Characterization and simulation of AA7075 hot stamping with subsequent die quenching for automotive structural applications

Thériault, Benoit (2018). Characterization and simulation of AA7075 hot stamping with subsequent die quenching for automotive structural applications. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Accurate modelling of the hot stamping forming process is necessary to achieve automotive structural parts that are both lighter for a lower environmental impact and safer in case of collisions. To comply with new environmental norms, some car manufacturers are attempting to replace high strength steel by high grade aluminium.

The use of age hardenable aluminium alloys such as AA7075 present both new opportunities and challenges. Although a weight reduction of 20% is expected by this research program, the forming parameters window for parts made of aluminium alloys is much narrower than for their steel counterparts.

The objective of this project is to better understand the process of hot stamping and quenching of AA7075. This, in turn, should allow a first iteration of tooling to be developed for the process. The scope of this work is limited to the general mechanical behaviour and does not include a damage model, which would be required to ensure the process’ success with a given set of parameters. In this work, it was found necessary to characterize the material used and other important process parameters such as interfacial heat transfer coefficients. This is done with material laws and models available in commercial finite element software, with the goal of being able to export the required data into a usable package for designers.

An experimental tooling set was available before the end of this project, enabling a comparison of the numerical model with experimental results. Following this, it was possible to acquire a new understanding of the current failure modes and suggest improvements to the process. These improvements have confirmed the viability of the hot stamping and quenching with AA7075.

Titre traduit

Caractérisation et simulation par éléments finis de l’estampage à chaud d’aluminium AA7075 avec trempe par matrice

Résumé traduit

Il est nécessaire de pouvoir modéliser précisément le procédé d’estampage à chaud afin d’obtenir des pièces structurales d’automobile qui sont à la fois plus légères pour réduire leur impact environnemental et améliorer la sécurité des passagers en cas de collisions. Pour satisfaire à de nouvelles normes environnementales, certains manufacturiers automobiles ont jugé nécessaire de laisser de côté les alliages d’acier à haute résistance au profit d’alliages d’aluminium.

L’utilisation d’alliages d’aluminium pouvant être durcis par vieillissement présente à la fois de nouvelles opportunités et de nouveaux défis. Malgré qu’une réduction de poids de 20% soit envisagée par le programme de recherche finançant ce projet, la fenêtre de paramètres est beaucoup plus étroite qu’avec des alliages d’acier.

Ce projet a comme objectif de mieux comprendre le procédé d’estampage à chaud avec trempe par matrices de l’aluminium AA7075. Cela devrait permettre de développer une première itération d’outillage nécessaire au procédé. L’envergure du projet est limitée au comportement mécanique en général en n’incluant pas de modèle d’endommagement, qui serait nécessaire pour assurer le succès du formage pour un ensemble de paramètres donnés. Dans ce travail, il a été nécessaire de caractériser le matériau utilisé et d’autre paramètres importants tels que le coefficient de transfert de chaleur aux interfaces des matrices. Cela est accompli en utilisant des modèles et lois de matériaux existant et un logiciel commercial d’analyse par elements finis, avec l’objectif de pouvoir exporter les données dans un format pouvant être utilisé par des concepteurs.

Une première itération de l’outillage fut disponible avant la fin du projet, permettant une comparaison entre le modèle numérique et des résultats expérimentaux. Suivant cela, il a été possible de mieux comprendre les mécanismes d’insuccès et suggérer des améliorations au procédé. Ces améliorations ont permis de confirmer la viabilité de l’estampage à chaud et la trempe du AA7075.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master’s degree with thesis in mechanical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 101-105).
Mots-clés libres:	estampage à chaud, aluminium, AA7075, caractérisation, trempe par matrices, analyse par éléments finis
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Pham, Tan
Codirecteur:	Codirecteur D’Amours, Guillaume
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	03 mars 2023 14:48
Dernière modification:	03 mars 2023 14:48
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2165

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