"Procédé de conception d'un outil d'emboutissage pour obtenir une pièce dans les tolérances géométriques " La présente invention concerne un procédé de conception d'un outil d'emboutissage. La présente invention concerne plus particulièrement un procédé de conception d'un outil d'emboutissage pour îa fabrication d'une pièce de géométrie prédéterminée» l'outil d'emboutissage étant prévu pour produire une pièce intermédiaire qui, après au moins une phase de déformation de la matrice, aboutit à une pièce finale correspondant à ta pièce de géométrie prédéterminée, Une pièce emboutie subit, après l'opération d'emboutissage, une phase de déformation par retour élastique qui dépend notamment de ia nature au matériau utilisé pour réaliser la pièce. Ce phénomène de retour élastique est de plus en plus présent fors de ia fabrication de pièces embouties en raison de l'utilisation de matériaux à haute limite d'élasticité tels que des aciers à Haute Limite Elastique, dits aciers HLE. La phase de déformation peut se manifester sur la pièce par des vrilles, par un écarte ent ou un rapprochement des bords de la pièce, etc. En raison de ia phase de déformation, il est donc difficile de maîtriser la géométrie des pièces obtenues par emboutissage. Actuellement, pour obtenir une matrice d'emboutissage permettant de fabriquer une pièce emboutie respectant les tolérances géométriques fixées par conception, ia méthode mise en œuvre consiste à procéder par tâtonnement en réalisant des essais réels sur des pièces. A cet effet, i'outiiieur réalise une matrice à partir d'une définition numérique de la pièce finale, puis I'outiiieur rectifie cette matrice en fonction de la déformation élastique attendue de la pièce, par exemple en enlevant ou en ajoutant de la matière dans la matrice.
L'outilleuF doit ensuite faire des essais d'emboutissage avec la matrice rectifiée, et la rectifier à nouveau, Jusqu'à obtenir des pièces embouties correspondant à Sa pièce finale recherchée. Cette méthode est longue et coûteuse. L'invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de conception de i'outii d'emboutissage qui soit simple, économique, et efficace. Dans ce but, l'invention propose un procédé du type décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes : a) une étape de maquettage qui consiste à réaliser une maquette virtuelle de l'outil initial associé à ia pièce finale, après avoir réalisé la CAO de la pièce aménagée, et conçu le serre flan et l'habillage de l'outil, b) au moins ne étape de simulation qui consiste : ~ à simuler l'emboutissage d'une pièce avec la maquette virtuelle de l'outil, » à calculer îe retour élastique de la pièce obtenue par l'emboutissage, de manière à connaître la géométrie de la pièce déformée, c) au moins une étape d'analyse qui consiste à comparer la géométrie de ia pièce déformée avec la géométrie de la pièce finale recherchée définie dans le référentiei de mise au point pour calculer les écarts entre la pièce déformée et la maquette virtuelle initiale de l'outil, d) au moins une étape de rectification qui consiste à rectifier ia maquette virtuelle de l'outil en fonction des résultats de l'étape d'analyse de manière à obtenir une maquette virtuelle rectifiée, e) une boucle Itérative consistant à répéter l'étape de rectification, l'étape de simulation, l'étape de calcul de retour élastique, et l'étape d'analyse, jusqu'à ce que ia géométrie de la pièce déformée, obtenue après le calcul de la déformation
élastique, corresponde à la géométrie de ia pièce finale recherchée, f) une étape de finalisation qui consiste à produire ia définition CAO de la dernière maquette virtuelle rectifiée pour permettre l'usinage de l'outil d'emboutissage. Un avantage du procédé selon l'invention est qu'il permet de réaliser une matrice réelle apte à produire des pièces embouties de géométrie prédéterminée sans passer par la réalisation de matrices intermédiaires réelles. Selon d'autres caractéristiques de l'invention ; Le procédé comprend une étape de vérification, après l'étape d'analyse, consistant à vérifier que les écarts sont inférieurs aux tolérances géométriques, avant de passer directement à l'étape f). Une étape d'analyse de la présence de casses et de plis, avant le calcul de retour élastique, ramène le procédé à l'étape a). Le procédé comporte une étape de simulation de détourage avant le calcul du retour élastique. L'étape de rectification d) consiste à rectifier la maquette virtuelle de l'outil en appliquant au maillage de la maquette virtuelle un déplacement équivalent les écarts calculés à l'étape c) multipliés par un coefficient négatif α, ajusté par tâtonnement La maquette virtuelle de l'outil final est obtenue par calculs à partir d'une représentation géométrique de la pièce finale. La maquette virtuelle de l'outil consiste en une représentation par éléments finis, tel qu'un maillage. Au cours de l'étape de finalisation, la représentation maillée de l'outil rectifié est traduite en une représentation géométrique susceptible d'être exploitée directement par une machine d'usinage numérique . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à fa lecture de la description détaillée qui suit pour
la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure t est un schéma qui représente les étapes du procédé de conception selon l'invention ; - ia figure 2 est un schéma qui illustre la simulation d'une opération d'emboutissage avec une matrice idéale ; - les figures 3 et 4 sont ύes schémas similaires à celui de la figure 2 qui illustrent la simulation d'une opération d'emboutissage respectivement avec une première et une seconde matrice rectifiée. Dans la description qui suit, on désignera par "représentation géométrique" la définition géométrique d'une pièce réalisée par un outil Informatique de Conception Assistée par Ordinateur. La représentation géométrique de la pièce comporte une série de paramètres géométriques qui fixent les dimensions nominales et les tolérances dfmensionnelles de la pièce. La représentation peut se faire notamment sous forme volumique ou sous forme surfacique. En parallèle, on désignera par "représentation maillée" la définition d'une pièce réalisée par un outil informatique de maillage qui représente la pièce sous la forme d'une série d'éléments finis. Le maillage d'une pièce permet notamment d'appliquer sur la pièce des méthodes de calcul par éléments finis. La représentation maillée d'une pièce peut être réalisée, , au moyen d'un logiciel de maillage, à partir de la représentation géométrique de ia pièce. La figure 1 représente un procédé de conception conforme aux enseignements de l'invention. Le procédé est prévu ici pour concevoir une matrice d'emboutissage en vue de la fabrication d'une pièce emboutie telle que, par exemple, un longeron d'une carrosserie de véhicule automobile.
De préférence, le longeron est réalisé dans une tôle en acier à haute limite élastique. Le longeron est conçu au préalable, de sorte que la représentation géométrique du longeron est connue, ce qui est illustré par le premier niveau N1 , Pour la représentation géométrique, les données du longeron aménagé, des serre flan, et de l'habillage sont pris en compte. A partir de ia représentation géométrique du longeron, un outil informatique de maillage est mis en oeuvre, de manière à obtenir une représentation du maillage de la matrice Initiale, ce qui est illustré par le deuxième niveau N2. La représentation géométrique et la représentation maillée du longeron définissent le longeron final que l'on souhaite fabriquer au moyen de ia matrice d'emboutissage. Pour obtenir le maillage de la matrice, une étape de maquettage est alors mise en œuvre. Cette étape consiste à réaliser une maquette virtuelle de la matrice initiale qui est complémentaire du longeron final que l'on souhaite fabriquer, en ne tenant pas compte de la déformation par retour élastique. A cet effet, une représentation maillée de la matrice d'emboutissage initiale est obtenue par calculs, à partir de la représentation maillée du longeron, conformément au deuxième niveau N2. La maquette virtuelle de la matrice est constituée ici par la représentation maillée de la matrice. On note que, selon une variante de réalisation {non représentée), l'étape de maquettage peut consister à réaliser une représentation géométrique de la matrice initiale à partir de ia représentation géométrique ûu longeron, puis à réaliser une représentation maillée de la matrice initiale à partir de la représentation géométrique de la matrice initiale. Conformément aux enseignements de l'invention, le procédé de conception comporte une étape de simulation qui consiste, en premier lieu, à simuler l'emboutissage ά'un longeron
au moyen de la matrice initiale, ce qui est illustré par le troisième niveau N3 et par la figure 2, Cette simulation est effectuée sur la représentation maillée de la matrice, et elle produit un longeron non détouré représenté sous forme maillée. Après cette première simulation, le procédé vérifie qu'il n'y a pas de casses et de plis avant de continuer l'étape suivante. Cette étape de vérification N4 permet de vérifier si tes dimensions de la pièce sont bonnes. Sinon le procédé réalise à nouveau l'étape N1 . La simulation de l'emboutissage comporte aussi une simulation du detourage Nδ du longeron qui est effectué juste après l'opération d'emboutissage. Ensuite le retour élastique du longeron est calculé, de manière à obtenir une représentation maillée du longeron dont Sa géométrie est stabilisée, ce qui est illustré par le sixième niveau N6. Sur ia figure 2, te trait fort représente la matrice initiale Ivlxi, le trait fin discontinu représente le longeron PÔ après detourage et avant retour élastique, et le trait continu représente le longeron PO' après retour élastique. L'étape de simulation est mise en oeuvre en appliquant des méthodes de calcul par éléments finis sur la représentation maillée de la matrice et sur la représentation maillée du longeron. Comme le longeron obtenu à la fin de l'étape de simulation a été réalisé à partir de la matrice initiale, et comme il a subi une déformation après l'emboutissage, alors sa géométrie ne correspond pas à ia géométrie finale désirée, Au cours d'une étape d'analyse, illustrée par le septième niveau N7, des outils de calcul sont mis en œuvre pour analyser la géométrie du longeron et pour comparer cette géométrie avec la géométrie finale désirée, définie dans le référentiel de mise au point, de manière à en déduire des rectifications qui doivent être
apportées à la matrice initiale en vue d'obtenir, après la simulation du retour élastique, un longeron ayant une géométrie qui se rapproche de la géométrie finale désirée. Les écarts mesurés entre ia géométrie du longeron obtenu après simulation eî le longeron ayant ia géométrie finale désirée sont comparés aux tolérances admises. Si ces écarts sont inférieurs aux tolérances, la pièce est considérée comme bonne, et la matrice aussi. Sinon, le procédé passe à l'étape suivante d'analyse. L'étape d'analyse est suivie d'une étape de rectification, illustrée par le huitième niveau N8, au cours de laquelle ia matrice initiale est rectifiée une première fols en fonction des données récoltées pendant l'étape d'analyse. L'étape de rectification peut aussi tenir compte de paramètres mémorisés concernant l'opération d'emboutissage. La rectification est réalisée sur ia représentation maillée de la matrice initiale, de manière à former une nouvelle représentation maillée associée à une nouvelle matrice dite première matrice rectifiée. Cette rectification est réalisée en appliquant au maillage de la maquette virtuelle un déplacement équivalent aux écarts mesurés multipliés par un coefficient négatif . Ce coefficient étant ajusté par tâtonnement et étant d'une valeur comprise entre 0,8 et 1. Après l'étape de rectification la première matrice rectifiée est soumise à. une nouvelle étape de simulation d'emboutissage comportant la simulation des opérations d'emboutissage et de detourage, et comportant la simulation du retour élastique, ce qui permet d'obtenir un nouveau longeron. La figure 3 illustre ia nouvelle étape de simulation mise en œuvre avec ia première matrice rectifiée. En trait mixte on a représenté la matrice initiale Mxi. Le trait fort représente la première matrice rectifiée Mxrt , le trait fin discontinu représente le longeron P1 détouré avant retour
élastique obtenu avec ia première matrice rectifiée, et le trait fin continu représente le longeron P1 ' après retour élastique. Lors d'une nouvelle étape d'analyse, la comparaison entre le dernier longeron obtenu par l'étape de simulation ei le longeron final permet de déterminer si des rectifications de la matrice sont encore nécessaires. SI le dernier Jongeron obtenu est différent du longeron final, alors il est nécessaire d'apporter de nouvelles rectifications à ia matrice. le procédé comporte donc une boucle itérative Bl qui consiste à répéter l'étape de rectification, l'étape de simulation, et l'étape d'analyse, jusqu'à ce que ia géométrie du dernier longeron, obtenu après l'étape de simulation, corresponde à la géométrie du longeron final. En considérant la figure 3, on constate que le dernier longeron P1 ' obtenu avec la première matrice rectifiée xr1 ne correspond pas au longeron final. La boucle Itérative est alors relancée, ce qui est illustré par la figure 4. Sur la figure 4, les traits mixtes représentent respectivement la matrice initiale Mxri et la première matrice rectifiée ivlxrl , le irait fort illustre une seconde matrice rectifiée"Method for designing a stamping tool to obtain a part within geometric tolerances" The present invention relates to a method for designing a stamping tool. The present invention relates more particularly to a method of designing a stamping tool for the IA manufacturing a predetermined part geometry "the stamping tool is provided for producing an intermediate piece which, after at least one stage of deformation of the matrix, leads to a final part corresponding to your part of predetermined geometry, A stamped part undergoes, after the stamping operation, a phase of deformation by elastic return which depends in particular on the nature of the material used to produce the part . This phenomenon of elastic return is more and more present in the manufacture of stamped parts due to the use of materials with high elastic limit such as steels with High Elastic Limit, known as HLE steels. The deformation phase can manifest itself on the part by tendrils, by a separation or an approximation of the edges of the part, etc. Due to the deformation phase, it is therefore difficult to control the geometry of the parts obtained by stamping. Currently, in order to obtain a stamping die making it possible to manufacture a stamped part respecting the geometric tolerances fixed by design, the method implemented consists in groping by carrying out real tests on parts. To this end, the tool makes a matrix from a digital definition of the final part, then the tool rectifies this matrix according to the expected elastic deformation of the part, for example by removing or adding material in the matrix. The toolmaker must then carry out stamping tests with the rectified matrix, and rectify it again, until stamped parts correspond to his desired final part. This method is long and expensive. The invention aims to remedy these drawbacks by proposing a method for designing the stamping tool which is simple, economical and effective. To this end, the invention provides a method of the type described above, characterized in that it comprises the following successive steps: a) a mock-up step which consists in producing a virtual model of the initial tool associated with the final part , after having produced the CAD of the fitted out part, and designed the blank holder and the covering of the tool, b) at least one simulation step which consists: ~ in simulating the stamping of a part with the virtual model of the tool, ”to calculate the elastic return of the part obtained by stamping, so as to know the geometry of the deformed part, c) at least one analysis step which consists in comparing the geometry of the deformed part with the geometry of the desired final part defined in the development reference for calculating the differences between the deformed part and the initial virtual model of the tool, d) at least one rectification step which cons ist to rectify the virtual model of the tool according to the results of the analysis step so as to obtain a rectified virtual model, e) an iterative loop consisting of repeating the rectification step, the simulation step, the elastic return calculation step, and the analysis step, until the geometry of the deformed part, obtained after the calculation of the deformation elastic, corresponds to the geometry of the desired final part, f) a finalization step which consists in producing the CAD definition of the last rectified virtual model to allow the machining of the stamping tool. An advantage of the method according to the invention is that it makes it possible to produce a real matrix capable of producing stamped parts of predetermined geometry without going through the production of real intermediate matrices. According to other features of the invention; The method comprises a verification step, after the analysis step, consisting in verifying that the deviations are less than the geometric tolerances, before going directly to step f). A step of analyzing the presence of breaks and folds, before the elastic return calculation, brings the process back to step a). The method includes a step of simulation of trimming before the calculation of the elastic return. The rectification step d) consists in rectifying the virtual model of the tool by applying to the mesh of the virtual model an equivalent displacement the deviations calculated in step c) multiplied by a negative coefficient α, adjusted by trial and error The virtual model of the final tool is obtained by calculations from a geometric representation of the final part. The virtual model of the tool consists of a representation by finite elements, such as a mesh. During the finalization step, the mesh representation of the rectified tool is translated into a geometric representation capable of being used directly by a digital machining machine. Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which: FIG. t is a diagram which represents the stages of the design method according to the invention; FIG. 2 is a diagram which illustrates the simulation of a stamping operation with an ideal matrix; - Figures 3 and 4 are ύes diagrams similar to that of Figure 2 which illustrate the simulation of a stamping operation respectively with a first and a second rectified matrix. In the following description, the term “geometric representation” will denote the geometric definition of a part produced by a computer-aided design tool. The geometrical representation of the part comprises a series of geometrical parameters which fix the nominal dimensions and the dimensional tolerances of the part. The representation can be made in particular in volume form or in surface form. In parallel, we will denote by "mesh representation" the definition of a part produced by a computer mesh tool which represents the part in the form of a series of finite elements. The mesh of a part notably makes it possible to apply finite element calculation methods to the part. The mesh representation of a part can be carried out, by means of mesh software, from the geometric representation of the part. FIG. 1 represents a design method in accordance with the teachings of the invention. The method is provided here for designing a stamping die for the production of a stamped part such as, for example, a spar of a motor vehicle body. Preferably, the spar is made of a steel sheet with a high elastic limit. The spar is designed beforehand, so that the geometrical representation of the spar is known, which is illustrated by the first level N1, For the geometrical representation, the data of the arranged spar, greenhouse blanks, and the covering are taken into account. From the geometric representation of the spar, a computerized mesh tool is used, so as to obtain a representation of the mesh of the Initial matrix, which is illustrated by the second level N2. The geometric representation and the mesh representation of the spar define the final spar that one wishes to manufacture by means of the stamping matrix. To obtain the mesh of the matrix, a mock-up step is then implemented. This step consists in making a virtual model of the initial matrix which is complementary to the final spar which one wishes to manufacture, by not taking into account the deformation by elastic return. To this end, a mesh representation of the initial stamping matrix is obtained by calculations, from the mesh representation of the beam, in accordance with the second level N2. The virtual model of the matrix is constituted here by the mesh representation of the matrix. It is noted that, according to an alternative embodiment (not shown), the mock-up step may consist in making a geometric representation of the initial matrix from the geometric representation or the spar, then in making a mesh representation of the initial matrix to starting from the geometric representation of the initial matrix. In accordance with the teachings of the invention, the design method comprises a simulation step which consists, first of all, in simulating the stamping ά'a spar by means of the initial matrix, which is illustrated by the third level N3 and by FIG. 2, this simulation is carried out on the mesh representation of the matrix, and it produces a non-contoured spar represented in mesh form. After this first simulation, the process checks that there are no breaks and folds before continuing the next step. This verification step N4 makes it possible to verify whether your dimensions of the part are good. Otherwise, the method again performs step N1. The stamping simulation also includes a simulation of the Nδ trimming of the beam which is carried out just after the stamping operation. Then the elastic return of the spar is calculated, so as to obtain a meshed representation of the spar whose geometry is stabilized, which is illustrated by the sixth level N6. In FIG. 2, the strong line represents the initial matrix Ivlxi, the fine discontinuous line represents the beam PÔ after trimming and before elastic return, and the solid line represents the beam PO 'after elastic return. The simulation step is implemented by applying finite element calculation methods to the mesh representation of the matrix and to the mesh representation of the spar. As the spar obtained at the end of the simulation step was made from the initial matrix, and as it underwent deformation after stamping, then its geometry does not correspond to the desired final geometry, During '' an analysis step, illustrated by the seventh level N7, calculation tools are used to analyze the geometry of the spar and to compare this geometry with the desired final geometry, defined in the development repository, so to deduce from it corrections which must be made to the initial matrix with a view to obtaining, after the simulation of the elastic return, a spar having a geometry which approximates the desired final geometry. The differences measured between the geometry of the beam obtained after simulation and the beam having the desired final geometry are compared with the tolerances allowed. If these deviations are less than the tolerances, the part is considered as good, and the matrix too. Otherwise, the process proceeds to the next analysis step. The analysis step is followed by a rectification step, illustrated by the eighth level N8, during which the initial matrix is rectified a first time as a function of the data collected during the analysis step. The rectification step can also take into account stored parameters relating to the stamping operation. The rectification is carried out on the mesh representation of the initial matrix, so as to form a new mesh representation associated with a new matrix called the first rectified matrix. This correction is made by applying a displacement equivalent to the measured deviations multiplied by a negative coefficient to the mesh of the virtual model. This coefficient being adjusted by trial and error and being of a value between 0.8 and 1. After the rectification step the first rectified matrix is subjected to. a new stamping simulation step comprising the simulation of stamping and routing operations, and comprising the simulation of elastic return, which makes it possible to obtain a new spar. FIG. 3 illustrates the new simulation step implemented with the first rectified matrix. In phantom is shown the initial matrix Mxi. The strong line represents the first rectified matrix Mxrt, the fine discontinuous line represents the spar P1 cut out before return elastic obtained with the first rectified matrix, and the continuous thin line represents the beam P1 'after elastic return. During a new analysis step, the comparison between the last spar obtained by the simulation step and the final spar makes it possible to determine whether rectifications of the matrix are still necessary. If the last Jongeron obtained is different from the final spar, then it is necessary to make new corrections to the matrix. the method therefore comprises an iterative loop B1 which consists in repeating the rectification step, the simulation step, and the analysis step, until the geometry of the last beam, obtained after the simulation step , corresponds to the geometry of the final spar. Considering FIG. 3, it can be seen that the last spar P1 'obtained with the first rectified matrix xr1 does not correspond to the final spar. The Iterative loop is then restarted, which is illustrated in FIG. 4. In FIG. 4, the dashed lines respectively represent the initial matrix Mxri and the first rectified matrix ivlxrl, le irait fort illustrates a second rectified matrix
Ivtxr2. le trait fin discontinu représente le longeron P2 détouré avant retour élastique obtenu avec la seconde matrice rectifiée Iv1xr2, et le trait fin continu représente le longeron P2' après retour élastique. On constate ici que le dernier longeron P2' obtenu ne correspond pas au longeron final. Toutefois, ia succession des boucles itératives provoque progressivement une convergence de la géométrie au longeron, obtenu avec chaque nouvelle matrice rectifiée, vers ia géométrie du longeron final désiré, ce qui permet d'aboutir à ia matrice finale.
Si le dernier longeron obtenu correspond au longeron final, alors on sort de la boucle itérative. La matrice rectifiée devient la matrice finale, puisqu'elle permet de réaliser le longeron final, ce qui est illustré par le neuvième niveau N9 sur la figure 1 . Un outil informatique est ensuite mis en œuvre pour traduire la représentation maillée de la matrice finale en une représentation géométrique, ce qui est illustré par le dixième niveau N10. Selon le mode de réalisation représenté ici, le neuvièmeIvtxr2. the dashed thin line represents the spar P2 cut out before elastic return obtained with the second rectified matrix Iv1xr2, and the continuous thin line represents the spar P2 'after elastic return. It can be seen here that the last spar P2 'obtained does not correspond to the final spar. However, the succession of iterative loops gradually causes a convergence of the geometry of the spar, obtained with each new rectified matrix, towards the geometry of the desired final spar, which makes it possible to achieve the final matrix. If the last spar obtained corresponds to the final spar, then we leave the iterative loop. The rectified matrix becomes the final matrix, since it makes it possible to produce the final spar, which is illustrated by the ninth level N9 in FIG. 1. A computer tool is then implemented to translate the mesh representation of the final matrix into a geometric representation, which is illustrated by the tenth level N10. According to the embodiment shown here, the ninth
N9 et le dixième N10 niveaux constituent une étape de finalisation. L'étape de finalisation vise à produire des paramètres de conception définissant la matrice finale de manière suffisante pour permettre à un outîlieur de fabriquer une matrice finale réelle. La représentation géométrique de la matrice finale présente l'avantage de pouvoir être exploitée directement par une unité standard de fabrication, par exemple par une machine d'usinage à commande numérique. Avantageusement, le calcul de retour élastique est précis, c'est à dire que la valeur des dimensions de la pièce simulée après retour élastique et la valeur des dimension de la pièce réelle après retour élastique, ne diffère pas de 0,5mm. Le procédé selon l'Invention a été décrit en relation avec l'emboutissage ύlun longeron. Bien entendu, le procédé s'applique à l'emboutissage de toute autre pièce.
N9 and the tenth N10 levels constitute a finalization stage. The finalization step aims to produce design parameters defining the final matrix sufficiently to allow a toolmaker to manufacture an actual final matrix. The geometrical representation of the final matrix has the advantage of being able to be used directly by a standard manufacturing unit, for example by a numerically controlled machining machine. Advantageously, the elastic return calculation is precise, that is to say that the value of the dimensions of the simulated part after elastic return and the value of the dimensions of the real part after elastic return does not differ by 0.5 mm. The method according to the invention has been described in relation to the drawing un l a spar. Of course, the method applies to the stamping of any other part.