Présentation de la pièce

Cette pièce axisymétrique présente un profil de section en H comme l'illustre la figure 6.4.1.

Figure 6.4.1: Forme de la pièce mise en forme par la société DORST

Elle possède quatre coins concaves ce qui constitue autant de difficultés pour la simulation numérique. Ce genre de topologie nécessite en effet une bonne description du transfert de poudre au cours de la compression. Des mesures de masse volumique en différentes zones ont été réalisées suite à l'éjection. Le découpage des zones est illustré par la figure 6.4.2. La masse totale de la pièce est de 147.98 g.

Figure 6.4.2: Valeurs des rayons et découpage de la section de la pièce en sept zones

La technique de mesure des efforts de compression est différente de celle utilisée pour les pièces Federal Mogul. Compte tenu de la morphologie de la pièce, une revue de mesure exhaustive aurait consisté en la détermination de huit efforts (moyeu, matrice, P1, P2, P3, P4, P5 et UP). L'investissement consacré à cette campagne d'essais n'a pas permis d'atteindre ce niveau de détails. La seule valeur d'effort enregistrée est déduite de la mesure de la pression d'alimentation du circuit hydraulique. Cette valeur correspond à la somme des efforts qui se sont distribués sur les trois poinçons P4,P5 et UP. Suite au remplissage de la cavité, la poudre subit une phase de transfert pour obtenir une forme homothétique à la forme finale. À la fin de cette phase, il n'est pas possible de mesurer la répartition de densité dans la cavité. Une hypothèse est alors émise : la masse volumique est homogène au début de la phase de compression. La cinématique de compression donnée dans le tableau 6.4.1 est appliquée au volume initial de section en H pour une densité initiale supposée homogène.

Tableau 6.4.1: Position des outils au cours de la compression par rapport à l'outil P1

Angle	UP	P2	P3	P4	P5	Matrice/moyeu
127	43.2	12.84	6.53	36.6	29.2	43.2
130	40.3			33.3		43.2
132						43.2
140	31.5	8.17	4.1	26.5	22.17	36.2
145			3.53
150	24.6	6.17		20.87		29.2
157					16.22
160	21.2			17.87		25.2
170	20.5					24.2
180	20	6.17	3.53	16.67	14	23.53

L'ensemble de ces mouvements verticaux des outils permet de décrire en fin de compression un volume de cavité approximé, les hauteurs en fin de compression sont supposées égales aux hauteurs caractéristiques de la pièce éjectée si les outils sont supposés parfaitement rigides. Par ailleurs, les rebonds élastiques à l'éjection n'ont pas été mesurés. Aucune comparaison entre la mesure et la simulation numérique ne peut être faite concernant les rebonds élastiques. Ces évolutions temporelles des positions des outils permettent une première analyse des mouvements radiaux de la poudre au cours de la compression. Ces mouvements sont liés à un transfert de masse entre les colonnes constitutives de la section en H, ils sont également nommés transfert de poudre au cours de la compression. La section de la pièce est décomposée en trois colonnes, le taux de compression de chacune de ces colonnes peut être calculé ainsi que l'illustre la figure 6.4.3.

Figure 6.4.3: Mise en relief d'un transfert de poudre possible entre colonnes par observation du taux de compression de chaque colonne.

Compte tenu de la cinématique imposée, les colonnes C1 et C3 ont un taux de compression supérieur à celui de la colonne C2 (figure 6.4.3). Il est donc possible que ces colonnes extrêmes "injectent" de la matière dans la colonne médiane. Le transfert de poudre au cours de la compression semble être un phénomène potentiellement accentué pour ce cas de pièce industrielle. Deux modèles éléments finis sont construits. Le premier modélise le comportement de la poudre avec la loi de Drucker-Prager/Cap, les outils sont des surfaces rigides et il n'y a pas de procédure de remaillage. Le maillage est illustré par la figure 6.4.4 gauche. Les coins concave sont arrondis pour permettre aux mailles de "glisser" vers la zone centrale (zone 4).

Figure 6.4.4: Maillages pour les deux modèles éléments finis de la pièce Dorst : outils rigides sans remaillage de la poudre (à gauche) et outils élastiques poudre remaillée (à droite)

Pour les évolutions des paramètres du modèle de Drucker-Prager/Cap sont déduites de trois jeux de données expérimentales. Le modèle de comportement de la poudre est ainsi déterminé pour trois chemins de compression en matrices fournis par les centres Leicester, AEA et 3S. Lors de l'analyse des résultats, la source des données expérimentales pour le calage des paramètres est systématiquement rappelée. Le second modèle met en uvre le modèle de CamClay, les outils sont élastiques et le maillage est adaptatif^6.4. Le maillage utilisé pour ce modèle éléments finis est illustré sur la figure 6.4.4 droite. Dans ce cas, les coins concaves ne sont pas arrondis car les mailles n'ont pas à s'écouler vers la zone 4. Pour ces deux modèles, seule la phase de compression est simulée.