Ségrégation de phases dans les écoulements de polymères fondus chargés en poudres métalliques

Fluid and powder segregation for polymer flows with hight concentration of metallic powders

Équipe Modélisation et Mise en Forme des Matériaux, Laboratoire de Mécanique Appliquée R. Chaléat, UMR CNRS 6604/ENSMM Besançon, 24 chemin de l'épitaphe, 25030 Besançon, France

Auteur de correspondance : jean-claude.gelin@univ-fcomte.fr

Reçu : 10 Juin 2003
Accepté : 7 Novembre 2003

Résumé

Le moulage par injection de poudres métalliques consiste à injecter des mélanges polymères/poudres métalliques. Durant l'écoulement de ces mélanges dans les moules, il peut se produire des effets de ségrégation de phases, conduisant à des défauts de formes, de propriétés physiques et mécaniques lors des étapes ultérieures du procédé. Un pilote expérimental de moulage par injection métallique, précédemment mis au point au laboratoire, est utilisé pour réaliser des composants moulés permettant d'analyser les différentes étapes du procédé. Une méthode expérimentale est développée pour déterminer la répartition de densité sur divers types de composants moulés. Une modélisation de ces phénomènes à partir de la théorie des mélanges pour les écoulements bi-phasiques est proposée. La simulation numérique des écoulements de polymères chargés en poudres solides a été développée. Enfin des exemples de simulation de remplissage, avec analyse prédictive des zones de ségrégation, sont donnés et des comparaisons calculs-expériences montrent le degré de validité de l'approche proposée.

Abstract

Metal injection moulding process consists to inject a mixture of a thermoplastic binder and metallic powders. During mould filling, the segregation of metallic powders and thermoplastic binder frequently arises mainly due to poor mould design. This phenomenon induces lot of defects during the subsequent stages of the process. An experimental pilot developed in the laboratory has been used to manufacture a group of moulded components. An experimental method has been developed to measure the local density for moulded components. The modelling of mould filling for metallic injection moulding is considered using a two-phase model. A numerical algorithm based on a fractional steps method has also been developed. An example of tensile test specimens filled with one or two inlets is considered. Numerical and experimental comparisons on local density values have been chosen to validate the approach.