Contexte

Les outillages en acier permettant de réaliser des pièces injectées en polymère ou métal (alliages d’aluminium, de zinc ou de cuivre) doivent être refroidis. 
Dans le cas de la fonderie sous-pression, la méthode et l’efficacité du refroidissement ont un impact direct sur la qualité des pièces, la durée de vie des outillages et, dans un moindre effet, sur le temps de cycle : donc un impact sur le coût final des pièces produites.

Traditionnellement, les outillages sont régulés grâce à des perçages permettant de faire circuler de l’eau dans l’outillage. La fabrication additive permet de réaliser des canaux de régulation complexes favorisant ainsi le refroidissement des pièces plus rapidement et de façon homogène.

Objectifs

Le projet INFINITE a pour  objectif une étude de faisabilité d’une solution Multi-Matériau associée à du Conformal Cooling (MM-CC) pour la réalisation d’empreintes de moule en fonderie sous-pression. L’étude utilisera la simulation numérique pour tester différentes combinaisons de matériaux et de techniques de Conformal Cooling.

Bénéfices attendus

Par la réalisation de ce démonstrateur et d’une étude technico-économique associée, il sera possible de donner des règles de conception, ainsi que les avantages de l’utilisation de la fabrication additive métal couplée à l’utilisation de multi-matériaux pour diminuer le coût des pièces injectées pour le secteur de la fonderie.

Avancement

L’intégration de la fabrication additive constitue un atout majeur de ce projet. En effet, l’une des phases les plus importante est la matrice d’aide au choix du couple matériau/process afin de déterminer la pertinence de la technologie en fonction du matériau, de la technologie et des couts correspondants. La subtilité dans cette démarche réside dans le choix de la combinaison du couple de matériaux la plus pertinente en termes de stabilité métallurgique, de performances mécanique et thermique des circuits de refroidissement. Le choix s’est porté sur le Dievar et le cuivre pur pour la technologie Metal Bonding Diffusion, couramment appelée Compaction Uni- Axiale à chaud de la société HTS avec la variante Itherm.

La technologie iTherm® Tool de HTS produit à partir de blocs d’acier à outils forgés ou laminés des pièces à l’aide de la technologie MFT (Metal Fusion technology). Il s’agit d’une technologie permettant de construire un composant à corps unique avec des propriétés mécaniques intéressantes en intégrant des canaux de Conformal Coolling en mono ou en bi-matériaux.

Trois démonstrateurs ont été réalisés :

• Un démonstrateur industriel pour la fonderie sous pression en Dievar avec des canaux de Conformal Cooling réalisés en cuivre pur.
• Un deuxième démonstrateur de même configuration en Dievar uniquement, utilisé comme pièce de référence, et
• Un démonstrateur académique Dievar/Cuivre afin d’évaluer la métallurgie et les performances thermiques sur un banc d’essai en coquille gravité.

En plus de la sélection du couple matériau-process, nous avons établi une démarche d’optimisation des canaux de Conformal Cooling en appliquant, d’une part, les règles de design pour la fabrication additive et d’autre part, les contraintes liées au procédé de la fonderie sous pression. En effet, le diamètre des canaux, leurs distances par rapport à la surface et le design des canaux (forme, parcours…) conditionnent la quantité de chaleur extraite lors du cyclage thermique et par conséquent le gradient thermique induit une dégradation de la santé matière et la tenue en fatigue si il n’est pas maîtrisé.

Les démonstrateurs industriels seront testés chez Sanden, tandis que le démonstrateur académique sera analysé au CTIF dans nos locaux à Sèvres.  

Sanden (industriel basé entre Rennes et Saint Malo) est l’un des plus importants du Groupe SANDEN hors Japon. Constitué de trois unités de production et d’un centre technique, Sanden développe et produit des compresseurs pour les plus grands constructeurs automobiles.

Ce projet bénéficie d’un abondement ICEEL.

Vous souhaitez avoir plus d’informations sur ce projet CTIF ? N’hésitez pas à contacter Sabeur Jedid !