L’usure des éléments coupants dans un outil de découpage conditionne la productivité des entreprises du secteur et la qualité des pièces produites. Or, pour améliorer la tenue de ces éléments, il faut être capable d’identifier les mécanismes de l’usure et donc de la mesurer précisément. Traditionnellement, pour un poinçon, cette mesure se fait soit indirectement par l’évolution du profil de la pièce découpée, soit par profilométrie du poinçon. Cependant, ces méthodes ont respectivement comme inconvénient de nécessiter soit le découpage d’un grand nombre de pièces (généralement jusqu’au réaffûtage du poinçon), soit le démontage de l’outil. Or, le centrage du jeu poinçon / matrice, qui influence fortement la cinétique d’usure, ne peut être garanti à chaque remontage.
• Une technique permettant de mesurer directement l’usure in situ, pour ainsi éliminer les risques liés au remontage (ébréchure, centrage des jeux) a été mise au point. Elle utilise l’activation superficielle, c’est-à-dire l’induction de radioactivité dans une substance par irradiation ou bombardement approprié. Cette technique se décompose en deux étapes. Tout d’abord le poinçon est activé superficiellement par un faisceau de particules de haute énergie délivré par un accélérateur de particules. Dans une profondeur contrôlée, de l’ordre de 50 œm, le tungstène est transmuté en rhénium. La profondeur de la couche activée est déterminée préalablement en fonction de la quantité de matière perdue par usure. La réaction d’activation est choisie selon la toxicité des éléments produits (isotopes) et leur durée de vie (période de demi-vie). Il est à noter que les énergies d’activation sont généralement très faibles, ce qui ne modifie pas le comportement du matériau activé.
En se désexcitant, le rhénium émet des rayons γ dont on peut observer les raies grâce à une sonde de mesure. L’activité du poinçon monté dans l’outil est donc ensuite mesurée. Celle-ci dépend de sa décroissance naturelle en fonction du temps (connue) et de la quantité de matière perdue par usure.
• Un outil de découpage a été spécialement conçu pour cette étude, permettant de positionner la sonde de mesure par rapport au poinçon, avec une précision de l’ordre de quelques microns. Cette précision est nécessaire puisque la mesure de l’activité dépend du carré de la distance poinçon / sonde. De plus, la température de la presse de découpe monte en fonction du nombre de pièces découpées. Pour assurer la précision des mesures, il faut donc amener une correction due à l’effet de dilatation thermique.
Une campagne de découpe d’un million de pièces a été réalisée avec une mesure périodique de l’activité. Cette campagne a pleinement démontré la faisabilité de cette méthode. En effet, la précision atteinte est inférieure au micron, ce qui permet de quantifier l’influence d’un paramètre de découpe sur l’usure des outils en ne découpant qu’un nombre limité de pièces.
Une étude systématique des paramètres de découpe qui influencent l’usure des outils est envisagée pour qu’à terme, un module de calcul prévisionnel de cette usure soit construit.
• Ce travail a été réalisé par le laboratoire de microanalyse des surfaces de l’ENSMM — École nationale supérieure de mécanique et des microtechniques — dans le cadre du contrat de progrès découpage – emboutissage, sous le patronage du Comité mécanique de Franche-Comté, grâce au concours des sociétés AUGÉ DÉCOUPAGE, CRYLA SAS, ALSTOM TRANSPORTS et ITT INDUSTRIES et au soutien de la DRIRE et de la Région de Franche-Comté.
Guy Monteil
Laboratoire de microanalyse des surfaces
ENSMM
Tél. 03 81 40 28 67
guy.monteil@ens2m.fr
Fabien Gréban
Société AUGÉ DÉCOUPAGE
Tél. 03 81 40 22 00
recherche@augedecoupage.com
