En raison des nouveaux paramètres de processus d'intensité de champ et de courant de court-circuit et de leur régulation, en plus de l'augmentation de pression dans le nouveau processus de coulée par induction magnétique, une simulation de la boîte magnétique a été développée.

Coulée par induction magnétique – Nouveau procédé de coulée à basse pression

Technologie de moulage Coulée par induction magnétique – Nouveau procédé de coulée à basse pression

| Editeur: Nicole Kareta

Fill Machine Engineering a développé un nouveau procédé de coulée à basse pression. Un champ magnétique et un courant de court-circuit à l’extrémité de la colonne montante, directement avant l’entrée de la matrice, facilitent un processus précis à faible turbulence pour la coulée d’aluminium.

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En raison des nouveaux paramètres de processus d’intensité de champ et de courant de court-circuit et de leur régulation, en plus de l’augmentation de pression dans le nouveau processus de coulée par induction magnétique, une simulation de la boîte magnétique a été développée.

(Source: Fill Machine Engineering)

Les composants en fonte d’aluminium offrent un énorme potentiel de construction légère. De nouvelles méthodes de production de moules en sable et de noyaux en sable permettent des cavités et des structures de coulée de plus en plus complexes. De plus, il y a une tendance à l’électromobilité dans l’industrie automobile. De nouvelles pièces moulées se retrouvent dans la production à grand volume. Fill s’est fixé comme objectif d’optimiser la technologie de coulée basse pression établie avec succès sur le marché.

L’innovation est née d’un projet de développement réussi visant à améliorer la technologie de contrôle et de régulation des machines de coulée basse pression. Dans le même temps, le potentiel de décélération de la vitesse de remplissage à l’entrée de métal fondu, c’est-à-dire un freinage actif et donc un remplissage plus calme en fonction de la forme de la cavité, a été évalué. La courbe de pression est modifiée en fonction de la hauteur par rapport au niveau du bain du four. L’abaissement du niveau du bain du four doit être compensé dans le système de commande. Le niveau de remplissage et la vitesse d’augmentation de la pression par rapport à la section transversale donnent le débit volumétrique qui s’installe une fois que le métal fondu est poussé vers le haut par la surpression dans le four. L’expansion de la cavité se traduit donc par une remontée de l’aluminium véhiculé à travers la colonne montante. Si le niveau de métal fondu reste constant, la vitesse d’écoulement augmente. L’expansion de la cavité, en particulier après la buse d’injection, entraîne par conséquent une augmentation considérable de la vitesse d’écoulement dans la colonne montante. Cette augmentation conduit à des turbulences dans le métal fondu. Afin d’obtenir néanmoins un remplissage de moule à turbulence particulièrement faible, le métal fondu doit être activement décéléré. De l’avis des roulettes expérimentées, les tamis de coulée qui retiennent les oxydes sont également particulièrement efficaces pour décélérer le métal fondu. Cela signifie qu’un tamis de coulée peut également être interprété comme un retardateur d’écoulement mécanique. Cependant, les tamis génèrent des coûts dans le processus de coulée à basse pression, d’une part en raison des tamis eux-mêmes, d’autre part en raison de l’automatisation du réglage des tamis et ensuite en raison des machines-outils pour percer les tamis. En fonction du matériau, il peut être possible que le tamis infusé soit fondu dans le matériau de rebut de retour. Sinon, il doit être éliminé. La solution est un ralentisseur de débit actif qui peut être intégré dans la technologie de régulation et de contrôle. Cela signifie que le tamis de coulée peut être omis s’il ne sert qu’à décélérer le métal fondu.

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Le moulage sous pression subit des changements rapides en termes de technologie.

Effet de freinage des courants de Foucault dans le métal en fusion

Le déplacement d’un conducteur électrique – dans ce cas de l’aluminium à travers un champ magnétique – provoque la génération de courants de Foucault dans le conducteur, qui décélèrent le métal fondu en raison du champ opposé formé. L’effet de ce frein à courants de Foucault dépend de la vitesse. Si la vitesse d’écoulement dans la colonne montante augmente, l’effet de freinage augmente également. Lorsque la section transversale des cavités change de manière significative par rapport au niveau de remplissage, la boîte magnétique décélère le métal fondu et un remplissage du moule à faible turbulence s’ensuit. Cet effet est autorégulé et permet un remplissage de moule à faible turbulence, indépendamment des courbes de pression compliquées qui doivent être adaptées à la cavité. De plus, la boîte magnétique compense les erreurs qui résultent des décalages de la courbe de pression en fonction du niveau de remplissage. Par exemple, une géométrie changeante du four et du métal fondu soutiré à travers la coulée entraînent une déviation de la pré-compression et du niveau de remplissage. Cela décale les points de changement de pression verticalement et les fait dévier des points du système de coulée. Le champ magnétique est contrôlable. Cela signifie qu’il peut être activé et modifié dans une intensité de champ de 0 à 500 mT. Cette possibilité permet une influence ciblée du processus de coulée. Pour un effet de freinage et un processus de coulée définis, il permet également d’utiliser des aimants permanents. Cette option offre un grand potentiel pour la production en série de pièces moulées identiques ou similaires. La figure 2 montre la réduction de la vitesse d’écoulement dans la colonne montante au fil du temps à une vitesse constante d’augmentation de la pression. L’entrée du dé est indiquée sur l’axe des temps. Le tuyau montant d’un diamètre intérieur de 60 mm se dilate dans une cavité d’un diamètre intérieur de 200 mm. La ligne magenta B = 0 indique un dépassement et une augmentation de la vitesse d’écoulement moyenne dans la colonne montante à plus de 500 mm / s à une vitesse constante d’augmentation de pression de 7 mbar / s. Avec un champ activé, l’effet de freinage se traduit par une réduction par rapport au maximum à 270 mm / s sans aucun dépassement.

Courant de court-circuit

En plus du frein à courant de Foucault provoqué par le champ magnétique, la boîte magnétique de Fill a été conçue de telle sorte qu’un courant de court-circuit transversal au champ magnétique puisse être envoyé à travers le métal en fusion. La densité de courant provoquée par le courant de court-circuit en plus, perpendiculaire au champ magnétique, augmente considérablement l’effet de freinage sur le métal fondu.

L’effet de freinage idéal sous courant de court-circuit est visible sur la figure 3. Un courant de court-circuit appliqué en permanence induit un décalage temporel de l’effet de freinage dû au champ (ligne bleue). Si, d’autre part, le courant de court-circuit est augmenté linéairement de l’entrée de la puce à 200 ampères, comme le montre la figure 3 (ligne orange), cela produit un effet de freinage encore plus grand qui peut être activé par la boîte à aimants. La conception technique permet des densités de flux magnétique allant jusqu’à 500 mT et des courants de court-circuit jusqu’à 400 A.

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Simulation des nouveaux paramètres de processus

En raison des nouveaux paramètres de processus de l’intensité du champ et du courant de court-circuit et de leur régulation, en plus de l’augmentation de pression dans le nouveau procédé de coulée par induction magnétique, une simulation de la boîte magnétique a été développée. Le centre HZDR Helmholtz de Dresden-Rossendorf a utilisé OpenFOAM comme base pour développer la mise en œuvre du champ magnétique et du courant de court-circuit. La figure 5 montre la simulation du processus de coulée dans une cavité cylindrique, à gauche avec effet de freinage, à droite sans effet de freinage. La simulation permet d’optimiser les paramètres du processus. Les composants qui indiquent des inclusions d’oxyde ou des zones critiques dans la simulation de remplissage peuvent être optimisés à l’aide de cet outil. L’objectif de la boîte magnétique est d’améliorer les produits existants et d’augmenter le taux de qualité. Dans le cas de nouveaux produits, la simulation du processus de coulée permet une amélioration par des tests virtuels et la détermination des paramètres de coulée optimaux. Cela permet d’identifier les zones problématiques à un stade précoce et de trouver des solutions grâce à des options supplémentaires dans le processus.

Avantages, impact environnemental et perspectives

En combinaison avec la qualité techniquement supérieure des systèmes, les avantages suivants peuvent être attendus:

  • Moins de rebuts grâce à une meilleure qualité des composants
  • Utilisation plus efficace des ressources
  • Réduction de la consommation de matériel auxiliaire (par exemple, grâce à la suppression du grand tamis)
  • Technologie de contrôle optimisable

La boîte magnétique est actuellement encore améliorée pour agir comme un capteur pour fournir des données sur la vitesse de remplissage réelle. Cela signifie qu’il devrait être possible via l’acquisition de données de production, en plus des données de machine conventionnelles, d’avoir un aperçu détaillé du processus réel à l’avenir. Une machine de coulée à basse pression Fill entièrement équipée avec boîte magnétique a été mise à la disposition de SRI doo en Slovénie pour des opérations de test et de coulée à petite échelle. En raison de la technologie innovante, le centre de recherche indépendant Access eV (RWTH Aachen University) mise également sur la collaboration avec Fill. L’accent est mis ici sur la coulée à basse pression dans des matrices de coulée de précision complexes. Il y a un grand potentiel dans cette coopération planifiée, en particulier dans l’intégration d’outils de simulation numérique.

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