Modélisation du cycle thermique des moules de fonderie sous pression

Modeling the thermal cycle of the dies in high pressure die casting process

• Auteur / Autrice : Shahab Tavakoli
• Direction : Danièle Wagner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance le 12/09/2014
• Etablissement(s) : Paris 10
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Connaissance, langage, modélisation (Nanterre, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energétique Mécanique Electromagnétisme (Nanterre)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Renault SAS Guyancourt
• Jury : Président / Présidente : Régis Bigot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Danièle Wagner, Régis Bigot, Gérard Baudin, François Boyaval, Marc Frabolot, Valiollah Jafari, Vincent Pina, Isabelle Ranc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Régis Bigot, Gérard Baudin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux -- Traitement thermomécanique

Coulée sous pression

Moules (travail des métaux)

Aluminium -- Alliages

Automobiles -- Groupes motopropulseurs

Mots clés libres

Système de refroidissement

Moule

Champs de température

Fonderie sous pression

Optimisation

Cadence de production

Cooling system

Temperature fields

High Pressure Die Casting

Die

Optimization

Production rate

Résumé

La réduction de la masse des véhicules, notamment des Groupes Motopropulseurs contribue à la réduction des émissions polluantes. Aujourd’hui afin d’aboutir à cet objectif, la conception de pièces automobiles (Carter Mécanisme, Carter Cylindre) en matériau allégé tel que l’aluminium et ses alliages est en plein essor. Pour la production de grande série, ces alliages sont mis en œuvre par le procédé de fonderie ‘’Aluminium sous pression’’.Ce procédé utilise des moules métalliques. La maîtrise du comportement thermique du moule : chauffage, refroidissement interne (par circuit) et externe, est un point clef pour la qualité et la cadence de production.Dans ce mémoire, le processus industriel est détaillé depuis la fermeture du moule et l’injection du métal liquide jusqu’à l’ouverture du moule et l’extraction de la pièce (carter mécanisme RENAULT). Ensuite, le design détaillé du moule, les différentes générations de circuit de refroidissement et les paramètres de chaque étape de la fabrication utilisés compte tenu du système de refroidissement actuel sont présentés. Le circuit de refroidissement du moule est aujourd’hui positionné dans le moule de façon empirique. Le but ultime de cette thèse est de donner les éléments clés de la conception du circuit de refroidissement d’un point vue thermique. Pour cela, une modélisation complète du phénomène a été réalisée et validée par 8 thermocouples et la position du system de refroidissement a été définie a partir des équations thermiques. Le cycle thermique du moule a été donc optimisé et nous a permis d’abaisser et d’homogénéiser les champs de température à la surface du moule pendant la production en vue d’une augmentation de la productivité, la santé des pièces et la durée de vie du moule.

Reducing the weight of vehicles, specially the powertrain Group, contributes to the reduction of the emissions. Today, in order to achieve this objective, the automobile parts conception (Housing gear box, Cylinder block) in lightweight materials such as aluminum and its alloys is increasing. For the mass production, aluminum alloys are formed by a foundry process called ‘’High Pressure Die Casting’’.This process uses the metal molds. Control the thermal behavior of the mold : Heating, intern cooling (by circuit) and extern cooling, is a key point to ensure castings quality and rate of production.In this thesis, the industrial process has been detailed since the mold closing and aluminum melting injection in the die, to the mold opening time and the part (Gearbox RENAULT) ejection. Then, the mold design details, different generation of the cooling systems and the parameters of each step of the manufacturing process taking into account the actual cooling system are presented. The actual cooling systems in the dies are positioned today in empirical way. The ultimate goal of this thesis is to provide the key elements for the cooling system conception from the thermal behavior point of view. For this one, a complete modeling of the phenomena has been realized and validated by 8 thermocouples and the cooling system position has been defined from the thermal equations. The thermal cycle of the die has been optimized and allowed us to reduce and homogenize the temperature fields on the die surface during the production. The rate of production, the castings quality and the lifetime of the die have been consequently increased.