Le Forgeage chez PSA Peugeot Citroën : Apports de la simulation

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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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CAO coquille
et système de
coulée
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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
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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
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Un projet multi-partenaires
UMR 7635
GEMPPM
UMR 5510
ASCOFORGE
PSA/DTI/DPMO/CPBM
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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
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Planning
3 ans
PSA/DTI/DPMO/CPBM
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La notion de fibrage
Les pièces forgées possèdent un fibrage
Lopin corroyé
Forgeage
Pièce fibrée
PSA/DTI/DPMO/CPBM
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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
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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
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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
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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
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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
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Modélisation du fibrage avec Forge2005®
A enrichir au cours du projet
PSA/DTI/DPMO/CPBM
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1ère phase Modélisation du VER : outil numérique Digimat
Modélisation de l’évolution des inclusions et des grains durant le forgeage
PSA/DTI/DPMO/CPBM
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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
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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
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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
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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
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