Brevet FR2960325A1 — publié le 20111125

PROCEDE ET SYSTEME DE CONCEPTION NUMERIQUE D'UNE MATRICE D'EMBOUTISSAGE La présente invention se rapporte à un procédé et un système de conception numérique d'une matrice d'emboutissage. Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé et un système de conception numérique d'une matrice d'emboutissage destinée à permettre l'emboutissage d'un flan de tôle pour réaliser une pièce emboutie, telle qu'une pièce de carrosserie de véhicule. La présente invention se situe dans le domaine de la simulation et du calcul numérique pour les matrices d'emboutissage, autrement appelées poinçons ou outils d'emboutissage. Il est connu, notamment dans le domaine automobile, d'effectuer des calculs de structure de la matrice d'emboutissage, qui consistent à réaliser un calcul de résistance mécanique sur une structure solide, en l'occurrence sur la matrice d'emboutissage. Ce calcul de structure emploie classiquement, en données d'entrée, des paramètres relatifs aux conditions limites de la matrice d'emboutissage (degrés de liberté de type encastrement, glissement, rotations, etc.) et des paramètres de chargement en effort et/ou en pression. Ce calcul de structure délivre en sortie des cartographies de déplacement et/ou de contrainte et/ou de déformation (sous forme vectorielles, tensorielles, normées, etc.) de la matrice d'emboutissage, ce ou ces cartographies étant représentatives de la matrice d'emboutissage à concevoir approximatifs. Cependant, les paramètres de chargements en effort et/ou en pression sont généralement approximatifs. Il est par exemple connu d'utiliser un modèle de chargement consistant à appliquer une pression homogène sur la surface travaillante de la matrice d'emboutissage, faisant ainsi abstraction de tous les phénomènes de gradients de contraintes que l'on peut avoir lors de l'emboutissage du flan de tôle. On réalise donc un calcul peu prédictif, dans lequel on ne maîtrise pas complètement le comportement de la matrice d'emboutissage. Ainsi, avec ces données d'entrée trop approximatives, les résultats du calcul de structure sont peu fiables, voire inexploitables. Le fait d'être peu prédictif rend donc le calcul de structure sans intérêt dans la conception de la matrice d'emboutissage, car on ne peut pas agir sur cette conception en vue de diminuer le temps passé en mise au point de la matrice. La présente invention a pour but de résoudre cet inconvénient en proposant un procédé et un système de conception numérique qui permettent d'avoir un calcul de structure de la matrice d'emboutissage qui soit prédictif, autrement dit qui soit beaucoup plus précis en employant comme données d'entrée une simulation qui se rapproche très nettement de la réalité, permettant ainsi d'éviter toute approximation sur les conditions de chargement du calcul de structure et donc d'avoir des résultats beaucoup plus fiables. Un but de la présente invention est de réaliser de nombreux gains dans la mise au point finale de la matrice d'emboutissage (matière, process d'emboutissage, temps, standardisation, ergonomie, etc.), de prévenir les risques de casses de la matrice d'emboutissage liés à des défauts de conception, de gagner de la matière dans la matrice d'emboutissage, et de rigidifier la matrice d'emboutissage et donc de diminuer les temps de mise au point de la matrice d'emboutissage. A cet effet, elle propose un procédé de conception numérique d'une matrice d'emboutissage destinée à permettre l'emboutissage d'un flan de tôle pour réaliser une pièce emboutie, telle qu'une pièce de carrosserie de véhicule, comprenant les étapes suivantes : - calcul de simulation d'emboutissage de la pièce emboutie par des moyens de simulation, ledit calcul de simulation délivrant en sortie une première cartographie de pressions et/ou d'efforts à appliquer sur le flan de tôle pour réaliser la pièce emboutie ; - calcul de structure de la matrice d'emboutissage par des moyens de calcul de structure, ledit calcul de structure consistant à réaliser un calcul de résistance mécanique de la matrice d'emboutissage en utilisant comme données d'entrée la première cartographie issue du calcul de simulation afin de délivrer en sortie une deuxième cartographie de déplacement et/ou de contrainte et/ou de déformation de la matrice d'emboutissage, ladite deuxième cartographie étant représentative de la matrice d'emboutissage à concevoir numériquement. Ainsi, l'invention consiste à récupérer les données (première cartographie de pressions et/ou d'efforts) provenant du calcul de simulation d'emboutissage de la pièce emboutie, pour les utiliser comme données d'entrée dans le calcul de structure. De la sorte, les conditions de chargement en pression et/ou en effort introduite dans le calcul de structure sont très proches de la réalité, et en conséquence les résultats du calcul de structure sont beaucoup plus précis. Selon une caractéristique, le procédé comprend, entre les étapes de calcul de simulation et de calcul de structure, une étape intermédiaire de conversion de la première cartographie dans un format compatible avec les moyens de calcul de structure. En effet, les logiciels de simulation d'emboutissage d'une pièce ne permettent pas de réaliser des calculs de structure. De ce fait, il est nécessaire de transformer ou convertir les données (première cartographie de pressions et/ou d'efforts) provenant du calcul de simulation d'emboutissage, dans un format compatible avec un logiciel de calcul de structure. Selon une autre caractéristique, le procédé comprend, après l'étape de calcul de structure, les étapes suivantes : - modification de la deuxième cartographie issue du calcul de structure, afin de délivrer une géométrie modifiée de la matrice ; - injection en données d'entrée, dans les moyens de calcul de structure, de la géométrie modifiée de la matrice issue de l'étape de modification ; - nouveau calcul de structure de la matrice d'emboutissage avec ladite géométrie modifiée en données d'entrée afin de délivrer en sortie une nouvelle cartographie de déplacement et/ou de contrainte et/ou de déformation de la matrice d'emboutissage.35 Ainsi, il est possible d'agir sur la conception numérique lorsque cela est nécessaire. Dans une réalisation particulière, le procédé comprend, lors de l'étape de calcul de structure, l'utilisation comme autres données d'entrée de paramètres relatifs aux conditions limites de la matrice d'emboutissage. L'invention se rapporte également à un système de conception numérique d'une matrice d'emboutissage destinée à permettre l'emboutissage d'un flan de tôle pour réaliser une pièce emboutie, telle qu'une pièce de carrosserie de véhicule, comprenant : - des moyens de simulation d'emboutissage de la pièce emboutie, lesdits moyens de simulation délivrant en sortie une première cartographie de pressions et/ou d'efforts à appliquer sur le flan de tôle pour réaliser la pièce emboutie, ladite première cartographie étant délivrée dans un premier format ; - des moyens de conversion du format de la première cartographie, disposés en sortie des moyens de simulation et conçus pour délivrer la première cartographie dans un second format ; - des moyens de calcul de structure de la matrice d'emboutissage conçus pour réaliser un calcul de résistance mécanique de la matrice d'emboutissage, lesdits moyens de calcul de structure étant disposés en sortie des moyens de conversion et utilisant comme données d'entrée la première cartographie dans le second format afin de délivrer en sortie une deuxième cartographie de déplacement et/ou de contrainte et/ou de déformation de la matrice d'emboutissage. Selon une possibilité de l'invention, le système comprend, en entrée des moyens de calcul de structure, des moyens de chargement de paramètres relatifs aux conditions limites de la matrice d'emboutissage. Selon une possibilité de l'invention, le système comprend : - une boucle de retour entre la sortie et une entrée des moyens de calcul de structure ; et - des moyens de modification disposés sur la boucle de retour et conçus pour délivrer une géométrie modifiée de la matrice d'emboutissage ; de sorte que cette géométrie modifiée est injectable comme données d'entrée dans les moyens de calcul de structure. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'un système de conception numérique conforme à l'invention ; - la figure 2 est une première cartographie de pressions issue d'un calcul de simulation d'emboutissage d'une porte de véhicule automobile ; - la figure 3 est une cartographie de chargement en pression connue pour le calcul de structure ; - la figure 4 est une cartographie de chargement en pression conforme à l'invention pour le calcul de structure ; - Les figures 5a et 5b illustrent les conceptions numériques de la matrice d'emboutissage, à l'issue du calcul de structure effectué à partir de la cartographie de chargement en pression connue de la figure 3, respectivement en vue de dessous et de côté ; - la figure 6 est une deuxième cartographie de déplacement de la matrice d'emboutissage, issue du système et du procédé conformes à l'invention ; - les figures 7a et 7b illustrent les conceptions numériques de la matrice d'emboutissage, à l'issue du calcul de structure effectué à partir de la deuxième cartographie de la figure 6, respectivement en vue de dessous et de côté. La figure 1 illustre un système de conception numérique conforme à l'invention, permettant de mettre en oeuvre un procédé de conception numérique conforme à l'invention ; cette conception numérique concernant une matrice d'emboutissage destinée à permettre l'emboutissage d'un flan de tôle pour réaliser une pièce emboutie, telle qu'une pièce de carrosserie de véhicule. Ce système de conception numérique comporte : - des moyens de simulation 1 d'emboutissage de la pièce emboutie, ces moyens de simulation 1 délivrant en sortie une première cartographie Cl de pressions et/ou d'efforts à appliquer sur le flan de tôle pour réaliser la pièce emboutie, ladite première cartographie Cl étant délivrée dans un premier format f1 ; - des moyens de conversion 2 du format de la première cartographie Cl, disposés en sortie des moyens de simulation 1 et conçus pour délivrer la première cartographie Cl dans un second format f2 ; - des moyens de calcul de structure 3 de la matrice d'emboutissage conçus pour réaliser un calcul de résistance mécanique de la matrice d'emboutissage, lesdits moyens de calcul de structure étant disposés en sortie des moyens de conversion 2 et utilisant comme données d'entrée la première cartographie Cl dans le second format f2 afin de délivrer en sortie une deuxième cartographie C2 de déplacement et/ou de contrainte et/ou de déformation de la matrice d'emboutissage ; - des moyens de chargement 4 de paramètres relatifs aux conditions limites de la matrice d'emboutissage, disposés en entrée des moyens de calcul de structure 3, afin que ces paramètres relatifs aux conditions limites servent comme données d'entrée dans les moyens de calcul de structure 3 ; - une boucle de retour 5 entre la sortie et une entrée des moyens de calcul de structure 3 ; et - des moyens de modification 6 disposés sur la boucle de retour 5, recevant en entrée la deuxième cartographie C2, conçus pour permettre la modification de cette deuxième cartographie C2 afin de prendre en compte des modifications souhaités de la matrice d'emboutissage, et délivrant ainsi en sortie une géométrie modifiée C2mod de la matrice d'emboutissage de sorte que cette géométrie modifiée C2mod est injectable comme données d'entrée dans les moyens de calcul de structure 3. Ainsi, le procédé mis en oeuvre par ce système comporte les étapes suivantes : - calcul de simulation d'emboutissage de la pièce emboutie par les moyens de simulation 1, ledit calcul de simulation délivrant en sortie la première cartographie Cl dans le premier format f1 ; - conversion, par les moyens de conversion 2, du format de la première cartographie Cl dans le deuxième format f2 compatible avec les moyens de calcul de structure 3 ; - calcul de structure de la matrice d'emboutissage par les moyens de calcul de structure 3, en utilisant comme données d'entrée la première cartographie Cl dans le second format f2 et les paramètres relatifs aux conditions limites de la matrice d'emboutissage, afin de délivrer en sortie la deuxième cartographie C2 représentative de la matrice d'emboutissage à concevoir numériquement. Si les concepteurs souhaitent apporter des modifications sur la matrice d'emboutissage, il est alors envisageable de réaliser les étapes suivantes : - modification de la deuxième cartographie C2 afin de délivrer la géométrie modifiée C2mod ; - injection en données d'entrée, dans les moyens de calcul de structure 3, de cette géométrie modifiée C2mod ; et - nouveau calcul de structure de la matrice d'emboutissage avec cette géométrie modifiée C2mod en données d'entrée afin de délivrer en sortie une troisième cartographie de déplacement et/ou de contrainte et/ou de déformation de la matrice d'emboutissage. Les moyens de simulation 1 sont du type logiciel de simulation d'emboutissage et permettent de réaliser un calcul dit d'« emboutissabilité », autrement dit de la capacité à être emboutie ou déformée par emboutissage, sur la pièce emboutie. Dans ce type de calcul de simulation, la donnée d'entrée est la définition numérique de la pièce à produire, et les résultats de sortie du calcul de simulation sont les suivants : - des informations sur la faisabilité/capacité en emboutissage ou pas du flan de tôle pour réaliser la pièce emboutie attendue (casse de pièce, etc.) ; - les efforts nécessaires pour emboutir le flan de tôle afin de réaliser la pièce emboutie attendue, sous la forme d'une première cartographie Cl d'efforts ; - les pressions de contact flan de tôle / matrice d'emboutissage nécessaires pour emboutir le flan de tôle afin de réaliser la pièce emboutie attendue, sous la forme d'une première cartographie Cl de pressions.35 La figure 2 est une première cartographie Cl de pressions issue d'un calcul de simulation d'emboutissage d'une porte de véhicule automobile, avec un gradient de gris correspondant au gradient de pressions P de contact flan de tôle / matrice d'emboutissage nécessaires pour emboutir le flan de tôle afin de réaliser la porte ; une échelle de pression ECH(P) donne la correspondance entre la couleur grise et la pression P en N/mm2. La figure 3 est une cartographie de chargement en pression CP1 connue pour le calcul de structure proprement dit, c'est-à-dire sans le couplage entre les moyens de simulation 1 et les moyens de calcul de structure 3, où la pression de chargement PC1 est définie comme étant constante sur toute la surface de contact flan de tôle / matrice d'emboutissage ; une échelle de pression ECH(PC1) illustrant que la pression PC1 est constante et égale à 9,2 MPa. La figure 4 est une cartographie de chargement en pression CP2 conforme à l'invention pour le calcul de structure proprement dit, c'est-à-dire avec le couplage entre les moyens de simulation 1 et les moyens de calcul de structure 3. De façon plus spécifique, cette cartographie de chargement en pression CP2 est issue de la première cartographie Cl de la figure 2 utilisée comme données d'entrée des moyens de calcul de structure 3. Cette cartographie de chargement en pression CP2 présente un gradient de gris correspondant au gradient de pressions de chargement PC2 ; une échelle de pression ECH(PC2) donnant la correspondance entre la couleur grise et la pression de chargement PC2 en MPa. Les figures 5a et 5b illustrent les conceptions numériques de la matrice d'emboutissage ME1 en vue de dessous et en vue de côté, à l'issue du calcul de structure effectué à partir de la cartographie de chargement en pression CP1 connue. La figure 6 est une deuxième cartographie C2 de déplacement de la matrice d'emboutissage, issue du système et du procédé conformes à l'invention, et plus spécifiquement obtenue par un calcul de structure utilisant comme données d'entrée la première cartographie Cl de la figure 2, après chargement sous la forme de la cartographie de chargement en pression CP2 de la figure 4. Cette deuxième cartographie C2 présente un gradient de gris correspondant au gradient de déplacement D issu du calcul de structure ; une échelle de déplacement ECH(D) donnant la correspondance entre la couleur grise et le déplacement D en mm. Cette deuxième cartographie C2 présente, dans la partie centrale correspondante à la porte que l'on souhaite réaliser par emboutissage, une zone Zmax de déplacement maximal estimé à Dmax=0,183 mm. Les figures 7a et 7b illustrent les conceptions numériques de la matrice d'emboutissage ME2 en vue de dessous et en vue de côté, à l'issue du calcul de structure effectué à partir de la cartographie de chargement en pression CP2 conforme à l'invention, plus spécifiquement à partir de la deuxième cartographie C2 de la figure 6. Comme visible sur les figures 7a et 7b, des renforts RE sont prévus dans la zone Zmax identifiée dans la deuxième cartographie C2, afin de prendre en compte le déplacement maximal observé dans cette zone Zmax. Ces renforts RE servent à rigidifier la matrice d'emboutissage, et l'on note que ces renforts RE sont absents de la conception numérique ME1 des figures 5a et 5b, illustrant ainsi l'optimisation et la précision du système et du procédé conformes à l'invention. En prévoyant la nécessité des renforts RE, ce système et ce procédé réalisent un calcul de structure prédictif, et permettent ainsi des gains de temps à passer dans la mise au point finale, ainsi que des gains de matière. Bien entendu l'exemple de mise en oeuvre évoqué ci-dessus ne présente aucun caractère limitatif et d'autres détails et améliorations peuvent être apportés au procédé et au système selon l'invention, sans pour autant sortir du cadre de l'invention où d'autres formes de moyens de calcul de simulation et/ou de moyens de calcul de structure peuvent être réalisées. REVENDICATIONS1. Procédé de conception numérique d'une matrice d'emboutissage destinée à permettre l'emboutissage d'un flan de tôle pour réaliser une pièce emboutie, telle qu'une pièce de carrosserie de véhicule, comprenant les étapes suivantes : - calcul de simulation d'emboutissage de la pièce emboutie par des moyens de simulation (1), ledit calcul de simulation délivrant en sortie une première cartographie (Cl) de pressions et/ou d'efforts à appliquer sur le flan de tôle pour réaliser la pièce emboutie ; - calcul de structure de la matrice d'emboutissage par des moyens de calcul de structure (3), ledit calcul de structure consistant à réaliser un calcul de résistance mécanique de la matrice d'emboutissage en utilisant comme données d'entrée la première cartographie (Cl) issue du calcul de simulation afin de délivrer en sortie une deuxième cartographie (C2) de déplacement et/ou de contrainte et/ou de déformation de la matrice d'emboutissage, ladite deuxième cartographie (C2) étant représentative de la matrice d'emboutissage à concevoir numériquement. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant, entre les étapes de calcul de simulation et de calcul de structure, une étape intermédiaire de conversion de la première cartographie (Cl) dans un format compatible avec les moyens de calcul de structure (3). 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, comprenant, après l'étape de calcul de structure, les étapes suivantes : - modification de la deuxième cartographie (C2) issue du calcul de structure, afin de délivrer une géométrie modifiée (C2mod) de la matrice d'emboutissage ; - injection en données d'entrée, dans les moyens de calcul de structure (3), de la géométrie modifiée (C2mod) issue de l'étape de modification ; - nouveau calcul de structure de la matrice d'emboutissage avec ladite géométrie modifiée (C2mod) en données d'entrée afin de délivrer en sortieune nouvelle cartographie de déplacement et/ou de contrainte et/ou de déformation de la matrice d'emboutissage. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant, lors de l'étape de calcul de structure, l'utilisation comme autres données d'entrée de paramètres relatifs aux conditions limites de la matrice d'emboutissage. 5. Système de conception numérique d'une matrice d'emboutissage destinée à permettre l'emboutissage d'un flan de tôle pour réaliser une pièce emboutie, telle qu'une pièce de carrosserie de véhicule, comprenant : - des moyens de simulation (1) d'emboutissage de la pièce emboutie, lesdits moyens de simulation (1) délivrant en sortie une première cartographie (Cl) de pressions et/ou d'efforts à appliquer sur le flan de tôle pour réaliser la pièce emboutie, ladite première cartographie (Cl) étant délivrée dans un premier format (fi) ; - des moyens de conversion du format de la première cartographie (Cl), disposés en sortie des moyens de simulation (1) et conçus pour délivrer la première cartographie (Cl) dans un second format (f2) ; - des moyens de calcul de structure (3) de la matrice d'emboutissage conçus pour réaliser un calcul de résistance mécanique de la matrice d'emboutissage, lesdits moyens de calcul de structure (3) étant disposés en sortie des moyens de conversion et utilisant comme données d'entrée la première cartographie (Cl) dans le second format afin de délivrer en sortie une deuxième cartographie (C2) de déplacement et/ou de contrainte et/ou de déformation de la matrice d'emboutissage. 8. Système selon la revendication 5, comprenant, en entrée des moyens de calcul de structure (3), des moyens de chargement de paramètres relatifs aux conditions limites de la matrice d'emboutissage. 9. Système selon les revendications 5 ou 6, comprenant : - une boucle de retour (5) entre la sortie et une entrée des moyens de calcul de structure (3) ; et- des moyens de modification (6) disposés sur la boucle de retour (5) et conçus pour délivrer une géométrie modifiée (C2mod) de la matrice d'emboutissage ; de sorte que cette géométrie modifiée (C2mod) est injectable comme 5 données d'entrée dans les moyens de calcul de structure (3).