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Comprendre les contraintes résiduelles par la simulation de la dureté
Le durcissement minimise l'usure et les besoins d'entretien. La compréhension de la contrainte résiduelle est la clé pour atteindre le degré optimal de dureté des extrudeuses.

Procédé de durcissement d'une filière d'extrudeuse

Branche : Construction de machines et d’installationsDiscipline: Mécanique des structures, Thermique

Coperion est leader mondial des technologies de compoundage, d'extrusion, de dosage, de pesage et de manutention de matériaux en vrac. Le durcissement des outils d'extrusion réduit le besoin de maintenance. La simulation permet d’anticiper et réduire les contraintes résiduelles lors des conceptions et d’optimiser les paramètres du processus de durcissement.

Résumé

Tâche

Le principal défi consiste ici à définir le processus de chauffage et de refroidissement de manière à obtenir un degré de dureté optimal avec de faibles contraintes internes et les meilleurs paramètres de processus possibles.

Solution

Mise en place d'un workflow pour la simulation de la contrainte résiduelle sur l'outil et réalisation d'une analyse du champ de température transitoire couplée à une analyse de mécanique structurelle pour déterminer la distorsion thermomécanique avec Ansys Mechanical.

Avantages clients

Grâce à des analyses comparatives ciblées, le département de conception d'outils a pu concevoir en amont de meilleurs prototypes, ce qui a permis d'éviter des boucles de développement coûteuses. Un workflow défini avec CADFEM a permis l'entrée dans la simulation de durcissement.

Détails du projet

Tâche

Afin de minimiser l'usure et donc la nécessité de maintenance des équipements, une grande importance est accordée au durcissement des filières d'extrusion. Le défi principal consiste à définir le processus de chauffage et de refroidissement pour obtenir un degré de dureté optimal. En raison des effets de la transformation des matériaux, les contraintes internes thermomécaniques font que les composants sont durcis pendant le processus de refroidissement, ce qui peut déjà entraîner des dommages aux composants pendant le processus de durcissement. La simulation du processus de durcissement devrait permettre en amont de faire des conceptions avec de faibles contraintes résiduelles et de définir, au mieux les paramètres du processus de durcissement.


Avantages clients

Grâce aux connaissances acquises lors de la simulation, Coperion est en mesure, par des analyses comparatives ciblées, de concevoir les outils de manière optimale en vue de la production de prototypes, ce qui permet d'éviter des boucles de développement coûteuses. En faisant varier les paramètres des procédés et des matériaux, l'influence sur le résultat du durcissement peut être démontrée de manière analogue. Les résultats du projet pilote ont été remis au client lors d'une session de formation ultérieure, en même temps que la méthode de travail élaborée par CADFEM. Ceci a permis à Coperion de se lancer efficacement dans la simulation de durcissement.


Solution

CADFEM a soutenu le service de développement de Coperion en mettant en place une méthode de travail pour simuler les contraintes internes qui se produisent dans une tête d'injection pendant le processus de trempe. Ainsi, une analyse du champ de température transitoire couplée à une analyse structurelle-mécanique pour déterminer la distorsion thermomécanique a été réalisée avec Ansys Mechanical®. En fonction de la courbe température-temps, les propriétés du matériau élastoplastique ont été ajustées en fonction des propriétés de transformation de phase sous-jacentes pendant le processus de simulation (méthode STAAZ). Les résultats des analyses sont les contraintes résiduelles et les déformations plastiques à la fin du processus de refroidissement et une répartition de la dureté qui en résulte dans le composant. Les zones fortement sollicitées peuvent être identifiées et modifiées afin de minimiser le risque de formation de fissures à un stade précoce.


Directeur de la communication

Produits du projet