Processworks / QuikCAST Didacticiel Denis AUGUSTE Lyce de
Lorgues
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Didacticiel Partie 1 Le choix des paramtres L'objectif de ce
didacticiel est d'aider la comprhension et au choix des diffrents
paramtres. Le choix du procd Les pices de petite et moyenne srie
sont - quelques exceptions prs- (cire perdue par exemple) toujours
moules "au sable". C'est un procd souple qui demande peu
d'investissements. Les sables ( prise chimique) permettent une
prcision dimensionnelle souvent suffisante au regard des exigences
des clients, les zones demandant plus de prcision tant usines. On
retrouve cependant aussi ces procds en grande srie, par exemple,
pour le moulage de pices automobiles ; carters moteurs (en sable
vert), les systmes de freinage (sable vert) ou les arbres came
(croning) Il est possible de couler presque tous les alliages. Le
moulage en coquille gravitaire est lui plus utilis pour des pices
gnralement en alliage d'aluminium. Les investissements sont plus
consquents, cela est donc gnralement rserv aux sries de plus de
2000 pices. Le moulage sous pression s'adapte bien aux trs grandes
sries (en gnral plus de 20000 units), pour des pices en alliage
d'aluminium ou en zamak par exemple. Sont ainsi raliss; des carters
(alliages d'aluminium), des poignes de porte (zamak) des radiateurs
de composants lectriques (zamak)
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Didacticiel Le choix des matriaux L'alliage Les diffrents
alliages d'aluminium silicium ont des proprits mcaniques mais aussi
des proprits de fonderie diffrentes. L'ajout de cuivre modifie
l'usinabilit par exemple mais aussi -avec le magnsium- les
possibilits de traitement thermique. Un AS7G peut tre considr comme
courant, avec des caractristiques "moyennes". Les proprits des
alliages ferreux sont plus "tendues". En fonction des diffrents
lments d'alliage, un acier peut avoir une limite lastique, un
allongement, une rsilience, une tenue en fatigue, une tenue la
corrosion compltement diffrent. Le choix est trs vaste. De mme, les
proprits en fonderie varient grandement. Sont distingus ici les
aciers bas carbone des aciers haut carbone. En ce qui concerne les
fontes, avec du graphite sphrodal, elles ont des caractristiques
mcaniques qui se rapprochent de certains aciers. Les fontes
graphite lamellaire sont les plus simples mettre en uvre, les moins
coteuses, et ont de bonnes proprits de fonderie. Le moule En moule
permanent, le moule mtallique est impos. En moulage sable, deux
choix sont proposs : Sable vert (silico-argileux) : cest de la
silice mlange avec de largile (bentonite par exemple) et de leau.
C'est le plus utilis en grande srie. Le cot est modr et le
recyclage presque total. Les noyaux utiliss dans ces moules sont
tout de mme raliss en sable prise chimique. Sable prise chimique :
c'est une (des)rsine(s) qui vient lier les grains de la silice sous
l'action d'un durcisseur ou catalyseur (sous forme liquide ou
gazeuse). Les caractristiques mcaniques du sable obtenu sont bien
meilleures, il est possible d'obtenir un meilleur tat de surface
mais le recyclage est dlicat et coteux. En ce qui concerne
l'paisseur du moule, 100mm en moule non permanent (sable) et 50mm
en moule permanent sont des choix pertinents.
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Didacticiel Le volume d'entre du mtal Pour le moulage
gravitaire, il doit correspondre la dimension du jet de mtal
liquide. Pour que la simulation puisse tre effectue, il faut que sa
section ne dpasse pas de celle de la face de remplissage
slectionne. Il est donc prfrable de cliquer bien au centre de la
face de remplissage choisie. Une hauteur de 10mm suffit.
Gnralement, on dfinit une forme cylindrique en moulage sable. Elle
est plus souvent paralllpipdique en coquille. (Cf. systme de
remplissage) Pour le moulage sous pression, il doit correspondre au
devant du "vrin" d'injection. Il faut donc faire une extrusion de
la surface de remplissage slectionne. Une hauteur de 10mm suffit.
Taille de la grille (maillage) Une grille grossire fournira souvent
des rsultats approximatifs mais elle assure des calculs rapides qui
permettent de visualiser le comportement global et ventuellement
dtecter des erreurs de paramtrage. Il est donc prfrable de toujours
commencer par effectuer un tel calcul, peu coteux en temps.
Ensuite, si ncessaire, une seconde simulation avec une grille
moyenne est effectue. Enfin, l'utilisation d'une grille fine
augmente fortement les temps de calcul et cela reste difficilement
envisageable lors d'un TP. Cependant, cela permet de visualiser
prcisment ce qui se passe dans l'ensemble de la grappe et pour une
prsentation ou dmonstration, avec une simulation faite l'avance,
c'est visuellement plus agrable.
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Didacticiel Conditions initiales Temprature initiale Ce
paramtre correspond la temprature d'entre du mtal dans le moule. En
gnral, avec une surchauffe (en entre de moule) de l'ordre de 100C
pour les alliages d'aluminium, et de 150C pour les alliages
ferreux. Valeur de la pression Cette pression correspond la
pression dynamique lie la hauteur de chute du mtal. Une valeur de
2000Pa assure un remplissage raliste. Permabilit du moule Pour
tenir compte de la contre pression gnre par l'air contenu dans
l'empreinte lors de la coule, il faut dfinir la permabilit du moule
en sable, au travers duquel passeront les gaz. Une valeur moyenne
correspond 140 (GF). Nota: la permabilit des sables prise chimique
est bien plus faible mais on pratique gnralement des vents ou
tirages d'air. En moule permanent, la permabilit est nulle, il faut
donc placer des vents sur la grappe. Ils ne sont pas ncessaires
pour la simulation. Temprature initiale du moule En moulage sable,
les moules sont temprature ambiante (20C) mais en moule permanent,
la coquille est thermorgule environ 250 350C (cela varie suivant
les pices, les alliages et les procds). Vitesse du mtal Destin au
procd sous pression, ce paramtre est li la vitesse du "vrin"
d'injection du mtal. Une valeur de 40m/s permet une simulation
raliste. Dfinition de la gravit Ce paramtre permet de dfinir la
direction, le sens et l'intensit de la gravit. Slection des options
de calcul Il faut slectionner un calcul de solidification seule ou
de remplissage suivi de la solidification (Cf. didacticiel
solidification et masselottage) Temps maximal (de calcul) Pour ce
paramtre, il faut considrer ce qui a t fait prcdemment (procd,
permabilit, taille de la pice). Il peut cependant tre intressant de
se limiter une valeur prcise, notamment si l'on craint par exemple
que l'empreinte ne soit pas totalement remplie (et donc que les
temps de calcul soient trs longs). Temprature d'arrt du calcul Ds
que l'ensemble de la grappe est compltement solide, il n'est plus
utile de continuer le calcul. On dcidera donc d'arrter le calcul
lorsque toutes les parties seront sous la temprature de
solidification. On choisira :500C pour les alliages d'aluminium.
1000C pour les ferreux
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Didacticiel Partie 2 Analyse des rsultats L'objectif de ce
didacticiel est d'aider la comprhension de la pertinence des
rsultats. Analyse du remplissage La premire analyse peut tre :
l'empreinte est elle correctement remplie? Si ce n'est pas le cas,
il se peut : Que le systme de remplissage soit mal dfini (voir
didacticiel n3) Que la surchauffe (temprature initiale) soit trop
faible Que la pice et l'alliage soient mal adapts (paisseur trop
faible, problme de coulabilit) Que le temps maximal de calcul
(temps maximal de solidification) soit trop faible Que la pression
initiale soit trop faible Que la permabilit du moule soit trop
faible Que la vitesse de remplissage (en sous pression) soit trop
faible Le second constat peut-tre : le temps de remplissage obtenu
est il conforme aux attentes?
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Didacticiel Analyse de la solidification C'est ici que l'on va
dceler les zones o ont tendance apparatre les dfauts et visualiser
l'effet des masselottes (Cf. didacticiel solidification et
masselottage) Pour faire cela, il est possible de visualiser
l'volution de la fraction solide et donc dterminer les dernires
zones solidifies : Slectionner : fraction solide Cliquer sur l'icne
iso surface et choisir une valeur suprieure 0,2. Regarder
l'volution dans le temps. L'autre possibilit est de visualiser la
prdiction des "porosits" (retassures). Si l'on s'intresse aux
macro-retassures seules, il faut alors cliquer sur l'icne iso
surface et choisir une valeur suprieure 20%.
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Didacticiel Partie 3 Le systme de remplissage L'objectif de ce
didacticiel est d'aider la comprhension et la conception du systme
de remplissage En gravitaire Le support pdagogique peut tre un
volume remplir (ici une plaque verticale perce), avec une attaque
latrale, typique du moulage en coquille. (Le fichier est propos en
exemple) Nous allons nous attacher regarder l'influence du diamtre
de la descente de coule sur le temps de remplissage. C'est
traditionnellement ce qui est calcul par les fondeurs, la section
des canaux et des attaques se dterminant avec l'chelonnement
choisi. Le cas du procd sous pression est abord plus loin.
Paramtres de simulation proposs : Moulage au sable par gravit
Alliage AS7G Matriau moule: Sable vert d'paisseur 200mm Arrive du
mtal : Cylindrique de diamtre 20mm (10mm de hauteur) Grille de
taille moyenne Temprature initiale 720C Pression 2000 Pa Permabilit
140 GF Temprature initiale du moule 20C
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Didacticiel Diamtre (mm)4681012 Tr (s)531463,72,2 Effectuons
les simulations en prenant un diamtre de descente de 4, 6, 8, 10
puis 12mm. Nota1: Si une fentre apparait avec un message d'erreur,
il est fort probable que le volume d'entre soit mal dfini (plus
large que la face qui le supporte) Nota2 : la section d'attaque
doit varier pour respecter l'chelonnement choisi. La plupart des
cas s'accommodent d'un chelonnement 1-1-1. Si l'on regarde le temps
de remplissage, on observe On remarque que la variation n'est pas
linaire. Le temps de remplissage est plutt inversement
proportionnel la section de remplissage et donc au carr du diamtre.
En moulage gravitaire au sable, les temps de remplissage sont
gnralement de 3s 5s pour les pices courantes, (plusieurs kilos),
jusqu' 12s pour les grosses pices (plusieurs centaines de kilos) et
30s et plus pour les trs grosses ralisations (plusieurs
tonnes).L'paisseur "reprsentative" de la pice est un paramtre
important car il faut remplir avant que le mtal ne fige (On crit
Tr