Le thermoformage assisté par poinçon consiste à imposer une déformation d'une feuille en thermoplastique ramollie avant le soufflage en utilisant le poinçon pour faciliter sa déformation et permettre l'apport d'une quantité de matière suffisante au fond de l'objet thermoformé. Plusieurs paramètres interviennent dans ce procédé et déterminent la qualité du produit final : le type de polymère (PS, PP, PET...), le matériau du poinçon (feutre, aluminium...), la géométrie du poinçon, la température de la feuille et du poinçon, la vitesse d'avance du poinçon...etc. Ces paramètres sont interdépendants, ce qui rend la modélisation très complexe. Plusieurs travaux ont montré que dans le procédé de thermoformage assisté par poinçon, trois phénomènes importants conditionnent la qualité du produit final : la rhéologie du matériau, le frottement feuille/poinçon et les transferts thermiques.

L'objectif de ce travail, est l'étude expérimentale et numérique de l'influence de la température et de la vitesse de déformation du polystyrène compact (HIPS) dans les conditions du thermoformage assisté par poinçon. Pour identifier les caractéristiques physiques et thermiques du HIPS et étudier son comportement mécanique en fonction de la température et de la vitesse de déformation, nous avons réalisé différents tests en laboratoire : traction uni-axiale à différentes températures et différentes vitesses de déformation, analyse thermomécanique dynamique (DMTA) et analyse calorimétrique différentielle à balayage (DSC). Ensuite, nous avons réalisé plusieurs essais expérimentaux de poinçonnage à différentes températures de HIPS et différentes vitesses d'avance d'un poinçon en aluminium en utilisant une thermoformeuse. Pour décrire le comportement rhéologique du HIPS au cours du processus de thermoformage, nous avons proposé un modèle rhéologique élasto-viscoplastique dépendant de la température, que nous avons implémenté dans le logiciel aux éléments finis ABAQUS/Explicit à l'aide d'un sous-programme VUMAT. Les paramètres du modèle de comportement proposé ont été identifiés par une méthode inverse.

Le frottement joue un rôle très important dans le thermoformage assisté par un poinçon. Pour tenir compte de la variation de la température et de la vitesse de déformation, nous avons proposé un modèle de frottement pour décrire le contact entre le poinçon et le HIPS et que nous avons implémenté dans ABAQUS à l'aide d'un sous-programme VFRIC.

Les modèles proposés ont été validés à l'aide d'essais expérimentaux sur la machine de thermoformage, en comparant la réponse force-déplacement et la distribution des épaisseurs sur le produit obtenu. Les résultats obtenus montrent l'efficacité des modèles proposés à bien décrire le procédé de thermoformage pour large gamme de températures et de vitesse de poinçonnage.