Les défauts de moulage des pièces moulées en aluminium constituant les compresseurs des turbocompresseurs de moteurs à essence sont analysés. Les causes possibles de ces défauts sont examinées. À l'issue de l'analyse de la qualité du métal en fusion, les raisons justifiant l'utilisation de filtres en mousse céramique pour améliorer le processus de moulage sont exposées ; celles-ci ont été validées en conditions réelles de production. L'utilisation du filtre céramique pour le moulage des pièces métalliques permet de réduire considérablement le taux de rebut, ce qui contribue à diminuer efficacement les coûts de production.
Le carter en aluminium du compresseur du turbocompresseur est réalisé par moulage par gravité, et le noyau en sable est un noyau en sable enrobé. En raison de la chute rapide de la température lors du remplissage du moule métallique par l'aluminium fondu, un remplissage rapide est nécessaire. La température de coulée est de 710 °C, la température de préchauffage du moule est comprise entre 300 et 350 °C, le temps de remplissage est d'environ 6 s, et deux couches de tamis filtrants en fibre sont placées à la base de la canal de coulée.
En production réelle, les pièces moulées présentent un grand nombre de défauts, tels que des inclusions et des entrains. Dans les cas les plus graves, les inclusions d’oxydation obstruent la section du produit, et les défauts de pénétration ainsi formés provoquent d’importantes fuites d’air. Des trous apparaissent après le traitement de grenaillage de surface, et des oxydes présents sur toute l’épaisseur de la paroi sont visibles sur la section de rupture.
Afin d'analyser plus en détail les types de défauts et les causes de leur formation, des échantillons des pièces moulées ont été prélevés pour être soumis à une observation métallographique ; on a ainsi constaté la présence de défauts tels que des inclusions d'oxyde, des trous et des retassures. Les défauts susmentionnés peuvent généralement être dus à un traitement inadéquat de l'aluminium en fusion, à un dégazage et à une élimination des scories insuffisants, ce qui entraîne leur présence dans la pièce moulée ; ou encore, une conception inadaptée du système de coulée peut provoquer des turbulences et des projections pendant le processus de coulée.
L'analyse du métal en fusion consiste à soumettre l'aluminium fondu à un traitement d'affinage à l'azote. À l'issue de ce traitement, l'aluminium fondu est analysé à l'aide d'un détecteur d'hydrogène. Le résultat indique que la teneur en H₂ est de 0,15 ml pour 100 g d'Al. L'échantillon métallographique s'est également révélé propre et exempt de scories. On en conclut donc que les défauts liés au gaz, aux scories et aux inclusions ne sont pas introduits dans la coulée d'aluminium fondu.
Une fois que l'analyse par simulation numérique a permis d'éliminer la cause des rebuts de moulage dus à l'aluminium fondu, le procédé d'origine a été simulé numériquement à l'aide du logiciel MAGMA. Les résultats de la simulation montrent que l'aluminium fondu, après avoir traversé le filtre, se répand directement sur la partie supérieure de la pièce moulée pour la remplir, puis s'écoule vers le bas une fois celle-ci partiellement remplie. La vitesse est élevée, et les phénomènes de turbulence, d'éclaboussures et d'entraînement sont importants.
Les défauts de coulée sont principalement dus à un contrôle insuffisant du processus de remplissage. Par conséquent, ajuster le système de coulée pour stabiliser la coulée permet d'éviter efficacement ces défauts. L'utilisation d'un filtre en mousse céramique constitue l'une des solutions simples et efficaces. Ce filtre remplace le filtre en fibre utilisé dans le procédé d'origine. La coulée est ainsi stabilisée, ce qui évite les turbulences, l'entraînement de particules et les projections ; le fond est rempli en premier, et l'alimentation est garantie.
Le filtre en mousse céramique pour la coulée des métaux, cela permet non seulement d'obtenir un bon effet filtrant sur l'aluminium fondu, mais aussi d'éviter efficacement la formation d'inclusions oxydées endogènes.