Le sertissage est un procédé d'assemblage par pliage des tôles métalliques utilisé pour la mise en forme d'ouvrants automobiles: portières, capots, volets... Il consiste à replier une tôle extérieure (peau) sur une tôle intérieure (doublure) en trois étapes: tombage de bord (repli à 90°), présertissage (avec une lame à 45°) et sertissage (avec une lame horizontale). Le procédé entraîne une réduction géométrique des pièces (enroulement), des défauts d'aspect et parfois une fissuration des tôles. Afin de réduire les coûts et les délais de conception, PSA Peugeot Citroën simule numériquement le procédé à l'aide du logiciel de calculs par éléments finis OPTRIS v6.1 qui utilise des éléments coques. Le but du travail est de fiabiliser la simulation numérique du procédé à travers la modélisation du comportement rhéologique des tôles en pliage et du frottement entre la tôle (peau) et les outils. En outre, comme en sertissage le rayon de courbure de la tôle (peau) devient comparable à son épaisseur, on évalue la performance des éléments coques à simuler ces fortes déformations. Des essais de traction uni-axiale couplés à la mesure de déformations par corrélation d'images ainsi que des essais de microdureté sur pièces serties sont réalisés. L'objectif est d'affiner les lois d'écrouissage des tôles pour des déformations plastiques représentatives de celles atteintes localement dans la partie en extension de la tôle sertie (de l'ordre de 0,5 pour les tôles en alliage d'aluminium d'épaisseur 1 mm et 0,7 pour les tôles en acier d'épaisseur 0,7 mm). Par ailleurs, des essais de flexion 4 points et de pliage/dépliage sont réalisés pour caractériser le comportement des tôles dans des modes de déformations non monotones plus représentatifs du sertissage. Ces essais montrent la pertinence des lois d'écrouissage monotone déduites des essais de traction et de microdureté. Ils permettent de surcroît la caractérisation de l'effet Bauschinger par identification des coefficients de modèles d'écrouissage combiné isotrope/cinématique. Un dispositif de sertissage de pièces planes à bord rectiligne a été développé et permet de mettre en place une méthode de caractérisation du frottement entre la tôle et les outils en sertissage. Les essais montrent que le modèle classique de Coulomb est suffisant pour décrire le frottement en sertissage. Ils fournissent de plus des valeurs du coefficient de frottement de Coulomb constant représentatives de la tribologie du procédé. La méthode de caractérisation du frottement est adaptée aux essais semi-industriels de sertissage de pièces plates à bord courbe (en rétreint et expansion). Les simulations du sertissage des pièces plates à bord rectiligne sont réalisées avec un modèle mécanique qui s'appuie sur la théorie de la flexion et les codes de calculs par éléments finis OPTRIS v6.1 et FORGE2® (éléments volumiques en déformations planes). Une étude de sensibilité sur l'enroulement montre la forte sensibilité au coefficient de frottement et la nécessité de simuler correctement toutes les étapes du procédé de sertissage et de tenir compte de l'écrouissage cinématique des tôles. Enfin, la similitude des enroulements calculés par OPTRIS v6.1 et FORGE2®, montre que l'utilisation des éléments coques est assez pertinente pour le calcul du sertissage.

L'amélioration de la connaissance du comportement rhéologique des matériaux au cours de leur mise en forme passe nécessairement par une meilleure compréhension des essais rhéologiques de laboratoires. C'est pourquoi nous avons développé un modèle inverse d'identification des paramètres rhéologiques, résultant du couplage d'un code de simulation par éléments finis de l'essai avec un module d'optimisation. Le modèle direct de simulation concerne plus particulièrement les tests axisymétriques de torsion, traction et traction-torsion. Il permet une modélisation plus réaliste de l'essai, notamment en ce qui concerne la possibilité de prendre en compte les phénomènes d'auto-échauffement, de localisation de la déformation et d'adoucissement, qui rendent souvent les hypothèses de dépouillement classiques non valables. Le principe d'identification repose sur la détermination des coefficients de la loi de comportement qui minimiseront une fonction coût, exprimant au sens de moindres carrés, l'écart entre le calcul et l'expérience. L'utilisation d'un algorithme de minimisation de type Gauss-Newton nous a amené a développer un calcul de sensibilité paramétrique à partir d'une différentiation analytique des équations discrètes définissant le calcul de simulation. Ainsi, le logiciel d'identification permet d'identifier automatiquement et simultanément les paramètres rhéologiques d'une loi thermo-viscoplastique de type Norton-Hoff, avec une formulation généralisée de la consistance du matériau afin d'obtenir une description adéquate de la compétition existant entre l'écrouissage et l'adoucissement.

Dans le cadre des opérations de perçage, les billettes en acier subissent un réchauffage de la température ambiante à une température d’environ 1250°C. Au cours de ce réchauffage, le gradient de température dans les billettes entraîne la détérioration de la santé axiale de celles-ci et est à l’origine de l’apparition de défauts sur le tube formé. Une méthodologie d’analyse des mécanismes à l’origine de ces défauts a été mise en place. Elle se base sur la caractérisation de la santé axiale par essais rhéologiques permettant d’établir des indicateurs de ductilité et par des examens métallurgiques identifiant les défauts internes.L'étude de la sollicitation thermomécanique induite par le réchauffage du produit est analysée à l’aide de simulations numériques par éléments finis et les zones de sollicitations critiques associées au procédé sont identifiées. La caractérisation des anomalies observées sur les billettes est ensuite faite à partir d’essais de fissuration et de simulations numériques X-FeM. L’implémentation d’un critère de rupture en contrainte dans la simulation du cycle de chauffe a permis de définir les valeurs de gradient thermique limite et les courbes de chauffe optimales. Les analyses montrent que les conditions de chauffe en début de cycle thermique ont une forte influence sur la santé axiale des billettes. Les résultats de ces travaux conduisent à des solutions concrètes pour l’amélioration de la productivité. / As part of the piercing operations, billets undergo a reheating process from room temperature to a temperature of about 1250°C. During this heating, the thermal gradient in the billet leads to a deterioration of the axial health and is responsible of the initiation ofdefects on the formed tube.A methodology for the analysis of the mechanisms at the origin of these defects has been established. It is based on first, the characterization of the axial health with hot rheological tests to establish some indicators of ductility and second, on metallurgical analyses to identify the internal defects.Then finite element simulations have been performed to study the thermo-mechanical loadings induced by heating. Critical solicitation zones of the product during the processes have been identified.Finally a characterization of the observed defects into the billets has been led coupling cracks growth tests and X-FeM numerical simulations. The implementation of the experimental stress failure criterion, in the simulation of the heating cycle allows to obtain good values of thermal gradient boundary curves and leads to optimal heating curves.The analysis shows that the conditions at the beginning of the reheating process have a strong influence on the axial health of the billets. The results of these studies lead to friendly industrial solutions for improving productivity.