Travail de recherche

Fait par: Audrey Martel

Dans le cadre du cours MTH6301

Planification et analyse d’expériences Automne 2009

Analyse statistique des variations dimensionnelles lors du moulage par injection de poudre (MIP)

Plan de la présentation

• Introduction

▫ Moulage par injection de poudre

▫ Frittage

• Problématique

• Paramètres opérationnels

• Variables de réponse

• Plan expérimental et résultats

• Analyse

• Optimisation simultanée

• Conclusion

2

Introduction

Ø

Moulage par injection de poudre

Ø

Avantages

üProductivité élevée üAutomatisable üCoûts faibles

üProcédé aux côtes finales üPièces finales complexes et

de haute performance

Ø

Inconvénients

üContraction distorsion possible üPorosité résiduelle

Frittage

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Introduction

Ø ^Frittage

Ø

À haute température

Ø

Force motrice = réduction de l’énergie de surface

Problématique ^frittage

Contraction distorsion possible

Ø

Frittage = diminution de la porosité

• Contraction (10% à 30%)

• Pièce finale de haute densité (95% à 99%)

Ø

Multiples paramètres opérationnels

• morphologie de la poudre

• nature de la poudre

• les conditions de mélange

• le moule utilisé

• les paramètres de moulage

• le comportement rhéologique du mélange

• le type déliantage

• la vitesse de chauffe lors du frittage

• la température du frittage

• le temps de maintient à la température de frittage

• la vitesse de refroidissement

• et bien plus encore!!!

Paramètres opérationnels

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Identification Facteurs Modalités

- +

A Méthode de déliantage Chimique (solvant) Sous vide

B Vitesse de chauffe (°C/min) 5 10

C Température de maintient (°C) 1150 1250

D Temps de maintient (min) 40 60

Ø 4 facteurs plus importants

Variables de réponse

Ø

Pièces rectangulaires

Ø

Dimensions avant frittage:

• Longueur: 67.940 mm

• Largeur: 12.725 mm

• Épaisseur: 3.188 mm

Ø

Trois variables de réponse:

• % de contraction en longueur

• % de contraction en largeur

• % de contraction en épaisseur

Ø

(L

– L

)*100 = % de contraction en longueur L

Longueur initiale (L₀)

frittage

Longueur finale (L_f)

Objectif:

Minimiser le % de contraction afin de minimiser les distorsions

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Plan expérimental et résultats

# Essai Facteurs Contraction (%)

A B C D Longueur Largeur Épaisseur

1 - - - - 14,896 14,932 14,900

2 + - - - 14,608 14,743 14,931

3 - + - - 14,498 14,671 14,523

4 + + - - 14,373 14,406 14,639

5 - - + - 15,146 15,105 15,135

6 + - + - 14,917 14,963 15,198

7 - + + - 14,726 14,873 14,790

8 + + + - 14,631 14,808 14,962

9 - - - + 14,940 14,981 14,994

10 + - - + 14,756 14,932 15,104

11 - + - + 14,660 14,802 14,743

12 + + - + 14,564 14,647 14,774

13 - - + + 15,197 15,254 15,213

14 + - + + 15,050 15,164 15,496

15 - + + + 14,881 15,002 14,994

16 + + + + 14,763 14,981 15,120

Ø plan factoriel 2⁴ Ø plan complet Ø 16 essais

Ø essais randomisés

Ønégatif: pas de répétition

Analyse ^Ø Contraction en longueur

Diagramme de Pareto Tableau

des effets

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Analyse ^Ø Ajustement du modèle

Tableau d’analyse de la variance Tableau des effets

Équation de prédiction:

Analyse ^Ø Analyse des résidus

Norm al Prob. Plot; Raw Residuals 2**(4-0) design; MS Residual=,0013397

DV: Lenght

-0,06 -0,05-0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Residual

-3,0 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Expected Normal Value

,01 ,05 ,15 ,35 ,55 ,75 ,95 ,99

Predicted vs. Residual Values 2**(4-0) design; MS Residual=,0013397

DV: Lenght

14,3 14,4 14,5 14,6 14,7 14,8 14,9 15,0 15,1 15,2 15,3 15,4 Predicted Values

-0,06 -0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

Raw Residuals

Residuals vs. Deleted Residuals 2**(4-0) design; MS Residual=,0013397

DV: Lenght

-0,06 -0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Raw Residuals

-2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Studentized Del. Residuals

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Analyse ^Ø Optimisation pour le % contraction en longueur

Conditions sur les facteurs pour minimiser le % de contraction en longueur:

A + : méthode de déliantage sous vide B + : vitesse de chauffe de 10°C/min.

C - : température de maintient de 1150°C

D - : temps de maintient de 40 min.

Optimisation simultanée

Conditions sur les facteurs pour minimiser le % de contraction :

A +: méthode de déliantage sous vide B + : vitesse de chauffe de 10°C/min.

C - : température de maintient de 1150°C D - : temps de maintient de 40 min.

Variables de réponse (% de

contraction)

Facteurs

A B C D

Longueur + + - -

Largeur + + - -

Épaisseur - + - -

Optimisation + + - -

Facteurs qui influencent significativement le % de contraction (analyse individuelle):

Ø en largeur: A, B, C et D Ø en épaisseur: A, B, C et D

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Optimisation simultanée

Profiles for Predicted Values and Desirability

A

14,100 14,366 15,400

B C D Desirability

1, ,5 0,

14,373 14,785 15,197

Lenght

1, ,5 0,

14,200 14,444 15,600

1, ,5 0,

14,406 14,830 15,254

Width

1, ,5 0,

14,200 14,610 15,800

1, ,5 0,

14,523 15,010 15,496

Thickness

1, ,5 0,

-1, 1,

,95457

-1, 1, -1, 1, -1, 1,

Desirability

1, ,5 0,

1, ,5 0,

1, ,5 0,

Ø

Conclusion:

A +

B +

C –

D –

Conclusion

• Moulage par injection de poudre

• Pièces aux côtes finales et complexes

• Excellentes propriétés mécaniques ØMAIS beaucoup de paramètres à contrôlés

• Analyse statistique

• Objectif: minimiser le % de contraction

Ø Raison: minimiser la distorsion

• 4 paramètres plus importants:

ØA (méthode de déliantage) : chimique (-) ou sous vide (+) Ø B (vitesse de chauffe) : 5°C/min (-) ou 10°C/min (+) Ø C (température de maintient) : 1150°C (-) ou 1250°C (+) Ø D (temps de maintient) : 40 min (-) ou 60 min (+)

• Variables de réponse: % de contraction en longueur, largeur et épaisseur

Ø

Optimisation simultanée : A+ B+ C- D-

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Des questions?

Référence:

N.H. Loh & R.M. German, 1996. “Statistical analysis of shrinkage variation

for powder injection molding”, Journal of Materials Processing Technology,

vol. 59, pp. 278-284.