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

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