FR2960326A1

FR2960326A1 - Procede de representation par simulation d'un outil d'emboutissage et utilisation dudit procede.

Info

Publication number: FR2960326A1
Application number: FR1154396A
Authority: FR
Inventors: Albert Emrich
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2011-11-25
Anticipated expiration: 2031-05-19
Also published as: FR2960326B1; CH703202B1; CH703202A2; DE102010022133A1

Abstract

Ce procédé pour la représentation par simulation d'un outil d'emboutissage (1) avec une partie supérieure (3) et une partie inférieure (2), comprend les étapes suivantes : a) description électronique de la géométrie de la partie supérieure (3) et/ou de la partie inférieure (2) par un réseau de nœuds respectif ; b) simulation d'une répartition de pression sur la surface d'outil (9, 10) de la partie supérieure (3) et/ou de la partie inférieure (2) ; c) détermination d'un déplacement de nœuds de la partie supérieure (3) et/ou de la partie inférieure (2) pour lesquels la pression simulée dépasse une première valeur prédéterminée, à l'aide d'une fonction de déplacement ; d) déplacement de ces nœuds de la valeur déterminée pour obtenir un nouveau réseau de nœuds pour la partie supérieure (3) et/ou la partie inférieure (2) ; dans lequel les étapes b) à d) sont effectuées à plusieurs reprises jusqu'à ce qu'une grandeur caractérisant la régularité de la répartition de pression sur la surface d'outil (9, 10) de la partie supérieure (3) et/ou de la partie inférieure (2) dépasse une deuxième valeur prédéterminée.

Description

Procédé pour la représentation par simulation d'un outil d'emboutissage et utilisation dudit procédé

La présente invention concerne un procédé pour la représentation par simulation d'un outil d'emboutissage avec une partie supérieure d'outil et une partie inférieure d'outil. Elle concerne de plus l'utilisation d'un tel procédé lors de la fabrication d'un outil d'emboutissage. Un tel outil d'emboutissage est mis en oeuvre par exemple dans l'industrie automobile pour fabriquer des pièces de carrosserie. Typiquement, la partie supérieure de l'outil comprend un serre-flan et un poinçon, alors que la partie inférieure de l'outil présente une matrice. Lors de la fabrication de ce type d'outil d'emboutissage, une ébauche est d'abord fraisée dans un procédé de CN (commande numérique) et est ensuite réusinée. Un tel procédé est connu par exemple d'après le document DE 10 2006 001 712 Al. Pour la reprise, on connaît des procédés de marquage dans lesquels une pièce en tôle recouverte de peinture de marquage est mise en place dans l'outil d'emboutissage et soumise à une opération de pressage. Ensuite, la partie supérieure d'outil et/ou la partie inférieure d'outil est/sont réusinée(s) aux endroits où une absence de peinture de marquage sur la tôle indique une haute pression. On vise alors une répartition de la pression aussi régulière que possible dans le temps et dans l'espace sur les surfaces d'outil, ce qui nécessite la plupart du temps plusieurs passages de marquage. De plus, le marquage est effectué pour différentes courses du poinçon.

De plus en plus, des simulations jouent également un rôle lors de la fabrication d'outils d'emboutissage, dans lesquelles une reprise au moyen d'un marquage ou d'autres procédés de reprise ont été pratiquement indispensables jusqu'à présent. Un problème lié aux simulations est entre autres que des propriétés élastiques des matières utilisées ne sont pas suffisamment prises en considération ou bien pas de façon réaliste. Un objet de l'invention est de proposer un procédé pour la représentation par simulation d'un outil d'emboutissage permettant une description de l'outil qui soit aussi réaliste que possible. R:132600A32693 AOP\32693--110422-Trad FR revue par FR.doc 04/05/2011 9:46 1 / 18 De plus, il s'agit d'indiquer un procédé de fabrication d'un outil d'emboutissage qui soit particulièrement économique et ne nécessite aucune reprise ou aucune reprise coûteuse et fournisse en même temps une répartition de pression aussi régulière que possible sur les surfaces d'outil.

Selon l'invention, ce problème est résolu par un procédé pour la représentation par simulation d'un outil d'emboutissage avec une partie supérieure et une partie inférieure, lequel procédé comprenant les étapes suivantes : a) description électronique de la géométrie de la partie supérieure et/ou de la partie inférieure par un réseau de noeuds respectif ; b) simulation d'une répartition de pression sur la surface d'outil de la partie supérieure et/ou de la partie inférieure ; c) détermination d'un déplacement des noeuds de la partie supérieure et/ou de la partie inférieure pour lesquels la pression simulée dépasse une première valeur prédéterminée, à l'aide d'une fonction de déplacement ; d) déplacement de ces noeuds de la valeur déterminée afin d'obtenir un nouveau réseau de noeuds pour la partie supérieure et/ou la partie inférieure. Les étapes b) à d) sont effectuées à plusieurs reprises en boucle jusqu'à ce que la régularité de la grandeur caractérisant la répartition de pression sur la surface d'outil de la partie supérieure et/ou de la partie inférieure dépasse une deuxième valeur prédéterminée. Par grandeur caractérisant la régularité de la répartition de pression sur la surface d'outil de la partie supérieure et/ou de la partie inférieure, on entend ici et par la suite une grandeur dont la valeur est une mesure de la régularité de la répartition de pression. Le choix concret de cette grandeur dépend de considérations pratiques, mais aussi de l'utilisation envisagée de l'outil. Par exemple, une somme des écarts pondérés d'une pression moyenne peut intervenir dans la grandeur. Cependant, lorsqu'il s'agit avant tout d'éviter des pics de pression extrêmes, il est également possible que la somme des noeuds ayant une pression dépassant une valeur minimale intervienne dans la grandeur. Dans cette façon de procéder, des écarts mineurs par rapport à la valeur moyenne seraient négligés. Selon une idée à la base de l'invention, une simulation de l'outil d'emboutissage peut être améliorée en ce que le procédé de marquage connu est reproduit par plusieurs passages itératifs au cours de la simulation, dans lequel il est R:132600A32693 AOP\32693--110422-Trad FR revue par FR.doc 04/05/2011 9:46 2 / 18 possible de prendre en considération des propriétés élastiques de la matière pour la déformation du matériau. Contrairement au marquage conventionnel, lors de la simulation, il n'est pas nécessaire d'effectuer un marquage pour différentes courses, puisque lors de la simulation, on peut obtenir les valeurs maximales par exemple de la pression pour chaque noeud pour toute la course. Le procédé présente l'avantage qu'une simulation de l'outil d'emboutissage peut être effectuée de façon très précise et réaliste, de sorte que le nouveau réseau de noeuds obtenu à l'issue de la boucle peut servir de base à un procédé de CN pour la fabrication ou le réusinage de l'outil. Si dans la simulation, on tient compte de la flexion de la presse et de l'outil, il est possible d'améliorer encore la qualité de la simulation. L'invention concerne en particulier, mais pas exclusivement, les outils d'emboutissage dont la partie supérieure comprend un serre-flan et un poinçon et 15 dont la partie inférieure comprend une matrice. Le procédé pour la représentation par simulation d'un outil d'emboutissage peut être utilisé lors de la fabrication d'un outil d'emboutissage. Dans un mode de réalisation, le nouveau réseau de noeuds est utilisé pour la partie supérieure et/ou la partie inférieure pour créer un programme de CN, et l'outil 20 est fabriqué au moyen d'un procédé de CN. Dans ce cas, il peut être avantageux ou nécessaire de spécifier un coefficient de correction qui tient compte des propriétés du contact sur les surfaces d'outil. En effet, dans la simulation, ces contacts sont décrits par différents types de contact qui ne correspondent pas en tout point à la réalité physique. Il convient d'en tenir compte éventuellement pour l'usinage ou la 25 fabrication de l'outil dans un procédé de CN. En variante, il est également possible d'utiliser le procédé uniquement pour la reprise de sorte que le nouveau réseau de noeuds pour la partie supérieure et/ou la partie inférieure est utilisé pour créer un programme de CN et l'outil est réusiné au moyen d'un procédé de CN. 30 Dans un mode de réalisation, la première valeur prédéterminée est la pression apparaissant en moyenne au niveau des noeuds de la partie supérieure et/ou de la partie inférieure. Dans ce mode de réalisation, ne se déplacent par conséquent que les R:132600A32693 AOP\32693--110422-Trad FR revue par FR.doc 04/05/2011 9:46 3 / 18 noeuds où il règne une pression de contact supérieure à la moyenne. De cette façon, une répétition du procédé permet d'obtenir une répartition de pression plus régulière. De façon avantageuse, on détermine, au cours de la simulation de la répartition de pression, une variable de pression pour chaque noeud, une pression maximale apparaissant dans une période prédéterminée pouvant par exemple être utilisée comme variable de pression. Dans cette manière de procéder, on utilise par exemple comme variable de pression la pression maximale apparaissant au niveau d'un noeud sur toute la course. Dans un mode de réalisation du procédé, on détermine un déplacement uniquement pour les noeuds de la partie supérieure et/ou de la partie inférieure pour lesquels une différence entre la variable de pression pour la partie supérieure et la variable de pression pour la partie inférieure n'est pas supérieure à une troisième valeur prédéterminée, la troisième valeur prédéterminée pouvant correspondre par exemple à 60 % du minimum de la variable de pression pour la partie supérieure et la variable de pression pour la partie inférieure. Dans ce mode de réalisation, on prend en compte le fait qu'une haute pression n'apparaissant que sur un côté de la tôle indique la formation d'un pli ou d'une ondulation. En effet, dans ce cas, une haute pression apparaît localement sur un côté de la tôle, alors que de l'autre côté, on peut constater une pression inférieure. Par conséquent, dans le procédé selon le mode de réalisation de l'invention, il est vérifié d'abord si de l'autre côté de la tôle, c'est-à-dire pour le noeud correspondant sur l'autre partie d'outil, il règne une pression très différente. Ce n'est que si ce n'est pas le cas que ce noeud est déplacé. Sinon, il reçoit la valeur zéro. Dans un mode de réalisation du procédé, pour déterminer le déplacement de noeuds de la partie supérieures et/ou de la partie inférieure, une nouvelle variable de pression est déterminée au moins pour les noeuds pour lesquels la variable de pression dépasse la troisième valeur prédéterminée, le maximum entre la variable de pression pour la partie supérieure et la variable de pression pour la partie inférieure est utilisé comme nouvelle variable de pression. Cependant, il serait également envisageable de choisir par exemple comme nouvelle variable de pression la moyenne des deux variables de pression pour la partie supérieure et la partie inférieure. R:132600A32693 AOP\32693--110422-Trad FR revue par FR.doc 04/05/2011 9:46 4/18 De façon avantageuse, la fonction de déplacement tient compte d'une élasticité de la matière utilisée. La fonction de déplacement peut être déduite de la théorie de l'élasticité comme suit : De E = 6 , avec E = At et p = 6, où E est le module d'élasticité, 6 est la E t contrainte, c la dilatation, t est une distance, At est le déplacement, et p est la pression de contact régnant au niveau du noeud, on aboutit avec At = 15 à un déplacement

proportionnel à la pression. Pour une épaisseur de tôle de 1 mm, il en résulte une pente de la fonction de déplacement de 4,76 10-6 mm3/N.

Toutefois, dans la simulation, la rigidité de contact de la tôle ne correspond typiquement pas au module d'élasticité. Elle dépend plutôt du logiciel choisi et de l'algorithme de contact. De façon avantageuse, la fonction de déplacement est donc calibrée en effectuant un calcul sur un modèle simple. Dans le modèle, une charge est appliquée à une simple tôle, respectivement sur la partie supérieure de l'outil, par l'intermédiaire d'une fonction de rampe. Ensuite, le déplacement des noeuds de la partie supérieure de l'outil par rapport à la pression ou à une force de contact est inscrit. Le calibrage pour la fonction de déplacement résulte alors de la pente de la courbe de calibrage.

Etant donné qu'une épaisseur de tôle de 1 mm a été supposée pour le calibrage, il faut déterminer les épaisseurs de tôle t différentes à l'aide de la formule suivante : t Étant donné que la fonction de déplacement ne doit pas déplacer tous les noeuds mais seulement ceux dont la variable de pression est située au-dessus de la valeur moyenne, la courbe de calibrage est déplacée sur l'axe de pression de la valeur moyenne Pmoyenne. Il en résulte pour la courbe de calibrage y = -p+ b, la condition x = pmoye.e permettant d'obtenir pour y = 0 b = -nit - Pmoyenne. Il en résulte pour la fonction de déplacement 30 s = f(p) = MIN[0 ; mt - (p - Pmoyenne)]. R:132600A32693 AOP\32693--110422-Trad FR revue par FR.doc 04/05/2011 9:46 5 / 18 m t = mtmm Selon un aspect du procédé, la partie supérieure comporte un serre-flan et un poinçon, et la partie inférieure comprend une matrice. L'invention se rapporte également à l'utilisation d'un procédé tel que décrit précédemment dans toutes ses variantes dans un procédé de fabrication d'un outil d'emboutissage avec une partie supérieure et une partie inférieure. De préférence, le nouveau réseau de noeuds est établie dans ce cas pour la partie supérieure et/ou la partie inférieure pour créer un programme de CN, et l'outil d'emboutissage est fabriqué au mon d'un procédé de CN. En variante, le nouveau réseau de noeuds pour la partie supérieure et/ou la 10 partie inférieure est utilisé pour créer un programme de CN, et l'outil d'emboutissage est repris au moyen d'un procédé de CN. L'invention vise aussi l'utilisation d'un procédé tel que décrit précédemment dans toutes ses variantes Selon un aspect de l'invention, un produit de programme informatique est 15 fourni pour effectuer le procédé lorsque le programme informatique est exécuté sur un ordinateur ou un contrôleur. Des modes de réalisation exemplaires de l'invention seront expliqués en détail par la suite à l'aide des figures annexées. La figure 1 montre schématiquement une vue en coupe d'un outil 20 d'emboutissage ; la figure 2 montre schématiquement un déroulement du procédé selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 montre un diagramme pour la répartition de la pression après différents nombres d'itérations ; 25 la figure 4 montre une simulation de la répartition de pression sur le serre-flan avant la première itération ; la figure 5 montre une simulation de la répartition de pression sur le serre-flan après la première itération ; et la figure 6 montre une simulation de la répartition de pression sur le serre-flan 30 après la quatrième itération. Sur l'ensemble des figures, les mêmes pièces sont munies des mêmes symboles de référence. R:132600A32693 AOP\32693--110422-Trad FR revue par FR.doc 04/05/2011 9:46 6 / 18 La figure 1 montre schématiquement une vue en coupe d'un outil d'emboutissage 1 avec une partie inférieure 2 et une partie supérieure 3. L'outil d'emboutissage 1 est réalisé par exemple pour la fabrication de pièces de carrosserie. La partie inférieure 2 comprend une matrice 4, alors que la partie supérieure 3 comprend un serre-flan 5 et un poinçon 6. Pour l'emboutissage, une tôle 8 est retenue dans un berceau 7 et le poinçon 6 est abaissé de façon à déformer la tôle 8. Pendant ce processus, le serre-flan 5 joue le rôle d'un dispositif presse-tôle et exerce une pression aussi régulière que possible sur la face supérieure de la tôle 8. Dans ce cas, la surface d'outil 9 du serre-flan et la surface d'outil 10 de la matrice entrent en contact avec la tôle 8. Afin de garantir une haute qualité pour le résultat de l'emboutissage, on vise une répartition de pression aussi régulière que possible sur les surfaces d'outil 9 et 10 qui doit être assurée par le façonnage aussi exact que possible des surfaces d'outil 9 et 10.

La figure 2 montre schématiquement un déroulement du procédé selon un mode de réalisation de l'invention. En entrée de la simulation, on fournit dans la première étape représentée, une description électronique de la géométrie de l'outil par respectivement un réseau de noeuds. En partant de cette description, une opération de déformation dans l'outil d'emboutissage 1 est simulée.

Le résultat de cette simulation est la répartition de pression sur les surfaces d'outil 9 et 10 de l'outil d'emboutissage 1, dans lequel on utilise comme variable de pression pour cette répartition de pression la pression maximale mesurée au niveau du noeud respectif, pendant la déformation tout entière. Il est vérifié si la répartition de pression est déjà suffisamment régulière. Si 25 c'est le cas, le procédé est terminé. Sinon, au cours d'une étape suivante pour tous les noeuds où il règne une différence maximale de 60 % entre la pression sur la matrice 4 et la pression sur le serre-flan 5, une nouvelle variable de pression est générée, la plus grande des deux variables de pression étant utilisée comme nouvelle variable de pression sur les 30 surfaces d'outil 9 et 10. Tous les noeuds restants reçoivent la valeur zéro. Au cours d'une étape suivante, un déplacement de noeuds de la partie supérieure 3 et/ou de la partie inférieure 2 est déterminé à l'aide d'une fonction de R:132600A32693 AOP\32693--110422-Trad FR revue par FR.doc 04/05/2011 9:46 7 / 18 déplacement. Cependant, dans ce cas, on ne déplace que les noeuds où la simulation a donné une pression supérieure à la moyenne. A l'aide d'un calibrage, la fonction de déplacement tient alors compte des particularités du logiciel de simulation utilisé.

Enfin, les noeuds concernés sont déplacés de la valeur déterminée afin d'obtenir un nouveau réseau de noeuds pour la partie supérieure 3 et/ou la partie inférieure 2. Sur le nouveau réseau de noeuds, on exécute alors encore une fois la simulation de la répartition de pression.

La figure 3 montre à titre d'exemple un diagramme concernant la répartition de la pression après un nombre différent d'itérations dans le procédé selon la figure 2 sous forme d'histogramme. La courbe A caractérise le nombre des éléments ou noeuds dans chaque classe de pression avant la première itération, donc sur l'outil d'emboutissage 1 pas encore 15 modifié. La courbe B montre le nombre des éléments ou noeuds dans chaque classe de pression après la première itération, la courbe C le montre après la quatrième itération et la courbe D le montre après la septième itération. Il ressort du diagramme sur la figure 3 que le nombre des noeuds avec une 20 pression élevée diminue avec un nombre croissant d'itérations. Après quatre ou sept itérations, presque tous les noeuds présentent une pression relativement faible, inférieure à 5 N/mm2. La répartition de pression est devenue plus régulière. La figure 4 montre à titre d'exemple une simulation de la répartition de pression sur le serre-flan 5 avant la première itération. 25 Dans la simulation, deux zones ressortent dans lesquelles des pressions particulièrement élevées apparaissent, notamment la zone allongée F1 et la zone moins étendue F2. La figure 5 montre la simulation de la répartition de pression au niveau du serre-flan après la première itération. Après la première itération, les conditions de 30 pression se sont modifiées, notamment dans la zone F1. Les pressions élevées dans cette zone ont disparues presque entièrement et persistent seulement dans la zone partielle F1' plus étroite. R:132600A32693 AOP\32693--110422-Trad FR revue par FR.doc 04/05/2011 9:46 8 / 18 La figure 6 montre la simulation de la répartition de pression au niveau du serre-flan après la quatrième itération. Après la quatrième itération, la répartition de pression est nettement plus régulière, aussi bien dans la zone F1 que dans la zone F2. Il n'y a plus de grandes zones avec des pressions particulièrement élevées. R:132600A32693 AOP\32693--110422-Trad FR revue par FR.doc 04/05/2011 9:46 9 / 18 10 Légende

1 outil d'emboutissage 2 partie inférieure 5 partie supérieure 4 matrice 5 serre-flan 6 poinçon 7 berceau de pièce à travailler 8 tôle 9 surface d'outil 10 surface d'outil A courbe B courbe C courbe D courbe R:132600A32693 AOP\32693--110422-Trad FR revue par FR.doc 04/05/2011 9:46 10 / 18

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé pour la représentation par simulation d'un outil d'emboutissage (1) avec une partie supérieure (3) et une partie inférieure (2), dans lequel le procédé comprend les étapes suivantes : a) description électronique de la géométrie de la partie supérieure (3) et/ou de la partie inférieure (2) par un réseau de noeuds respectif ; b) simulation d'une répartition de pression sur la surface d'outil (9, 10) de la partie supérieure (3) et/ou de la partie inférieure (2) ; c) détermination d'un déplacement des noeuds de la partie supérieure (3) et/ou de la partie inférieure (2) pour lesquels la pression simulée dépasse une première valeur prédéterminée, à l'aide d'une fonction de déplacement ; d) déplacement de ces noeuds de la valeur déterminée pour obtenir un nouveau réseau de noeuds pour la partie supérieure (3) et/ou la partie inférieure (2) ; dans lequel les étapes b) à d) sont effectuées à plusieurs reprises jusqu'à ce qu'une grandeur caractérisant la régularité de la répartition de pression sur la surface d'outil (9, 10) de la partie supérieure (3) et/ou de la partie inférieure (2) dépasse une deuxième valeur prédéterminée.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première valeur prédéterminée est la pression apparaissant au cours de la simulation en moyenne au niveau des noeuds de la partie supérieure (3) et/ou de la partie inférieure (2).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on détermine au cours de la simulation de la répartition de pression une variable de pression pour chaque noeud.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on utilise comme variable de pression la pression apparaissant au maximum, pendant une période prédéterminée.
5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel on détermine un déplacement uniquement pour les noeuds de la partie supérieure (3) et/ou de la partie inférieure (2) pour lesquels une différence entre la variable de pression pour la partie supérieure (3) et la variable de pression pour la partie inférieure (2) n'est pas supérieure à une troisième valeur prédéterminée. R:132600A32693 AOP\32693--110422-Trad FR revue par FR.doc 04/05/2011 9:46 11 / 18
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel, pour déterminer le déplacement de noeuds de la partie supérieure (3) et/ou de la partie inférieure (2), une nouvelle variable de pression est déterminée au moins pour les noeuds pour lesquels la variable de pression dépasse la troisième valeur prédéterminée, le maximum entre la variable de pression pour la partie supérieure (3) et la variable de pression pour la partie inférieure (2) étant utilisé comme nouvelle variable de pression.
7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la troisième valeur prédéterminée est de 60 % du minimum de la variable de pression pour la partie supérieure (3) et de la variable de pression pour la partie inférieure (2).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la fonction de déplacement prend en compte une élasticité de la matière utilisée.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la partie supérieure (3) comprend un serre-flan (5) et un poinçon (6) et la partie inférieure (2) comprend une matrice (4).
10. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans un procédé de fabrication d'un outil d'emboutissage (1) avec une partie supérieure (3) et une partie inférieure (2).
11. Utilisation selon la revendication 10, dans lequel le nouveau réseau de noeuds est établi pour la partie supérieure (3) et/ou la partie inférieure (2) pour créer un programme de CN, et l'outil d'emboutissage (1) est fabriqué au moyen d'un procédé de CN.
12. Utilisation selon la revendication 10, dans lequel le nouveau réseau de noeuds pour la partie supérieure (3) et/ou la partie inférieure (2) est utilisé pour créer un programme de CN, et l'outil d'emboutissage (1) est repris au moyen d'un procédé de CN.
13. Produit de programme informatique pour effectuer le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, lorsque le programme informatique est exécuté sur un ordinateur ou un contrôleur. R:132600A32693 AOP\32693--110422-Trad FR revue par FR.doc 04/05/2011 9:46 12 / 18