Étude numérique de la formation des soufflures dans le cas du moulage gravitaire avec coulée en source

Numerical study of air entrapment formation in the gravity bottom casting case

Unité de dynamique des fluides numérique et phénomènes de transfert, Département de génie mécanique, École nationale d'ingénieurs de Sfax, Route de Sokra, BP W 3038 Sfax, Tunisie

Auteur de correspondance : hammamimoez2003@yahoo.fr

Reçu : 10 Septembre 2007
Accepté : 10 Novembre 2008

Résumé

Dans ce travail, une étude bidimensionnelle du moulage par gravité avec coulée en source est entreprise par voie de simulation numérique. Le but de l'étude est de montrer les principales causes de la formation des soufflures dans les pièces moulées avec un tel procédé. La première partie de notre travail est consacrée à l'étude du jet libre à partir d'un bassin en vue d'optimiser la forme de la descente de coulée. Dans la deuxième partie, nous avons entrepris la simulation du remplissage d'un moule rectangulaire. Les équations de continuité, de mouvement et de matière régissant le comportement hydrodynamique du métal coulé, ont été résolues par la méthode des volumes finis. Pour prédire l'évolution du front de matière, la méthode de Volume de Fluide VOF a été utilisée. Nous avons analysé l'influence de la hauteur du bassin sur la forme du jet, et nous avons montré dans le cas de la coulée en source, l'importance de l'inclinaison de la surface des descentes du système d'attaque. Aussi, dans ce travail, nous avons étudié l'évolution temporelle de l'écoulement liquide au cours du remplissage d'une cavité rectangulaire en fonction de la vitesse de remplissage. Nous avons trouvé que l'augmentation du débit de coulage favorise la formation des pièges d'air ce qui engendre inévitablement des soufflures dans la pièce finale. Les résultats numériques obtenus sont validés par des comparaisons avec des résultats analytiques et expérimentaux antérieurs.

Abstract

In this work, a numerical model has been developed for the 2D simulation of the gravity bottom casting. Our objective is to show the main causes of the air entrapment formation in pieces obtained with this process. The first part of our work studies the jet from the basin draining orifice. In the second part, we simulate the filling of a rectangular mold. The governing equations, i.e., the continuity, momentum conservation and fluid transport equations, can be solved by the finite volume method. In order to determine the locations of the free surface, volume of fluid method VOF was adopted. The influence of the basin height on the jet form is examined and we have proved that the inclination of the surfaces of the sprue system is of a great importance to achieve a successful moulding process. Also, in this work, we have studied the temporal evolution of the liquid flow in the filling problem case as a function of the filling speed. It is found that an increase of the filling speed advantages the air entrapment formation. Finally, numerical results have been compared with analytic solution and existing experimental data and a satisfactory agreement has been found.