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 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 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 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) 4

Utilisation du logiciel de forgeage chez PSA Peugeot Citroën Prévention des risques Tester les hypothèses d anomalie Préciser les procédures de contrôle en usine 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) 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 CAO ébauche de forge CAO coquille et système de coulée Dimensionnement pièce Calcul Forge Calcul Fonderie Géométrie fin de forgeage Zones sollicitées Taux de déformation sur toute la pièce Faisabilité du forgeage (absence de défauts ) Géométrie ébauche coulée Faisabilité de la fonderie (limitation des défauts ) 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 La définition de l ébauche coulée 11

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 12

Un projet multi-partenaires UMR 7635 ASCOFORGE GEMPPM UMR 5510 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 14

Planning 3 ans 15

La notion de fibrage Les pièces forgées possèdent un fibrage Lopin corroyé Forgeage Pièce fibrée 16

La notion de fibrage Quelle définition du fibrage? Alignement d inclusions (inclusions dures) Allongement d inclusions (inclusions ductiles) Fragmentation des inclusions dans une direction Allongement des grains 10µm Comportement anisotrope en fatigue 17

Mise en évidence de l anisotropie en fatigue acier 42CD4 resulfuré dans un état trempé revenu Rm=1200 MPa sulfures allongés Prélèvement des éprouvettes Sens de corroyage 45 Sens Travers Sens Long 18

Mise en évidence de l anisotropie en fatigue 900 SigmaD (MPa) 800 700 600 500 400 300 Sens Long Sens 45 Sens Travers 200 100 0 Traction répétée Flexion rotative Traction -compression Torsion alternée Sollicitations 19

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 20

Modèle produit / process Pièce forgée à concevoir Simulation du procédé Simulation de forgeage sous FORGE3 Prédiction de la résistance en fatigue Simulation du comportement en service Dang Van Critère re probabiliste ABAQUS Choix d un d critère re de fatigue en fonction du type de comportement en fatigue (matériau) 21

Modélisation du fibrage avec Forge2005 A enrichir au cours du projet 22

1 ère phase Modélisation du VER : outil numérique Digimat Modélisation de l évolution des inclusions et des grains durant le forgeage 23

2 ème phase de la modélisation : Utiliser un critère de fatigue microscopique 3 ème 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 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) 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 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) 27