Nous suivre Industrie Techno

La semaine de Jean-François Prevéraud

La semaine de Jean-François Prevéraud

Industrie et Technologies
La profession des forgerons a mis en commun ses savoir-faire pour développer un logiciel de simulation. Elle a au cours d’un récent colloque présenté les résultats de 5 années de travail.


C’est suffisamment rare pour être mis en valeur, la profession des forgerons a mis en commun l’ensemble des savoir-faire de ses membres pour développer un outil de simulation numérique permettant d’optimiser la conception des pièces réalisées tout en réduisant les délais et les coûts des outillages.

Le projet Simulforge a commencé voici 5 ans. Il a réuni 14 entreprises autour du syndicat de la profession l’AAF, du Cetim et de la société Transvalor qui assure la commercialisation du logiciel Forge3 issu de ces développements. Les entreprises participantes sont :Ascoforge-Safe ; Auber et Duval Fortech ; Auber et Duval Alliages ; Cezus ; Industeel ; Estamfor ; Giat Industries ; Lisi Automotive ; Manoir Industries ; PSA ; Setforge ; Sifcor ; Snecma et SNR.
Le montant total de l’investissement a été de l’ordre de 11 millions d’euros, subventionné à hauteur de 30 % par le Ministère de l’Industrie dans le cadre du programme des technologies clés, et a bénéficié de la soutenance de 14 thèses et l’emploi de 10 post-doctorants. Des laboratoires de recherche français aux compétences complémentaires dans le domaine de simulation numérique et des phénomènes physiques mis en œuvre dans le forgeage ont aussi été sollicités. Il s’agit du Cemef, laboratoire de l’Ecole des Mines de Paris à l’origine du projet de logiciel, des laboratoires des Ecoles de Mines d’Albi, de Nancy et de Saint-Etienne, de l’Insa de Lyon, de l’Epun de Nantes et du Lamih de Valenciennes.
Cela à débouché sur le développement de deux logiciels métiers : Forge2 pour le calcul des pièces planes ou asymétriques et Forge3 pour le calcul des pièces tridimensionnelles. Ils viennent d’être regroupés sous le vocable Forge2005.


Des attentes différentes

Les entreprises françaises ont en fonction de leur type d’activité, de leurs marchés, des matériaux transformés et de leur structure, une approche différente de la simulation numérique. Néanmoins elles partagent le sentiment que l’amélioration des performances de l’ensemble du processus de forge passe par une intégration de cette technologie.

Pour les sociétés les plus avancées et ayant déjà participé et financé des développements de logiciels, soit dans le cadre des précédentes actions collectives, soit à titre individuel, il apparaît indispensable d’envisager la simulation de tout le cycle de fabrication de la pièce forgée (chauffage, forgeage, traitement thermique, usinage) afin d’en prédire les caractéristiques finales.

Pour d’autres entreprises, déjà familiarisées à l’utilisation de la simulation, il s’agit de mieux maîtriser et d’intégrer complètement la simulation numérique à la démarche industrielle de définition de la gamme de fabrication et de conception des outillages.

Pour beaucoup de PME et PMI de l’industrie de la forge et de l’estampage, il s’agit encore de démontrer les apports de la simulation.
De fait, il existe trois niveaux de besoin :

  • Un besoin de maîtrise industrielle de la simulation numérique, pour autoriser sa totale intégration dans la démarche industrielle de conception forge. Des efforts sont à fournir quant à la connaissance des logiciels (domaine d’application), des données (spécificités métier), à la fiabilité des résultats. Notons que pour parfaire l’intégration industrielle, les logiciels doivent être conviviaux et rapides.    
  • Un besoin de développement de la simulation numérique et d’extension aux opérations de pré et post forgeage, visant à une prédiction des caractéristiques dimensionnelles, métallurgiques et mécaniques de la pièce finie.    
  • Un besoin d’appropriation de la simulation. Il s’agit pour l’essentiel de besoins de formation et d’accompagnement technique lors des premières mises en œuvre des logiciels.

Afin de mieux répondre aux attentes des industriels, trois grands thèmes de développement ont été identifiés et plusieurs groupes d’étude ont été créés.

 Thèmes  GE  Titres
 Couplage, déformation et microstructure  GE-1  Métallurgie de la déformation
  GE-2 Structure finale
 Calcul des outillages et des interfaces  GE-3  Durée de vie des outillages
  GE-4 Conditions d’interface
 Maîtrise et optimisation de la simulation  GE-5  Evolution Forge3
  GE-6  Contrôle de la précision
  GE-7  Qualité, Promotion, Mise en œuvre

Voici les objectifs et les réalisations des différents groupes d’étude :

GE-1 : Métallurgie de la formation Un objectif prépondérant au niveau industriel est la maîtrise des caractéristiques d’emploi de la pièce commercialisée. Ces caractéristiques sont fortement dépendantes de l’état microstructural du matériau. Au-delà de la prise en compte des traitements thermiques, le chemin de déformation subi par la pièce joue un rôle prépondérant sur la texture et la microstructure induite par la gamme de fabrication. En particulier, il est primordial de considérer les phénomènes d’adoucissement et de recristallisation, ainsi que l’anisotropie finale de la pièce. La simulation des procédés se doit donc, dans l’avenir, de considérer la microstructure et l’évolution de celle-ci au cours de la mise en forme.

Simulforge a été le premier à se lancer dans le développement d’un code de calcul industriel de forgeage prenant en compte ce couplage. Il est clair u’il prend là une avance considérable sur la concurrence. La prise en compte du couplage microstructure – comportement rhéologique est indispensable à terme pour améliorer la précision des calculs et la prévision des caractéristiques finales du matériau.

GE-2 : Structure finale Ce groupe d’étude a donc pour but la modélisation des évolutions métallurgiques qui se produisent au cours des traitements thermiques, afin de prévoir la validité du forgeage au regard des propriétés mécaniques désirées.

GE-3 : Durée de vie des outillages Les industriels de la forge cherchent en permanence à diminuer les coûts liés à l'outillage. Les programmes de recherche réalisés dans Simulforge a permis d’établir une loi d’usure. Il est maintenant possible avec Forge3 d’identifier les zones d’usure de l’outillage, d’en estimer l’importance de la dégradation et donc d’optimiser la gamme du forgeage pour minimiser cette dégradation.

GE-4 : Conditions d’interface En mise en forme à froid ou à chaud, les conditions de contact à l’interface métal-outil jouent un rôle capital sur l’obtention du produit forgé et sur l’endommagement des outillages.

Dans le cadre du projet Simulforge, les travaux ont eu pour objectifs :

  • d’étendre les lois de frottement connues aux applications tridimensionnelles ;    
  • de modéliser le comportement des couches lubrifiantes épaisses ;    
  • d’améliorer la prédiction des échanges thermiques.

GE-5 : Evolution de Forge 3 Ce groupe d’étude s’est donné pour objectif d’étendre le domaine d’application de la simulation numérique 3D des procédés. Il s’équilibre autour de développements génériques à toutes applications (temps calcul, précision) de nouvelles applications (multimatériaux, engrenages, …) et d’implantation de critères métiers (replis matières, …). L’intégration de ces travaux dans le milieu industriel a été garantie par une prise en compte de l’industrialisation de ces fonctionnalités dès les premières phases des développements logiciels confiés au Cemef.

GE-6 : Contrôle de la précision Lors d’une étude de gamme, le concepteur se trouve confronté à des problèmes d’optimisation des formes d’ébauche et de choix des conditions opératoires pour obtenir une pièce sans défaut.

Le problème de l’optimisation en simulation numérique a déjà été analysé en 2D par le Cemef au cours de précédentes actions collectives, puis dans le cadre d’un projet européen. Les résultats disponibles actuellement montrent que la méthode est efficace pour optimiser la forme d’ébauche assurant un remplissage correct de la gravure de finition, sans repli ni manque matière.

GE-7 : Qualité, diffusion et mise en œuvre La simulation numérique est maintenant largement mise en œuvre par la quasi-totalité des grands groupes de forge français. Les entreprises de plus petite taille sont plus réticentes à l’intégration de cette technique pour des raisons de difficultés d’utilisation des logiciels Forge2 et Forge3 par des techniciens de forge, compte tenu du fait qu’elles ne peuvent pas envisager l’embauche d’un spécialiste du calcul numérique.

L’objectif principal du GE-7 a été de faciliter l’appropriation et la mise en œuvre de la simulation numérique par les PME-PMI. Pour ce faire, deux types d’actions ont été conduites : une action visant à une amélioration de la qualité des développements et des documentations fournies aux utilisateurs ; une promotion auprès des PME en traitant in-situ des cas concrets représentatif des problèmes qu’ils rencontrent dans leur production courante.

Premier bilan

« Actuellement plus de 200 sites français sont équipés avec les logiciels Forge2 et Forge3, la très grande majorité travaillant maintenant en 3D », explique Pierre Ravassard du Cetim. « Mais la pérennité de ces logiciels suppose la poursuite de leur développement, c’est pourquoi nous devons maintenant envisager leur commercialisation internationale. Il ne s’agit pas toutefois de vendre le savoir-faire des forgerons français car si nous commercialisons le moteur, il est hors de question de vendre les bases de données qui contiennent ce savoir-faire et que les entreprises enrichissent avec leurs propres expériences. Après l’achat du logiciel, les utilisateurs auront donc encore beaucoup de travail à faire pour y inclure leur propre savoir-faire ».

L’utilisation en France est en plein essor. Ainsi en 2000, 53 postes de simulation étaient en service chez les industriels partenaires du projet Simulforge. Ils sont maintenant 86. 20 % des entreprises disent étudier par simulation moins de 50 % de leurs pièces forgées alors que 33 % disent mettre en œuvre la simulation pour toute pièce nouvelle.

Les motivations reconnues sont d’ailleurs diverses : meilleures image et crédibilité auprès des clients ; jugement plus pertinent à la prise de commande ; réussite dès la première pièce avec réduction des coûts et des délais ; définition de gammes robustes garantes de qualité ; meilleure connaissance des phénomènes mis en jeu.

Deux modes de commercialisation sont proposés : à l’achat pour 140 K€ ou en location à l’année pour 30 k€. Des sommes qui permettent un retour sur investissement rapide. « Si l’on évite une casse d’outillage, le gain est immédiat car un outillage c’est très cher et surtout cela demande beaucoup de temps pour être fabriqué. Mais sans aller jusqu’à cette extrémité, les industriels enregistrent des ROI de l’ordre de 3 mois », estime Pierre Ravassard. Et il est toujours possible de demander des prestations de services ponctuelles si l’on n’a pas un volume de simulation annuel suffisant. Les prix varient alors de 3 à 5 k€ par pièce simulée.

Mais il reste encore du chemin à faire pour : la prédiction des microstructures (données, formulations, modèles métallurgiques...) ; une meilleure description des échanges thermiques pièce-outil et pièce-environnement ; mieux connaître le frottement pièce-outil ; compléter les collections de données ; la prédiction de la durée de vie des outillages.

A la semaine prochaine.

Pour en savoir plus : http://www.cetim.fr

Jean-François Prevéraud, journaliste à Industrie & Technologies et l’Usine Nouvelle, suit depuis plus de 24 ans l’informatique industrielle et plus particulièrement les applications destinées au monde de la conception (CFAO, GDT, Calcul/Simulation, PLM…). Il a été à l’origine de la lettre bimensuelle Systèmes d’Informations Technologiques, qui a été intégrée à cette lettre Web hebdomadaire, dont il est maintenant le rédacteur en chef.

Bienvenue !

Vous êtes désormais inscrits. Vous recevrez prochainement notre newsletter hebdomadaire Industrie & Technologies

Nous vous recommandons

Les meilleures technos de 2012 : SolidWorks V6 c’est pour 2013 !

La semaine de Jean-François Prevéraud

Les meilleures technos de 2012 : SolidWorks V6 c’est pour 2013 !

Je viens de rencontrer les dirigeants de SolidWorks à l’occasion de l’annonce de la version 2013 de leurs produits. Un rencontre[…]

Les meilleures technos de 2012 : Ansys lance la Extended Multiphysics Simulation

La semaine de Jean-François Prevéraud

Les meilleures technos de 2012 : Ansys lance la Extended Multiphysics Simulation

Les meilleures technos de 2012 : Le futur de la CAO est-il en marche ?

La semaine de Jean-François Prevéraud

Les meilleures technos de 2012 : Le futur de la CAO est-il en marche ?

PLM : Dassault Systèmes intègre le marketing dans sa panoplie

La semaine de Jean-François Prevéraud

PLM : Dassault Systèmes intègre le marketing dans sa panoplie

Plus d'articles