Numerical simulation and experimental validation of low-pressure powder injection molding process using Moldflow

Résumé

Le moulage par injection de poudre à basse pression (LPIM) est une technique de fabrication utilisée pour produire des pièces présentant une complexité géométrique élevée et des propriétés mécaniques élevées à des coûts de fabrication inférieurs comparativement aux techniques conventionnelles telles que l'usinage ou le forgeage. Cette technique implique quatre étapes principales comprenant la formulation du mélange, l'injection, le déliantage et le frittage. Bien que toutes ces étapes soient importantes à contrôler, ce projet se concentre sur l'étape d'injection pour mieux comprendre le comportement d'écoulement et les profils de pression des mélanges dans la cavité du moule. À cet égard, il existe peu d'études portant sur le développement de l'étape d'injection à l'aide de mélanges à faible viscosité et, à la connaissance de l'auteur, la validation expérimentale des valeurs de pressions simulées n'a été effectuée qu'une seule fois à l'aide de deux cavités de moule de forme simple. L'objectif de ce travail est donc d'évaluer la capacité d’un logiciel de simulation numérique commercial à capturer l'influence des paramètres de procédé sur la pression d'injection. La simulation numérique a été réalisée par Autodesk Moldflow Synergy 2019, tandis que la validation expérimentale a été effectuée à l'aide d'injections à échelle réelle dans cinq (5) cavités de moule différentes avec une complexité de forme différente. Quatre mélanges différents formulées à partir de deux poudres différentes (atomisées à l'eau et au gaz) et à partir de deux fraction volumique de poudre (60 et 65 vol. %) ont été caractérisées pour obtenir des propriétés telles que la viscosité, la chaleur spécifique, la densité et la conductivité thermique qui ont finalement été implémentées dans le modèle numérique. Ces mélanges ont ensuite été injectées dans différentes cavités du moule et la pression a été enregistrée expérimentalement à l’entrée du moule. Les résultats numériques du modèle d'écoulement étaient en bon accord avec les données expérimentales pour différentes étapes de remplissage du moule. Étant donné que les injections ont été effectuées à l'aide d'un débit volumétrique constant, les résultats ont confirmé que les propriétés de la charge d'alimentation, la température de la charge d'alimentation et la température du moule n'ont aucune influence sur le patron d’écoulement. Les résultats de pression simulés étaient en bon accord avec les résultats expérimentaux sur la majorité du remplissage du moule avec une différence relative variant 30 à 64 % en fonction du mélange et des paramètres du procédé, y compris la capacité de prédire l'étape de remplissage associée aux changements de valeurs de pression.

Date	15 avr. 2022
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Vincent Demers (Directeur(-trice))