Téléchargement direct

R &D
Simulation de la déformation des moules
permanents en fonderie*
Simulating the deformation of dies in the foundry*
"
Amaury Chabod, Yves Longa, Jean Marie Dracon, Kévin Chailler,
Patrick Hairy, Antonio Da Silva, CTIF
Traduction Christine Colliard
La conception des moules en fonderie coquille
gravité fait largement appel à la simulation pour le
design des systèmes de remplissage. La simulation
du cyclage thermique des moules en régime permanent est également maitrisée. L’accélération des
temps de cycles passe par une régulation thermique
(refroidissement et chauffage) par des fluides caloporteurs (eau ou huile).
The die design process in gravity die casting
makes extensive use of simulation for the design
of filling systems. Simulation of the steady-state
temperature cycles of the dies has also been
mastered. Shorter cycle times require temperature regulation (cooling and heating) by a heat
transfer fluid (water or oil).
Pour les pièces de grandes dimensions, le gradient thermique induit
entre le plan de joint et les faces arrière du moule engendrent des déformations qui peuvent devenir mesurables et inacceptables vis-à-vis des
exigences de précision dimensionnelle [5] [6]. L’objectif de cette étude
est de concevoir un banc d’essai expérimental permettant de mettre en
évidence des niveaux de déformation mesurables, afin de valider dans un
second temps la chaine de simulation thermomécanique.
For large castings, the thermal gradient induced between the moulding
surface and the rear surfaces of the die causes deformations that may
become large enough to measure and incompatible with dimensional
accuracy requirements [5][6]. The goal of this study was to design
an experimental test bench capable of detecting measurable levels of
deformation, then use it to validate a thermomechanical simulation
system.
* Cet article a fait l'objet d'un présentation à la XIIIe Conférence MCWASP (12-22 juin
2012 à Schladming, Autriche).
* This paper was presented at the 13th MCWASP (12-22 June 2012, Schladming,
Austria).
Octobre 2012 • N°28
Fo n d e r i e
magazine
• 17
Conception du banc d’essais
Design of the test bench
• Conception du dispositif
• Design of the device
La partie moulante est constituée d’une coquille en acier d’outillage
X38CrMoVa 5.3 de dimension importante (diamètre 400 mm) et d’épaisseur relativement fine (20 mm) conçue afin de maximiser les déformations thermomécaniques (Figure 1). Le banc d’essai comporte une
table, avec 4 vérins réglables en hauteur, où se positionne la coquille à
plat, ce qui laisse une accessibilité aux mesures, notamment le champ
visuel pour les mesures par analyse d’images. La coquille est centrée
autour d’un axe coulissant dans une bague emmanchée en force dans
la coquille. Des anneaux de manutention permettent de manipuler la
coquille et la table complète. Des supports permettent de positionner
les capteurs. Des perçages dans le moule sont réalisés afin de permettre le passage de thermocouples. Une équerre vissée sur la coquille
joue le rôle de mire pour filmer les déplacements verticaux. L’origine
pour le positionnement des capteurs est située au centre de l’axe de
l’outillage.
The moulding part comprises a large diameter 400 mm and relatively thin
(20 mm) die made of X38CrMoVa 5.3 tool steel, designed to maximize
thermomechanical deformations (Figure 1). The test bench has a table,
with 4 height adjustment jacks, on which the die is placed flat, leaving
access for the measurements, in particular a clear field of view for the
image analysis measurements. The die is centred on a spindle sliding in
a ring force-fitted in the die. Handling rings are used to manipulate the
die and the table as a whole. Supports position the sensors. There are
holes in the die for the thermocouples. A bracket screwed to the die
acts as aiming mark for filming vertical displacements. The origin for the
positioning of the sensors is the centre of the axis of the tooling.
Le banc d’essai comporte une table lourde avec 4 vérins réglables en
hauteur, sur laquelle repose la coquille (Figure 2). La position de la coquille est ajustable pour assurer son niveau horizontal à la coulée.
Capteur / Sensor
X [mm] Y [mm] Z [mm]
Capteur LVDT Z / LVDT Z sensor
Capteur LVDT R / LVDT R sensor
Thermocouple
50
+/-200
125
Coupe B-B / Section B-B
Axe X / X Axis
Coupe A-A / Section A-A
Axe X / X Axis
• Conception de la partie moulante.
• Design of the moulding.
18 •
Fo n d e r i e
magazine
Octobre 2012 • N°28
20
20
10
Table 1 – Position des capteurs.
Table 1 – Positions of the sensors.
Axe Y / Y Axis
Axe Z / Z Axis
0
0
0
Fig. 1
R
• Capteurs LVDT
La mesure de déplacements par capteurs inductifs LVDT a fait l’objet
d’une publication antérieure par le CTIF [1]. Ils sont métalliques, ce qui
permet une utilisation à haute température en plus d’une précision de
mesure de +/- 0.005 mm (bruit de fond constaté).
Mesure de déplacements par analyse d’images
La technique consiste à suivre l’évolution d’un motif mouchetis sur une
surface en comparant les images successives. La corrélation d’images
numériques est largement utilisée dans la mesure des déplacements,
l’analyse de champ de déformations sur des surfaces à température
ambiante [3] ou à très haute température [4]. Notre choix s’est porté
sur le logiciel MATLAB, muni d’un plugin spécialement dédié à la mesure
par analyse d’images [2]. L’avantage de cette technique est de réaliser
l’acquisition simplement par caméra ou appareil photographique numérique, sans contact avec le moule métallique à haute température, puis de
pouvoir effectuer le traitement numérique ultérieurement. Afin de valider la méthode, nous avons donné une entrée connue avec exactitude
au logiciel d’analyse d’image MATLAB. Pour ce faire, nous avons utilisé
une image avec un mouchetis, que nous avons étiré artificiellement de
10 pixels avec un logiciel de traitement d’images ImageJ. Nous obtenons
une succession d’images simulant un essai de traction de 10 pixels de
déplacements et une déformation de 4.1 %, la taille de l’image étant
de 244 pixels. L’étape suivante en termes de validation de la méthode
consiste à filmer des essais de traction sur éprouvettes plates en acier
revêtues d’une peinture mouchetis. Cette étape nous a permis de mettre
en œuvre toute la chaîne de mesures par analyse d’images, application
d’un mouchetis de peinture, film des essais, traitement des fichiers et
analyse d’images.
Les résultats de mesure sont les suivants :
&
D
The experimental bench is made of a heavy weight table, on which the
mold is put on 4 supports whose level is height-adjustable (Figure 2). The
level of the mold is controlled to ensure the horizontal position during
pouring.
• Measuring resources
with LVDT sensors
The measurement of displacements by LVDT inductive sensors has been
described in an earlier CTIF publication [1]. These sensors are metallic,
allowing use at high temperature, and their measurement precision is
+/- 0.005 mm (observed background noise).
Displacement measurement by image analysis
The technique consists in tracking the evolution of a speckle pattern on
a surface by comparing successive images. Digital image correlation is
widely used for displacement measurements and strain field analysis on
surfaces both at ambient temperature [3] and at very high temperature
[4]. We chose Matlab software with a plugin dedicated to measurement
by image analysis [2]. The advantage of this technique is that acquisition
is simply by digital camera (still or movie), without contact with the hot
metallic die, and the digital processing can be done later. In order to validate the method, we fed precisely known input to the MATLAB analysis
image software. For this, we used an image with a speckle pattern, which
we stretched artificially by 10 pixels using ImageJ image processing
software. We obtained a series of images simulating a tensile test with
a displacement of 10 pixels and a strain of 4.1%, the size of the image
being 244 pixels. The next step in the validation of the method consisted
Fig. 2
Moule / Mold
Supports pour capteurs LVDT
LVDT sensor supports
Système de fermeture
(non utilisé)
Closing device (not used)
Vérin réglable en hauteur
Height adjustable level device
Table
• Banc d’essai expérimental.
• Experimental test bench.
Octobre 2012 • N°28
Fo n d e r i e
magazine
• 19
Appareil photo
Caméra
Essai
27,8 %
29,9 %
28,60 %
Eprouvette 2
28 %
29,3 %
27,36 %
Eprouvette 3
9,8 %a
30,1 %
28,16 %
Eprouvette 1
a
in filming tensile tests on flat steel specimens coated with a speckle
paint. This step was an opportunity to employ the whole image analysis
measurement system: the application of a speckle paint, filming of the
tests, processing of the files, and image analysis.
The measurement results are the following :
Arrêt mémoire pleine.
Tableau 2 – Résultats en allongement à rupture d’essais de traction par
analyse d’images (caméra numérique et appareil photo numérique) et
par mesure conventionnelle NF EN ISO 6892-1.
Les résultats donnés en allongement mesurés par analyse d’images sont
très proches des valeurs mesurées selon la norme NF EN ISO 6892-1.
Bien que les mesures soient sans contact, cette technique n’est pas précise
pour notre équipement en raison de l’oxydation des surfaces de mesure, des
mouvements de conduction d’air chaud perturbant la stabilité de l’image et
dans une moindre mesure des opérations de conversation des fichiers vidéo.
Coulées instrumentées
• Protocole expérimental
Ce paragraphe montre les coulées expérimentales instrumentées réalisées sur l’outillage. Le banc d’essais est équipé de moyens de mesure du
déplacement radial R et vertical Z, avec des capteurs inductifs LVDT. Un
thermocouple est placé dans une vis percée en acier ayant des propriétés thermiques comparables à celle du moule.
a
Still camera
Movie camera
Test
Specimen 1
27.8%
29.9%
28.60%
Specimen 2
28%
29.3%
27.36%
Specimen 3
9.8%
30.1%
28.16%
a
Stoppage because memory full.
Table 2 – Results for elongation at failure in tensile tests, by image analysis
(digital movie and still cameras) and by conventional measurement per
NF EN ISO 6892-1.
The elongation results measured by image analysis are very close to the
values measured according to standard NF EN ISO 6892-1.
Although the measurement is contactless, this technique is not accurate
for our equipment, because of oxidation of the measurement surfaces,
convective movements of hot air perturbing the stability of the image,
and, to a lesser extent, the conversion of the video files.
Instrumented pourings
• Experimental protocol
This paragraph shows the instrumented experimental pourings performed on the tooling. The test bench includes means of measuring the
Fig. 3
Capteurs de déplacements LVDT / thermocouple – LVDT displacement sensors / thermocouple
• Coulée expérimentale.
• Experimental pouring.
20 •
Fo n d e r i e
magazine
Octobre 2012 • N°28
R
Les opérations nécessaires à la coulée de 5 pièces en alliage d’aluminium AlSi7Mg0,6 durent 5000 secondes (1 h 20 min environ). La louche
est calibrée pour contrôler le poids de la pièce (poids moyen : 3,9 kg,
écart : +/- 100 g). La température de coulée de l’alliage est de 700°C, et
l’outillage métallique est initialement à température ambiante de 20°C.
L’interface moule/métal est recouverte d’une épaisseur de 50 µm de
poteyage DYCOTE 39.
• Corrélations calcul/essais
Les simulations thermomécaniques avec le logiciel PROCAST (Figure 4)
ont pour but de modéliser le champ de déplacements et de température
dans le moule, ceci afin de comparer les résultats avec les essais instrumentés. L’alliage utilisé pour la coulée est de l’aluminium AlSi7Mg0.6
et le moule est en acier d’outillage XC38CrMoVa5.3. Le calcul prend en
compte une phase de remplissage, le décochage de la pièce à t0+300s,
puis un cycle suivant à t0+1000s. Les conditions limites suivantes sont
appliquées : une résistance thermique est utilisée pour modéliser le
poteyage entre le moule et la pièce au cours du remplissage et de la
solidification, ensuite cette valeur est réduite pour prendre en compte la
convection d’air après le décochage. Le reste de la surface du moule est
soumis à la convection d’air ambiant. La symétrie de la géométrie et des
charges permettent de modéliser qu’un quart du banc. On peut voir que
l’axe central et les vérins réglables en hauteur sont en contact mécanique et thermique avec le moule. Seuls 3 cycles sont pris en compte
en raison des difficultés de convergence dues au contact entre le moule
déformé et les vérins réglables en hauteur.
&
D
radial displacement R and vertical displacement Z, using LVDT inductive
sensors. A thermocouple is positioned through a drilled steel bolt, with
thermal properties comparable to mold material.
The operations necessary for the pouring of five AlSi7Mg0.6 aluminium alloy castings lasted 5,000 seconds (approximately 1h20min). The
spoon is gauged to control the cast part weight (mean : 3.9 kg, scatter :
+/- 100 g). The casting temperature of the alloy was 700°C, and the metallic tooling was initially at the ambient temperature of 20°C. The die/
metal interface was covered by a 50 µm thick DYCOTE 39 die coating.
• Correlations between calculation
and tests
The thermomechanical simulations with PROCAST software (Figure 4)
were intended to model the displacement and temperature fields in the
die in order to compare the results with the instrumented tests. The
alloy used for the cast was AlSi7Mg0.6 aluminium and the die is made
of XC38CrMoVa5.3 tool steel. The calculation covered a filling phase,
the shaking out of the casting at t0+300s, and the beginning of the
next cycle at t0+1000s. The following boundary conditions are applied.
A thermal resistance is used to model die coating between mold and
cast part during filling and solidification and then its value is reduced
to take into account convection with air after shaking-out. The rest of
the surface of the mold is subjected to convection with ambient air.
Symmetry of the geometry and loads enable to model only one quarter of
the bench. We can see the central axis and the height adjustable device
Fig. 4
V6_correlation_remp_STRESS
0.0945
0.0828
0.0711
Step / Time Step : 260 / 1.000e+000
Total Time : 14.6103 sec
Cycle Time / Cycle : 14.6103 / 1
End Spray
Axe central / Central axis
0.0594
0.0478
Moule / Mold
0.0361
0.0244
0.0127
0.0010
-0.0107
-0.0224
-0.0341
-0.0458
-0.0575
-0.0691
-0.0808
Vérin réglable en hauteur
Height adjustable level device
ProCAST
• Calculs thermomécaniques PROCAST (flèche en cm, déformée X50).
• PROCAST thermomechanical calculations (sag in cm, deformation X50).
Octobre 2012 • N°28
Fo n d e r i e
magazine
• 21
Les valeurs obtenues en simulation ont un écart constant de 25°C environ avec la mesure par thermocouple (Figure 5).
in mechanical and thermal contact with the mold. Only 3 cycles are taken
into account because of convergence difficulties due to contact between
the deformed mold and the height-adjustable device.
The values obtained by simulation differ constantly, by approximately
25°C, from the thermocouple measurements (Figure 5).
Fig. 5
Température (°C)
The measured vertical displacements (Figure 6) are the same in shape
and of the same order of magnitude in size as the measurements by LVDT
sensors. We observe a first phase in which the die assumes a convex
shape (sag strictly positive, cf. Figure 4), in the first instants of the cycle,
where the heat input is intense, engendering swelling of the die surface.
Then, the heat contributed by the alloy diffuses by conduction into the
bottom part of the die, and at the same time the moulding surface cools
substantially, in particular after shaking out. In the course of this second
phase, the temperature is higher in the bottom part of the die, leading to
a concave die shape (sag strictly negative). At the end of the cycle, the
geometry of the die once again becomes convex.
Déplacement radial (mesures par capteurs LVDT).
Radial displacement (measured by LVDT sensor).
Time (s) = Temps (s)
Fig. 7
Thermocouple CH3
Simulation 27334 Temperature
u (mm)
• Comparaison des mesures par thermocouples avec la simulation.
• Comparison of the thermocouple measurements with the simulation.
Fig. 6
Déplacement vertical (mesures par capteurs LVDT).
Vertical displacement (measured by LVDT sensor).
u (mm)
Time (s) = Temps (s)
LVDT Mean (CH5, CH6)
Simulation 16497 X Déplacement
Simulation 16497 X Displacement
• Déplacements radiaux mesurés par capteurs LVDT.
• Radial displacements measured by LVDT sensors.
Time (s) = Temps (s)
LVDT CH7
Simulation 19345 Z Déplacement
Simulation 19345 Z Displacement
• Comparaison des déplacements verticaux mesurés par capteurs LVDT avec
la simulation.
• Comparison of the vertical displacements measured by LVDT sensors with the
simulation.
L’allure des déplacements verticaux mesurés (Figure 6) est de même allure et du même ordre de grandeur que les mesures par capteurs LVDT.
Nous observons une première phase où le moule prend une forme convexe
(flèche strictement positive, cf. Figure 4), dans les premiers instants du
cycle où l’apport de chaleur est intense, ce qui engendre un gonflement de
la surface du moule. Ensuite, la chaleur apportée par l’alliage diffuse par
22 •
Fo n d e r i e
magazine
Octobre 2012 • N°28
The radial displacement measurement is made using two LVDT sensors at
diametrically opposite positions on the die (Figure 7). This arrangement
eliminates the effects of any eccentricity of the die during the casting.
Conclusion
The study has led to the designing of a device that can detect
deformations on a die having only one moulding part. The investigations
showed that LVDT inductive sensors yield a measurement precision
compatible with the amplitudes of displacement of the die. However, the
measurement by image analysis was deeply perturbed by movements of
hot air above the moulding surface. However, this technique has been
validated at low temperature for tensile tests. The correlation between
the LVDT sensor measurements and the thermomechanical simulations
by PROCAST software is satisfactory. 
R
conduction en partie inférieure de moule en même temps, la surface moulante se refroidit fortement notamment après décochage. Au cours de cette
deuxième phase, la température est plus importante en partie inférieure du
moule, ce qui induit une forme de moule concave (flèche strictement négative). En fin de cycle, la géométrie du moule devient à nouveau convexe.
La mesure de déplacement radial est effectuée par la moyenne de mesure de deux capteurs LVDT situés de manière diamétralement opposés
autour du moule (Figure 7). En effet, ce dispositif permet de s’affranchir
du désaxage du moule en cours de coulée.
Conclusion
L’étude a permis la conception d’un dispositif permettant la mise en évidence
de déformations sur un outillage coquille constitué d’une seule partie moulante. Les investigations ont montré que les capteurs inductifs LVDT donnent
une précision de mesure compatible avec les amplitudes de déplacements
de l’outillage. En revanche, la mesure par analyse d’image a été fortement
perturbée par les mouvements d’air chaud au–dessus de la surface moulante.
Cependant, cette technique a été validée à basse température pour des essais
de traction. La corrélation entre les mesures par capteurs LVDT et les simulations thermomécaniques avec le logiciel PROCAST est satisfaisante. 
&
D
References
[1] Journée F and Ogier G 2002 Mesure des déformations en cours de
solidification Fonderie Fondeur d’Aujourd’hui 214 pp 10-23.
[2] Eberl C 2006 Digital Image Correlation and Tracking by Christoph
Eberl.
[3] Hild F and Roux S 2005 Digital Image Correlation : From displacement
measurement to identification of elastic properties Strain 42
pp. 69-80.
[4] Pradille C, Aime C, Ricort G, Bellet M and Chastel Y 2009 Méthode
interspectre pour le suivi des déformations des aciers à chaud,
19e Congrès Français de Mécanique Marseille.
[5] Weiss K and Honsel C 2008 Stress in casting dies - simulation and
practical example Casting plant and Technology International
02/2008 pp. 28-33.
[6] Rosbrook C and Kind R 1999 Casting process simulation of stresses
and distortion in casting and dies Die Casting Engineer September/
October 1999 pp. 72-76.
Résumé
Summary
• Simulation de la déformation
des moules permanents en fonderie
• Simulating the deformation
of dies in the foundry
A. Chabod, Y. Longa, J. M. Dracon,
K. Chailler, P. Hairy, A. Da Silva, CTIF
A. Chabod, Y. Longa, J. M. Dracon,
K. Chailler, P. Hairy, A. Da Silva, CTIF
La conception des moules métalliques en fonderie fait déjà largement
appel à la simulation numérique (QuikCAST, ProCAST) pour le design des
systèmes de remplissage et de masselottage. La simulation du cyclage
thermique des moules en régime permanent est également maitrisée. Pour
les pièces de grandes dimensions, le gradient thermique induit entre la
surface moulante et les faces arrière du moule engendre des déformations
qui peuvent devenir mesurables et inacceptables vis-à-vis des exigences
de précision dimensionnelles. Le gradient thermique est également
responsable de contraintes de fatigue thermique qui provoquent une
détérioration de la surface du moule par faïençage. Dans l’étude menée
par CTIF, afin de mesurer des déformations d’outillage, différents moyens
de mesure à chaud des déplacements ont été investigués (avec et sans
contacts) afin d’évaluer leur performances et limitations. Un dispositif
expérimental a été conçu. Ce banc expérimental comprend un moule
métallique de géométrie simple permettant de couler des pièces en
aluminium ainsi qu’une instrumentation (capteurs de températures et de
déplacement). Les résultats de calcul sont très fortement corrélés avec les
mesures expérimentales et permettent de valider les outils et méthodes de
calcul. Cette approche thermomécanique permet d’optimiser la conception
des moules en fonderie et appréhender les déformations à chaud dès le
stade de la conception. La prise en compte de ces déformations permet
d’anticiper les variations géométriques et dimensionnelles subies par les
pièces elles-mêmes pour améliorer leur niveau de précision. Le concepteur
peut au choix agir sur la thermique du moule, le design de la pièce ou
introduire la déformée thermique inverse du moule pour avoir une pièce
conforme dimensionnellement.
Digital simulation (QuikCAST, ProCAST) is already used extensively when
designing metallic dies for founding, in particular to design filling and
gating systems. Simulation of the steady-state temperature cycles
of dies has also been mastered. With large castings, the temperature
gradient induced between the moulding surface and the rear surfaces of
the die leads to deformations that may be large enough to measure, and
incompatible with the required dimensional accuracy. The temperature
gradient also creates thermal fatigue stresses that cause crazing of
the die surface. In the study conducted by CTIF, aimed at measuring
tooling deformations, various ways of measuring displacements at high
temperatures (with and without contact) were investigated in order
to evaluate their capabilities and limitations. An experimental device
was designed - a test bench combining a metallic die having a simple
geometry, in which an aluminium part could be cast, and instrumentation
(temperature and displacement sensors). The calculation results are
well correlated with the experimental measurements and validate the
tools and the calculation methods. This thermomechanical approach
makes it possible to optimize die design in the foundry and to predict
high-temperature deformations as early as the design stage. Knowledge
of these deformations makes it possible in turn to anticipate the
geometrical and dimensional variations undergone by the castings
themselves and so to improve their accuracy. The designer can act on
the temperature of the die or the design of the casting, or create a die in
which the expected thermal deformation is reversed so as to produce a
casting having the correct dimensions.
Fonderie magazine n° 28, october 2012, p. 17
Fonderie magazine n° 28, octobre 2012, p. 17
Octobre 2012 • N°28
Fo n d e r i e
magazine
• 23
Inhalt
Resumen
• Simulation von Verformungen
an GIESSEREI-Dauerformen
• Simulación de la deformación de los
moldes permanentes en fundición
A. Chabod, Y. Longa, J. M. Dracon,
K. Chailler, P. Hairy, A. Da Silva, CTIF
A. Chabod, Y. Longa, J. M. Dracon,
K. Chailler, P. Hairy, A. Da Silva, CTIF
Zur Konstruktion von metallischen Gießereiformen werden
bereits in großem Umfang Computersimulationen (quikCAST,
ProCAST) herangezogen, wenn es um die Gestaltung der Speiser
und Formfüllsysteme geht. Auch die Simulation von thermischen
Belastungszyklen bei Dauergebrauchsformen wird beherrscht. Bei
Großteilen führt der Wärmegradient zwischen der formgebenden
Oberfläche und den rückwärtigen Formflächen zu Verformungen, die sogar
messbar werden und unzulässige Abweichungen von der geforderten
Maßhaltigkeit erzeugen können. Der Wärmegradient ist ebenfalls für
die Entstehung von thermischen Ermüdungsspannungen verantwortlich,
die die Formoberfläche durch Crazing (fayenceähnliches Rissmuster)
beschädigen. Um die Werkzeugverformung zu messen, wurden bei
der CTIF-Studie verschiedene Heißmesseinrichtungen (mit und ohne
Berührung) für die Bewegungen eingesetzt, um ihre Leistungsprofile
und -grenzen zu bewerten. Hierzu wurde eine entsprechende
Versuchsanordnung entworfen. Zum experimentellen Prüfstand gehören
eine Metallform mit einfacher Geometrie zum Gießen von Aluminiumteilen
sowie die Instrumentierung (Temperatur- und Wegaufnehmer). Die
rechnerischen Ergebnisse weisen eine hohe Korrelation zu den
experimentell ermittelten Werten auf, was die Berechnungsmethoden
und Tools bestätigt. Anhand dieses thermomechanischen Konzepts lässt
sich die Gestaltung von Gießereiformen optimieren und wärmebedingte
Verformungen werden bereits in der Entwicklungsphase sichtbar.
Die Berücksichtigung der Verformungen erlaubt einen Vorgriff auf
geometrische und Maßschwankungen an den Teilen selbst, um ihren
Präzisionsgrad zu verbessern. Der Entwickler kann je nach Wahl auf
das thermische Gießformverhalten oder die Gussteilgestaltung Einfluss
nehmen bzw. eine entgegengesetzte thermische Verformung der
Gießform einbringen, um maßgetreue Teile zu erzielen.
Para crear moldes metálicos de fundición ya se emplea en gran medida
la simulación digital (quikCAST, ProCAST) para el diseño de los sistemas
de llenado y de mazarotaje. También se domina la simulación del ciclo
térmico de los moldes en régimen permanente. Para las piezas de
grandes dimensiones, el gradiente térmico inducido entre la superficie de
moldeo y las caras traseras del molde genera deformaciones que pueden
llegar a ser mensurables e inaceptables respecto a las exigencias de
precisión dimensionales. El gradiente térmico también es responsable de
tensiones de fatiga térmica que provocan un deterioro de la superficie
del molde por fisuración. En el estudio realizado por CTIF para medir
deformaciones de las herramientas, se han estudiado diferentes medios
de medida en caliente de los desplazamientos (con y sin contactos)
para evaluar su comportamiento y limitaciones. Se ha diseñado un
dispositivo experimental. Este banco experimental incluye un molde
metálico de geometría simple, que permite colar piezas de aluminio, así
como instrumentación (sensores de temperatura y de desplazamiento).
Los resultados de cálculo están muy correlacionados con las medidas
experimentales y permiten validar las herramientas y los métodos de
cálculo. Este enfoque termomecánico permite optimizar el diseño de los
moldes de fundición y comprender las deformaciones en caliente desde
la fase de diseño. La toma en cuenta de estas deformaciones permite
anticipar las variaciones geométricas y dimensionales que experimentan
las propias piezas para mejorar su nivel de precisión. El diseñador puede
elegir entre actuar sobre la térmica del molde, el diseño de la pieza o
compensar la deformación del molde introduciendo medidas con el
efecto térmico contrario para obtener una pieza dimensionalmente
conforme.
Fonderie magazine n° 28, oktober 2012, p. 17
[email protected]
[email protected]
24 •
Fo n d e r i e
magazine
Octobre 2012 • N°28
Fonderie magazine n° 28, octubre 2012, p. 17