Laboratoire de formage et de collision de Waterloo

Université de Waterloo, Waterloo, Ontario
Que fait l'installation

Fabrication de matériaux et de structures de poids léger et essais de performance

Domaines d'expertise

Le laboratoire est une installation de classe mondiale qui se consacre à la caractérisation et à la simulation par ordinateur en vue de fabriquer (par façonnage de la tôle) des structures légères pour le secteur des transports et d’en analyser le rendement (résistance aux chocs). Il s’agit d’un des rares laboratoires universitaires au monde qui se penchent à la fois sur la fabrication et le rendement. Dans le cadre d’un programme de recherche de plusieurs millions de dollars, les chercheurs du laboratoire travaillent en étroite collaboration avec les fabricants d’équipement d’origine pour automobile, les fabricants de pièces de rechange de premier rang et les fournisseurs de matériaux. Ils mènent des recherches à long terme au niveau de la maîtrise ainsi que des recherches et des essais exclusifs à court terme.

Services de recherche
  • Caractérisation constitutive des matériaux légers (essai de traction et de compression à la température ambiante et à des températures élevées)
  • Caractérisation des matériaux à une vitesse de déformation élevée (allant jusqu’à 1 000/s)
  • Caractérisation de la formabilité de la tôle à des températures chaudes et élevées
  • Estampage à chaud (durcissement par écrouissage) d’aciers à très haute résistance
  • Essais de résistance à l'impact à grande échelle pour les composantes/les sous ensembles et les structures
  • Simulation numérique et élaboration de modèle matériel pour toutes les activités susmentionnées (en mettant l’accent sur l’utilisation du programme LS-DYNA et AutoForm)
Secteurs d'application
  • Aérospatial et satellites
  • Automobile
  • Technologies propres
  • Défense et industrie de la sécurité
  • Fabrication et transformation
  • Mines, minerais et métaux
  • Transport

Laboratoire spécialisé

Équipement

Fonction

Infrastructure de formage des métaux

 

Grande presse de formage de 900 tonnes

Munie d’une table de 1 200 mm x 1 800 mm, cet appareil à un triple effet grâce à un grand four pour chauffage du flan et système automatisé de transfert des flans. Le principal poinçon a une vitesse d’approche rapide pour l’estampage à chaud et la presse est munie de 24 zones de commande pour le chauffage de matrice.

 

 

Moyenne presse d’estampage à chaud de 125 tonnes

Munie d’un poinçon rapide d’une vitesse de façonnage pouvant aller jusqu’à 125 mm/s pour l’estampage à chaud (durcissement par écrouissage). Le four a une aire interne de 600 mm x 900 mm et un système de commande de 3 zones pour assurer une distribution uniforme de la température, ce qui permet de chauffer les flans jusqu’à 950 °C en moins de 3 minutes.

  Robot à six axes pour la manutention de matériaux à des vitesses ou des températures élevées Le robot a une charge utile de 200 kg. Il est doté d’un système de vision en 3D et d’un système d’application de lubrifiant de précision.

 

Appareil de caractérisation du coefficient de friction

Essai de compression par torsion pour déterminer le coefficient de friction entre l’échantillon d’intérêt et les outils utilisés. Capacité de friction à température élevée de 500 °C maximum.

  Caractérisation constitutive des matériaux Essai de traction uniaxiale avec correlation d’images numériques in situ et/ou extensomètres biaxiaux pour déterminer la valeur R. Capacité de résistance à une température élevée allant jusqu’à 300 ºC à l’aide de l’enceinte à atmosphère contrôlée.
  Appareil de pliage en forme de V Cadre d’essai optique conçu sur mesure, adapté à la corrélation d’images numériques en 3D et conforme à la norme VDA 238-100. Permet de vérifier la capacité de rupture-déformation lors des essais de compression uniaxiale et en état de déformation plane.
  Appareil d’essai pour le formage de dôme Permet de réaliser des essais Nakazima et des essais Marciniak.

Installations pour essais au choc à grande échelle

Infrastructure d’essais de résistance aux chocs

Installation de catapulte de 170 kJ pour essayer les éléments structuraux, comme des tubes de compression, des butoirs, des poutrelles anti-choc latéral et autres sous-ensembles d’une capacité de charge utile de 1 400 kg. Vitesse terminale de 50 km/h pour une charge utile de 1 000 kg et de 90 km/h pour une charge utile de 100 kg. Barrage des chocs de 800 kN. Caméras à grande vitesse (Photron) pouvant aller jusqu’à 300 000 images par seconde. Capacité de décélération de 100 g.

Infrastructure de caractérisation des matériaux à une vitesse de déformation rapide

Barres de pression d’Hopkinson en traction

Essai de traction des matériaux, allant du titane (aérospatiale) à l’aluminium (automobile). Régime de vitesse de déformation : de 500 à 1 500 s-¹, plage de température : jusqu’à 300 ºC, caméra vidéo à grande vitesse de 300 000 images par seconde.

 

Appareil hydraulique à vitesse de déformation intermédiaire

Essai de traction uniaxiale à des vitesses de déformation allant de 1,0 à 100 s-¹. Des essais de cisaillement de la tôle (continus ou interrompus) peuvent également être menés à l’aide de cet appareil.

 

  • HPV-X2 de Shimadzu (2)
  • FASTCAM SA-Z de Photron (2)
  • FASTCAM SA5 de Photron (2)
  • Mini AX100 de Photron (2)

FASTCAM SA4 de Photron

Caméras vidéo à haute vitesse (jusqu’à 10 000 000 images par seconde).

  Caméras FAST-IR 2K de Telops (2) Caméras infrarouges pouvant enregistrer jusqu’à 90 000 images par seconde et permettant de détecter la rupture d’un matériau à haute vitesse.
  • Alcan International Ltd.
  • ArcelorMittal-Dofasco
  • Cosma International (Magna)
  • Dana Holding Corporation Canada
  • D.A. Stuart Inc.
  • Eagle Precision Technologies
  • Ford Motor Company
  • General Motors Company
  • Honda R&D Americas Inc.
  • Materials and Manufacturing Ontario (MMO)
  • Nova Steel Inc.
  • Novelis
  • Pratt & Whitney Canada
  • Research In Motion (RIM)
  • Toyota Technical Center
  • U.S. Steel Canada (Stelco)
  • Rivian
  • General Dynamic Land Systems
  • Ministère de la Défense nationale
  • Bowman Precision Tooling
  • Cleveland-Cliffs (anciennement AK Steel)
  • Fiat Chrysler Automobiles (FCA)
  • Arconic
  • CANMET
  • Magnesium Elektron
  • Institut américain de développement du marché de l'acier (SMDI)
  • Auto/Steel Partnership
  • Consortium ontarien de fabrication avancée (AMC)
  • Conseil national de recherches Canada