MODELISATION 3D DU PROCESSUS D’ASSEMBLAGE PAR VIS AUTOFORMEUSE

1. MODELISATION 3D DU PROCESSUS D’ASSEMBLAGE PAR VIS AUTOFORMEUSE J. Guillot, P. Stéphan, A. Daidié, F. Mathurin

2. PLAN DE LA PRESENTATION • Présentation du Projet • Modélisation Éléments Finis de l’opération de vissage • Paramètres de simulation - chargement - conditions limites • Maillage- loi de comportement • Résultats • Comparaison EF/expérimental • Bilan énergétique • Couples de vissage • Influence du diamètre d’avant trou et de la vitesse de rotation • Conclusion et perspectives

3. A A A-A • diminution des opérations d’usinage • suppression des copeaux • élimination de la pollution par lubrification a 3 PRESENTATION DU PROJET L’utilisation de vis autoformeuses est une solution technique plus écologique et économique : Elles sont conçues pour réaliser leurs filets directement par refoulement de matière grâce à une géométrie adaptée.

4. Fixation hayon arrière Fixation pipe remplissage carburant Fixation planche de bord Fixation de la masse pour le démarrage de la boite de vitesse Fixation du mécanisme lève vitre arrière Fixation des bonbonnes Airbag 4 QUELQUES EXEMPLES D’APPLICATIONS

5. SIMULATION DU PROCEDE ETUDE EXPERIMENTALE PLAN D’EXPERIENCE« ESSAIS NUMERIQUES » MODELISATION SIMPLIFIEE (outil d’assistance) 5 Relations Procédé – Performances DEMARCHE SCIENTIFIQUE : Résistance Fiabilité… Dimensions Efforts… Dimensionnement rapide et fiable de ce type de fixation lorsqu’elles doivent transmettre des efforts

6. Mise au point des modèles Grands déplacements – Grandes déformations – Contact 6 Relations Procédé – Performances DEMARCHE SCIENTIFIQUE : Résistance Fiabilité… Dimensions Efforts… SIMULATION DU PROCEDE ETUDE EXPERIMENTALE PLAN D’EXPERIENCE« ESSAIS NUMERIQUES » MODELISATION SIMPLIFIEE (outil d’assistance) Dimensionnement rapide et fiable de ce type de fixation lorsqu’elles doivent transmettre des efforts

7. PLAN DE LA PRESENTATION • Présentation du Projet • Modélisation Éléments Finis de l’opération de vissage • Paramètres de simulation – chargement - conditions limites • Maillage - loi de comportement • Résultats • Comparaison EF/expérimental • Bilan énergétique • Couples de vissage • Influence du diamètre d’avant trou et de la vitesse de rotation • Conclusion et perspectives

8. 8 PARAMETRES DE SIMULATION REEL MODELE ABAQUS • Grandes déformations • Grands déplacements • Géométries 3D • Problèmes de contact SOLVER EXPLICIT • Étude du formage des filets VIS CORPS RIGIDE • Un modèle avec une pièce inférieure de 360° entraîne des temps CPU importants MODELE 45°

9. 9 CONDITIONS LIMITES - CHARGEMENT • Vis = corps rigide PILOTAGE PAR UN POINT DE REFERENCE • Conditions réelles de vissage AVANCE D’UN PAS PAR TOUR • Étude de l’influence de la vitesse de rotation • Étude de l’influence du diamètre d’avant trou 9,16mm < D < 9,6 mm 200 tr/min < N < 600 tr/min

10. 10 MAILLAGE – LOI DE COMPORTEMENT • Vis CORPS RIGIDE ELEMENTS QUADRANGLES C3D4 • Pièce déformable ELEMENTS BRIQUES C3D8R LOI DE COMPORTEMENT JOHNSON-COOK MAILLAGE ADAPTATIF ALE

11. PLAN DE LA PRESENTATION • Présentation du Projet • Modélisation Éléments Finis de l’opération de vissage • Paramètres de simulation – chargement - conditions limites • Maillage - loi de comportement • Résultats • Comparaison EF/expérimental • Bilan énergétique • Couples de vissage • Influence du diamètre d’avant trou et de la vitesse de rotation • Conclusion et perspectives

12. 12 RESULTATS • Configuration Utilisée : ABAQUS 6.5.4 sur biprocesseur AMD Opteron 252 2.6 GHz, 4 Go de RAM DDR 400 MHZ • Temps CPU : 32 h à 107 h

13. 13 ETUDE DES DEPLACEMENTS LORS DU PROCESS

14. Numérique 14 COMPARAISON NUMERIQUE / EXPERIMENTAL Expérimental • Les seuls travaux identifiés à ce jour portent sur du taraudage par déformation (G. Fromentin)

15. 15 RESULTATS – COMPARAISON EF/EXPERIMENTAL • Les 5 zones identifiées lors de l’étude expérimentale sont également identifiées avec les simulations

16. 16 BILAN ENERGETIQUE • ABAQUS donne le bilan énergétique sur l’ensemble du modèle • Validité du modèle : Contrôle des ratios énergie cinétique / énergie interne et énergie hourglass / énergie interne Respect de la balance énergétique constante

17. 17 COUPLE DE VISSAGE

18. 18 INFLUENCE DU DIAMETRE D’AVANT TROU SUR LE COUPLE DE VISSAGE

19. 19 INFLUENCE DE LA VITESSE DE ROTATION DE LA VIS SUR LE COUPLE DE VISSAGE

20. PLAN DE LA PRESENTATION • Présentation du Projet • Modélisation Éléments Finis de l’opération de vissage • Paramètres de simulation – chargement - conditions limites • Maillage - loi de comportement • Résultats • Comparaison EF/expérimental • Bilan énergétique • Couples de vissage • Influence du diamètre d’avant trou et de la vitesse de rotation • Conclusion et perspectives

21. CONCLUSION • Une étude EF sur les flux de matière obtenus par simulation lors du processus de formage des filets a été réalisée. Les résultats ont été validés avec des résultats expérimentaux issus de la bibliographie. • Une étude paramétrique a également été conduite : Influence importante du diamètre d’avant trou sur le couple de vissage et sur la forme des filets. Aucun effet sur la valeur du couple de vissage et sur la forme des filets avec une variation de la vitesse de rotation de la vis.

22. PERSPECTIVES • Calage simulations EF résultats expérimentaux LGMT • Simulation du processus de serrage afin d’évaluer le couple de serrage et l’effort de précharge. Dans ce but, la vitesse de rotation de la vis N=500 tr/min permet de présenter le bilan énergétique le plus favorable sera utilisée pour le développement des modèles éléments finis lors du formage des filets.

23. FIN

24. 24 OBJECTIF DEVELOPPEMENT D’UN OUTIL INFORMATIQUEpermettant le dimensionnement rapide et fiable de ce type de fixation lorsqu’elles doivent transmettre des efforts