Method to identify rheological constitutive model adapted for powder injection moulding process using inverse method

• Autorzy: Claudel D. , Gelin J. -C. , Sahli M. , Barriere T.

Warianty tytułu

PL

Metoda identyfikacji konstytutywnego modelu reologicznego zastosowanego w procesie odlewania metodą wtryskiwania proszku przy użyciu metody odwrotnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this paper is to show a method to identify rheological parameters of constitutive models for powder injection moulding process. The constitutive rheological model used is generalized model mixing several rheological laws such as Carreau-Yasuda, Maron-Piercc and Arrhenius. Thus, the constitutive model takes accounts shear rate, powder volume loading, temperature and particle size. The material used for this study is Inconel 718, nickel-chromium-based superalloy is typically used in high-temperature and high-performance applications, particularly in the aeronautic industry. To elaborate the feedstock, powder was mix with a formulation composed of three different binder ingredients: polypropylene (PP), polyethylene glycol (PEG) and a stearic acid (SA). Then, a rheological characterization on the powder and feedstock was carried out. The rheological properties of the resulting binder formulations and feedstocks were characterized using a capillary rheometer. First all the binder granules were filled into rheometer barrel heated to 170,180 or 190°C. More than, the powder particle size distribution was measured by laser scattering particle analyser. Then, the data collected from the first characterization were used to identify parameters of the model. Then, this identification of parameters could be used to carry out numerical injection simulations. Also, sensitivity of parameters analysis was carrying out to determine influence of each of rheological law.

PL

Celem pracy jest przedstawienie metody identyfikacji parametrów Teologicznych modelu konstytutywnego dla procesu wtryskiwania proszku. Reologiczny model konstytutywny jest uogólniony model będący połączeniem wielu praw Teologicznych. takich jak Caneau-Yasuda, Maron-Pierce'a i Anheniusa. Zatem model konstytutywny bierze pod uwagę prędkość ścinania, objętość proszku, temperaturę i wielkość cząstek. Analizowanymi materiałami były Inconel 718 i nadstop na bazie niklu i chromu, stosowane w procesach wysokotemperaturowych i o wysokiej wydajności, szczególnie w przemyśle lotniczym. Materiał wsadowy wytworzono z proszku składającego się z trzech składników: polipropylenu (PP), glikolu polietylenowego (PEG) i kwasu stearynowego (SA). Następnie opracowano charakterystykę Teologiczną dla proszku i materiału wsadowego. Reologicznc własności spoiwa i materiału wsadowego zostały wyznaczone reometru kapilarnego. Na początku spoiwo umieszczono w reometrze, który podgrzano do temperatury 170, 180 lub 190°C. Następnie został zmierzony rozkład wielkości cząstek proszku z użyciem laserowego analizatora rozmiaru cząstek. W kolejnym kroku badań zebrane dane zostały wykorzystane do identyfikacji parametru modelu. Oszacowane parametry modelu mogą zostać zastosowane w symulacjach numerycznych proce su wtryskiwania. Ponadto w pracy przeprowadzono analizę wrażliwości, określając wpływ parametrów poszczególnych modeli na wartości wyjściowe z modeli.

Słowa kluczowe

EN

rheological model; metal injection moulding; identification parameter

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 15, No.1
• Strony: 226--231
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Claudel D.

• FEMTO-ST Institute / Applied Mechanics Department, 24 rue de l'Epitaphe, 25000 Besangon, France

autor

Gelin J. -C.

• FEMTO-ST Institute / Applied Mechanics Department, 24 rue de l'Epitaphe, 25000 Besangon, France

autor

Sahli M.

• FEMTO-ST Institute / Applied Mechanics Department, 24 rue de l'Epitaphe, 25000 Besangon, France

autor

Barriere T.

• FEMTO-ST Institute / Applied Mechanics Department, 24 rue de l'Epitaphe, 25000 Besangon, France

Bibliografia

• El Otmani, R., 2009, Étude du refroidissement d'un polymère chaud sur une paroi métallique froide: influence des paramètres d'interfaces application à l'injection des polymères, PhD thesis, Ecole Centrale de Lyon.
• Hidalgo Garcia, J., 2013, Development of Binder Systems Based on CAB for Powder Injection Moulding and Micro Powder Injection of Zircon and Invar Powders, Carlos III, Madrid.
• Omar, M.A., Ibrahim, R., Sidik, M.I., Mustapha, M., Mohamad, M., 2003, Rapid Debinding of 316L Stainless Steel Injection Moulded Component, J Mater Process Tech, 140, 397^100.
• Onbattuvelli, V.P., Chinn, R., Enneti, R.K., Park, S.J., Atre, S.V., 2014, The Effects of Nanoparticle Addition on Binder Removal from Injection Molded Silicon Carbide, Ceram Int, 40, 13 861 -13 868.
• Özgun, Ö., ÖzkanGülsoy, H., Yilmaz, R., Findik, F., 2013, Injection molding of nickel based 625 superalloy: Sintering, heat treatment, microstructure and mechanical properties, J Alloy Compd, 546,192-207.
• Quinard, C, Song, J., Barriere, T., Gelin, J.C., 2011, Elaboration of PIM Feedstocks with 316L Fine Stainless Steel Powders for the Processing of Micro-Components, Powder Technol, 208, 383-389.
• Ratkovich, N., Horn, W., Helmus, F.P., Rosenberger, S., Naessens, W., Nopens, I., Bentzen, T.R., 2013, Activated Sludge Rheology: A Critical Review on Data Collection and Modelling, Water Res, 47, 463-482.
• Senapati, P.K., Mishra, B.K., Parida, A., 2010, Modeling of Viscosity for Power Plant Ash Slurry at Higher Concentrations: Effect of Solids Volume Fraction, Particle Size and Hydrodynamic Interactions, Powder Technol, 197. 1-8.
• Shivashankar, T.S., Enneti, R.K., Park, S-J., German, R.M.. Atre, S.V., 2013, The Effects of Material Attributes on Powder-Binder Separation Phenomena in Powder Injection Molding, Powder Technol, 243, 79-84.
• Szeliga, D., Gawad, J., Pietrzyk, M., 2006, Inverse Analysis for Identification of Rheological and Friction Models in Metal Forming. Comput Method Appl M, 195, 6778-6798.
• Urterkin, L., Uslan, I., Tuc, B., 2011, Investigation of Properties of Powder Injection-Molded Steatites, J Mater Eng Perform, 21, 358 365.
• Urterkin, L., Uslan, I., Tuc, B., 2011, Investigation of Properties of Powder Injection-Molded Steatites, J Mater Eng Perform, 21,358-365.
• Yasuda, K.Y., Armstrong, R.C., Cohen, R.E., 1981, Shear Flow Properties of Concentrated Solutions of Linear and Star Branched Polystyrenes, Rheol Acta, 20, 163 178.