Experimental investigations and FEM simulations of parameters influencing the Fe-(wt.3%)Si shearing process

Étude expérimentale et numérique du procédé de cisaillage du Fe-3%Si

¹ Universitéde Monastir, École Nationale d’Ingénieurs de Monastir, Laboratoire de Génie Mécanique, Avenue Ibn El Jazzar, 5019 Monastir, Tunisie
² Laboratoire Roberval, UMR CNRS 6253, Université de Technologie de Compiègne, BP 20529, 60205 Compiègne, France
³ Laboratoire de Cristallographie et Sciences des Matériaux, UMR CNRS 6508, Université de Caen, 6 Bd Maréchal Juin, 14050 Caen 4, France

^a Corresponding author: Haykel.marouani@enim.rnu.tn

Received: 2 July 2011
Accepted: 3 September 2012

Abstract

The sheet metal forming by shearing is one of the most used processes in industries. The reliability of the obtained parts depends on geometrical parameters (shape of the tools, punch radius, clearances, velocity...) and materials properties (metal behavior, friction...). In this paper, two experimental parameters are investigated: the punch – die clearance and the punch velocity. A 0.65 mm thickness sheet of a non-oriented full-process Fe-(wt.3%)Si is used. The analyses are done through the load-stroke curve and the height repartition of different defects on the part edge. A numerical approach is proposed to simulate the shearing process and to handle the ductile fracture (which is performed using Abaqus/Explicit software). This work is based on a non-iterative explicit algorithm combined with a mesh adaptivity method (Arbitrary Lagrangian Eulerian formulation). The Gurson–Tvergaard–Needleman model is then used to describe the cut edge profile occurring during the process.

Résumé

Le cisaillage est l’un des procédés les plus utilisés en industrie lors de la mise en forme des métaux en feuilles. La fiabilité des pièces réalisées dépend des paramètres géométriques (forme des outils, rayon de courbure, jeux, vitesse...) et des propriétés matérielles (comportement, frottement...). Dans cet article, deux paramètres expérimentaux sont examinés : le jeu poinçon–matrice et la vitesse du poinçon. Le matériau utilisé est le Fe-3%Si présent sous forme de tôle d’épaisseur 0,65 mm. Cette étude est basée sur l’analyse des courbes force–déplacement du poinçon et sur la hauteur des différents défauts présents sur le bord découpé. Une approche numérique est introduite afin de simuler le procédé de cisaillage et de traiter l’endommagement présent (sous Abaqus/Explicit). Ce travail s’appuie sur un algorithme explicite combiné avec un remaillage adaptatif de type ALE. Le modèle Gurson–Tvergaard–Needleman est alors utilisé pour compléter la description de toutes les phases présente dans ce procédé.