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Conception - Simulation - Essais

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copyright Hermle

Fabrication additive : deux nouveaux aciers à outils pour le travail à chaud

Les matériaux utilisables en fabrication additive ne cessent d’évoluer ouvrant la voie à de nouvelles applications comme la production d’outils pour le travail à chaud. Dans le cadre de ses travaux de R&D, le Centre a testé deux nouveaux aciers pour cette application.

 

Former des tôles à haute température et les refroidir en quelques secondes est désormais possible. Comment ? Grâce à de nouveaux aciers utilisés pour la fabrication additive d’outillages pour le travail à chaud ! Dans le cadre de travaux de R&D pour le compte des industriels français, le Cetim a en effet testé deux aciers (nuances H11 et H13) qui présentent une grande résistance en surface après un traitement thermique de nitruration et offrent la possibilité de générer des canaux de refroidissement impossibles à réaliser par usinage classique

 

Un procédé de fabrication additive différent pour chaque nuance

La nuance H11 (X37CrMoV5-1) est déjà utilisée par les forgerons pour des matrices et des poinçons usinés dans la masse. L’étude sur cet acier a été conduite sur des pièces produites par le spécialiste allemand de l’usinage et de formage des métaux CNC Fertigungstechik Kriftel (C.F.K.) sur une machine de fusion laser de lit de poudre. Ce moyen, équipé d'un dispositif de préchauffage de la matière à 250°C, « soude » plus facilement cet alliage sensible à la fissuration lors de sa mise en œuvre. Des éprouvettes et un démonstrateur ont été réalisés et ont fait l’objet de deux traitements thermiques différents pour obtenir des duretés Rockwell de 46 HRC et de 50 HRC. Le Cetim a poursuivi les travaux en passant les pièces au crible: analyse chimique du matériau, taux de porosité, influence du traitement thermique sur la tenue mécanique (traction, flexion par choc, traction à chaud), aptitude à la nitruration, etc. Le bilan de ces travaux montre la capacité à mettre en œuvre cet acier par fusion laser avec des performances mécaniques intéressantes malgré une fragilité qui peut limiter certaines applications. L’aptitude à la nitruration de cette nuance étend son champ d’utilisation à des outils fortement sollicités en surface.

 

Grâce à sa grande résistance à l'usure et à sa bonne conductivité thermique, la nuance H13 (X40CrMoV5-1) est aujourd’hui utilisée pour des outils de travail à chaud usinés dans la masse. Dans le cadre des travaux menés sur cet acier, le Centre a testé la réalisation de canaux de refroidissement au plus près de la surface de l'outillage, impossibles à réaliser par usinage, pour refroidir très rapidement les pièces formées. Pour cela les travaux ont été conduits avec le fabricant de machines allemand Hermle en combinant sur une même machine l’usinage et la technologie Cold Spray souvent utilisée pour du rechargement ou du dépôt de revêtement. L’ajout de matière se produit par incrustation de particules de matière projetées sur le substrat à des vitesses de l’ordre de 100 à 1000 mètres par seconde. Le Cetim a ainsi caractérisé des éprouvettes et un démonstrateur comprenant un canal en forme de serpentin. Le Centre a ensuite réalisé une série de tests sur ces pièces : structure métallurgique et analyse chimique du matériau, performances mécaniques (dureté, traction...), aptitude à la nitruration, aspect du canal interne, etc. Les résultats montrent des performances mécaniques compatibles avec les exigences du domaine de l’outillage pour le travail à chaud, mais pas dans celui des outils de découpage-emboutissage.  

 

Retrouvez plus d’informations sur les travaux de R&D en fabrication additive conduits pour le compte des industriels français.

D’autres résultats de ces travaux sont également disponibles : une nouvelle nuance d’acier pour fabriquer par fusion laser de lit de poudre des pièces pouvant être traitées par nitruration et un nouvel acier prometteur pour les outillages pour le travail à froid

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Présentation

Modélisation et simulation du produit conduisent à une optimisation virtuelle des solutions avant réalisation physique. La tendance est donc à une conception plus performante, en prenant en compte la prédiction de la durée de vie à la fatigue et en optimisant les coefficients de sécurité dans une approche fiabiliste. L’objectif majeur est d’arriver à des délais de développement beaucoup plus courts. Les progrès marquants sont obtenus dans le domaine de la simulation de phénomènes de plus en plus complexes et multiphysiques.
Cet axe technologique rassemble des projets concernant : la conception fiabiliste des produits, la vérification des exigences fonctionnelles et la qualification de la performance, les méthodes d’analyse basées sur le besoin du client, la conception de produits propres et silencieux, la simulation du comportement et du fonctionnement des produits.

Technologies prioritaires

Pour aider l'industrie mécanique à anticiper et faire les meilleurs choix stratégiques, le Cetim, avec l'aide de ses parteneraires, a identifié 53 technologies considérées comme prioritaires pour la mécanique d'ici 2020.

  1. Ecoconception
  2. Tolérance aux dommages en service
  3. Spécification géométrique des produits
  4. Qualification virtuelle (virtual testing)
  5. Conception de produits fiables et sûrs
  6. Interface homme machine
  7. Design et réalité virtuelle
  8. Réalité augmentée
  9. Simulation et optimisation numériques
  10. Chaînage numérique
  11. Conception biomimétique
  12. Big Data
  13. Soudage sans métal d'apport
  14. Méthodes innovantes de conception
  15. Applications techniques mobiles
  16. Cybersécurité
  17. Calcul intensif
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