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1 - QUALITÉ DES PIÈCES ET DÉFAUTS DE FONDERIE

2 - RÉPARATION ET CORRECTION DES DÉFAUTS

3 - DIRECTIVES GÉNÉRALES DE CONCEPTION DES PIÈCES

4 - SIMULATION NUMÉRIQUE DU REMPLISSAGE ET DE LA SOLIDIFICATION

| Réf : M3638 v1

Simulation numérique du remplissage et de la solidification
Fonderie d’aluminium : défauts et conception des pièces

Auteur(s) : Jean-Jacques PERRIER †, Sylvain JACOB

Date de publication : 10 sept. 2004

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INTRODUCTION

La qualité d’une pièce moulée peut être définie comme son aptitude à satisfaire les exigences spécifiées par le cahier des charges du client. Elle dépend de la conception de la pièce par le donneur d’ordres, et du soin apporté à sa réalisation par le fondeur, qui doit maîtriser un grand nombre de paramètres de fabrication.

La recherche de cette qualité passe entre autres par la reconnaissance et la description des anomalies ou défauts qui peuvent se produire au cours du processus de fonderie, indispensables pour la mise en place d’actions correctives. Les défauts que l’on observe sur les pièces moulées en alliages d’aluminium sont analogues à ceux rencontrés avec d’autres métaux et alliages, avec néanmoins des particularités qui leur sont propres, comme leur grande oxydabilité à l’état liquide et leur tendance à dissoudre l’hydrogène. Ces défauts seront examinés dans la première partie de l’article.

La conception des pièces ne peut se faire sans tenir compte du procédé de moulage adopté. La diversité de ces procédés dans le cas des alliages d’aluminium implique certaines règles élémentaires, dont la bonne application conditionne l’obtention de pièces de qualité. Les techniques numériques dites de « prototypage virtuel », qui vont du calcul dimensionnel jusqu’à la simulation du remplissage, de la solidification et du refroidissement, permettent une meilleure conception des pièces et une amélioration de leur qualité, ainsi qu’une réduction significative des coûts et des délais de mise au point.

Nota :

L’étude complète du sujet comprend les articles :

  • – Fusion des alliages d’aluminium ;

  • – Moulage des alliages d’aluminium. Généralités. Moules destructibles ;

  • – Moulage des alliages d’aluminium. Moules permanents ;

  • [M 3 638] – Fonderie d’aluminium : défauts et conception des pièces (le présent article) ;

  • – Fusion, moulage et fonderie des alliages d’aluminium. Pour en savoir plus.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m3638


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4. Simulation numérique du remplissage et de la solidification

4.1 Généralités

La réalisation d’une pièce moulée met en œuvre un grand nombre de paramètres physiques, physico-chimiques et technologiques qui, s’ils sont mal maîtrisés, peuvent conduire à des rebuts importants. En particulier, la mise au point des moules est souvent longue et coûteuse si elle ne fait appel qu’à des règles empiriques.

La nécessité de réduire les délais et les coûts de mises au point a favorisé le développement de la simulation numérique du remplissage des moules et de la solidification des pièces [26]. Des logiciels « métiers complets » sont maintenant à la disposition des fondeurs, et sont souvent intégrés dans des chaînes complètes de conception des pièces moulées : calculs de dimensionnement, simulation du remplissage et de la solidification, conception de l’outillage et de ses conditions de fonctionnement. Les progrès des processeurs ont fortement contribué à rendre plus performants ces logiciels, et ont raccourci à quelques jours voire à quelques heures les temps de calculs des phases de remplissage et de solidification. La baisse des prix du matériel informatique a facilité en outre l’introduction de la simulation dans de nombreuses fonderies.

Les logiciels existants s’appliquent quasiment à tous les procédés de moulage traditionnels, auxquels il faut ajouter le semi-solide (rhéomoulage et thixomoulage) et le lost foam. La simulation numérique offre ainsi la possibilité pour les fondeurs de « voir à travers le moule » et de visualiser ainsi les phénomènes physiques réels qui se produisent au cours du remplissage de l’empreinte et de la solidification des pièces, phénomènes qu’il n’est pas toujours facile de prévoir compte tenu de la complexité de forme des pièces moulées. Elle reste avant tout un outil de validation et d’optimisation des solutions techniques choisies par le bureau d’études, instaure une base de dialogue entre les différents acteurs du développement de nouvelles applications, « archive » d’une certaine manière le savoir-faire de la fonderie utilisatrice, permet d’énormes gains de temps en mise au point des moules et des pièces, et rend ainsi la fonderie plus compétitive.

Les logiciels sont en perpétuelle évolution, et le couplage plus ou moins fin entre les modèles macroscopiques (hydrauliques, mécaniques et thermiques) et microscopiques...

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