Développement d'une méthode de conception de moules et noyaux hybrides en fonderie

Development of methods to design molds and cores hybrids in foundry

• Auteur / Autrice : Marjorie Jacques
• Direction : Hervé Bonnefoy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, structures
• Date : Soutenance le 19/12/2019
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Numérique et de l’Ingénieur (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Thermique, Mécanique, Matériaux (ITheMM) - EA 7548
• Jury : Président / Présidente : Régis Bigot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Mognol, Pascal Lafon, Hervé Bonnefoy, Anne Mertens, Samir Allaoui
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Mognol, Pascal Lafon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moules (travail des métaux)

Impression 3D

Mots clés libres

Fabrication additive

Procédé hybride

Moule en sable

Methodologie de conception

Additive manufacturing

Hybrid process

Sand mold

Design method

Résumé

Ces travaux de recherche ont pour objectif de définir une méthodologie de conception de moules hybrides en fonderie. Cette méthodologie est définie à partir des limites technico-économiques des procédés traditionnels de moulage et de l’impression 3D sable. Dans un premier temps, ces limites sont évaluées par la caractérisation mécanique et dimensionnelle des moules imprimés. Cette caractérisation mécanique a été réalisée à partir d’essais de flexion 3 points et de compression en fonction de différents paramètres. La capabilité dimensionnelle de l’imprimante 3D a été évaluée par la mesure d’éprouvettes imprimées dans différentes directions. Dans un second temps, la méthode de conception des moules traditionnels a été formalisée à partir du recueil de l’expertise des partenaires fondeurs du projet ANR MONARCHIES et testée sur différents cas. Les règles métiers inhérentes à l’imprimante 3D sable ont été établies à partir des travaux du laboratoire ITHEMM et complétées par l’étude de pièces. Le processus de conception des moules imprimés a été élaboré à partir de ces règles métiers et validé sur des études de cas. Le coût de fabrication des moules imprimés a été défini par une méthode analytique et paramétrique. La méthodologie de conception des moules hybrides s’appuie sur l’ensemble des travaux précédents et sur la notion d’indice de complexité. En fonction de la valeur de ces indices de complexité, des contraintes de remmoulage et de coût de fabrication, le choix optimal du procédé de fabrication est défini pour les différentes parties du moule. Enfin, cette méthodologie a été testée sur un panel représentatif de pièces de fonderie permettant d’évaluer sa robustesse.

The aim of this works is to define a design methodology of hybrids casting molds. This methodology is based on technical and economical limits of conventional process and 3D sand printing. Firstly, these limits were evaluated by mechanical and dimensional characterization of 3D sand printing molds. Mechanical characterization was realised by three points bending test and compression testing with different parameters. 3D printer dimensional capability was determined by samples measure printed in different directions. Secondly, the design method of conventional molds was established from smelters know-how which are ANR MONARCHIES project partner from different case study. Inherent design rules of sand 3D printer were defined from the ITHEMM laboratory research works and completed with parts studies. 3D printing molds design process was created by design rules and validated with studies cases. Manufacturing cost of printing molds was defined by analytic and parametric method. The hybrids molds design methodology relies on all previous works and on complexity index. Optimal manufacturing process for different molds parts was selected according to the complexity index value, mould assembly restraint and manufacturability cost. Finally, this methodology was tested on representative sample group of casting parts, allowed to evaluate the robustness.