Identification of key parameters of the cross-wedge rolling:Towards formalization of scientific and technological knowledge
Identification des paramètres clés du laminage transversal : vers la formalisation des connaissances scientifiques et technologiques
Résumé
The cross-wedge rolling is an incremental metal forming process, essentially developed at high temperatures, dedicated to manufacture blanks with high quality level while realizing significant gain on yield compared to other processes. The thesis work addresses the state of the art regarding this complex technology which remains quite undeveloped in France. A synthesis based on extensive literature points out some of the governing laws along with significant parameters of the process. As the workpiece/die contact is seen to be the main concern of this process, contact pressure measurements devices have been implemented on specific dies to characterize the severity of forming efforts. Preforms with a simple diameter reduction, made of steel, titanium and copper-aluminum-based alloy, are manufactured to highlight the tribological and rheological characteristics of the part/tool couple. To demonstrate that, the condition to keep the rotational drive of parts is a key factor driving the process, many experimental tests are performed. This shows the role of surface texture to obtain defect-free parts and its influence on internal thermomechanical history. Many difficulties related to tool set-up and developments are identified on the basis of experimental observations which are then integrated in the tool design approach. A tool design procedure is proposed, which is based on a synthesis of literature rules as well as rules identified during experimental work. A case study of a "baluster-shape" preform is carried out integrating the die design, numerical simulations with the FORGE© software and also die testing and fine-tuning on a bench developed at ENSAM. An overview of the process and its governing key-parameters is finally proposed.
Le laminage transversal, procédé de mise en forme des métaux essentiellement développé " à chaud ", permet d'obtenir des bruts de haut niveau de qualité en réalisant un gain notoire sur l'engagement matière face à d'autres procédés. Les travaux de thèse dressent l'état de l'art de cette technologie complexe et mal connue en France ; ils s'appuient sur une bibliographie dense et diversifiée pour synthétiser les lois qui régissent ce procédé et identifier les paramètres significatifs. Les conditions du contact pièce/outil étant prépondérantes, la mesure de la pression de contact est développée sur des matrices instrumentées afin de caractériser la sévérité des efforts. Des préformes en acier, titane et alliage base cuivre-aluminium avec simple réduction de diamètre sont fabriquées pour mettre en évidence les spécificités du contact pièce-matrice au niveau tribologique et rhéologique. En vue de démontrer que la condition d'entrainement en rotation des pièces est un facteur clé de pilotage du procédé, de nombreux essais expérimentaux pointent le rôle de la texture de surface pour l'obtention de pièces sans défaut, ainsi que son influence sur l'histoire thermomécanique interne. Les nombreuses difficultés liées à la mise au point d'outillages sont identifiées sur la base d'observations expérimentales et ensuite intégrées dans une démarche de conception d'outillage. Une procédure de conception d'outillage est ainsi proposée en s'appuyant sur une synthèse de règles issues de la bibliographie ainsi que de règles déterminées par les travaux expérimentaux. Une étude de cas sur une préforme " balustre " est traitée ; elle intègre la conception des matrices, la simulation numérique avec le logiciel FORGE© ainsi que les essais de mise au point d'outillage sur un banc développé à l'ENSAM. Une vision d'ensemble sur le procédé et les paramètres qui le gouvernent est finalement proposée.
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