L'industrie cherche en permanence à minimiser le temps et les coûts, à simplifier leur processus de fabrication tout en maximisant la qualité de leurs produits. Cette démarche s'applique pour l'industrie de la mise en forme des métaux. Dans ce contexte, un procédé innovant de mise en forme, le thixoforgeage, s'est développé, permettant d'obtenir des pièces de formes complexes aux qualités mécaniques élevées en minimisant le nombre de phases du processus de fabrication. Ce procédé utilise les propriétés de l'état semisolide des alliages métalliques, cet état étant obtenu par fusion partielle du solide. Dans le cadre de la mise en forme de l'acier à l'état semi-solide, les difficultés liées à la température de travail et la méconnaissance du comportement mécanique et thermomécanique du matériau rendent difficile le développement industriel du procédé. Cette thèse a l'ambition d'améliorer la compréhension du comportement de l'acier lors de sa mise en forme par thixoforgeage. L'objectif est également de développer l'exploitation du modèle original deux phases multiéchelle « micro-macro », et son implémentation dans les solveurs 2D et 3D de Forge 2007®. Pour atteindre cet objectif, des essais expérimentaux avec des dispositifs spécifiques et innovants ont été réalisés. Une étude paramétrique de l'opération de thixoforgeage a été mise en place. Les principaux paramètres de conduite du procédé ont été identifiés. Ces paramètres sont la vitesse de mise en forme, la température initiale de l'acier et la température initiale de l'outil. Pour chaque essai, l'évolution des efforts de mise en forme, la nature de l'écoulement et la qualité des pièces produites au travers de l'observation macrographiques et micrographiques de leur structure métallurgique et d'essais mécaniques, ont été étudiées. Des essais avec des outillages instrumentés ont également permis une caractérisation des échanges thermiques entre l'outil et la pièce lors de la mise en forme. Ce nombre important d'essais a permis de décrire l'influence et de montrer l'importance de ces paramètres dans la mise en forme par thixoforgeage. Ces essais ont également servi de base au recalage du modèle multiéchelle « micro-macro » et des coefficients d'échange thermique entre l'outil et la pièce. Les essais et les simulations ont été comparés afin de déterminer et améliorer la capacité prédictive du modèle implémenté dans le logiciel Forge2007®.

Ces travaux de thèse proposent une analyse tribologique de l’opération de découpage sur presse. Une meilleure connaissance des mécanismes d’usure présents sur les poinçons de découpage est nécessaire pour permettre leur reproduction en laboratoire et ainsi tester de nouveaux matériaux d’outils, pour allonger leur durée de vie et augmenter la productivité des outillages. Dans un premier temps un tribomètre de type ouvert est développé afin de recréer les mécanismes d’usure par abrasion présents sur presse. Cette configuration ouverte est choisie car lors de la découpe, l’outil vient découper une pièce sur une surface neuve en continue. Les caractéristiques innovantes de ce tribomètre sont la possibilité d’installer directement des tôles identiques à celles découpées, et les distances de frottement qui peuvent approcher cinq kilomètres sur surface neuve. Une approche énergétique de l’usure est mise en place afin de comparer les résultats obtenus avec le tribomètre et les mesures sur presse. En effet, dans un second temps, des essais réels sur presse à découper avec un outil instrumenté sont conduits. La mesure de l’usure du poinçon par réplication et par activation superficielle sont les deux techniques « in-situ » mises en place lors des essais. Différentes configurations de découpe sont testées afin d’observer leur impact sur l’effort de découpage, l’aspect du bord découpé et l’usure du poinçon. L’usure du poinçon est trop faible dans l’essai de découpage pour être mesurée, mais les taux d’énergie dissipée dans le frottement peuvent être estimés. Dans un troisième temps une comparaison des énergies dissipées dans le frottement sur le tribomètre et sur presse montre d’importants écarts. Pour les expliquer, une simulation par éléments finis de l’opération de découpe est conduite. Une prédiction de l’usure est établie afin de montrer le potentiel de la méthode d’approche énergétique. Une analyse vibratoire de l’outil montre que la phase de fissuration de la tôle induit des oscillations parfois nombreuses du poinçon qui peuvent conduire à de l’usure par fatigue. Des essais d’usure par fatigue sont réalisés et montrent que suivant les nuances, le carbure de tungstène usiné par électroérosion à fil est moins résistant à l’écaillage. / This work proposes a tribological analysis of the blanking operation. A better knowledge of the wear mechanisms present on the cutting punches is necessary to allow their reproduction in the laboratory and thus to test new tools materials, to extend their life time and increase the productivity of the process. Firstly, an open-type tribometer is developed in order to recreate the abrasive wear mechanisms present on the press. The innovative characteristics of this tribometer are the possibility of directly installing sheets identical to cutting pieces, and the friction distances can approach five kilometers on new surface. An energy approach of the wear is conducted in order to compare the results obtained with the tribometer and measurements on the press. Secondly, real tests on a cutting press with an instrumented tool are carried out. The measurement of the wear of the punch by replication and thin layer activation are the two "in-situ" techniques put in place during the tests. Differents cutting configurations are tested in order to observe their impact on the cutting force, the appearance of the cut edge and the wear of the punch. The wear of the punch is too low in the cutting test to be measured, but the rates of energy dissipated in the friction can be estimated. Thirdly, a comparison of the dissipated energies of friction on the tribometer and on the press shows significant deviations. To explain them, a finite element simulation of the cutting operation is carried out. A prediction of wear is established to show the potential of the energetic approach. A vibratory analysis of the tool shows that the phase of cracking of the sheet induces sometimes numerous oscillations of the punch which can lead to wear by fatigue.