La simulation en fonderie
Un des grands enjeux pour la fonderie est de fabriquer des pièces de plus en plus complexes et bonnes du premier coup en utilisant le moins d’énergie possible.
Il existe aujourd’hui différents logiciels qui permettent de simuler le remplissage et la solidification du métal dans le moule. Ces logiciels résolvent les équations qui modélisent la plupart des éléments de comportement des matériaux dans le processus de fonderie :
- Mécanique des fluides couplée avec la thermique pour le remplissage,
- Thermique couplée avec la métallurgie pour la solidification,
- Thermique couplée à la mécanique pour le refroidissement en phase solide.
La simulation permet de prévoir le comportement de l’alliage pendant toute la phase de remplissage, aussi bien en coulée par gravité en sable ou en moule métallique, qu’en injection sous pression.
Les cartographies obtenues à partir de la simulation montrent :
- Le positionnement et le type de défauts dus au comportement des alliages métalliques pendant la solidification (retassures, microporosités),
- L’emplacement et le dimensionnement du système d’alimentation (position et taille des masselottes, nécessité de refroidisseurs),
- Le champ de contraintes et les déformations dans la pièce après démoulage ainsi que la prévision des microstructures dans chaque zone de la pièce.
La fiabilité des prévisions dépend de la représentativité des modèles de comportement implémentés dans le logiciel (donc de l’éditeur du logiciel) mais aussi des données introduites par le technicien ainsi que de la qualité des bases de données des propriétés des matériaux utilisés lors de la simulation.
La connaissance des propriétés thermo-physiques des matériaux (alliage et moule) est la partie sensible de la simulation numérique des procédés de fabrication comme la fonderie. Certaines propriétés sont difficilement mesurables expérimentalement et le coût est excessif. La solution consiste alors à faire du recalage de la simulation à partir de cas industriels afin de s’approcher au mieux de la réalité et d’en déduire les propriétés inconnues ou imprécises du matériau à étudier.
La simulation numérique des procédés de fonderie devient un outil incontournable, de nos jours, pour optimiser ces procédés et obtenir des produits conformes du premier coup.
