cisaillement d'un cylindre d'aluminium

[tim63]

Bonjour,
Je dois étudier le cisaillement par une lame d'acier X38CrMo d'une billette d'aluminium (cylindre de diametre 200mm). La billette est dans un support cylindrique fixe et depasse de 50mm. La lame descend et vient cisailler ces 50mm. La lame est un "V" avec un angle de 10degres et au bout, un rayon de 2 mm. La force nécessaire pour le cisaillement est de 200kN sur la lame. La temperature de travail est de 400degres celcius. J'aimerai savoir ce qu'il se passe au bout de cette lame car dans la réalité elle connait un endommagement qui ne lui permet pas une durée de vie acceptable. Je suppose qu'une rupture mécanique se produit pour permettre la séparation de la partie d'aluminium hors support. Les logiciels de calculs FEM ne permettent pas d'obtenir un resultat du fait de gros deplacement et donc de remaillage au cours du calcul (ANSYS entre autres).
Si tu peux m'aider, je t'en serai reconnaissant!
Merci

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[invite3e67d1f2]

quelle est la contrainte admissible en compression par l'acier de votre lame a 400 °C?????
Il me semble que a froid c'est déja limite si on considere seulement la pression exercée par 200 kN sur la plus grande section (2 x 200 mm)
d'autre part votre aluminium est couvert d'une pellicule d'alumine qui est très abrasive.....
intuitivement je pense que ça pourrait se passer mieux en affutant la lame selon un angle vif genre 60 ° a son extremité au lieu d'un rayon....et en refroidissant la coupe avec une huile de coupe....

[tim63]

Bonjour,

A chaud, l'aluminium est plus ductile. Le module de young passe de 60GPa a 20GPa. Celui de l'acier diminue aussi a 180GPa. Vous pourrez mieux voir l'idee avec l'image envoyée. J'ai differencié en deux couleurs la billette d'aluminium:en bleu la partie a cisailler et en marron celle fixée. Par contre, l'angle de la lame n'est pas aussi grand que sur l'image (seulement 10degres). Le probleme si la lame est affutée, c'est qu'elle va s'user encore plus vite en son extremité. La limite de cette acier est 1650N/mm² a temperature ambiante. Je n'ai pas d'information a 400°C. La partie bleue de l'image va se separer si on pousse sur la lame. J'ai essayer de voir si il est possible de modeliser ceci pour l'etudier comme mecanique de rupture avec un fissure qui se propage en Mode I, mais je n'aboutie a rien. En fait, j'ai besoin de savoir si avec cette force limitée a 200kN, je pourrai sectionner et donc je suis obligé e comprendre ce qu'il se passe au bout de cette lame.
Je vous remercie,

[tim63]

J'ai en effet oublié de preciser que la "pointe" de la lame finissait par un angle de 60° sur 10mm avant de finir par un rayon de 2mm. Sinon, en effet, la lame devient trop fine pour pouvoir encaisser les efforts (a prouver). Il y a en effet des efforts directement appliqués sur la lame : 200kN, mais aussi des efforts du au comportement elastique de la partie sectionnée de la billette sur la lame : 70kN apres un rapide calcul au moment de la section maximale. Cette derniere est donc inclinée de 10° et pousse la lame contre le bout de billette fixé et donc il y a une force de reaction de ce bout de billette et du support qui maintient la billette fixe, ceci, appliqué sur la lame. Mais pour comprendre ce qu'il se passe dans la billette d'aluminium au niveau de la pointe, il faudrait peut etre simplifier le modele et ne pas prendre en compte, dans un premier temps, cet angle de 60°...
En fait, je voudrais savoir ce qui crée la séparation. Est ce un etat de contrainte trop important? est ce de la dechirure?
J'ai l'impression que je suis pas sortie de l'auberge avec ce projet!!!

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite3e67d1f2]

ce qui m'étonne dans votre systeme c'est que vous allez obtenir des rondelles d'alu complètement déformées (cintrées) d'une part et que vous utilisez un couteau non affuté pour couper une rondelle de "saucisson"
Un vrai cisaillement se ferait avec une lame qui aurait la forme du tube support et un bord franc (affuté)
Un tranchage propre se ferait avec une lame affutée selon l'angle minimum possible entre 10 et 20 ° intuitivement...
Si vous cherchez une coupe propre et qui respecte la forme cylindrique de la piece coupée orientez vous vers une solution tournage, sciage, électroérosion ou autre solution mécanique éprouvée....

[tim63]

Le but n'est pas d'obtenir un cylindre propre. On veut separer ce morceau d'alu, a cause d'un depot de fibre de verre et de divers saletées. Cette operation est realisée en grande série (environ 200 fois par jour) et doit etre realisée tres rapidement pour un gain de temps. Le fait d'avoir une lame affutée ne permettra pas de pouvoir supporter 5000 cycles (limite minimale acceptable), du moins je pense. Cette operation fonctionne actuellement a 2800 cycles avec une lame a 45°. L'endommagement de la lame n'est pas une usure en bout, mais une deformation de celle ci (le tranchant est une vague). En passant a 10° on devrait pouvoir augmenter le nombre de cycle. Mais mon probleme se situe a l'extremité de la lame. Quelle forme je dois lui donner? Quand vous parlez d'une lame qui aurait le forme du support, vous parlez d'une lame dont le tranchant serait sur un cerle de meme diametre que le support? Si c'est le cas, les efforts de penetration dans la billette seront tres important, non? J'ai l'impression que vous pensez que la billette tourne au moment de l'operation. Ce n'est pas le cas, elle est fixe et ne peut en aucun cas tourner.

[sitalgo]

Bonsoir,

Je ne vais pas donner de conseils sur la lame actuelle, je pense qu'à ce niveau la meilleure solution est d'essayer.

Mais on peut penser à un autre type de lame, genre guillotine, qui augmente la longueur de la lame, sur le dessin la longueur utile fait 3,16 fois le diamètre (creux de 1,5 diamètre, pente de 1 pour 3). On diminue l'usure par répartition sur la longueur.

On bénéficie d'un effet de scie.

L'effort à fournir est moindre.

[sitalgo]

Oublié le dessin.

[invite3e67d1f2]

quand je parlais d'une lame en demi cercle il ne s'agissait plus de trancher mais de réaliser un cisaillement sur toute la section d'un seul coup. Il faudrait calculer l'effort de votre billette sectionnée en cisaillement pur entre deux supports de forme tubulaire diamètre 200, ce serait surement l'element limitant car l'usure ou la déformation de ce type de lame serait réduit. Voyez une cisaille guillotine dans une chaudronnerie cela peut donner une idée...
Autrement pourquoi ne pas rapporter un barreau de matériau type carbure de tungstene sur la lame dans la zone de coupe . Pour les angles et l'affutage vous pourriez vous rapprocher d'un spécialiste en outils de coups comme Sandwik. Les spécialistes ont fait de nombreuses étude sur les angle d'affutage les vitesses de coupe , etc...

[tim63]

Je vous remercie de ces quelques pistes. Je vais tenter ma chance avec un outilleur.
J'avais pensé à la guillotine, le tout est de pouvoir prouver par le calcul que c'est mieux... (ce qui doit etre possible). Cependnat, je me demande si il ne serait pas plus simple d'avoir la lame non pas en V mais avec une seule pente. Les efforts ne seraient pas verticaux, mais y jeter un oeil serait interessant.
Merci beaucoup!

[tim63]

Je suis en train d'analyser la solution guillotine et il s'avere que pour des questions d'encombrement, la lame en V est obligatoire. Cependant, est ce que le ratio 1.5 x D a une importance primordiale? Car cela donne un angle assez fermé et donc une concentration de contrainte dans le creux. Il faut donc faire un "chamfrein" tres important (50mm) pour faire descendre a un niveau convenable la containte de von mises.

[sitalgo]

Cependant, est ce que le ratio 1.5 x D a une importance primordiale? Car cela donne un angle assez fermé et donc une concentration de contrainte dans le creux. Il faut donc faire un "chamfrein" tres important (50mm) pour faire descendre a un niveau convenable la containte de von mises.

J'ai mis 1,5 au pif (ni trop court, ni trop encombrant). Ce qui permet de dépasser largement les 5000 utilisations de par la longueur du profil de coupe.

S'il faut faire un arrondi, il sera dans une zone fortement tendue, davantage qu'avec l'outil actuel, son travail sera plus facile.

On peut aussi fermer la guillotine par le bas (ça ressemblerait à un décapsuleur) ce qui diminuerait les contraintes dans le creux.

[tim63]

C'est bien dommage que je ne puisse pas la fermer par le bas pour obtenir un decapsuleur... Quand vous dites que ca pourra depasser les 5000 cycles, c'est du pif ou un lien de proportionnalité avec la possibilité de faire en ce moment 3000 blocs et la longueur de coupe 3,16 x D? Comment puis je expliquer l'utilisation de cette proportionnalité si c'est le cas? Parce qu'etudier theoriquement la lame type guillotine n'est pas si facile et je ne sais pas par ou commencer. Connaissez vous une technique qui peremettrait une fabrication de cette lame de guillotine a moindre cout? Parce que pour des raisons de solidité, elle doit etre fait d'un seul bloc, ce qui fait des usinages un peu (beaucoup) complexes.
Merci!

[sitalgo]

J'ai fait 2800 x 3,16, en supposant que l'usure se répartisse au pro rata de la longueur de coupe, ce qui est valable en première logique.
Cette valeur dépasse largement l'objectif de 5000 mais reste à savoir si d'autres facteurs pénalisants interviennent.

On peut passer à un angle d'affûtage plus faible.

[tim63]

Le but n'etant pas d'abaisser la force, mais plutot d'augmenter la durée de vie, en evitant l'arrachement en fin de cisaillement du disque du a un angle trop important de la lame (un gros angle aurait la consequence de tirer l'aluminium de la billette hors du support dans la partie centrale de celle ci). Il faut donc faire un compromis.
La lame de guillotine fait interenir des efforts de frottements tangeants a la lame bien superieurs a ceux de la lame droite que l'ont peu considerer comme nuls (seul la deformation du materiau les fait apparaitre). L'alumine, etant tres abrasive, pourait poser probleme, ce qui limiterait donc la durée de vie. Mais je sens que cette usure est negligeable par rapport a celles mises en jeu jusqu'a maintenant.
Par contre, pour ce qui est de l'industrialisation d'une telle lame, plusieurs choix. Soit on la fait d'un bloc et ca coutera une fortune. Soit on la fait en deux parties, facile a usiner comme deux lames de guillotine cote a cote, mais qui auront tendance a s'ecarter de quelques millimetres, ce qui conduirait a une usure rapide a cet endroit.

[sitalgo]

La quantité d'alumine embarquée par la coupe est la même qu'avant (1/2 circonférence), mais pourquoi ne pas brosser la partie à cisailler avant la coupe, juste le dessus du cylindre. Une brosse métallique montée sur perceuse, c'est l'affaire de quelques secondes.

En cas de double lame, ce qui simplifie grandement l'affûtage (et le réaffûtage), et qu'il y ait usure prononcée à la jonction des lames, on peut de temps en temps rapporter de la soudure et meuler.
Je pense que cet endroit n'est pas le plus difficile à cisailler vu que la contrainte de traction longitudinale (déformation de la rondelle à enlever) y est plus forte qu'ailleurs. Là je m'avance un peu mais il est possible que ça s'arrache avant même que la lame y arrive.

[tim63]

Cette cisaille etant montée dans une presse a extruder l'aluminium, on ne pourra pas venir brosser le dessus pour chaque bloc. Pour ce qui est du cordon de soudure, je ne suis pas sur qu'il resiste au contrainte de cette zone. Les deux pattes du V vont en effet s'ecarter et creer une zone de contrainte elevee dans le creux. Et comme je pense que vous avez raison en disant que le disque sera surement arraché avant d'y arriver, je pense qu'il ne sera pas necessaire.
Pour ce qui est de l'alumine et comme on rajoute un mouvement de sciage de cette lame, j'ai l'impression que l'effet abrasif sera plus important que pour la lame plate. Les mouvements relatifs de la lame par rapport a la billette etant plus importants (mais peut etre que je me trompe).

[tim63]

Bonjour,
Apres conception de la lame guillotine, il s'avere que la force d'arrachement est tres importante et tire hors du support l'aluminium de la billette. On voudrait eviter cela pour ne pas avoir de l'air, ce qui se traduirait par un defaut de profilé en sortie de presse (on l'a deja parfois avec une lame droite). Une des solution serait d'inverser les lames pour creer non pas un creux mais une pointe afin que cette force soit le plus au bord possible de la billette. Cependant, cette pointe sera sur contrainte et surtout fléchira du fait de l'angle de la lame qui a tendance a pousser la lame vers le support.Pour minimiser cet arrachement et les contraintes dans le materiaux, il faudrait donc garder la lame droite. Nous revenons donc au probleme d'usure de la lame!
La seule solution est donc de diminuer au maximum l'angle de cette lame pour ne plus avoir l'arrachement, mais on reduirait en meme temps la durée de vie...
Ce probleme est bien plus complexe que ce que je pensait!

Si vous avez d'autres idées...