31 Janvier 2008 Le Forgeage chez PSA Peugeot Citroën : Apports de la simulation N. Dufaure, A. Niclas PSA/DTI/DPMO/CPBM 1 Sommaire Introduction L’utilisation du logiciel de forgeage chez PSA Peugeot Citroën Aide à la mise au point des gammes de déformation Prévention des risques Aide au développement de nouveaux procédés Influence du procédé de fabrication sur les caractéristiques mécaniques Conclusion PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 2 Introduction Plusieurs impératifs : Réduction des coûts Délais de développement Prix de revient des pièces Allègement Contexte : normes anti pollution Dimensionnement des pièces au plus juste PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 3 Utilisation du logiciel de forgeage chez PSA Peugeot Citroën Aide à la mise au point de la gamme de déformation Assurer la géométrie en fin de gamme Eviter les formation de défauts Equilibrer les efforts de forge entre les différentes étapes Estimer l’usure des outillages Optimiser la mise au mille (réduction coût matière) PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 4 Utilisation du logiciel de forgeage chez PSA Peugeot Citroën Aide à la mise au point de la gamme de déformation Assurer la géométrie en fin de gamme Eviter les formation de défauts Equilibrer les efforts de forge entre les différentes étapes Estimer l’usure des outillages Optimiser la mise au mille (réduction coût matière) PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 5 Utilisation du logiciel de forgeage chez PSA Peugeot Citroën Aide à la mise au point de la gamme de déformation Assurer la géométrie en fin de gamme Eviter les formation de défauts Equilibrer les efforts de forge entre les différentes étapes Estimer l’usure des outillages Optimiser la mise au mille (réduction coût matière) PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 6 Utilisation du logiciel de forgeage chez PSA Peugeot Citroën Aide à la mise au point de la gamme de déformation Assurer la géométrie en fin de gamme Eviter les formation de défauts Equilibrer les efforts de forge entre les différentes étapes Estimer l’usure des outillages Optimiser la mise au mille (réduction coût matière) PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 7 Utilisation du logiciel de forgeage chez PSA Peugeot Citroën Prévention des risques Tester les hypothèses d’anomalie Préciser les procédures de contrôle en usine PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 8 Simulation du forgeage chez PSA Peugeot Citroën Aide au développement de nouveaux procédés Un nouveau process d’obtention de pièces aluminium a été développé à PSA ; la gamme de fabrication est la suivante : Fonderie Démasselotage Trempe Estampage Pièce forgée Revenu Il est ressorti des 1ers essais, plusieurs contraintes sur le process : Compromis écrouissage/allongement dans les zones contraintes en service Limitation de la formation de bavure (pas de découpe possible) PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 9 Simulation de forgeage chez PSA Peugeot Citroën Aide au développement de nouveaux procédés Les interactions dimensionnement / définition de la gamme sont les suivantes : CDC pièce CAO pièce finie et brute Dimensionnement pièce CAO ébauche de forge Calcul Forge Géométrie fin de forgeage Zones sollicitées Calcul Fonderie Géométrie ébauche coulée Faisabilité de la fonderie (limitation des défauts ) Taux de déformation sur toute la pièce Faisabilité du forgeage (absence de défauts ) PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation CAO coquille et système de coulée 10 Simulation du forgeage chez PSA Peugeot Citroën Aide au développement de nouveaux procédés La simulation du forgeage permet : L’optimisation des taux de déformations Travail sur la limitation de la formation de la bavure PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 11 La définition de l’ébauche coulée Influence du procédé de fabrication sur les caractéristiques mécaniques Présentation du projet La notion de fibrage Mise en évidence de l’anisotropie en fatigue Modélisation de l’anisotropie Campagne expérimentale de validation PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 12 Un projet multi-partenaires UMR 7635 GEMPPM UMR 5510 ASCOFORGE PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 13 Objectifs Quels sont les paramètres mécaniques et microstructuraux qui jouent un rôle significatif sur la tenue à la fatigue d’une pièce industrielle forgée ? Les outils de simulation numérique en Mise en Forme sont ils capables de prédire précisément l’évolution et l’état final de ces paramètres en fin de forgeage ? Les modèles de fatigue multiaxiale actuels sont ils capables d’intégrer ces informations supplémentaires ? Améliorer la prédiction du dimensionnement de pièces forgées en intégrant l’histoire thermomécanique et microstructurale des matériaux PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 14 Planning 3 ans PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 15 La notion de fibrage Les pièces forgées possèdent un fibrage Lopin corroyé Forgeage Pièce fibrée PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 16 La notion de fibrage Quelle définition du fibrage? Alignement d’inclusions (inclusions dures) Allongement d’inclusions (inclusions 10µm ductiles) Fragmentation des inclusions dans une direction Allongement des grains … Comportement anisotrope en fatigue PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 17 Mise en évidence de l’anisotropie en fatigue acier 42CD4 resulfuré dans un état trempé revenu Rm=1200 MPa sulfures allongés Sens de corroyage Prélèvement des éprouvettes 45° Sens Long Sens Travers PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 18 Mise en évidence de l’anisotropie en fatigue 900 800 Sens Long Sens 45° 700 SigmaD (MPa) Sens Travers 600 500 400 300 200 100 0 Traction répétée Flexion rotative Traction -compression Sollicitations PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 19 Torsion alternée Constat : Comportement anisotrope pour tout type de sollicitation Enjeux : Modéliser cette anisotropie L’utilisation doit pouvoir être industrielle Stratégie : Modèle de simulation process + calcul tenue Campagne expérimentale de validation PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 20 Modèle produit / process Simulation du procé procédé Pièce forgée à concevoir Simulation de forgeage sous FORGE3 Simulation du comportement en service Prédiction de la résistance en fatigue ABAQUS Choix d’ d’un critè critère de fatigue en fonction du type de comportement en fatigue (maté (matériau) •Dang Van •Critère probabiliste PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 21 Modélisation du fibrage avec Forge2005® A enrichir au cours du projet PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 22 1ère phase Modélisation du VER : outil numérique Digimat Modélisation de l’évolution des inclusions et des grains durant le forgeage PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 23 2ème phase de la modélisation : Utiliser un critère de fatigue microscopique 3ème phase de la modélisation : Alimenter un modèle macroscopique au niveau de la pièce σ σ Fissures s’initient principalement suivant le plan de cisaillement maximal PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 24 Campagne expérimentale de validation Essais de fatigue sur éprouvettes prélevées dans un triangle usiné (Ascometal) Essais de fatigue sur matériau de base triangle (Metasco MC) Essai sur triangle complet (INSA, ENSAM) Essais interrompus (INSA) PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 25 Influence du procédé de fabrication sur les caractéristiques mécaniques Un projet ambitieux Fin du projet : fin 2008 Une quantification de l’effet du fibrage sur le comportement en fatigue Un fibrage optimisé vis-à-vis de la tenue en fatigue PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 26 Conclusion La simulation du procédé de forgeage permet: Optimiser le procédé et fabriquer à moindre coût Avoir accès à de nombreux paramètres mécaniques sur la pièce finale pour permettre le dimensionnement au plus juste des pièces sollicitées mécaniquement (allègement) PSA/DTI/DPMO/CPBM Le forgeage chez PSA Peugeot Citroë Citroën : apports de la simulation 27