Simulation numérique et validation expérimentale de la phase d’injection de poudres métalliques à basse pression

Résumé

Le moulage par injection de poudre métallique à basse pression (LPIM) est une technique de mise en forme des pièces de forme complexe fabriquées en moyen volume. Il est caractérisé par un coût de fabrication réduit par rapport aux techniques de fabrication conventionnelles tout en gardant de bonnes propriétés mécaniques aux pièces finales. Cette technique comprend les étapes principales suivantes : la préparation du mélange, l’injection, le déliantage et enfin le frittage. Ce projet s’intéresse principalement à la phase d’injection afin de mieux comprendre le comportement de l’écoulement du mélange à l’intérieur de cavités. La simulation de cette étape est primordiale pour remédier aux défauts que peuvent apparaître lors de l’injection comme les lignes de soudure ce que réduit le nombre des essais de fabrication et donc une réduction du coût. Ainsi, des simulations numériques de l’injection ont été effectuées et validées à l’aide d’essais expérimentaux afin de confirmer le potentiel des logiciels commerciaux à prédire avec précision l’étape d’injection du procédé LPIM. Afin d’atteindre ce but, un mélange à base de l’acier inoxydable 17-4 PH et un ensemble de liants a été préparé. Une caractérisation de mélange comme la viscosité, la chaleur spécifique et la conductivité du mélange était faite expérimentalement et introduite par la suite dans le logiciel de simulation numérique Autodesk Moldflow Synergy 2019. Pour comparer les résultats numériques avec les données expérimentales, le mélange a été injecté à trois températures (80, 90 et 100°C) dans deux moules de formes différentes avec trois épaisseurs différentes. Les résultats numériques de la longueur injectée et la vitesse de front d’écoulement étaient en bon accord avec les données expérimentales avec une différence relative inférieure à 3.7%. De plus la simulation a confirmé que la température de mélange n’a aucun effet sur la longueur et la vitesse de front puisque les injections ont été faites avec un débit volumique constant. Les profils de pression simulés étaient en bon accord avec les résultats l’expérimentaux sur la majorité de la zone de remplissage du moule avec une différence relative inférieure à 8,3%, mais ils ont une tendance à diverger de celles mesurées avec les capteurs à la fin du remplissage du moule. Cette surestimation de la pression simulée a été attribuée à l'air emprisonné qui a été observé indépendamment de la forme du moule, de la température du mélange, de l'emplacement du capteur et de l'épaisseur du moule. La diminution de la pression d'injection avec une augmentation de la température de mélange ou une augmentation de la cavité du moule de section transversale ont été presque parfaitement saisies par le modèle numérique pour la zone de remplissage inférieure à 75%.

Date	14 sept. 2020
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Vincent Demers (Directeur(-trice)) & Louis Dufresne (Codirecteur(-trice))