Vers une démarche d'ingénierie "hautement productive" des domaines projet-produit-process en contexte PME-PMI

L'amélioration de la qualité, la réduction des coûts et des délais en conception est une problématique plus que jamais d'actualité. Les travaux présentés ont pour objectif de rationnaliser la conception par la mise place et l'étude des outils de lean engineering dans un contexte industriel. Ces outils sont basés sur une méthodologie de conception robuste du couple produit-process, ainsi que sur l'ordonnancement de celle-ci. Une telle approche permet de réduire les tâches sans valeur ajoutée et de justifier toute spécification par les savoirs et savoir-faire acquis par le passé

Experimental and Numerical aspects of B416 Cu-Be alloy friction stir process

The Friction Stir Processing is an innovative surface engineering method, considered as a green processing technique. A good physical understanding of the process can be reached by the combined efforts of experimental examination and numerical modelling. In this study numerical and experimental investigations of Friction Stir Process (FSP) have been carried out on samples of B194 ASTM copper-beryllium alloy. The behavior of this alloy under FSP was studied using an experiment design at three levels of transversal speed (maximum speed 80 mm/min), three different normal forces (maximum force 1250 N) and two levels of rotational speed: 1000 and 2000 rpm. The treated layers have been characterized in terms of hardness and microstructure. The results obtained have shown that FSP in the tested range of parameters leads to the formation of a stirred layer with fine grains and high hardness (approximately 260% higher that the initial value of the base material). The friction between the tool and the work piece generates heat around the tool and produces microstructure modification by homogenization and refinement. These factors play a crucial role in heat generation during the process. The heat generating mechanism is influenced by the process parameters (normal load, rotational speed, transverse speed and geometric data). Thus the present study has been carried out in order to investigate the coupled effects of process parameters and the tool geometry on the thermal behavior of B194 ASTM copper-beryllium alloy under friction stir process. Numerical analyses in terms of heat generation and temperature distribution were carried out and a three-dimensional heat transfer model for friction stir process is proposed in this paper

Optimisation de la tête d'extrusion pour la fabrication de pièces thermoplastiques

Balancing the distribution of flow through a die to achieve a uniform velocity distribution is the primary objective and one of the most difficult tasks of extrusion die design. If the extrusion die is not properly designed, the exit velocity distribution may be not uniform; this can affect the thickness across thewidth of the die. The objective of our research is to ensures a homogeneous exit velocity distribution on the outlet side of the die, through the control and the optimization of the geometrical parameters and operating conditions. An optimization procedure, based on the response surface method, was proposed. All the functions are written in an explicit form by using the either diffuse approximation or the Kriging interpolation. Due to the presence of the nonlinear constraints, an iterative algorithm of type SQP, was used. To find the global optimum with precision and at lower cost an auto-adaptive research space is adopted.In the first stage the objective was to identify the rheological behaviour of a plastic using in situ experimental data. The comparison with measurements in capillary rheometry enabled us to verify the rheological parameters obtained by optimization.The results of three other applications shows the interest of the optimization of the geometrical and operating conditions of the extrusion process.A coat-hanger melt distributor is optimized numerically to ensures a homogeneous exit velocity distribution that will best accommodate for a different range of materials and multiple operating conditions. The results of numerical simulation are then validated by comparison with experimental measurements.The numerical optimization algorithm presented in this work shows its suitability and robustness as a tool for extrusion die design. It proves its capability of predicting optimal die geometry with uniform velocity distribution for a range of polymers, at satisfactory computing times for 3D Finite Element flow analysis.Au cours de cette étude, différents aspects d'optimisation ont été abordés. L'objectif de nos travaux de recherches est d'homogénéiser la répartition des vitesses à la sortie des filières, par la maîtrise et l'optimisation des paramètres géométrique et opératoires. Dans cette étude l'optimisation a été effectuée en utilisant un logiciel commercial Rem3D®, basé sur la méthode des éléments finis.Une procédure d'optimisation, basée sur la méthode de surface de réponse, a été proposée. Celle-ci nous a permis de résoudre un problème d'optimisation implicite dont l'évaluation des fonctions est très coûteuse en temps de calcul. Pour cela, toutes les fonctions sont écrites sous une forme explicite en utilisant soit l'approximation diffuse ou l'interpolation Krigeage. Compte tenu de la présence des contraintes non linéaires, un algorithme itératif de type SQP, a été utilisé. Pour localiser l'optimum global avec précision et à moindre coût, une procédure d'échantillonnage auto adaptatif de l'espace de recherche a été appliquée et plusieurs stratégies permettant de réactualiser les approximations et le point initial ont été adoptées.Dans la première étape l'objectif était d'identifier le comportement rhéologique d'une matière plastique en production. La comparaison avec des mesures en rhéométrie capillaire nous a permis de vérifier la pertinence des paramètres rhéologique obtenus par optimisation.Les résultats de trois autres applications mettent en évidence l'intérêt de l'optimisation des paramètres géométriques et opératoires du procédé d'extrusion.Une filière optimisée numériquement pour une gamme différente de polymère a été réalisée et une comparaison expérimentale a permis de valider toute la procédure de simulation et d'optimisation mise en place. Les résultats expérimentaux et de simulations montrent une bonne homogénéisation de la répartition des vitesses à la sortie de la filière optimale pour une gamme très large de débits et pour différents polymères

Optimisation de la tête d'extrusion pour la fabrication de pièces thermoplastiques

L objectif de nos travaux de recherches est d homogénéiser la répartition des vitesses à la sortie des filières, par la maîtrise et l optimisation des paramètres géométrique et opératoires. Une procédure d optimisation, basée sur la méthode de surface de réponse, a été proposée. Toutes les fonctions sont écrites sous une forme explicite en utilisant soit l approximation diffuse ou l interpolation Krigeage. Compte tenu de la présence des contraintes non linéaires, un algorithme de type SQP, a été utilisé. Pour localiser l optimum global avec précision, une procédure d échantillonnage auto adaptatif de l espace de recherche a été adoptée. Les résultats d optimisation mettent en évidence l'intérêt de l optimisation des paramètres géométriques et opératoires du procédé d extrusion. Une filière optimisée numériquement pour une gamme différente de polymère a été réalisée et une comparaison expérimentale a permis de valider toute la procédure de simulation et d optimisation mise en place.The objective of our research tasks is to homogeneous the velocity distribution on the outlet side of the die, through the control and the optimization of the geometrical parameters and operating conditions. An optimization procedure, based on the response surface method, was proposed. All the functions are written in an explicit form by using the either diffuse approximation or the Kriging interpolation. Due to the presence of the nonlinear constraints, an iterative algorithm of type SQP, was used. To find the global optimum with precision and at lower cost an auto-adaptive research space is adopted. The results of three other applications highlight the interest of the optimization of the geometrical and operational parameters of the extrusion process. A die optimized numerically for multiple operating conditions and materials was produced. An experimental comparison allowed us to validate all the procedure of simulation and optimization put in place.NANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocALBI-ENSTIMAC (810042301) / SudocSudocFranceF

Optimization of the extrusion die for the manufacture of thermoplastic parts

L’objectif de nos travaux de recherches est d’homogénéiser la répartition des vitesses à la sortie des filières, par la maîtrise et l’optimisation des paramètres géométrique et opératoires. Une procédure d’optimisation, basée sur la méthode de surface de réponse, a été proposée. Toutes les fonctions sont écrites sous une forme explicite en utilisant soit l’approximation diffuse ou l’interpolation Krigeage. Compte tenu de la présence des contraintes non linéaires, un algorithme de type SQP, a été utilisé. Pour localiser l’optimum global avec précision, une procédure d’échantillonnage auto adaptatif de l’espace de recherche a été adoptée. Les résultats d’optimisation mettent en évidence l'intérêt de l’optimisation des paramètres géométriques et opératoires du procédé d’extrusion. Une filière optimisée numériquement pour une gamme différente de polymère a été réalisée et une comparaison expérimentale a permis de valider toute la procédure de simulation et d’optimisation mise en place.The objective of our research tasks is to homogeneous the velocity distribution on the outlet side of the die, through the control and the optimization of the geometrical parameters and operating conditions. An optimization procedure, based on the response surface method, was proposed. All the functions are written in an explicit form by using the either diffuse approximation or the Kriging interpolation. Due to the presence of the nonlinear constraints, an iterative algorithm of type SQP, was used. To find the global optimum with precision and at lower cost an auto-adaptive research space is adopted. The results of three other applications highlight the interest of the optimization of the geometrical and operational parameters of the extrusion process. A die optimized numerically for multiple operating conditions and materials was produced. An experimental comparison allowed us to validate all the procedure of simulation and optimization put in place

An optimization method with experimental validation for the design of extrusion wire coating dies for a range of different materials and operating conditions

International audienceThe objective of this article is to determine a wire coating-hanger melt distributor geometry to ensure a homogenous exit velocity distribution that will best accommodate a wide material range and multiple operating conditions (i.e., die wall temperature and flow rate change). The computational approach incorporates finite element (FE) analysis to evaluate the performance of a die design and includes a nonlinear constrained optimization algorithm based on the Kriging interpolation and sequential quadratic programming algorithm to update the die geometry. Two optimization problems are then solved, and the best solution is taken into account to manufacture the optimal distributor. The Taguchi method is used to investigate the effect of the operating conditions, i.e., melt and die wall temperature, flow rate and material change, on the velocity distribution for the optimal die. In the example chosen, the wire coating die geometry is optimized by taking into account the geometrical limitations imposed by the tool geometry. Finally, the FE analysis and optimization results are validated by comparison with the experimental data obtained with the optimal die. The purpose of the experiments described below is to investigate the effect of material change

Optimisation of extrusion flat die design and die wall temperature distribution, using Kriging and response surface method

International audienceA new optimisation methodology for the design of coat-hanger dies is presented. Two approaches are presented to optimise the velocities distribution across the die exit. In the first approach, we predict the optimal shape of a coat hanger die; in the second approach, to keep the same geometry and avoid design of a new die, we optimise the temperature of regulation in heterogeneous way. This method involves coupling a three-dimensional finite element simulation software and an optimisation strategy. For this optimisation, the Sequential Quadratic Programming algorithm and the global response surface method with Kriging interpolation are used

Comparaison between two designs of experiment using the response surface method in order to optimize the velocity distribution in a coat hanger die

International audienceBalancing the distribution of flow through a die to achieve a uniform velocity distribution across the die exit is one of the most difficult tasks of extrusion die design. The objective of this paper is to obtain a homogeneous velocities distribution at the die exit. In order to keep the same geometry and avoid design and manufacture of a new die, it seems very important to control the die thermally. For this, we optimize the wall temperature of regulation of a coat hanger die in a heterogeneous way, (i.e. the wall temperature may not be constant in the entire die). The temperature of regulation of the melt enables us to locally control the viscosity, which influences the flows in the various zones. The flow analysis results are then combined with an automatic optimisation algorithm that is based on a response surface methodology and a non linear constraint algorithm SQP with several strategies to provide a new profile of the die wall temperature distributions. Two designs of experiment are used and both results are then compared. Typically, for extrusion die design, the objective function states that the average velocity across the die exit is uniform. Constraints are used to limit and /or to control the pressure drop in the die