Quand la vitesse est une alliée

La société Bmax s’est spécialisée dans les techniques de formage utilisant des générateurs de décharges électriques impulsionnelles (dits à Hautes Puissances Pulsées).

Ces technologies, qui ont aujourd’hui atteint un stade de maturité industrielle, n’ont pas nécessairement vocation à remplacer les méthodes classiques de formage et d’assemblage, mais leurs capacités technologiques et leur simplicité de mise en oeuvre, grâce à la simulation réaliste des procédés, offrent des atouts considérables.

Les installations de Bmax destinées à la mise au point des processus de formage sur son site de Toulouse.

La société toulousaine Bmax, encore à mi-chemin entre startup et entreprise industrielle, travaille sur trois technologies développées au sein de ses locaux. Deux d’entre elles sont basées sur le même principe physique. Il s’agit du magnéto-formage et du magnéto-soudage. Seul l’objectif recherché différencie ces deux technologies, les deux utilisant les forces de Laplace pour obtenir dans un cas la déformation de la matière, et dans l’autre la cohé­sion entre deux pièces.

Un formage facilité

Dans le cas du magnéto-formage, une bobine est utilisée pour soumettre la pièce à un puissant champ magnétique durant une durée très courte. De cette manière, la tôle est brutalement poussée contre une matrice placée en regard. Grâce à ce déplacement extrêmement rapide, la matière vient épouser les moindres reliefs de l’outil. C’est d’ailleurs une des forces de tous les procédés proposés par Bmax. En effet, le déplacement à grande vitesse de la matière est à l’origine d’un comportement particulier de celle-ci. « Les règles de comportement des matériaux ne sont pas les mêmes qu’à faible vitesse, ce qui apporte de nombreux avantages. Sous l’effet de la vitesse, la matière adopte un comportement hydrodynamique tout en restant à l’état so­lide et ce, en dépit de la faible élévation de température liée au courant », explique Gilles Avrillaud, Directeur Technique de l’entreprise.

Un phénomène qui se rapproche de ce que l’on observe dans les procédés de séparation adiabatique au sein desquels un ramollissement de la matière est ob­servable dans la zone traversée par l’onde de choc. Il en résulte une mise en forme en moins d’une milliseconde avec une formabilité des matériaux souvent très largement améliorée et, grâce à l’impact sur le moule, une tendance à relâcher les tensions et donc à réduire considérablement le retour élastique. Ainsi, il est possible de littéralement pousser la matière dans des espaces inimaginables en em­boutissage conventionnel. « Par magnéto-formage, nous sommes capables d’effectuer des empreintes dans une sur­face avec des rayons de raccordement très faibles sur toute les arêtes (<0,1mm) », poursuit-il. Une capacité qui inté­resse beaucoup les constructeurs automobile qui y voient l’opportunité d’améliorer leurs lignes de style.

Une vraie soudure à froid

Concernant la soudure, elle est obtenue sous l’effet d’un impact à très haute vitesse, de la même manière que dans le soudage par explosion. Le phénomène s’accompagne d’une sorte de « déroulement » de la matière à souder à la surface de la pièce support. Ceci provoque un décapage des surfaces à assembler. « Ce déplacement de matière à très haute vitesse provoque la formation d’un jet micrométrique de matière solide arrachée aux surfaces à assembler. Ce phénomène se produit au début du contact entre les deux pièces et se propage à très haute vitesse tout au long de la ligne d’assemblage. Les surfaces de contact s’en trouvent mises à nue, permettant ainsi une liaison à l’échelle ato­mique, mais sans fusion », détaille Gilles Avrillaud.

Il s’agit d’une véritable soudure, mais elle est obtenue sans affectation thermique, comme le démontrent les tests des­tructifs réalisés par le laboratoire de l’entreprise. Pour com­mencer, la rupture intervient en dehors de la zone d’as­semblage. D’autre part, il est très difficile de visualiser la ligne de contact sur les coupes micrographiques dans le cas d’assemblages homogènes.

Lorsque les matériaux sont de nature différente, ce qui est un des atouts majeurs de la technologie, cette ligne ap­parait sous la forme de vagues à l’échelle de la centaine de micromètres. « On observe à l’interface de 2 matériaux dissimilaires la formation d’une couche intermétallique très fine, micrométrique voire nanométrique. Elle n’entraîne pas de fragilité du fait de sa très faible épaisseur, contrai­rement à ce que l’on peut observer parfois en soudage par diffusion ou FSW », explique-t-il. Dans la zone d’assem­blage, les grains semblent littéralement écrasés comme s’ils avaient été fluidisés lors de l’assemblage.

Un vaste champ des possibles

Cette caractéristique ouvre de larges possibilités au for­mage électro-hydraulique en termes d’applications. « Notre technique intéresse de plus en plus les constructeurs auto­mobile. Ils sont en effet confrontés à d’importants besoins en termes d’allègements des véhicules pour répondre aux normes antipollution. Une des voies est d’utiliser des tôles HLE et THLE, bien qu’elles engendrent la mise en place d’un environnement de production complexe pour leur mise en forme à chaud et assurer les traitements thermiques afin d’atteindre l’état requis après mise en forme. Notre procédé peut permettre de calibrer ces tôles et réduire considérable­ment leur problème de retour élastique », développe Gilles Avrillaud.

Le chaînon manquant

Face à tant d’avantages, on se demande pourquoi ces techniques qui ont déjà fait l’objet de développement anciens n’ont pas connu d’essor jusque là. La réponse de Gilles Avrillaud est sans ambages : « la technologie n’est en effet pas nouvelle, mais elle s’est heurtée à la difficul­té de sa mise en oeuvre. Sans simulation numérique, il faut procéder par tâtonnement pour obtenir le résultat escompté ». 

Une méthode chère et hasardeuse qui peut effectivement expliquer des réticences. « Nous avons effectué de gros investissements en R&D afin de carac­tériser les procédés que nous utilisons et avons dévelop­pé des outils de simulation multi-physique pour chacun d’eux », poursuit-il. Des modules qui permettent à l’entre­prise d’être prédictive sur le résultat d’un projet sans avoir réalisé le moindre outillage, et de définir la géométrie de la préforme qui donnera le meilleur résultat. « Nous avons réalisé ces développements à partir du logiciel LS Dyna de l’éditeur LSTC, mais nous travaillons également avec le lo­giciel Forge qui est en train d’intégrer le couplage électro­magnétique avec la simulation mécanique », signale-t-il.

Bmax a développé des modules qui viennent se greffer sur ces solutions multiphysiques du commerce et permettent de simuler ce qui se passe lors de l’opération, de visualiser les phases de placement de la matière, mais également les amincissements, les déchirures ou les plis. « Notre capacité de simulation est un aspect important. C’est elle qui nous différencie aujourd’hui de ce qui a pu être fait dans le pas­sé en magnéto-formage ou soudage, et qui nous permet de pousser plus loin notre connaissance des phénomènes, tant en formage qu’en soudage. Le bouclage simulation – réalisation – essai de caractérisation pour tout nouveau matériau est souvent un point de passage requis par nos clients pour ces technologies », conclut-il.

Par Vincent Lebugle