Dans le secteur de l'électronique, différents types de pièces sont utilisés, comme par exemple des composants électroniques (puces) dotés de connecteurs, des supports métalliques (ou leadframe) sur lesquels les puces sont assemblées, ou des éléments d'interconnexion. Ces constituants ont souvent une partie métallique, réalisée en cuivre pur (99,9 %) ou en alliage (ajout de zinc, d'étain ou de fer dans le cuivre) afin d'assurer une bonne tenue mécanique et une conduction thermique et électrique [1], qui est ensuite encapsulée dans une résine. Cette partie métallique est obtenue suite à une mise en forme multi-étapes de découpage et cambrage, réalisée avec des outils à suivre [2]. Cette étude s'intéresse à une étape de découpage.

Le découpage mécanique de tôles en alliage de cuivre, d'épaisseur variant entre quelques dixièmes de millimètres jusqu'au millimètre, est un procédé répandu dans l'industrie électronique. Le cahier des charges impose des cadences de production de plus en plus élevées et des tolérances dimensionnelles assez strictes sur les pièces découpées, ce qui demande une maîtrise fine du procédé de découpage. La conception des outils de découpe s'appuie essentiellement sur des règles métier empiriques et le savoir-faire des opérateurs. La volonté des découpeurs d'intégrer la simulation lors de la conception des outils reste récente ; l'objectif est d'anticiper les problèmes de production comme la rupture ou le non-respect des tolérances dimensionnelles en fonction du matériau utilisé. L'objectif de ces travaux est de développer des outils numériques afin de prédire les efforts de découpe ainsi que les profils des bords découpés.

Une instrumentation en effort et déplacement d'un outil industriel permet de caractériser le comportement de l'alliage de cuivre dans les conditions réelles du procédé. La forme découpée consiste en un contour fermé rectangulaire à coins arrondis. Les zones caractéristiques du profil des bords découpés (zones bombées, cisaillées, arrachées) sont mesurées à partir d'images obtenues au microscope électronique à balayage.

Le découpage industriel s'effectue en conditions extrêmes, la vitesse de déformation moyenne peut atteindre 200 s-1 [3]. Ce qui a pour conséquence une augmentation de la température jusqu'à 300°C [4], qui résulte de l'échauffement adiabatique produit par déformation plastique. Le comportement mécanique de l'alliage de cuivre est modélisé par une loi thermo-elasto-viscoplastique. Les paramètres matériau de cette loi sont identifiés à partir d'essais de traction réalisés pour des vitesses de déformation et des températures similaires à celles rencontrées pendant le procédé de découpage.

Dans une première étape, un modèle numérique d'un découpage 2D d'un bord droit, en déformations planes, est développé avec Abaqus/Explicit, afin de prédire la force maximale de découpe. Un critère de rupture permet de détecter l'initiation de la fissure et la méthode de suppression d'éléments est utilisée pour modéliser la propagation de la fissure [5]. Finalement, des comparaisons entre les données expérimentales et numériques sont menées, en termes de courbe d'effort ainsi que des profils des bords découpés.

Références :

[1] Gréban, F. (2006). Découpabilité du cuivre et des alliages cuivreux. Thèse de doctorat, Université de Franche-Comté.

[2] Maillard, A., & Cabaret, M. (2012). Outils de presse. Ed. Techniques Ingénieur.

[3] Poizat, C., Husson, C., Ahzi, S., Bahlouli, N., & Merle, L. (2002). Modeling of Thin Sheet Blanking with a Micromechanical Approach. Application of the MTS Model. International Journal of Forming Processes, 5, 423-432.

[4] Demmel, P., Hoffmann, H., Golle, R., Intra, C., & Volk, W. (2015). Interaction of heat generation and material behaviour in sheet metal blanking. CIRP Annals, 64(1), 249-252.

[5] Canales, C., Bussetta, P., & Ponthot, J. P. (2017). On the numerical simulation of sheet metal blanking process. International Journal of Material Forming, 10(1), 55-71.