Avec des normes européennes de plus en plus restrictives vis-à-vis des émissions de CO2 [1], l'industrie automobile mènent une véritable politique d'allégement de leurs véhicules [2]. Depuis plusieurs décennies, les matériaux composites représentent une réponse aux problématiques d'allègement de structures. La filière automobile française s'intéresse donc à l'industrialisation de leurs procédés de mises en œuvre, trop souvent peu répétables et limités aux petites et moyennes séries.

Les procédés de type RTM (Resin tranfert Moulding) permettent la production de matériaux composites hautes performances en grande série tout en garantissant une bonne répétabilité. Habituellement, le procédé RTM est décomposé en deux étapes [3]:

• Mise en forme de renforts fibreux (semi-produits textiles) ou préformage.
• Injection de la résine (ou imprégnation) dans la préforme.

L'étape de mise en forme de renforts secs selon la géométrie de la pièce joue influe directement sur les paramètres morphologiques de la préforme (orientation, densité et continuité des renforts) qui ont une incidence directe sur la perméabilité de la préforme et sur le comportement mécanique de la pièce composite finale [4]. Dans le cas de l'industrie automobile grand volume, un des procédés de mise en forme privilégiés est l'estampage. Pour respecter du cahier des charges de la préforme et une bonne répétabilité, une montée en maturité de ce procédé est nécessaire.

Dans ce cadre, l'IRT M2P, un centre de recherche, est appuyé par un consortium de 14 industriels (Arkema, Chomarat, Compose, Coriolis, ESI, Faurecia, Hexion, Hutchinson, Institut de Soudure, Owens Corning, PEI, PSA, Renault, SISE) dans le cadre du projet Fast FORM. Ce projet collaboratif ambitionne de développer les méthodes et technologies nécessaires à la réalisation de préformes à destination de l'industrie automobile :

• Pour pièces structurales de grandes dimensions
• Optimisation de l'engagement matière
• Optimum technico-économique
• Temps de cycle de 2 min

Dans cette communication, les différents maillons de la démarche de montée en maturité du procédé d'estampage seront présentés :

• Caractérisation des renforts : permet de fournir une loi matériaux pour la simulation. Un intérêt particulier est porté sur la caractérisation en cisaillement, qui est considéré comme le mode de déformation prépondérant lors du préformage. L'essai de bias test est notamment simulé pour vérifier la bonne corrélation avec l'expérience. Cette communication s'appuiera sur la caractérisation d'un NCF de verre.
• Réalisation d'estampages de géométries élémentaires (hémisphères, goussets). Ces essais sont simulés sous PAM FORM (ESI Group [5]). La corrélation expériences / simulations permettra d'ajuster les cartes matériaux et d'identifier les leviers d'optimisation.
• Itération pour définir une configuration d'estampage optimale pour des pièces complexes de grandes dimensions. Cette phase définit la forme des outils et leur cinématique grâce à la simulation sous PAM FORM. Ces définitions permettent de concevoir et d'industrialiser le procédé.
• Corrélation simulation-expérience d'estampages de grandes dimensions. Cette phase permet de valider les méthodes et la mise en données de l'étude numérique.

Références :

[1] European Commission, Press release: Further CO2 emission reductions from cars and vans: a win-win for the climate, consumers, innovation and jobs. 2012.

[2] L. David, “Stratégie Matériaux Automobile pour les années à venir.” PSA / SRA, 12-Jun-2013.

[3] P. Boisse, “Mise en forme des matériaux fibreux - Tech. ing.” 2004.

[4] D. Turner and K. Hjelmstad, “Determining the 3D permeability of fibrous media using the Newton method,” in Compos. Part B Eng., 2007, pp. 44 – 57.

[5] “https://www.esi-group.com/fr.”.