Optimisation des paramètres du procédé de pliage en tombé de bord par plan d'expériences numérique et méthode des surfaces de réponse

Optimisation of process parameters in wiping die bending using numerical design of experiments and response surface method

¹ Laboratoire de Mécanique Roberval, Université de Technologie de Compiègne, 60203 Compiègne, France
² LPMI-ERTGI, ENSAM, 2 boulevard du Ronceray, 49035 Angers, France

Auteur de correspondance : bahloul_riadh@yahoo.fr

Reçu : 18 Mars 2005
Accepté : 1 Décembre 2006

Résumé

Le pliage, en tant que procédé, est une opération de mise en forme à froid d'un matériau plat avec ou sans lubrification, obtenue par dépassement de sa limite élastique. Après recul des outils et relâchement des contraintes, il se produit un retour élastique à l'issue duquel persiste une déformation permanente dépendant des paramètres du pliage utilisés. Ce travail constitue une analyse de ce procédé par la méthode des éléments-finis (EF). On se contente dans l'étude de présenter une méthode numérique fiable pour la prédiction de l'effort de pliage et la distribution de champs des contraintes dans la tôle déformée. La fiabilité d'une telle prédiction dépend de plusieurs paramètres tels que le frottement, les propriétés de matériau et de l'endommagement. Le modèle proposé est développé selon un critère élasto-plastique de type von Mises intégrant le mécanisme d'endommagement tel que formulé par Lemaître en 1985. Le comportement du matériau à l'interface tôle/poinçon est modélisé par la loi de frottement de Coulomb. Le modèle étant développé et la maquette numérique construite sur ABAQUS/Standard, le calcul peut être effectué dans tout le domaine de variation des paramètres considérés. L'influence du rayon de la matrice et du jeu tôle-poinçon a été analysée. Les résultats ont été analysés par la méthode des surfaces de réponse (RSM). L'utilisation des surfaces représentatives pour toutes les combinaisons considérées a pour objectif d'optimiser le procédé et d'identifier le paramètre le plus influant sur la qualité finale de la pièce. La technique d'optimisation par les plans d'expériences qui a été adoptée a conduit à minimiser les contraintes de traction et de compression localisées dans les zones les plus endommagées. Les résultats obtenus montrent la robustesse du modèle proposé et sont analysés en détail dans cette étude.

Abstract

Bending has significant importance in sheet metal product industry such as automotive security parts. The present work presents a general framework of numerical simulation of wiping die bending processes. A Computer Aided Design (CAD) for bending process using finite element method is presented which consists of metal forming operation characterised by complete material deformation. In this paper, we describe robust methods of predicting load bending evolution and stress distribution of specimens in 3D modelling subjected to bending deformation. The values are determined in a local frame according to elements deformation. A numerical approach of the problem requires a comprehensive finite element modelling due to the diversity of physical phenomena involved, such as friction effects, material and geometrical non-linearities, large plastic deformation and material failure. Lemaître's material damage within the sheet was taken into account in the simulation during forming process. The interface contact law is defined by Coulomb's friction model and the elasto-plastic constitutive laws are integrated by means of an incremental formulation which has been implemented in the finite element code ABAQUS. The influence of punch/die clearance and die shoulder radius are analysed. An algorithmic loop programmed in Script language of ABAQUS was retained to investigate the mechanical responses of the part for each case of parameters combination. The punch load and the distribution of stresses could be predicted in view of optimising the value of the main parameters of the process. An optimisation technique based on the use of Design Of Experiments (DOE) and Response Surface Methodology (RSM) is proposed in the work in order to minimise the tensile and compressive stresses found in the most damaged zone during the bending operation. Numerical results have shown the robustness of the proposed model and are discussed in more detail and enlightened by corresponding plots.