Incremental forming of Titanium T40 sheet: experimental and numerical investigations

A. Abdelkefi (1) , D. Guines (1) , L. Leotoing (1) , S. Thuillier (2)

1 LGCGM - Laboratoire de Génie Civil et Génie Mécanique
2 IRDL - Institut de Recherche Dupuy de Lôme

Single point incremental forming process (SPIF) has a great potential to manufacture small series of customized products. During SPIF process, the sheet metal is clamped and locally deformed, in an iterative way, by a hemispherical tool that follows a specified trajectory. The use of industrial robots to implement this process aims to improve its flexibility (increased volumes of work and complexity of the formed parts) and to reduce its cost. For these mechanical systems, for which the structural rigidity is low, the prediction of forming forces associated to an elastic modeling of the robot is necessary to compensate tool path errors due to the robot compliance and to ensure the geometrical quality of the final part. The forming forces can be predicted from a finite element simulation of the process and used then as input data to the elastic modeling of the robot. However, the accuracy of the calculated loads depends strongly on the constitutive material behavior of the blank introduced in the simulation of the SPIF process. In this context, the aim of this study is to evaluate the ability of a simple elasto-plastic model, identified from conventional tensile tests carried out on a T40 titanium alloy, to predict the forming loads used to manufacture a truncated cone. The evaluation of the model is performed by comparing numerical predictions with the experimental results (efforts and geometry).

Le procédé de formage incrémental mis en oeuvre avec un poinçon unique et de forme simple (SPIF) présente un fort potentiel pour la fabrication en petites séries de produits personnalisés et de formes complexes. Au cours du procédé SPIF, la tôle est bridée et un outil hémisphérique la déforme localement, de manière itérative, en suivant une trajectoire bien spécifique. L'utilisation de robots industriels pour mettre en oeuvre ce procédé a pour objectif d'améliorer sa flexibilité (augmentation du volume de travail et complexité accrue des pièces formées) et de diminuer son coût de revient. Pour ces systèmes mécaniques, dont la rigidité structurelle est faible, la prédiction des efforts de formage associée au modèle élastique du robot est nécessaire pour compenser les erreurs de trajectoire de l'outil et pour garantir la qualité géométrique de la pièce finale. Les efforts de formage peuvent être prédits à partir d'une simulation par éléments finis du procédé et utilisés ensuite comme données d'entrée du modèle élastique du robot. Cependant, la précision des efforts calculés dépend fortement du modèle de comportement du matériau constitutif du flan introduit dans la simulation du procédé SPIF. Dans ce contexte, l'objectif de cette étude est d'évaluer l'aptitude d'un modèle élasto-plastique simple, identifié à partir d'essais de traction conventionnels réalisés sur un alliage de titane T40, à prédire les efforts de formage mis en jeu lors du formage d'un cône tronqué. L'évaluation du modèle est réalisée en comparant les résultats (efforts et géométrie) numériques et expérimentaux.

Mots clés: Single point incremental forming process; mechanical model; experimental test; numerical simulation; forming load

Domaines: Mécanique des matériaux [physics.class-ph]

A. Abdelkefi, D. Guines, L. Leotoing, S. Thuillier. Incremental forming of Titanium T40 sheet: experimental and numerical investigations. 24ème Congrès Français de Mécanique, Aug 2019, Brest, France. ⟨hal-02328578⟩