Étude expérimentale assistée par simulation numérique du formage par ligne de chauffe de l'acier inoxydable austénitique AISI 304L

摘要

Le formage par ligne de chauffe est un procédé industriel qui permet de plier, seulement par l’introduction de contraintes thermique le long d’une « ligne de chauffe », une plaque de métal. Plusieurs mécanismes peuvent être mis en jeu en fonction des dimensions de la plaque et des conditions de chauffe. Le travail présenté ici concerne le mécanisme dit de gradient thermique, mécanisme qui s’applique dans le cas où le diamètre de la source de chauffe est petit devant l’épaisseur de la plaque. La première partie du projet a consisté en la mise en place d’une procédure expérimentale permettant d’obtenir des données pour la validation de simulations par éléments finis qui ont été effectuées à l’aide du logiciel SYSWELD. Les mesures de déformations ont été réalisées au moyen d’un LVDT et des mesures du champ de température ont été effectuées à l’aide de thermocouples. Différentes sources thermiques ont été utilisées pour ce projet. Des expérimentations avec une flamme oxyacétylénique et l’induction électromagnétique ont pu être faîtes à l’ÉTS, puis un laser à fibre d’une puissance de 3kW a été fourni par le CTFA, à Montréal, qui est un centre de recherche spécialisé sur le développement de procédés de fabrication pour l’aéronautique. Le matériau choisi pour les échantillons est l’acier inoxydable austénitique AISI 304L car ses propriétés physiques et mécaniques favorisent les déformations thermiques et l’absence de transformation martensitique simplifie la modélisation.ududLes sources de chauffe ont été modélisées par des sources gaussiennes surfaciques et volumiques de type coniques et double-ellipsoïde, ou par un flux de chaleur constant dans le cas du chauffage par induction. Les résultats présentent des écarts relatifs entre expérimentations et simulations inférieurs à 10% pour la température et 25% pour la déformation.ududLes résultats de modélisation ont été suffisament concluants pour nous lancer dans un exercice de simulation du chauffage avec des sources de chaleur virtuelles que nous ne pouvons pas expérimenter en laboratoire soit faute de moyens financiers pour les acquérir, soit parce qu’elles n’existent pas encore sur le marché. Ces simulations suggèrent que des sources volumiques sont plus efficaces que les sources surfaciques pour obtenir une plus grande déformation sans dépasser la température de fusion.ududCes résultats ont ensuite servi de base pour une méthode dite « à double source » dont la simulation montre qu’il est possible de relâcher les tensions limitant la déformation et d’augmenter la déformation finale de la plaque par rapport à un système à une seule source.