Simulation numérique et caractérisation expérimentale de la phase d'injection du moulage par injection à basse pression des poudres métalliques

Le moulage par injection des poudres metallique a basse pression est l’une des technologies de fabrication de pointe les plus interessante afin de produire des pieces de forme complexe possedant des proprietes elevees tout en etant rentable economiquement lorsqu’elles sont produites en faible volume. L’injection est l’une des etapes les plus importantes du procede de moulage des poudres metalliques a basse pression. Pendant cette etape, plusieurs defauts peuvent se produire tels que les marques de remplissage ou la segregation des poudres et des liants. Ainsi, la mauvaise comprehension de l’influence des parametres d’injection sur la formation de tel defaut limite encore aujourd’hui l’utilisation de ce procede a grande echelle dans l’industrie. L’objectif principal de ce projet est donc de simuler numeriquement l’etape d’injection dans une cavite de moule simple et de valider ces resultats experimentalement. Pour ce faire, certaines proprietes du melange comme la viscosite, la chaleur specifique, la densite et la conductivite thermique ont ete caracterisees puis implementer dans le logiciel de simulation Autodesk Moldflow Synergy 2019 afin de simuler par la methode d’elements finis la longueur injectee, la vitesse frontale du coule, le temps de remplissage, le taux de cisaillement et l’ampleur de la segregation des poudres apres une injection qui ont tous ete valides experimentalement par des injections a l’echelle reelle. Ces differentes proprieties thermiques et rheologiques du melange ont ete obtenues pour differentes tailles des particules de poudre (3, 7 et 12 μm) et differentes morphologies de la poudre (spherique et quasispherique, atomisee respectivement au gaz et a l’eau) en utilisant la meme formulation de liant polymerique (a base de cire, d’acide stearique et d’ethylene vinyle acetate) et la meme nature chimique pour la poudre metallique en acier inoxydable de grade 17-4 PH. Il a ete montre que les profils rheologiques de tous les melanges et l’intensite de la segregation dependent de la forme et de la taille de la poudre utilisee dans la formulation du melange. La longueur injectee, les temps de remplissage et la vitesse du front predite par le modele numerique etaient en bon accord avec les observations experimentales avec une difference relative faible inferieure a 4.4%. Comme les injections ont ete effectuees et simulees a debit volumetrique constant dans une cavite de moule de section transversale constante, les resultats du remplissage du moule confirment que la temperature de la charge n'a aucune influence sur les longueurs injectees. La segregation survenant lors de l'injection a egalement ete simulee avec succes confirmant que la fraction volumique de la poudre demeurait constante a travers la piece injectee. Les injections a l’echelle reelle de validation du modele confirment que le progiciel Autodesk Moldflow Synergy 2019 est un outil performant afin de predire le comportement d’un melange poudre-liant lors du remplissage d’une cavite de moule de forme simple. Ainsi, il a ete montre que le meilleur candidat pour l’injection est celui produit avec la poudre atomisee a gaz car il admet une moulabilite elevee et un faible potentiel de segregation par rapport au melanges avec les poudres atomisees a l’eau. Au meilleur des connaissances de notre equipe de recherche, la demonstration des performances de simulation numerique des melanges metalliques a base de cire a ete effectuee pour la premiere fois dans le cadre de cette etude (i.e., pour tous logiciels confondus).