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Injection plastique: identifier les problèmes avant même la fabriction du moule Contrôler l'homogénéité des pièces injectées

Rédacteur: Gilles Bordet

>>Sigma Engineering GmbH (Aachen, Allemagne) a présenté lors de la dernière conférence EuroPM 2014 une version de Sigmasoft permettant une avancée majeure dans le procédé PIM (Powder Injection Molding): la possibilité de simuler la ségrégation poudre-matrice.

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Sigmasoft Virtual Molding prédit la concentration en particules dans les applications PIM avec l’aide d’un nouveau modèle, identifiant les zones où se produit la ségrégation poudre-matrice.
Sigmasoft Virtual Molding prédit la concentration en particules dans les applications PIM avec l’aide d’un nouveau modèle, identifiant les zones où se produit la ségrégation poudre-matrice.
(Image: SIGMA Engineering GmbH)

Cet outil précieux permet aux producteurs de pièces PIM d’identifier d’éventuels problèmes de qualité avant que le moule ne soit usiné, et donc de réduire drastiquement les rebuts et d’améliorer la profitabilité.Le procédé de fabrication PIM comprend plusieurs étapes. Débutant par le moulage par injection de la matière première (feedstock). L’une des raisons les plus communes du rebut des pièces est le phénomène de ségrégation qui survient précisément durant la phase de moulage. Jusqu’à maintenant, les défauts de ségrégation ne sont détectés qu’à la fin du procédé de fabrication quand la pièce est frittée, ou la seule action possible est de trier les rebuts.

Pronostics fiables et réductions des coûts

Sigmasoft Virtual Molding permet un pronostic sur comment la conception du moule, les paramètres du processus, le feedstock, et le design de la pièce influencent la concentration locale de particules. Il fournit de plus une base de décision sur la conception de la pièce et du moule et évite ainsi les coûts de modification et de mise au point ultérieurs. Les zones ayant une faible concentration de particules sont des zones où les particules ont été ségrégées et où les problèmes d’aspect et de fonctionnalités peuvent survenir dans une application PIM.

La première rupture dans la simulation du moulage par injection des poudres est survenue il y a quatre ans, quand des modèles ont été implémentés dans Sigmasoft pour reproduire avec précision l’écoulement d’un feedstock. Les recherches ont été poussées pour la modélisation de la rhéologie, des propriétés thermo-physiques et de solidification d’une large gamme de feedstock MIM. En retour, le gradient du taux de cisaillement a été identifié comme étant la principale source de la ségrégation des particules.

Ce modèle de ségrégation basé sur le cisaillement fonctionnait bien pour les matières contenant un faible taux de particules. Cependant, il a été trouvé que pour les feedstock dont le taux de particules atteignait une valeur entre 55 et 65%, la forte densité de particule nuisait au déplacement: dans les régions où la densité de particule augmente, le cisaillement induit ne suffisait pas à produire de la ségrégation, car une particule était limitée dans ses mouvements par ses voisines. Par la suite il a été découvert qu’en plus du cisaillement, des effets supplémentaires relatifs à la concentration dans la pièce pouvaient affecter la ségrégation.

Maitriser une viscosité à géométrie variable

La concentration en particules affect également la viscosité : dans les régions pauvre en poudre, la viscosité est faible et comme le taux de particule augmente, la viscosité augmente en suivant une relation de loi de puissance. De plus, dans des zones comme le centre d’un canal d’écoulement, la viscosité peut atteindre des niveaux très élevés, tandis que le feedstock continue de s’écouler lentement en bordure du canal.

Ces corrélations ont été incorporées dans la simulation, et dans le futur un rétro couplage entre la viscosité et la ségrégation des particules sera pris en compte: la ségrégation des particules affecte l’écoulement (et donc la qualité de la pièce verte) et la viscosité affecte la ségrégation des particules. En conséquence, la précision de l’écoulement d’un feedstock en est améliorée.

Les modèles développés récemment considèrent l’influence combinée du gradient du taux de cisaillement, de la viscosité, de la concentration en particules et du gradient de température. Ils délivrent donc une prédiction fiable des zones où des problèmes de qualité peuvent subvenir. Sur la Figure 1, la concentration de particules sur une application industrielle est présentée. Ce fermoir de montre (Alliance, France) a des impératifs très élevés de qualité de surface. Le résultat de concentration de particule produit par Sigmasoft Virtual Molding prédit des régions de faible concentration, où la ségrégation poudre-matrice amènera des problèmes de qualité. <<

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