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Simulation des procédés de mise en forme des matériaux

Du 15 au 17 octobre 2019 se sont déroulés les Transvalor International Simulation Days (TISD) à Sophia Antipolis. Plus de 140 personnes de 15 nations étaient présentes.

Plus de 40 exposés ont été présentés autour trois grands axes :

  • Les solutions logicielles disponibles éditées par Transvalor.
  • L’application de ces solutions dans l’industrie.
  • Les projets de recherche & développement.

 

Les solutions Transvalor 

Les logiciels de simulation édités par Transvalor intègrent tout le process de fabrication, élaboration du lingot, mise en forme (forge, fonderie), évolution des microstructures, usinage, traitement thermique, soudure, propagation de fissures. L’objectif de Transvalor étant de proposer une suite complète et compatible pour éviter la perte d’informations entre les logiciels.

Les autres souhaits de Transvalor sont de proposer des offres modulaires et personnalisées, d’améliorer et d’intégrer de nouvelles fonctionnalités dans les logiciels existants pour répondre aux besoins des industriels.

Les applications couvrent de nombreux domaines industriels comme l’aéronautique, l’automobile, l’énergie et plus récemment, le luxe, le sport, et la santé.

 

Les applications industrielles

Co-extrusion

Dans le cadre du projet mené par Lightbridge et Framatome, Light Fuel, une nouvelle technologie de combustible nucléaire a été conçue pour réduire les coûts de fonctionnement et augmenter la sécurité de la centrale en cas de réchauffement non contrôlé. Cette barre de combustible est composée de trois parties : une gaine en zirconium niobium, un noyau en uranium zirconium et une partie centrale.

Un modèle de simulation (co-extrusion) a été créé sur FORGE®NxT pour limiter les essais expérimentaux coûteux. Différentes modélisations ont été effectuées dans le but d’obtenir un compromis entre la qualité des résultats et le temps de calcul. Un plan d’expérience numérique est actuellement en cours avec ce modèle pour optimiser le process de co-extrusion, notamment sur les phénomènes d’écoulement entre les différents matériaux.

Optimisation fonderie cire perdue

Un autre exposé a présenté l’optimisation de la thermique lors de la solidification de clubs de golf réalisés par le procédé de cire perdue. L’objectif étant d’obtenir un refroidissement homogène entre tous les clubs sur une même grappe. Grâce à l’une des nouvelles fonctionnalités du logiciel THERCAST®, des simulations de rayonnement entre les pièces pendant la solidification ont été calculées.

En comparant avec une simulation où le rayonnement n’est pas pris en compte, on relève des écarts sur les températures d’approximativement 100°C entre les pièces ainsi qu’un temps de solidification plus important.

 

Les projets de recherche & développement

Dans un contexte écologique et économique, l’utilisation de grandes pièces en aluminium est en augmentation. Ces pièces sont mises en forme par laminage ou forgeage puis usinées. Pendant cette dernière opération jusqu’à 90% de matière est enlevée, ce qui induit de déformations dues aux contraintes résiduelles.  

Deux projets collaboratifs entre le CEMEF, Aubert & Duval, Constelium et Sigma portant sur la prédiction des déformations sur des pièces de grande taille destinées à l’aéronautique après usinage ont été menés.

Une version dérivée de FORGE®Nxt a été développée permettant de calculer ces déformations en tenant compte des conditions de serrage, du plan d’usinage et des contraintes résiduelles initiales (forge et traitement thermique).

Parallèlement, des essais expérimentaux ont permis de valider le modèle. Ces essais consistent à découper par fil une pièce avec des contraintes résiduelles initiales puis de scanner le contour découpe qui est plus ou moins rectiligne suivant le niveau de contrainte et de le comparer aux résultats obtenus par simulation.

Concernant la fabrication additive, un projet de recherche est en cours avec le Cemef concernant la simulation de fusion laser sur lit de poudre.

Pour prendre en compte tout le procédé, de la poudre à la pièce, les échelles macroscopique et mésoscopique sont prises en compte pour le modèle.

La simulation au niveau macroscopique permet d’observer par exemple, la déposition, l’évolution de la température, la structure, les contraintes résiduelles.

Quant à l’échelle mésoscopique, elle se concentre sur l’interaction du laser avec le lit de poudre ainsi que sur la fusion et la solidification. Grâce à la modélisation du faisceau laser, de l’interface avec le lit de poudre et l’écoulement de la poudre, on peut observer des éléments comme la microstructure ainsi que les défauts comme la fissuration à chaud et l’irrégularité du dépôt.

Si vous souhaitez davantage d’informations, n’hésitez pas à contacter Alexandre Mouillet, Ingénieur de projets Forge chez CTIF.