Development of the near net shape forging applied to the elaboration of straight spur gear
Développement du procédé de formage de précision d'éléments de denture pour boîte de vitesses
Résumé
The present work constitutes a contribution to the analytical and physical simulation of the precision forging applied to the elaboration of straight spur gear. The estimation of forging force at the end of forming, closely with the degree of filling, was particularly treated. The physical approach, led on prototypes, has showed a good prediction of the material flow into the die. However, the force measurements at the end of filling, is quite fine because of the elastic behaviour of the material. The analytical approach was then developed. A first approach, in isothermal case, has consisted to develop an axial forming force modelisation in the end of filling which integrate the geometrical part criterion. But the estimations obtained have presented important gaps with the experiment. The weak thermo-mechanical, which took into account the overheating of the material and the friction at the part/die interface, has allowed to reduce these gaps. With this last approach, the modelisation results are in good agreement with our experiment. The microstructural aspects of part material, and their evolution during the forming, are also treated and has contributed to a better knowledge of the constitutive relationship of the material and an optimisation of the input of the modelisation. We have completed our work with a die lifetime modelisation according to the temperature and pressure applied on dies. In the industrial near net shape forming context, these modelisations are exploited as pre-study means in forming design. The application of the modelisation results has allowed to suggest some trends in die materials choices. We have proposed temprings at more elevated temperatures and superalloys for die materials. Within the context of the hot forming gear, the life time of the die has been multiplicated by a 10 factor
La présente étude constitue une contribution à la simulation analytique et physique du forgeage de précision, appliquée à la mise en forme de pignons à denture droite. La prévision de l'effort de mise en forme en fin de forgeage, en liaison avec le degré de remplissage de l'outil, a été plus particulièrement traitée. L'approche physique, menée sur maquette avec un matériau modèle, a montré une bonne prédiction de l'écoulement global de la matière dans la gravure de l'outil. Toutefois, la mesure des efforts dans la phase ultime de remplissage est délicate à cause de l'élasticité du matériau. L'approche analytique du procédé de forgeage a alors été développée. Une première approche du problème, dans le cas isotherme, a consisté à développer une modélisation de l'effort axial de mise en forme en fin de forgeage qui intègre le critère de précision géométrique de la pièce. Mais les prévisions obtenues présentaient des écarts importants avec les résultats d'essais en grandeur réelle. Le couplage thermomécanique faible du modèle, qui prend en compte les phénomènes d'autoéchauffement de la matière en déformation et le frottement à l'interface pièce/outil, a alors permis de réduire les écarts. Avec ce dernier modèle, les résultats de simulation sont en bon accord avec nos résultats expérimentaux menés sur presse pilote. Les aspects microstructuraux du matériau pièce, ainsi que leur évolution au cours de la déformation ont également été étudiés, ce qui a contribué à mieux connaitre la loi de comportement du matériau dans le domaine du forgeage à mi-chaud et, de ce fait, à optimiser la mise en données des modèles. Enfin, nous avons complété notre étude par une modélisation de la durée de vie des outils en fonction des conditions de pression et de température à la surface des outillages. Dans le contexte industriel du formage de précision, ces modèles sont exploites en tant que moyens de pré-étude dans la conception des gammes de mise en forme de pièces par forgeage. L'application des résultats de simulation nous a permis de proposer des orientations en termes de choix métallurgiques du matériau outillage par rapport aux solutions actuelles. Ainsi, avons-nous proposé des revenus à plus hautes températures des aciers pour outillage et l'utilisation de rechargement en superalliages. Dans le cadre du développement d'un pignon estampe à chaud, la durée de vie de l'outil a ainsi été multipliée par un facteur 10
Domaines
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