de les simuler et d'etudier leurs consequences sur le frottement et l'etat de surface final de la piece. Nous insistons ici sur les aspects scientifiques et analytiques de cette question, en prenant pour exemple principal le cas des toles d'acier. L'article [BM7536] fait le point des connaissances sur les phenomenes de frottement et les consequences sur la formulation d'une loi de frottement realiste en emboutissage. Pour la description de la deformation plastique du metal, le lecteur pourra consulter pour les notions generales les articles Plasticite en mise en forme [M3002] [M3003] [M3004] [M3005] et Analyse des procedes de mise en forme [M3007] [3008] du traite Materiaux metalliques ; pour les notions particulieres a l'emboutissage les articles Emboutissage des toles : Importance des modes de deformation [M3180] et Aspects mecaniques [M3181] du present traite. Une presentation generale des problemes de frottement, de lubrification et d'usure dans la mise en forme des metaux et des modalites pratiques de lubrification est faite dans les articles Lubrification et mise en forme [BM7530] [BM7531] [BM7532] [BM7533] du present traite.