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Simulation en moule thermiquement fini

20/11/2013

Projet X1C2071
Les règles de masselottage actuelles reposent sur la notion fondamentale du lien entre le temps de solidification d’une pièce et son module.

Cette règle n’est cependant valable que si l’intégralité de l’énergie cédée par la pièce est stockée par le matériau de moulage (cas du moule thermiquement infini).

Pour les procédés de fonderie en sable, ce domaine de validité est généralement bien respecté.

En coquille, et notamment du fait de la température et de l’épaisseur du moule, il a été nécessaire de dégrader cette relation fondamentale pour obtenir un modèle empirique permettant d’établir des règles de masselottage.

En moulage cire perdue, il n’existe aujourd’hui aucun modèle et donc aucune méthode de masselottage fiable.
Or l’épaisseur locale de la carapace en fonderie cire perdue, est plus importante dans certaines zones, et surtout ces zones offrent très peu de surface d’échanges thermiques avec l’air ambiant. Ceci démontre de façon évidente que le temps de solidification d’une pièce dans une carapace n’est pas uniquement lié à son module.

Objectifs

L’objectif de ce projet est donc de définir un modèle thermique permettant de déterminer les temps de solidification de chaque partie d’une pièce se solidifiant dans un moule échangeant de la chaleur avec le milieu ambiant.

Travaux réalisés

Une vaste étude bibliographique, difficile à réaliser en raison de la coexistence de nombreux articles contradictoires, a été finalisée.

Un modèle analytique 1D a été mis au point.
Une difficulté a été rencontrée pour incorporer le refroidissement de la carapace entre la sortie du four et la coulée dans le modèle. Par ailleurs on a rencontré une autre difficulté pour obtenir un jeu de paramètre unique (coefficients de transfert convectifs aux interfaces et conductivité thermique) permettant une simulation des coulées représentatives de la réalité.

Toutefois, dans des conditions simplifiées, la simulation d’une pièce 1D avec ProCast autorise la validation du modèle analytique développé sous Mathématica. Les sensibilités calculées permettent d’optimiser les positions des thermocouples dans la carapace.
L’estimation des coefficients d’échange aux interfaces à l’aide du modèle théorique est en bonne voie.

Points majeurs

Dans le cadre de la thèse dédiée au projet, une première étape a été franchie : celle de l’élaboration d’un premier modèle théorique, à l’échelle 1D, autorisant une estimation des échanges thermiques conduisant à la solidification d’une pièce dans un moule échangeant largement de la chaleur avec son milieu ambiant.

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