Méthodologie d’étude de la dégradation des outillages de frappe à froid

Methodology for the study of cold forging tools damaging

¹ Laboratoire d’Automatique et de Mécanique Industrielles et Humaines (LAMIH), Mecamat, URM CNRS 1775, Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis, Valenciennes
² CETIM Centre Technique des Industries Mécaniques, Saint Etienne

Résumé

Les trois modes de dégradation principaux des outillages de frappe à froid sont l’usure, la fissuration de fatigue et la ruine par fatigue de contact (écaillage de l’outil). Nous ne tiendrons pas compte dans cette étude de la rupture par surcharge, qui relève d’un défaut de conception ou d’un accident. L’usure, qui est un mode de dégradation souvent plus lent (comparativement aux deux autres modes), est étudiée par l’intermédiaire du test de grippage. Une méthodologie d’étude est ensuite mise en place pour traiter les deux autres cas. Cette méthodologie utilise le test de compression translation. Ce test permet de reproduire les conditions de fonctionnent du procédé de mise en forme étudié. Il est ici modifié de manière à prendre en compte le facteur tenue dans le temps de l’outil. Tous les paramètres caractéristiques du procédé sont reproduits de telle sorte que les faciès de déformations de la pièce et de l’échantillon sont identiques. Le niveau de dégradation de l’outil est donc recherché non pas sur l’outil mais sur la pièce. Cette démarche s’inscrit dans le cadre d’un contrôle sans démontage de l’outillage. Un exemple est traité.

Abstract

Cold forging tools are working under high stress conditions. There are three main ways of damaging. Abrasive wear is the first one. If it affects the tolerances of the formed parts, this phenomenon is quite slow and we can fight against it by hard coating like TiN. Fatigue fracture and contact fatigue are the two others. They are more penalising since tool life is shortened in those cases. The present paper gives some results on abrasive wear which is investigated by the seizure test. But, the main lack of damage tests is that they do not reproduce the conditions of contact of the studied process. A methodology using the upsetting sliding test is then proposed.

The first part of this methodology is a mechanical analysis by the finite element method. If the conditions of contact of the process are searched, overload can be found here.

The upsetting sliding test allows to reproduce the effective plastic strain and the found contact pressure. This friction test involves a specimen directly extracted from the wire and an indenter which simulates the tool. Those indenters are machined in the tool at different stages of their life. The conditions of contact are reproduced and so is the damage stage of the tool.

The damage state of the tool is found directly on the specimen used in the test. Since the test is working under the same tribological conditions as the process, the surface of the specimen and the real workpiece one are the same. This methodology tends to the prediction of the tool life by criteria found on the workpiece and does not need to dismantle the tool to check it.