Fujitsu Limited et le professeur Yasuhiro Maeda de l'Université Daido ont développé conjointement une nouvelle technologie de simulation capable de reproduire avec précision le comportement des éclaboussures et des vagues à la surface des métaux en fusion lorsqu'ils sont coulés. Dans le processus de coulée, qui est utilisé dans la fabrication de composants dans une variété de domaines, tels que les automobiles et les appareils informatiques, le métal en fusion est versé dans un moule pour être moulé dans une forme. La façon dont le métal en fusion s'écoule à l'intérieur d'un moule affecte considérablement la qualité de la coulée, mais parce que l'intérieur est impossible à voir, il y a eu une demande pour une simulation qui peut clarifier comment le métal en fusion s'écoule dans le moule. Cependant, la simulation de cet écoulement a été difficile à réaliser car la manière dont le métal en fusion s'écoule peut changer considérablement en fonction du film d'oxyde qui se forme lorsque le métal entre en contact avec l'air.

Maintenant, basé sur une technologie de simulation connue sous le nom de méthode des particules, Fujitsu et l'Université Daido ont développé une nouvelle façon de calculer les variations d'écoulement avec des propriétés physiques (viscosité) près de la frontière entre celui-ci et l'air. Cette technologie a ensuite été vérifiée, en le comparant à une expérience réelle modélisant un processus dans lequel un alliage d'aluminium fondu à haute température est versé dans un équipement de coulée, ce qui a confirmé que le mode de suppression des éclaboussures en ligne avec le film d'oxyde sur le métal liquide coulé pouvait être simulé avec précision. Cette technologie crée une simulation pour clarifier comment le métal en fusion s'écoule à l'intérieur de l'équipement de coulée et des moules, un processus qui ne peut être observé de l'extérieur. Cela permettra de changer les procédés de coulée des métaux afin de fabriquer plus rapidement des produits de haute qualité, qui devrait contribuer à améliorer la productivité de la coulée. Les détails de cette technologie seront annoncés lors de la 169e réunion JFS (Japan Foundry Engineering Society), qui se tiendra sur le campus Setagaya de l'Université de la ville de Tokyo du 26 au 29 mai.

Fond

Fonderie, qui est utilisé dans la fabrication de composants pour une variété de domaines, y compris les automobiles, appareils et appareils informatiques, est un processus dans lequel le métal qui a été fondu à haute température est injecté dans des moules, et la façon dont le métal est injecté est connue pour avoir un impact significatif sur la qualité du composant. Dans une méthode de moulage connue sous le nom de moulage sous pression, par exemple, si le métal liquide à l'intérieur des douilles qui injecte le métal en fusion dans la filière à haute pression éclabousse violemment, les oxydes ou autres impuretés qui se forment à la surface où il rencontre l'air peuvent être mélangés, conduisant à des défauts de coulée dans le composant façonné qui les rendent sujettes à la rupture. Pour cette raison, afin d'éviter des éclaboussures importantes de la surface du métal liquide à l'intérieur du manchon de grenaille, le timing de l'injection dans le moule est ajusté en fonction des estimations des projections de la surface liquide dans les parties du manchon non visibles, créant un besoin de technologie pour simuler avec précision la façon dont le métal liquide s'écoule.

Problèmes

Le métal fondu à haute température réagit avec l'oxygène dès qu'il entre en contact avec l'air, générant un film d'oxyde extrêmement fin inférieur à 0,1 mm en surface, ce qui réduit considérablement la fluidité. Pour cette raison, il n'était pas possible d'obtenir des résultats précis avec la technologie précédente couramment utilisée, qui l'a simulé comme l'écoulement d'un liquide uniforme. Afin de calculer l'impact du film d'oxyde mince formé lorsque la surface du liquide éclabousse, il a fallu séparer la couche mince pour les calculs à l'aide d'une technologie capable de simuler les éclaboussures. Afin de calculer au taux de précision extrêmement élevé qui permet de distinguer le film mince, cependant, des calculs plus de mille fois supérieurs à celui d'une simulation liquide uniforme seraient nécessaires, ce qui signifie que les simulations en temps opportun n'étaient pas réalistes.

Aperçu de la nouvelle technologie de simulation

Fujitsu et l'Université Daido ont développé une technologie de simulation qui peut calculer l'impact de la diminution de la fluidité dans les métaux liquides due au film d'oxyde mince sans augmenter considérablement les coûts de calcul. Cette technologie combine une méthode connue sous le nom de méthode des particules, dans lequel les fluides sont représentés comme des collections de particules dans les calculs, avec un nouveau modèle informatique qui modifie dynamiquement les valeurs des propriétés physiques des particules situées à la surface du liquide. Avec ce modèle de calcul, les valeurs de propriétés physiques liées à la fluidité (viscosité) des particules situées à la surface du liquide sont fixées en fonction du rapport entre la taille des particules représentant le métal liquide et l'épaisseur du film. Étant donné que l'impact des propriétés d'écoulement réduites en raison de la formation du film d'oxyde mince peut être calculé avec cette méthode sans modifier la taille des particules, qui est l'unité de base du calcul, le temps de calcul requis pour la simulation peut être maintenu à peu près au même niveau qu'une simulation d'un écoulement d'un liquide uniforme. Dans un essai technologique dans lequel la simulation a été comparée à une expérience modélisant la coulée d'alliage d'aluminium fondu à haute température dans un manchon de moulage sous pression, il a été confirmé qu'une simulation qui reproduisait correctement la façon dont le métal en fusion s'écoule, ce qui est très différent de l'eau, pourrait être accompli en environ huit heures de temps de calcul (voir la figure).