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Table des matières
Le Centre des technologies de l'aluminium du CNRC possède le personnel qualifié, l'équipement requis et les laboratoires de pointe afin de mener les recherches les plus variées dans le domaine de la mise en forme de l'aluminium. Depuis 2003, les travaux de notre groupe de recherche en formage sont axés sur le développement et l'optimisation du procédé d'hydroformage.
Figure 1. Presse d'hydroformage hydraulique de 1000 tonnes.
Pour une compétitivité accrue!
L'hydroformage de l'aluminium est la nouvelle technologie prometteuse pour la fabrication de pièces structurales automobiles sûres, légères et économiques. Avec l'arrivée de l'hydroformage, de nouveaux concepts deviennent possibles où le rapport rigidité/poids peut être considérablement augmenté, le nombre de composantes requises dans un assemblage peut être réduit et les coûts de fabrication abaissés.
Pourquoi l'hydroformage?
L'hydroformage est un procédé récent qui présente plusieurs avantages innovateurs par rapport aux méthodes de formage conventionnelles. Cette technique est très efficace pour réaliser des pièces de forme complexe en une seule opération.
Applications
C'est le domaine du transport qui utilise particulièrement cette technologie puisque le procédé d'hydroformage permet de réduire le poids tout en assurant une bonne rigidité. Plus précisément, le secteur de l'automobile et de l'aéronautique y trouvent un grand intérêt. Les applications dans le domaine de l'automobile comprennent, entre autres, les pièces suivantes :
- traverses de pare-chocs et absorbeur de chocs;
- montants;
- berceaux de moteur et berceaux arrière;
- traverses de pare-brise;
- pièces de châssis.
Avantages
L'hydroformage offre plusieurs avantages :
- grande légèreté;
- faibles coûts d'outillage et d'assemblage;
- excellente rigidité et résistance mécanique;
- importante diminution du nombre de composantes nécessaires à la réalisation d'un assemblage;
- bonne précision géométrique;
- réduction considérable des pertes de matériel.
Figure 2. Gonflement hydraulique d'une feuille d'aluminium.
Procédé
L'hydroformage est un procédé de fabrication par déformation. Il consiste à déformer plastiquement des tôles ou des tubes dans une matrice en utilisant une pression hydraulique contrôlée afin de fabriquer des pièces métalliques de forme complexe.
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Figure 3. Diagramme schématique de l'hydroformage de tubes et de tôles. |
Figure 4. Tube droit hydroformé sous l'action de la pression et le déplacement des vérins axiaux. |
La principale caractéristique de ce procédé est que le poinçon est remplacé par l'action directe de la pression du fluide (eau, huile hydraulique, émulsion). Le cycle typique comprend l'insertion de la pièce métallique à l'intérieur d'une estampe ou d'un moule, la fermeture du moule et l'application de la pression du fluide à l'intérieur du tube ou d'un seul côté de la tôle. En raison de sa forte pression, le fluide pousse la pièce contre la paroi du moule, la forçant ainsi à prendre la forme désirée. Des trous peuvent aussi être percés dans la pièce hydroformée à la fin du cycle pendant qu'elle est encore sous pression.
Simulations sur ordinateur
Le CTA-CNRC a développé une expertise en calcul par éléments finis permettant de simuler la physique tridimensionnelle de différents procédés et d'optimiser numériquement les conditions d'opérations et la configuration des pièces mises en forme. Grâce à des logiciels de renommée internationale tels que LS-DYNA® et ANSYS, plusieurs projets ont été réalisés avec des partenaires industriels qui ont obtenu un meilleur contrôle sur la qualité des pièces produites.
Les simulations de l'hydroformage évitent ainsi de recourir à un plan expérimental laborieux et couteux basé sur une méthodologie « d'essais et erreurs ». Elles permettent non seulement de réduire les coûts et les délais, mais aussi de procurer une meilleure compréhension du procédé et du comportement du métal. Une fois que le procédé est optimisé virtuellement, les résultats sont ensuite validés expérimentalement sur la presse d'hydroformage et grâce à d'autres équipements de laboratoire de mesure de déformations.
Figure 5. Modélisation numérique : optimisation du procédé d'hydroformage afin de garantir une meilleure absorption d'énergie des tubes d'aluminium à la suite d'un impact.
Nos installations
Le CTA-CNRC possède un laboratoire de mise en forme à l'état solide d'une superficie d'environ 250 m2 accommodant des machines à l'échelle industrielle. On y retrouve :
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une presse d'hydroformage pouvant être utilisée autant pour la production (petite série) que pour des applications de R-D. Il s'agit d'une presse hydraulique, d'une capacité de 1000 tonnes, contrôlée par ordinateur et dotée de vérins axiaux permettant d'appliquer des forces de compression aux extrémités des tubes à hydroformer. Elle a été conçue aussi bien pour des tubes que pour des feuilles métalliques. |
Figure 6. Agent technique sortant un tube d'aluminium hydroformé de sa matrice. |
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un système de formabilité (voir figure 2) composé d'une presse hydraulique servocontrôlée à double action d'une capacité de 75 tonnes. Le système est conçu pour exécuter une multitude de tâches, incluant l'évaluation de la formabilité des métaux, le formage à chaud, l'hydroformage, la tribologie et le classement de lubrifiant. |
Figure 7. Mesure de déformations et validation de la formabilité de l'alliage testé. |
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une machine CMM destinée à plusieurs programmes de R-D reliés aux mesures dimensionnelles et aux mesures des profils, à l'inspection ainsi qu'à l'ingénierie inverse dans le domaine de la mise en forme. |
Figure 8. Mesure dimensionnelle d'une composante automobile à l'aide de la machine CMM. |
Équipements connexes
Afin de caractériser les pièces hydroformées et le procédé de fabrication, le CTA-CNRC est doté d'un laboratoire sophistiqué de caractérisation et possède, en plus, les équipements spécialisés suivants :
- système électromécanique pour tests de traction avec force maximale de 100 kN;
- système servohydraulique pour tests de fatigue avec force maximale de 50 kN;
- système d'analyse 3D de déformations et variation des épaisseurs par vidéogrammétrie (voir figure 7).
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Figure 9. Échantillons de section de tube hydroformé après des tests d'impact. |
Figure 10. Micrographie d'une section de tube illustrant l'état d'endommagement à la suite d'un test d'impact. |
Collaborez avec le CTA-CNRC
Les PME et les grandes entreprises gagnent à découvrir le Centre des technologies de l'aluminium du CNRC. Son expertise et ses équipements font du CTA-CNRC un partenaire de choix pour vos projets industriels. Nous réalisons :
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En plus des recherches sur l'hydroformage de l'aluminium, les travaux du CTA-CNRC couvrent divers domaines tels que : le moulage de l'aluminium semi-solide, le soudage laser et les adhésifs structuraux. Un laboratoire ultramoderne comprenant des instruments d'analyse métallurgique et physique est également disponible.
Un exemple de collaboration fructueuse
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Le CTA-CNRC a contribué à la réussite d'un projet d'envergure impliquant un grand manufacturier automobile et les universités Waterloo et Queens. Le projet, supporté par le CRSNG, portait sur l'interaction entre les opérations de formage des tubes utilisés pour la fabrication des composantes structurales automobiles et le comportement subséquent durant l'impact. Ce projet a permis à notre collaborateur manufacturier d'accélérer le développement de son produit tout en réduisant son risque d'implantation d'une nouvelle technologie. |
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Ahmed Rahem, Ph.D. |
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Alain Simard, ing., M.Sc. |
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