Essai de flexion de plaques pour matériaux métalliques selon VDA 238-100 et GMW 15421
Les normes VDA 238-100 et GMW 15421 (norme technique General Motors Worldwide) décrivent la réalisation d’un essai de flexion de plaques sur des éprouvettes en matériaux métalliques, comme des alliages d’aluminium ou des aciers à très haute résistance (résistance à la traction Rm ≥ 780 MPa). Depuis 2017, les exigences liées au dispositif d’essai sont très élevées afin que l’angle de flexion mesuré reflète uniquement le matériau et ne soit pas influencé par le dispositif d’essai. Cela permet de mieux évaluer la formabilité du matériau.
Les informations suivantes offrent un aperçu complet. Toutefois, pour garantir une mise en œuvre de l’essai de flexion de plaques conforme à la norme, il est indispensable de se procurer la directive complète.
Objectif et domaine d’application Solution d’essai ZwickRoell Préparation des éprouvettes et éprouvettes Exigences de rigidité Réalisation de l’essai Possibilité d’automatisation Demander conseil Téléchargements
VDA 238-100 Objectif et domaine d’application
L’essai de flexion de plaques selon la norme VDA 238-100 s’est imposé dans le monde entier comme une méthode d’évaluation de la formabilité et de la flexibilité des tôles et sert à déterminer l’angle de flexion (des tôles de carrosserie par exemple), dans le but de tirer des conclusions sur le comportement à la déformation et la sensibilité à la rupture des matériaux métalliques lors de processus de formage comportant une part importante de flexion (comme les opérations de pliage) ou en cas de choc.
Cette directive a été élaborée en collaboration avec des constructeurs et des équipementiers de l’industrie automobile afin d’établir une norme uniforme à l’échelle mondiale pour les applications automobiles. Outre la norme VDA 238-100, de nombreux constructeurs automobiles et équipementiers utilisent également des directives OEM spécifiques, comme la norme technique GMW 15421 de General Motors, particulièrement importante sur le marché nord-américain.
La solution d’essai ZwickRoell pour l’essai de flexion de plaques répond aux exigences élevées en matière de précision et de rigidité et est disponible pour les méthodes d’essai conformes aux normes VDA 238-100 et GMW 15421.
Essai de flexion de plaques selon VDA 238-100 avec ZwickRoell
Les systèmes de mesure optique et les processus automatisés fournissent des résultats reproductibles permettant une conception fiable des procédés de formage et la validation des simulations :
- Mesure optique de l’angle de flexion directement sur l’éprouvette avec suivi en temps réel
- Rigidité maximale du dispositif d’essai
- Transmission automatisée des valeurs mesurées et évaluation en temps réel dans testXpert
- Acquisition synchronisée des images de fissuration
- Influence de l’opérateur minimisée
Le dispositif de flexion de plaques de ZwickRoell a été développé en collaboration avec un grand constructeur automobile. Il répond non seulement aux exigences des normes VDA 238-100 et GMW 15421, mais se prête également parfaitement aux essais quotidiens : simplicité d’utilisation, influence minimale de l’opérateur et assistance intelligente grâce aux options de mesure et d’analyse optiques.
Vous employez également la machine d’essai des matériaux pour d’autres applications ? Il n’est pas nécessaire de démonter le dispositif d’essai. Un adaptateur permet de monter différentes mâchoires ou outillages d’essai directement sur le dispositif de flexion de plaques.
« Notre collaboration étroite avec des leaders du secteur nous permet d’affirmer qu’un angle de flexion élevé représente un critère essentiel pour une qualité élevée du matériau. Pour cela, il est indispensable que le dispositif d’essai présente une rigidité élevée. C’est d’ailleurs ce point en particulier qui était au cœur du développement. Une utilisation simple, rapide et sûre faisait également partie de nos critères. En effet, c’est ainsi que le dispositif peut répondre aux exigences d’une utilisation quotidienne. En collaboration avec nos clients, nous avons testé de manière intensive le dispositif d’essai et l’avons perfectionné. C’est ainsi qu’est né un produit offrant non seulement une précision technique, mais surtout une véritable connaissance pratique. »
Dr Erhard Reimann, responsable produit des systèmes d’essais statiques pour matériaux métalliques
Vous souhaitez en savoir plus ? Nous contacter dès maintenant
VDA 238-100 Préparation des éprouvettes et éprouvettes
La qualité de la préparation des éprouvettes a une grande influence sur l’essai. C’est la raison pour laquelle la norme VDA 238-100 prévoit plusieurs étapes pour une préparation minutieuse des éprouvettes. La surface de l’éprouvette doit être propre et les arêtes ébavurées, rectifiées ou traitées d’une autre manière au besoin.
Les éprouvettes prévues pour l’essai de flexion de plaques sont des plaquettes métalliques plates aux dimensions standard de 60 mm × 60 mm. En présence de forces d’essai élevées, la largeur éprouvette peut être réduite en accord avec le donneur d’ordre.
Les matériaux à formabilité élevée peuvent être pré-dilatés afin de permettre une meilleure caractérisation.
VDA 238-100 Exigences de rigidité pour le dispositif d’essai
La rigidité du dispositif d’essai est déterminante pour les résultats d’essai. En cas de faible rigidité, la déformation du dispositif d’essai influe sur l’angle de flexion calculé, c’est-à-dire qu’il est inférieur à ce qu’il devrait être en réalité. « Pour les angles de flexion αconsigne > 130°, la rigidité du dispositif d’essai doit être démontrée. Pour une force de poinçonnage de 3000 N, l’écartement entre les rouleaux ne doit pas augmenter de plus de 0,1 mm » (Source :VDA 238-100:2020-07, Point 4 Prüfapparatur und Prüfmittel, Éditeur : Verband der Automobilindustrie e.V.).
La rigidité élevée exigée est obtenue avec la plus grande précision sur notre dispositif d’essai pour essais de flexion de plaques.
VDA 238-100 Préparation de l’essai
Le dispositif de flexion est positionné dans la machine d’essai de traction afin que les rouleaux soient parallèles et centrés avec une tolérance de ±0,05 mm sous le poinçon de flexion. L’écartement entre rouleaux est défini dans la norme VDA 238-100 en fonction de l’angle de flexion de consigne αconsigne calculé :
| Écart entre rouleaux en fonction de l’angle de flexion de consigne αconsigne | |
|---|---|
| Acier | 2 tm + 0,5 mm |
| Alliages d’aluminium αconsigne ≤ 130° | 2 tm |
| Alliages d’aluminium αconsigne > 130° | 2 tm + 0,5 mm pour t ≤ 2,0 mm |
tm = épaisseur éprouvette avant l’essai, t = épaisseur nominale
Les éprouvettes doivent être positionnées de manière symétrique sur les rouleaux afin que la force du poinçon de flexion soit exercée au centre de la distance d’appui. En fonction du matériau et de l’épaisseur de l’éprouvette, le rayon du poinçon de flexion est sélectionné comme suit :
| Rayon du poinçon de flexion | |
|---|---|
| Acier (Rm ≥ 780 MPa) | 0,4 mm |
| Alliages d’Al | 0,2 mm pour t ≤ 2,0 mm 0,4 mm pour t > 2,0 mm |
VDA 238-100 Réalisation de l’essai
L’éprouvette est pliée à des vitesses d’essai définies jusqu’à obtention de l’un des trois critères d’arrêt :
- Chute de force :
Acier = 60 N
Aluminium t ≤ 2,0 mm = 30 N
Aluminium t > 2,0 mm = 60 N - Arrêt en cas de course de la traverse assurant un angle de flexion après la chute de force attendue de 30 N ou 60 N et avant le serrage
- Arrêt en présence d’une augmentation de force significative
Détermination de l’angle de flexion
Pour l’évaluation, la norme VDA 238-100 décrit trois manières de déterminer l’angle de flexion :
- Manuellement (αₘ) selon l’annexe C : l’angle de flexion α est mesuré manuellement à l’aide d’un mesureur d’angle après retrait de l’éprouvette du dispositif de flexion. Dans ce cas de figure, seule la déformation plastique est mesurée.
- Par calcul (α꜀) selon l’annexe D : l’angle de flexion α꜀ est calculé à l’aide d’un logiciel sur la base du mouvement de la traverse et prend en compte à la fois la déformation plastique et la déformation élastique.
- De manière optique (αₒ) selon l’annexe E : l’angle de flexion αₒ est déterminé à l’aide d’un système de caméra très précis lorsque l’éprouvette est soumise à une contrainte. À cet effet, une caméra mesure l’angle de flexion directement sur l’éprouvette lors de l’essai. Lors de cet essai, la déformation plastique et la déformation élastique sont mesurées.
Essai automatisé de flexion du disque
Pour obtenir des résultats d’essai particulièrement fiables et précis, l’essai de flexion de plaques peut également être réalisé de manière automatisée.
Avec le système d’essai robotisé roboTest N de ZwickRoell, un robot prend en charge la manipulation des éprouvettes et leur insertion précise dans le dispositif de flexion. Le robot permet d’exclure totalement les influences de l’opérateur, dues par exemple à la température ou à l’humidité des mains, mais aussi le placement incliné ou imprécis des éprouvettes métalliques.
Au début, un lecteur scanne le code d’identification apposé sur l’échantillon de tôle, garantissant ainsi une attribution sûre des données d’échantillonnage aux résultats des essais.
Étant donné que l’essai de flexion de plaques peut être réalisé sur des tôles d’épaisseurs différentes, l’étape suivante consiste à déterminer l’épaisseur de l’éprouvette dans une station de mesure d’épaisseur. Le poinçon de flexion nécessaire à l’épaisseur de l’éprouvette est sélectionné par le robot et inséré dans le dispositif d’essai. De plus, l’écartement des rouleaux du dispositif de flexion est automatiquement adapté au poinçon de flexion.
L’automatisation de l’essai de flexion de plaques selon la norme VDA 238-100 libère le personnel de laboratoire qualifié des tâches routinières et lui permet de se consacrer à des tâches plus complexes.
Vidéo sur l’essai automatisé de flexion de plaques
L’essai automatisé de flexion de plaques est utilisé dans cette vidéo, car de nombreuses éprouvettes d’épaisseurs différentes doivent être testées.
Le système d’essai automatisé roboTest N garantit que les éprouvettes sont positionnées de la même manière dans le dispositif à chaque essai. Le facteur d’influence « humain » est réduit au minimum.
Téléchargements
- Information produit : dispositif de flexion 3 points pour essai de flexion de plaques sur matériaux métalliques PDF 444 KB
- Information produit : machines d’essai des matériaux AllroundLine Z005 à Z100 PDF 1 MB
- Information produit : machines d’essai des matériaux ProLine Z005 à Z100 PDF 1 MB
