Virtual mechanical design of progressive forming of copper alloys for electronic applications
Conception virtuelle de la mise en forme progressive d'alliages de cuivre pour des applications électroniques
Résumé
In the electronics sector, metal parts are generally manufactured from copper sheets. The parts are produced using progressive tools, which include several blanking and bending steps necessary to obtain the final part. There is a great interest in predicting these progressive forming processes in order to reduce design times and prevent production issues. As part of this work, a mechanical characterization of pure copper (99.9%) was conducted to model the copper mechanical behavior for blanking and bending simulations. Instrumented tests of a blanking and bending operation under industrial conditions were carried out. The evolution of the force during the blanking is recorded and the maximum blanking effort is identified. Characteristic zones (rollover, sheared, fracture) of the cut edge profile are measured from scanning electron microscopy images. A 2D plane strain model of blanking is proposed, it tends to overestimate the blanking force. Then, bending is studied from the force evolution. Angle measurements on the bent parts were used to quantify the springback. Strain state at the end of the bending process was measured by digital image correlation. A 3D numerical model of the bending process gives a good prediction of the maximum bending force and springback. Finally, a 3D numerical model of a progressive bending process is proposed as a numerical demonstrator of the virtual manufacturing of an electrical contact.
Dans le secteur de l’électronique, des éléments métalliques sont généralement fabriqués à partir de tôles en cuivre. Les pièces sont produites à l’aide d’outils progressifs, qui comprennent plusieurs étapes de découpage et de cambrage nécessaires à l’obtention de la pièce finale. Il y a un grand intérêt à prévoir numériquement ces procédés de mise en forme progressive afin de réduire les temps de conception et d’anticiper les problèmes de production. Dans le cadre de ces travaux, une caractérisation mécanique d'un cuivre pur (99,9%) a été menée pour modéliser le comportement mécanique du cuivre pour les simulations du découpage et du cambrage. Des essais instrumentés d’une opération de découpage et de cambrage dans des conditions industrielles ont été effectués. Les essais permettent de mesurer l’évolution de la force au cours du découpage, ce qui permet d’identifier un effort maximal de découpage. Les zones caractéristiques du profil des bords découpés (zones bombées, cisaillées, arrachées) sont mesurées à partir d’images obtenues au microscope électronique à balayage. Un modèle numérique 2D en déformations planes du découpage est proposé, il a tendance à surestimer l’effort de découpage. Le cambrage est étudié à partir de l’effort et des mesures d’angles sur les pièces cambrées qui ont permis de quantifier le retour élastique. L’état des déformations à l’issue du cambrage a pu être mesuré par stéréo-corrélation d’images. Un modèle numérique 3D du cambrage permet une bonne prédiction de l’effort maximal de cambrage et du retour élastique. Finalement, un modèle 3D d’un procédé deCambrage progressive est proposé, il permet la fabrication virtuelle d’un contact électrique.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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