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Conception, fabrication et validation d'une presse à injection basse pression pour le procédé des poudres métalliques

G. Lamarre, Simon (2016). Conception, fabrication et validation d'une presse à injection basse pression pour le procédé des poudres métalliques. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le moulage par injection à basse pression de poudre métallique est une technique de mise en forme de pièces de formes complexes. La poudre métallique est mélangée avec des polymères basse viscosité (ex. : cire) pour former un mélange homogène à une température supérieure à la température de fusion des polymères. Pour faciliter l’injection dans la cavité du moule, la composition des mélanges est ajustée pour diminuer la viscosité. D’une part, les mélanges peu visqueux possèdent une bonne moulabilité. D’autre part, le phénomène de la ségrégation se manifeste rapidement avec les mélanges peu visqueux.

Les machines commerciales sont munies d’un canal d’injection et d’une valve qui relient le réservoir de mélange et la cavité du moule. Le mélange reste stationnaire dans ces composantes entre deux séquences d’injection, ce qui le rend propice à la ségrégation. Plusieurs brevets tentent de résoudre ce problème en utilisant des pompes et des canaux de recirculation. Ces composantes sont difficiles à nettoyer en raison de leur complexité.

Une machine à injection basse pression a été conçue et fabriquée pour l’étude de l’aptitude au moulage des mélanges de très faible viscosité (ex. : 0.1 Pa·s), qui tient compte du phénomène de ségrégation et des contraintes de nettoyage. Un piston d’injection puise le volume désiré d’un réservoir. Ensuite, un mouvement latéral cisaille le mélange à l’intersection entre le réservoir et le cylindre et bouche l’orifice de sortie du réservoir. Le cylindre est dégagé et peut recevoir le moule. À la suite de l’injection, le piston retourne à la position du réservoir et entre dans son orifice de sortie. Le mélange résiduel est retourné dans le réservoir, mélangé et désaéré à nouveau.

L’appareil a été validé par des essais d’injectabilité avec un mélange de poudre d’acier inoxydable et de liants à basse viscosité. Des essais d’injection ont montré que le mélange contenant l’acide stéarique a parcouru la plus grande distance dans le moule de forme spirale, suivi du mélange contenant l’acide stéarique et l’éthylène vinyle acétate et finalement du mélange contenant seulement la cire de paraffine. Des essais de rhéologie ont corrélé ces résultats pour une viscosité associée à un faible taux de cisaillement. Un essai de ségrégation a montré qu’un temps d’attente de moins d’une minute devait être respecté avant de mesurer une ségrégation importante. De plus, le fonctionnement du système de vacuum a été validé par des analyses radiographiques. Un temps de mélange sous vacuum de 30 min est suffisant pour éliminer complètement la présence de bulles d’air dans la pièce injectée.

Titre traduit

Design, fabrication and validation of a low pressure injection press for metallic powders process

Résumé traduit

Low pressure metal powder injection molding is a forming technique of complex parts. Metal powder is mixed with low viscosity polymers (eg. Wax) to form a homogeneous mixture at a temperature above the polymer melting point temperature. To facilitate injection into the mold cavity, the composition of the mixture is adjusted to decrease the viscosity. On the one hand, the low viscosity feedstocks have good moldability. On the other hand, the phenomenon of segregation rapidly manifest with low viscosity feedstocks.

The commercial machines are equipped with an injection channel and a valve which connect the mixing container and the mold cavity. The feedstock remains stationary in these components between two injection sequences, which make it suitable to segregation. Several patents attempt to solve this problem by using pumps and recirculating channels. These components are difficult to clean because of their complexity.

A low pressure injection machine has been designed for the study of moldability of very low viscosity feedstocks (0.1 Pa·s) which takes into account the phenomenon of segregation and cleaning constraints. An injection piston withdraws a desired volume of a container. Next, a lateral movement shear the feedstock at the intersection between the container and the cylinder and plug the outlet of the container. The cylinder is then released and can receive the mold. Following the injection, the piston returns to the container position and plug the outlet of the container. The residual mixture is returned to the container, mixed and deaerated again.

The device has been validated by injection tests with a mix of stainless steel powder and low viscosity binders. Injection tests have shown that the feedstock containing stearic acid has covers the greatest distance in the spiral shape mold, followed by the feedstock containing stearic acid and ethylene vinyl acetate and finally the feedstock containing only the wax paraffin. Rheological tests were correlated with results for viscosity associated with low shear rates. A segregation test showed that waiting time less than one minute should be respected before measuring a significant segregation. In addition, the operation of the vacuum system has been validated by radiographic analysis. A vacuum under 30 min mixing time is sufficient to completely eliminate the presence of air bubbles in the injected part.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Bibliographie : pages 179-183.
Mots-clés libres: Moulage par injection Appareils et matériel. Moulage par injection Conception et construction. Métaux Moulage par injection. Poudres métalliques. Viscosité. Ségrégation (Métallurgie) injection, presse, moulage par injection de poudre, presse à injection, aptitude au moulage
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Demers, Vincent
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Chatelain, Jean-François
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 20 avr. 2017 18:01
Dernière modification: 20 avr. 2017 18:01
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1872

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