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ENSIT

Notes de cours

Procédés d’obtention des matériaux

plastiques et composites

Version 00

Préparées : par Farhat ghanem

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Introduction générale

Les plastiques inventés au XXième

siècle remplacent de plus en plus les matériauxtraditionnels comme le bois ou le métal. Les recherches menées pour améliorer et diversifierleurs propriétés les destinent à de nombreuses utilisations. Les matières plastiques sontlégères, hygiéniques, durables et faites sur mesure. C'est grâce à toutes leurs qualités qu’ellessont devenues irremplaçables et omniprésentes dans les objets de notre vie quotidienne.

A. Rappel sur la matière plastique

IntroductionUne matière plastique est un mélange constitué par une résine de base, additionnée

éventuellement de plastifiants, de colorants et de charges : textile, poudre, fibre de verre etc.

On distingue :

-Les matières plastiques naturelles. : Exemple : la corne, la gélatine, l’écaille -Les matières plastiques synthétiques, obtenues à partir des dérivés du pétrole

(pétroléochimie) ou du charbon (carbochimie). -Les matières plastiques artificielles, obtenues à partir de produit naturels, exemple :

la nitrocellulose, la cellophane.

I. Historique 1838 : Henri Regnault a synthétisé du PVC pour la première fois, mais cette

découverte est restée sans suite. 1869 : les frères Hyatt ont mis au point le celluloïd qui est considéré comme la toute

première matière plastique artificielle. 1889 : le chimiste français Jean-Jacques Trillat obtient de la galalithe en durcissant

la caséine du lait. 1890 : les Britanniques Cross et Bewan découvrent la viscose en dissolvant de

l'acétate de Cellulose dans du chloroforme 1907 : La découverte de la bakélite par le Belge Leo Hendrik Baekeland 1908 : la découverte de la cellophane 1927 : Apparition du polyméthacrylate de méthyle ou PMMA, qui est commercialisé

sous les noms de plexiglas et d'altuglas. 1930 : Wallace Carothers invente le Polystyrène et le polyamide, qui fut le premier

plastique technique à haute performance. 1933: Apparition du polyéthylène et du polyuréthane. 1940: Premières pièces mécanique remplacées par des résines armées composites pour

les avions. 1947: Apparition de l’époxyde 1953: Apparition du polypropylène et du polycarbonate. En l'an 2000, le polyéthylène et le polypropylène, étaient les matières plastiques les

plus produites.

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II. Définitions

1. Matières plastiquesC’est un mélange d’un ou plusieurs polymères avec des additifs et des adjuvants (les

polymères pure ne son pas utilisés). Une multitude d’additifs et d’adjuvants sont incorporés

dans les polymères pour améliorer les caractéristiques et pour faciliter la fabrication des

matériaux plastiques.

2. MonomèresCe sont des unités chimiques de base (des molécules) des matières plastiques. Ils sont

construits autour des atomes de carbones (d’hydrogène, d’oxygène, d’azote, de chlore, de

silice). Exemple : le monomère d’éthylène C2H4 .

Figure 1 - un monomère d’éthylène C2H4

3. PolymèresSous l’action de la pression, la température sert un catalyseur, les monomères se

regroupent entre eux pour former de longues chaines appelées polymère ou macromolécule.Un polymère peut contenir plusieurs centaines à plusieurs millions de monomères. On peutciter en exemples : le polystyrène, le polyéthylène……

Figure 2 – Exemple de polymère (Polyéthylène)

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4. Polymérisation

L’opération chimique liant les monomères entre eux pour obtenir un polymère appeléepolymérisation. La copolymérisation est l’enchainement de deux macromolécules de naturedifférentes. Il permet d’obtenir de nouvelles macromolécules dans lesquelles les éléments debase se trouvent alternés.

Figure 3 – un exemple de polymérisation

III. Différents types de matières plastiquesIl existe trois grandes catégories de matières plastiques synthétiques: les

thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères.

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1. Les thermoplastiques (TP)

Les matières plastiques à macromolécule ramifiées mais non réticulées, peuvent être mise enforme de façon réversible.

Le nombre de branchements ou de ramification entre les macromolécules est faible, celle-cireste linéaire et séparées après mise en forme. La structure obtenue reste très serres semicristalline, bien organisée et proche de celle des métaux. Le recyclage est possible.

Exemple : Polyéthylène ; Polystyrène.

Figure 4 - un fragment de polyéthylène linéaire

2. Les thermodurcissables (TD)Les matières plastiques à macromolécule formées en raison de maille serrée sont mises

en forme de façon irréversible (formation d’un réseau tridimensionnelle au cours de lapolymérisions) dans la mesure ou les branchements se font de manière aléatoire pour formerdes ponts, le matériau obtenu est amorphe ou désorganisé. Le recyclage est impossible.

Exemple : Phénoplastes (Bakélite) ; Polyester.

Figure 5 - les macromolécules forment un réseau de mailles serrées

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3. Les élastomères

Les matières plastiques à macromolécule en trois dimensions, réticulées, ne peuventpas êtres mise en forme de façon réversible. Le recyclage est impossible.

Exemple : Silicones ; Polychlorobutadiene (Néoprène).

Figure 6 – les macromolécules forment un réseau de maille large

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Fiches techniques de quelques matériaux plastiques.

Il existe beaucoup de sorte de matières différentes, le choix de la matière dépend

généralement du type de pièce à mouler. Il faut avant tout savoir avec précision l'usage que

l'on veut en faire. Ensuite, il faut étudier son comportement dans le temps selon certain critère

tel que la résistance mécanique, son exposition au ultra violet (U.V), sa souplesse, si elle

résiste face à certains solvants.

Les matières le plus souvent employées sont :

1. Polystyrène (P.S)2. Polypropylène (P.P)3. polyéthylène (P.E)4. Polycarbonate (P.C)5. Polyamide (P.A)6. Acrylonitrile Butadiène Styrène (A.B.S)7. Polyoxyméthylène (P.O.M)8. Polychlorure de Vinyle (P.V.C)9. Polyméthacrylate de méthyl (P.M.M.A)10. Styrène Acrylonitrile (S.A.N)11. Polyoxyphénylène modifié(P.P.O.m)12. Polytéréphtalate d'éthylène(P.E.T)

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Polystyrène (P.S)

Découverte entre 1930 et 1931

origine : Gaz naturel ou pétrole = Styrène

Structure : Amorphe

Retrait : 0.2% à 0.6%

Densité : 1.05

Mise en œuvre :Injection T° de Moulage : 160°à 280° CT° du moule : 10°à 60°Temps d'étuvage : aucun

Avantages particuliers :

Facilité extrême de mise en œuvre, cadences rapides Excellente transparence cristal Bel aspect de surface, possibilités de coloration Faible retrait Alimentaire, absence d'odeur Collage et soudure aisés (Ultrasons)

Précautions limites d'emploi :

Résistance aux chocs faibles Electrostatique Mauvaise tenue aux hydrocarbures (huiles, solvant, ...) Jaunissement à la lumière (stabilisants) Combustible, mauvaise tenue thermique

Utilisations les plus courantes :

Equipement ménager, jouets, luminaires Emballage et décorations

Il existe plusieurs sorte de Polystyrène, avec des caractéristiques mécanique beaucoup moins fragile

(ex: Le Polystyrène choc)

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Polypropylène (P.P)

Découverte en 1957

origine : Propylène + éthylène

Structure : Cristalline

Retrait : 1% à 2.8%

Densité : 0.900

Mise en oeuvre : Injection T° de Moulage : 210°à 300° C

T° du moule : 20°à 90°

Temps d'étuvage : aucun

Avantages particuliers :

Extraordinaire résistance à la flexion Excellente propriétés électriques Bonne propriétés mécaniques Très bonne résistance aux produits chimiques Possibilité fibrilationPrécautions limites d'emploi :

Inserts en cuivre et manganèse déconseillés Fragilité à la basse température (limite O°) Mauvaise tenue au vieillissement (nécessité adjuvants) Jaunissement à la lumière (stabilisants) Retrait non homogène

Utilisations les plus courantes :

Pièces industrielles (automobile : bonne résistance à la température et aux produits chimiques) Equipement ménager Corps creux, bouchage tubes, tuyaux eau chaude Bandes de cerclage Composants électriques et électroniques Emballages alimentaire (Bac, pot, couvercle, seau, ...)

Selon le type de pièces à réaliser, il faut un Polypropylène avec des grades différents, ou desadditifs comme du P.P chargé de talc. Il existe deux familles de P.P .

1. Les homopolymères : le même motif chimique se répète à l'infini (ex : A.A.A.A.A.A)2. Les copolymères : qui est un mélange de deux produits différents (ex : A.B.A.B.A.B)

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Polyéthylène haute densité (P.E)

Découverte en 1937 pour le P.E basse densité et en 1957 pour le P.E haute densité

origine : Ethylène

Structure : Cristalline

Retrait : 1.3% à 3.5%

Densité : 0.945 à 0.960

Mise en œuvre : Injection T° de Moulage : 160°à 300° CT° du moule : 20°à 60°Temps d'étuvage : aucu

Avantages particuliers :

Caractéristiques améliorées par rapport au P.E basse densité Rigidité, brillance de surface Résistance à la température (-40° à +125°) vieillissement aux chocs, inertie chimique,

résistance à l'eau bouillante Anti-adhérence accrue Absence de fissuration sous tension

Précautions limites d'emploi :

retrait différentiel Densité plus élevée que le P.E bd Nécessité incorporation d'agents antistatiques pour certaines applications

Utilisations les plus courantes :

Casiers de manutention Articles ménagers, jouets, sièges, luminaires Isolation électrique réservoirs, chaudronnerie anticorrosion Mono-multi filaments, fils plats étirés, corderies, sacs

Le P.E basse pression est toujours de haute densité , et le P.E haute pression est toujours de basse

densité

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Polycarbonate (P.C)

Découverte en 1957origine : Bisphenol A , carbonate de biphényleStructure : AmorpheRetrait : 0.7%Densité : 1.20

Mise en œuvre : Injection T° de Moulage : 270°à 320° CT° du moule : 85°à 120°

Temps d'étuvage : de 2 à 6 hT° d'étuvage : 120°

Avantages particuliers :

Excellentes propriétés mécaniques (incassables) Ténacité, dureté, résistance aux chocs Excellentes propriétés électriques Conservation des caractéristiques sur un large intervalle de températures Stabilité dimensionnelle Tenue aux U.V (ultra violet), bonne transparence Autoextinguible, imperméabilité à la vapeur d'eau AlimentairePrécautions limites d'emploi :

Résiste mal aux super-carburants Attaqués par les lessives Mauvaise tenue aux hydrocarbures (huiles, solvant, ...) Jaunissement à l'extérieur (nécessité d'un stabilisants) Nécessité d'étuvage avant transformation Pressions et températures injection relativement élevées

Utilisations les plus courantes :

Appareillage électrique et électronique Luminaires, signaux lumineux, lentilles optiques Cartes de protection, guichets Matériel stérilisable (bacs chirurgicaux, biberon)

En cas d'arrêt prolongé de la presse, il faut baisser les chauffes entre 160°et 180° C ,Parce que c'est

une matière qui se dégrade vite et qui risque de faire des points noirs sur les pièces au redémarrage

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Polyamide (P.A)

Découverte en 1946origine : Caprolactame(préparé à partir du phénol)Structure : CritallineRetrait : 1% à 2.3%Densité : 1.13

Mise en oeuvre : Injection T° de Moulage : 230°à 260° CT° du moule : 50°à 95°Temps d'étuvage : 4 hT° d'étuvage : 90°

Avantages particuliers : Excellentes propriétés mécaniques (incassables) Plage de température de fusion plus large Résistance aux solvants usuels Bonne tenue au feu Bonnes caractéristiques électriques

Inconvénients :

Hydroscopicité supérieure (pouvoir de reprendre l'eau) Variation des caractéristiques en fonction des températures et de l'humidité Dissous par les phénols et acide formique Aspect de surface moyen Nécessité d'étuvage avant transformation

Utilisations les plus courantes :

Appareillage électrique et électronique (Programmateurs, connecteurs, douilles lampes,carters, fiches)

L'automobile (turbines, poignées, flotteurs, compteurs, pare-choc, enjoliveurs Electro-ménager (carters, turbines, poulies, éléments de robots, fouet, pieds de mixers) Divers (briquets, téléphone, valves aérosol, seringues, casques)

On distingue plusieurs sortes de P.A : (6 - 6.6 - 6.6 chargé à 30% de fibre de verre - 6.10 - 11 -

12 et même du polyamide transparent Chaque numéro correspond à des critéres bien

particulier, et influence les propriétées mécaniques des pièces moulées

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Acrylonitrile Butadiène Styrène (A.B.S)

Découverte entre 1946 et 1947origine : Acrylonitrile butadiène styrèneStructure : AmorpheRetrait : 0.4% à 0.7%Densité : 1.05

Mise en oeuvre : Injection T° de Moulage : 210°à 270° CT° du moule : 30°à 80°Temps d'étuvage : de 2 à 4 hT° d'étuvage : 90°

Avantages particuliers :

Rigidité Aspect agréable ( surfaces dures et brillantes) Stabilité dimensionnelle Bonne résistance aux chocs et aux rayures Assez bonne tenue à la chaleur et à l'humidité Alimentaire Moulage et formage aisés, décoration et impression facile

Précautions limites d'emploi :

Opacité Trés électrostatique (nécessité d'agents antistatiques) Tenue chimique assez faible Jaunissement à l'extérieur (nécessité d'un stabilisants) Transparence laiteuse

Utilisations les plus courantes :

Industrie automobile (calandre, tableau de bord) Electro-ménager (capotage, carter, cuve réfrigérateur) Radio, T.V, photo, appareil téléphonique Ameublement

Par son aspect et son état de surface d'une excellente qualitée , les pièces moulées peuvent être

décorées . Elles supportent facilement l'impression, ou la métallisation

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Polyoxyméthylène (P.O.M)

origine :Structure : AmorpheRetrait : 0.5% à 0.7%Densité : 1.06 à 1.10

Mise en oeuvre : Injection T° de Moulage : 180°à 250° CT° du moule : 30°à 80°Temps d'étuvage : de 2 à 4 hT° d'étuvage : 90°

Avantages particuliers : Elasticité Résistance au fluage Endurance à la fatigue mécanique Faible reprise d'humidité Bonne qualité de frottement Tenue aux produits pétroliers et solvants courants Excellente propriété mécanique

Précautions limites d'emploi : Retrait élevé dû à la forte cristallinité Sensibilité à la lumière Opaque Inflammabilité Sensibilité aux acides faibles et bases Pressions et températures injection relativement élevées

Utilisations les plus courantes : Appareillage électrique et électronique Pièces d'horlogerie Déflecteurs de T.V Pièces automobiles (pour sa tenue en température)

Modes de transformation Injection , Injection souflage , Extrusion , Thermoformage , Usinage

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Polychlorure de Vinyle (P.V.C)

origine :

Structure : Amorphe

Retrait : 0.2% à 0.4%

Densité : 1.40

Mise en œuvre : Injection T° de Moulage : 170°à 205° CT° du moule : 40°à 70°Temps d'étuvage : 4 hT° d'étuvage : 80°

Avantages particuliers :

Rigidité, stabilité dimensionnelle des pièces moulées Résistance à l'abrasion excellente Autoextinguibilité, incombustible Bonnes propriétés électriques Bon comportement aux agents chimiques Extrusion, formage usinage soudage aisés

Précautions limites d'emploi :

Fragile à basse température Brunissement aux U.V (ultra violet) Précaution à prendre en injection (moulage possible dans un faible écart de température) Dégagement de vapeurs chlorées en cas de décomposition Nécessité additifs pour améliorer la résistance aux chocs

Utilisations les plus courantes :

A: pour le P.V.C rigide

Tubes (adduction eau, assainissement, irrigation, drainage, gaine pour câbles) Profilés (sous plafonds, toitures, volets) Pièces industrielles

B: pour le P.V.C souple

Revêtements de sols, tissus enduits (simili cuir) Câblerie électrique, profilés souples, joints Nappes, rideaux, Objets gonflables, compte-gouttes

Les PVC peuvent être utilisés non plastifiés : PVC RIGIDES ou plastifiés : PVC SOUPLE . Les

propriétés mécaniques sont trés différentes. Les caractéristiques chimiques des PVC SOUPLE sont

plus ou moins affectées.

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Polyméthacrylate de méthyl (P.M.M.A)

Découverte en 1927origine : Méthacrylate de méthyleStructure : AmorpheRetrait : 0.2% à 0.8%Densité : 1.18

Mise en oeuvre : Injection T° de Moulage : 200°à 270° CT° du moule : 40°à 70°Temps d'étuvage : 4 hT° d'étuvage : 80°

Avantages particuliers :

Transparence optique (supérieure au verre ordinaire) Facilité de coloration, décoration, métallisation Formage, usinage, collage faciles Excellente tenue au vieillissement, tenue aux U.V (ultra violet) Rigidité, surface dure

Précautions limites d'emploi :

Combustibilité Fragilité relative Nécessité d'un recuit pour éviter le fendillement Faible tenue aux températures Résistance chimique faible (sensible aux super carburants)

Utilisations les plus courantes :

Luminaires, Goblet, enseignes, agencement magasin Industrie automobile (feux arrière, position, plafonnier, cadrans) Radio, T.V, téléphone (cadrans) Equipement sanitaire

Grades spéciaux :

Haute transparence, spécial pour horlogerie, alimentaire, stabilisé chaleur, haut poids moléculaire,

meilleure résistance à la fissuration, plastifi

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Styrène Acrylonitrile (S.A.N)

origine : Copolymérisation du styrène et de l'acrylonitrile

Structure : Amorphe

Retrait : +ou- 0,5%

Densité : 1.06

Mise en œuvre : Injection T° de Moulage : 200°à 260° CT° du moule : 30°à 80°

Temps d'étuvage : 2 h à 90 Parfois inutile

Avantages particuliers :

Transparent Bonne résistance chimique - surface brillante et dure Excellente rigidité Bonne tenue température Alimentaire Bonne transformation

Précautions limites d'emploi :

Résistance au choc faible Risque de casse au démoulage

Utilisations les plus courantes :

Articles ménagers,(vaisselles)-Articles de bureau Electroménager (réservoirs) Automobile (tableaux de bord)

Le S.A N se travaille genéralement avec un moule chaud , entre 30 et 80° pour obtenir un aspect

brillant .

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Polyoxyphénylène

modifié (P.P.O.m)

Structure : Amorphe

Retrait : 0.5% à 0.7%

Densité : 1.06 à 1.10

Mise en oeuvre : Injection T° de Moulage : 250°à 300° CT° du moule : 75°à 95°Temps d'étuvage : 2 à 4 hT° D'étuvage : 100°

Avantages particuliers :

Bonne tenue aux chocs Bonnes propriétés électriques Excellente absorption d'eau Stabilité dimensionnelle Tenue en température

Précautions limites d'emploi :

Soluble ou attaqué par les hydrocarbures Coëfficient de frottement élevé -- grippage

Utilisations les plus courantes :

Du fait de bon comportement à l'eau chaude

Robinetterie, élément de pompe Compteur d'eau chaude Pièces pour machines à laver le linge ou la vaisselle Pièces automobiles (tenue en T°)

Du fait de la stabilité dimensionnelle

Dèflecteurs de T.V. Pièces d'horlogerie

Caracteristiques mécaniques :

T° d'utilisation : -50°à 130°C T° de ramollissement : 150° allongement à la rupture : 60%

Il y a plusieurs sortes de P.P.O qui varient selon son utilisation , le P.P.O non chargé , et le P.P.O chargé à 30%

de fibre de verre. Le chargé à 30% a des caractéristique mécanique nettement meilleure que le P.P.O.m , son

retrait est de l'ordre de 0.1 à 0.3 %.

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Polytéréphtalate d'éthylène(P.E.T)

origine : Ethylène glycol , diméthyltéréphtalateStructure : Cristalline ou AmorpheRetrait : 1,5% à 3%Densité : 1,37

Mise en œuvre : Injection T° de Moulage : 250° à 290° CT° du moule : 130°à 160°

Temps d'étuvage : Pas néccessaire (sous vide

Avantages particuliers : Excellentes propriétés mécaniques Rigidité, résistance à l'abrasion , pliure non cassante Faible reprise d'humidité Bonne résistance aux produits chimiques Surface des pièces très brillantes , métallisation facile Conserve ses propriétés sur un large intervalle de température Structure amorphe si le moule est à 40°-->transparence

Précautions limites d'emploi : Thermoformage difficile Reprise d'humidité presque nulle 0,1% , mais très rapide-->2H Impossibilité de mouler , après reprise d'humidité 0,05% Utilisation des rebroyés à 10% 15% mais immédiatement après moulage

Utilisations les plus courantes : Ruban magnétique, ruban support marquage Isolation moteur électrique Pièces de serrurerie, engrenage (stabilité dimensionnelle) Connecteurs, commutateurs, bobines, boîtes à fusibles Barquettes, plats, moules allant au four même aux micro-ondes Bouteilles (préforme)

Grades spéçiaux : Alimentaire Haute tenue au choc , amorphe ou cristallin Renforcé : fibre de verre (30%) , bille de verre

On distingue :- Polytéréphtalate d'éthylène PET ou PETP- Polytéréphtalate de buthylène PBT ou PBTP encore appelé parfois- Polytéréphtalate de tétraméthylène PTMT

Les propriétés sont relativement voisines, mais diffèrent notamment sur le plan de la cristallinité : le PBTPcristallisant plus facilement avec les conséquences habituelles : meilleurs rigidité mais à chaud ,résistancelégèrement accrue aux produits chimiques , retrait plus élevé .

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RESUME DE QUELQUES

CARACTÉRISTIQUES DES MATIÈRES

MATIERE DIF . THER T° INJ T° MOULE DENSITE

ABS 0.084 240 50 1.05

PA 6 0.065 240 60 1.13

PA 6.6 0.065 280 80 1.14

PA 6.6 FV 0.065 290 80 1.37

PBT 0.08 260 80 1.29

PETP 0.09 280 60 1.34

PC 0.09 300 100 1.18

PE bd 0.09 230 25 0.93

PE hd 0.077 250 50 0.95

PMMA 0.06 240 80 1.18

POM 0.0533 205 90 1.42

PPO 0.08 285 80 1.08

PP 0.065 240 35 0.9

PS 0.083 230 40 1.03

PVC sou 0.05 170 40 1.3

PVC rig 0.05 185 50 1.4

SAM 0.085 230 40 1.08

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1. Coûts compétitifs des matières plastiques :

Les coûts des matières plastiques sont devenus compétitifs sous l'influence de

plusieurs facteurs :

le perfectionnement des matières et des procédés et l’augmentation des séries fait

baisser le prix du produit fini ;

la multifonctionnalité et le moulage de formes complexes entraînent de sérieuses

économies de fabrication et d'assemblage.

Figure7- Les prix indicatifs des familles de plastiques, comparés aux autres matériaux

IV. Quel avenir pour les matières plastiques ?

L’industrie de la transformation du plastique en Europe et aux USA a évolué depuis

les années 80 de façon continue alors que les dernières années, on avait vu une forte

augmentation de la production mais également de la consommation. En Tunisie, la

consommation de plastique dépasse 17kg par habitant.

Il existe par ailleurs pour la Tunisie un marché local en croissance, pas seulement pour

les plaques, feuilles, tubes et profilé mais aussi pour les pièces techniques notamment grâce

au secteur automobile et du bâtiment.

L’activité principale est la transformation du plastique à destination des marchés

automobile, agricole, du bâtiment, de l’emballage, de l’électricité ou l’électronique.

Le secteur fait intervenir différentes technologie, notamment l’injection, l’extrusion, le

moulage par compression, l’extrusion soufflage, mais également des opérations simples,

telles que la décoration par impression ou encore le recyclage.

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Figure 8 - Exemple des objets plastique.

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Elaboration des matières plastiques

Les techniques de transformation des plastiques dépendent de la nature des polymères

et de la destination des produits finis. Les principaux procédés de fabrication industrielle

sont : l’injection, l’injection soufflage, l’extrusion, l’extrusion soufflage, le

thermoformage, l’expansion moulage, le calandrage, le roto-moulage.

I. L’injectionLe moulage par injection sur une presse est le principal procédé de transformation des

thermoplastiques. Il consiste à ramollir (état visqueux) la résine, généralement en granulés,

introduite dans la presse et à l’injecter sous forte pression au travers d’une buse dans

l’empreinte d’un moule. La pièce produite est généralement terminée et utilisable aussitôt.

C’est une méthode de production très rapide pour produire des objets en très grande

quantité. La technique de fabrication est fréquente pour fabriquer des objets moulés de

qualité, parfois de forme compliquée dans le domaine de l’automobile, du jouet ou de

l’électronique. On peut réaliser des objets très volumineux, par contre, il n'est pas possible de

faire des parois supérieures à 6 mm.

Figure 9 - Principe d’une presse d’injection plastique et un moule

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II. L’injection soufflageEst un procédé utilisé pour fabriquer la plupart des bouteilles et des flacons. On utilise

des pièces semi-finies obtenues par injection. Par exemple pour les bouteilles d’eaux

minérales, le plastique est préformé. Le corps de la préforme est chauffé puis une tige étire la

préforme jusqu'au fond du moule. Enfin, un très puissant jet d’air plaque la matière contre les

parois du moule. La préforme prend alors la forme et le moule est refroidi puis ouvert pour

faire sortir la bouteille. Comme pour l’injection, pour changer la forme de la bouteille, il suffit

de changer le moule.

Figure 10 – moule et préforme

III. L’extrusionL’extrusion consiste à introduire au moyen d’une trémie, la résine en granulés ou en

poudre dans une chambre ou fut cylindrique à vis. La fluidification est aidée par le chauffage

du fourreau la tète de la machine comporte une filière destinée à donner à la matière qui la

traverse la forme désirée. Le produit obtenu passe entre des rouleaux qui le soutiennent

pendant le refroidissement par aspersion d’eau ou jets d’air frais.

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Figure 11 - une presse de l’extrusion et sa filière

IV. L’extrusion soufflage

Permet de fabriquer des corps creux. Cela commence par l’extrusion d’un tube plein

appelé la paraison. Ce tube de plastique encore chaud sortant de la filière est coupé et un

moule froid en deux parties se referme autour de lui. Ensuite, de l'air est injecté dans la

matière par une canne de soufflage et le polymère vient se plaquer sur les parois intérieures du

moule qui est rapidement refroidit. Le procédé se termine par le démoulage, le décarottage et

l’élimination des déchets de moulage de la pièce.

Figure 12 - une presse de l’extrusion avec une paraison

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V. L'extrusion gonflage

C’est une variante de l’extrusion qui permet de fabriquer des films plastiques. Ce

procédé consiste en sortie de l’extrudeuse à dilater avec de l'air comprimé une gaine polymère

précédemment formée. La sortie de l’extrudeuse est verticale, on souffle de l’air comprimé

dans la matière fondue qui se gonfle et s’élève verticalement en une longue bulle de film.

Après refroidissement, des rouleaux aplatissent le film en une gaine plane qui s’enroule sur

des bobines. On fabrique ainsi des films utilisés dans la fabrication d’emballages, de sacs-

poubelles, de sacs de congélation, des poches médicales pour perfusion et des feuilles souples

et fines de revêtements pour serres horticoles.

Figure 13 – une presse d’extrusion avec un mandrin

Page 27: Copier cours plasturgie (version 00)

27

VI. Le formage ou le thermoformage

Le formage ou thermoformage est une opération de seconde transformage à partir d’un

produit semi-fini en feuilles ou films. La mise en forme est réalisée par un procédé thermique

ou mécamique. Le produit realisé est un produit fini.

Figure 14 – schéma du principe de thermoformage

VII. L’expansion moulageL’expansion permet de réaliser des pièces généralement volumineuses avec un poids

léger. Les matiére de base sont complétées par des éléments gonflants. La production est

réalisée à froid ou à chaud.

Page 28: Copier cours plasturgie (version 00)

28

VIII. Le calandrageLe calandrage est destiné à la fabrication de films, feuilles de plastique et

d’élastomère, ainsi qui au doublage direct de films sur des supports en papier ou en tissu. Le

calandrage s’effectue sur une machine à plusieurs cylindres, la calandre. Cette machine est

constituée de deux bâtis sur lesquels sont montés des cylindre en fonte trempée et dotés de

conduit permettent la circulation d’un fluide thermique qui permet de conserver les cylindres

à une température uniforme.

Figure 15 – Machine de calandrage pour feuilles plastique

IX. Le rotomoulage

Le rotomoulage est destiné à la fabrication de corps creux généralement de grandesdimension. Le rotomoulage s’effectue sur des machines à deux axes de rotation orthogonaux.La forme intérieure du moule correspond à celle de l’extérieure de la pièce aprèsrefroidissement.

Page 29: Copier cours plasturgie (version 00)

29

Figure 16 - schéma du principe de rotomoulage

C. Présentation du procédé et de l’équipement d’injection plastique

I. Le procédé

Le procédé d’injection est le procédé de transformation des plastiques le plus répanduaprès l’extrusion. L’injection est un procédé de mise en œuvre des thermoplastiques, ilconsiste à ramollir le plastique généralement en granulés introduit dans la presse et del’injecter sous forte pression à travers une buse dans l’empreinte d’un moule. La pièceproduite est généralement terminée et utilisable aussitôt.

Figure 17 - les différentes étapes d’injection

Pourquoi la matière pastique est-elle chauffée ?

La matière plastique sous forme de granulé introduite dans la trémie doit être chaufféepour fournir une pate fondante à l’aide du fourreau. Chaque matière plastique a sa températurede mise en œuvre.

Page 30: Copier cours plasturgie (version 00)

30

1. Phase de plastification

La phase de plastification a pour objectif de faire fondre le volume de matière nécessairepour l'injection de la pièce et de l'amener à la température d'injection.

Température : On vise une température matière de l’ordre de 280 °C. Le profilde température doit être régulièrement croissant de la trémie à la buse avec 260 °Cà la zone d'alimentation.

Vitesse de rotation de la vis : La vitesse de rotation de la vis doit être telle que lavitesse périphérique soit comprise entre 3 et 10 m/min.

Contre pression : la contre-pression sur la vis doit être faible et peut être nulle(pression hydraulique entre 0 et 10bars).

Figure 18 - Phase de plastification

2. La phase d’injection :Les qualités et l'aspect de surface dépendent fortement de la phase de remplissage de la cavité.Pour assurer un remplissage complet de l'empreinte et obtenir des pièces uniformes, lapression et la vitesse d'injection doivent être aussi élevées que possible sans produire dedégradations ou de phénomènes de brûlures par effet Diesel, ni provoquer d'écoulementnuisible au fini de surface de la pièce.

3. Phase de maintien :La phase de maintien, qui suit l'injection, termine le remplissage de la pièce et compense

ensuite la diminution de volume spécifique (causée par une diminution de la température ainsique de la cristallisation) par un apport de matière: le débit est faible mais la pression estélevée. La précision des cotes, la stabilité dimensionnelle ainsi que l'aspect de surface sontinfluencés par la valeur de la pression de maintien. Il est recommandé, en fonction destolérances souhaitées, l'application d'une pression matière comprise entre 300 et 1500 bars.

Page 31: Copier cours plasturgie (version 00)

31

Figure 19 - Pression hydraulique au cours du cycle de moulage en fonction du temps

4. Phase de refroidissementPendant le cycle d’injection de la matière plastique, pour remplir convenablement

l’empreinte, la matière doit rester fluide. La température de la matière plastique doit resterstable de la sortie de la buse de la presse jusqu’à l’empreinte du moule.

Apres l’injection, la matière plastique mise en forme dans l’empreinte du moule àchaud, ne peut être démoulée avant que la pièce conformée dans l’empreinte ne soitsuffisamment rigide, pour résister aux efforts d’éjection, il faut procéder au refroidissementdes zones qui entourent l’empreinte.

5. Phase d’éjectionL’éjection des pièces après refroidissement et ouverture du moule doit être facilement

réalisée, sans rupture de la pièce ou déformation permanente avant le refroidissement définit.

II. La presse d’injection

1. Description d’une presse

La presse à injecter est le dispositif, qui, à l`aide d`un moule introduit à son intérieur,

permet de produire des pièces plastiques plus ou moins complexes.

Page 32: Copier cours plasturgie (version 00)

Fig

La presse est composée de plusieurs sous ensembles :

les plateaux (fixe et mobile), le

ElémentsBâti

Pupitre de commande

Les plateauxLe groupe de fermeture

Les colonnes

2. Mécanisme de fermeture

a) Force de fermeture

La force de fermeture est la force nécessaire pour maintenir le moule fermé lors del'injection. Cette force est calculée par rapport à la pression exercée dans le moule pendantl’injection. Elle doit être supérieure à la pression d'injection. Il est obliverrouillage du moule, sinon lors de l'injection, il se produit une ouverture et du toilage sur lespièces.

fer

i

proj

F : Force de fermeture en (N)

P : Presseion d'injection en (Pa)

S : Surface projetée en (mm²)

NB : La pression de verrouillage doit

Figure 20 – éléments d’une presse d’injection

La presse est composée de plusieurs sous ensembles : le bâti, le pupitre de commande,

les plateaux (fixe et mobile), le groupe de fermeture, les colonnes, l`ensemble vis

DéfinitionLe bâti est le sommier en acier soudé ou en fonte qui supportel`ensemble des organes nécessaires au bon fonctionnement dela presseLe pupitre de commande est la partie qui sert à laprogrammation de la presseLes plateaux permettent de fixer le moule à la presseLe groupe de fermeture est le dispositif de manœuvre desplateaux qui doit assurer l`ouverture, la fermeture et leverrouillage du moule avec une force suffisante pours`opposer à l’ouverture du moule pendant l`injectionLes colonnes servent à guider le plateau mobile pendant lesphases d`ouverture fermeture. Elles relient le plateau fixe auplateau arrière

Mécanisme de fermeture

La force de fermeture est la force nécessaire pour maintenir le moule fermé lors del'injection. Cette force est calculée par rapport à la pression exercée dans le moule pendantl’injection. Elle doit être supérieure à la pression d'injection. Il est obligatoire d'exercer unverrouillage du moule, sinon lors de l'injection, il se produit une ouverture et du toilage sur les

F : Force de fermeture en (N)

P : Presseion d'injection en (Pa)

S : Surface projetée en (mm²)

La pression de verrouillage doit-être de 20 à 25% supérieur à la pression d'injection.

fer i pro jF P * S

32

, le pupitre de commande,

groupe de fermeture, les colonnes, l`ensemble vis-fourreau.

est le sommier en acier soudé ou en fonte qui supportel`ensemble des organes nécessaires au bon fonctionnement de

Le pupitre de commande est la partie qui sert à la

permettent de fixer le moule à la presseLe groupe de fermeture est le dispositif de manœuvre desplateaux qui doit assurer l`ouverture, la fermeture et leverrouillage du moule avec une force suffisante pour

du moule pendant l`injectionLes colonnes servent à guider le plateau mobile pendant lesphases d`ouverture fermeture. Elles relient le plateau fixe au

La force de fermeture est la force nécessaire pour maintenir le moule fermé lors del'injection. Cette force est calculée par rapport à la pression exercée dans le moule pendant

gatoire d'exercer unverrouillage du moule, sinon lors de l'injection, il se produit une ouverture et du toilage sur les

être de 20 à 25% supérieur à la pression d'injection.

Page 33: Copier cours plasturgie (version 00)

33

b) Différents mécanisme de fermeture

Les différents mécanismes de fermeture sont représentés dans le tableau Ci-dessous :

Types de fermetures Rôles

FERMETURE MECANIQUE Bien que les mouvements sont assurés par unvérin, elle est appelée mécanique, car l'effort deverrouillage est assuré par les genouillères. Surcertaine presse, lorsque le point d'alignement estdépassé, on peut couper la pression dans le vérinet l'ensemble reste stable.

FERMETURE HYDRAULIQUE Ce type de fermeture ne fait appel à aucunmouvement mécanique. Ceux-ci sont réalisés pardes mouvements hydraulique à l'aide d'un grosvérin central qui a pour but de faire l'approche duplateau mobile jusqu'au plateau fixe , et d'unvérin plus petit qui assure le verrouillage dans laphase final de fermeture.

FERMETURE MIXTE Ce procédé est un compromis entre la fermeturehydraulique et la fermeture mécanique. En effet,les mouvements d'ouverture et de fermeture sefont uniquement par des genouillères, tandis quele verrouillage est assuré par un ou des vérinshydrauliques.

Tableau 2 - type de fermeture

2. Le mécanisme d’injectionL’unité d’injection principale est constituée des ensembles suivants : la force de

fermeture commandée par un vérin hydraulique et une genouillère de fermeture, le fourreau(cylindre de plastification), un clapet anti-retour, un support mobile, la buse d’injection etd’une vis de plastification et de dosage de la matière plastique.

a) Fourreau

Le fourreau, étant soumis à l'abrasion, est de préférence fabriqué par bi-métallisation pouraccroître sa durée de vie.

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b) La vis d’injection

C'est l'élément le plus important de la presse à injecter.Le but étant de plastifier une mpassage en fusion.Elle assure 2 fonctions essentielles :

Transport et plastification de la matière.

Injection sous pression de la masse fondue dans le moule.On distingue 4 types :

Vis à profil pour matières amorphes.

Vis pour matières semi

Vis à profil universel.

Vis pour matières spécifiques (sans clapet pour

c) La buse

La buse (ou le nez), situé à l'extrémité du fourreau, assuredoit être chauffé de façon à pouvoir compenser les déperditions calorifiques verplus froid (figure). Tous les types de buse à obturateur peuvent être utilisés. Les systèmes àaiguille avec fermeture à ressort sont pzones de stagnation.

d) Clapet anti-retour

Rôle

Figure 21 - Fourreau

C'est l'élément le plus important de la presse à injecter.Le but étant de plastifier une matière sans lui faire perdre ses caractéristiques au moment du

Elle assure 2 fonctions essentielles :Transport et plastification de la matière.

Injection sous pression de la masse fondue dans le moule.

profil pour matières amorphes.

Vis pour matières semi-cristallines

Vis pour matières spécifiques (sans clapet pour PVC (rigide))

Figure 22 – Vis d’injection

nez), situé à l'extrémité du fourreau, assure le contact avec le moule. Ildoit être chauffé de façon à pouvoir compenser les déperditions calorifiques ver

). Tous les types de buse à obturateur peuvent être utilisés. Les systèmes àaiguille avec fermeture à ressort sont préférables pour leur bonne étanchéité et l'absence de

Figure 23 – buse ouverte

34

atière sans lui faire perdre ses caractéristiques au moment du

le contact avec le moule. Ildoit être chauffé de façon à pouvoir compenser les déperditions calorifiques vers le moule,

). Tous les types de buse à obturateur peuvent être utilisés. Les systèmes àréférables pour leur bonne étanchéité et l'absence de

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Lors de l’injection, le clapet antimatière le long de la vis. L’étanchéité du clapet est indispensable à la robustesse du procédé.Fonctionnement

Le clapet comporte trois pièces : Pointe debague du clapet est repoussée contre la pointe de la vis par l’afflux de matière plastifiée. Leflux de matière passe à l’intérieur de la bague, puis à travers les rainures de la pointe. Lors del’injection, la vis de plastification avance et plaque le siège contre la bague. La matière nepeut plus refluer vers l’arrière du clapet.

III. Cycle de moulage

Ce cycle commence toujours par une ouverture du moule et il se déroule de la façon

Fermeture du moule :Ce mouvement commence avec une vitesse lente puis rapide, et se termine de nouveau

lentement pour éviter le choc entre les plans de joint et pour donner le temps d’agir ausystème de sécurité.

Verrouillage du mouleUne force importante en fonction des critères techniques (matière à injecter, forme despièces etc.) est appliquée pour maintenir les deux surfaces des parties fixe et mobile encontact,

Injection de la matièreC’est la phase de remplissage de(s) (l’) empreinte(s) avec la matière plastifiée et lemaintien sous pression pour compenser les retraits.

Refroidissement Il a lieu le temps nécessaire pour que le plastique se solidifie dans lemoule.

Ouverture du moule

Lors de l’injection, le clapet anti-retour de la vis de plastification empêche le reflux dematière le long de la vis. L’étanchéité du clapet est indispensable à la robustesse du procédé.

te trois pièces : Pointe de vis, bague et siège. Durant le dosage, labague du clapet est repoussée contre la pointe de la vis par l’afflux de matière plastifiée. Leflux de matière passe à l’intérieur de la bague, puis à travers les rainures de la pointe. Lors de

stification avance et plaque le siège contre la bague. La matière nel’arrière du clapet.

Figure 24 – Clapet anti-retour

Ce cycle commence toujours par une ouverture du moule et il se déroule de la façon

:Ce mouvement commence avec une vitesse lente puis rapide, et se termine de nouveau

lentement pour éviter le choc entre les plans de joint et pour donner le temps d’agir au

Verrouillage du moule:ne force importante en fonction des critères techniques (matière à injecter, forme des

pièces etc.) est appliquée pour maintenir les deux surfaces des parties fixe et mobile en

Injection de la matière :C’est la phase de remplissage de(s) (l’) empreinte(s) avec la matière plastifiée et lemaintien sous pression pour compenser les retraits.

a lieu le temps nécessaire pour que le plastique se solidifie dans le

35

retour de la vis de plastification empêche le reflux dematière le long de la vis. L’étanchéité du clapet est indispensable à la robustesse du procédé.

Durant le dosage, labague du clapet est repoussée contre la pointe de la vis par l’afflux de matière plastifiée. Leflux de matière passe à l’intérieur de la bague, puis à travers les rainures de la pointe. Lors de

stification avance et plaque le siège contre la bague. La matière ne

Ce cycle commence toujours par une ouverture du moule et il se déroule de la façon suivante :

Ce mouvement commence avec une vitesse lente puis rapide, et se termine de nouveaulentement pour éviter le choc entre les plans de joint et pour donner le temps d’agir au

ne force importante en fonction des critères techniques (matière à injecter, forme despièces etc.) est appliquée pour maintenir les deux surfaces des parties fixe et mobile en

C’est la phase de remplissage de(s) (l’) empreinte(s) avec la matière plastifiée et le

a lieu le temps nécessaire pour que le plastique se solidifie dans le

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36

Le plastique étant suffisamment refroidi pour pouvoir être démoulé, la partie mobiledu moule s’écarte de la partie fixe.

Ejection de la pièceLa pièce solidifiée : à l’aide des éjecteurs avec un vérin hydraulique.

Résumé du cycle d'injection

Figure 25 : résumé du cycle d’injection

La figure ci-dessous montre les différentes phases d’un cycle de production de piècesinjectées, sur une presse classique équipée d’un groupe de plastification et d’injection à vis, etson grafcet.

Page 37: Copier cours plasturgie (version 00)

37

Figure 26 - Gafcet de fonctionnement semi automatique d’une presse

Page 38: Copier cours plasturgie (version 00)

38

IV. Temps de cycle

Et

ct Temps de cycle de moulage

reft Temps de refroidissement

remt Temps de remplissage

ant Temps annexe

ot Temps d’ouverture du moule

f e rt Temps de fermeture du moule

e jt Temps d’éjection de la pièce

o pt Temps d’intervention de l’opérateur

Le temps de remplissage :

Le temps de remplissage est le rapport entre le volume à injecter et le débit d’injectionde la machine :

3

3

: volume à injecter (mm )

: débit d'injection de la machine (depend de la matiére) en ( mm / )

i

i

V

Q s

c ref rem ant t t t an o fer ej opt t t t t

iremp

i

Vt

Q

Page 39: Copier cours plasturgie (version 00)

39

Le temps de refroidissement :Il existe deux méthodes approchées pour évaluer le temps de refroidissement :

a) La méthode de MORGUE1

- Pour les pièces minces : exemple une plaqueOn considère une plaque mince de surface S>>>e et d’épaisseur e

Figure 27 : plaque mince

Selon MORGUE la quantité de chaleur transférée entre la pièce et le moule est la

suivante :

(1)

: quantité de chaleur transferée ( cal)

: surface totale d'échange moule/matiére (mm²)

: différence de température ( °C)

: temps d'échange (s)

: mi-épaisseur de la pièce (mm)

: coef de condu

Q

S

T

t

e

k ctivité thermique de la moulée (cal/mm °C s)

D’autre part on a :

(2)

M : quantité de la matiére plastique (g)

C : chaleur spécifique de la matiére plastique (cal/°C.g)

Si on égalise les deux équations (1) et (2) on aura :

2* * * *

Sk T t M C T

e

* *

2 *

ref

M C et

S k

2* * *

SQ k T t

e

* * Q M C T

Page 40: Copier cours plasturgie (version 00)

40

Or2

M M

V S e on le remplace dans l’équation

2 ref

C et

k

On pose

ka

Cà la fin on aura notre temps de refroidissement

3

a : coefficient thermique ou diffusivité thermique (mm²/s)

: masse volumique de la matiére plastique (g/mm )

- Cas des pièces non mince (ou de géométrie quelconque) on définit le coefficient

d’EVLITZ

1 surface totale d'échange

volume refroidi

we

Par conséquent on aura

b) Méthode thermodynamique

Selon le principe de la thermodynamique et d’échange thermique on admet le résultat

suivant :

Géométrie d’une plaque :

2

: épaisseur de la plaque (mm)

: coefficient thermique de la pièce ( / )

: temperature d'injection de la matière( °C)

: temperature du moule (°C)

: temperature d'éjection (de démoulage) (°C)

i

m

e

e

a mm s

T

T

T

Géométrie d’un cylindre :

2ref

et

a

2

1

reft

a w

2

2 2

8ln

i mref

e m

T Tet

a T T

2

ln 0.685.78

i mref

e m

T TRt

a T T

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41

2

: rayon du cylindre (mm)

: coefficient thermique ( / )

: temperature d'injection de la matière(°C)

: temperature du moule (°C )

: temperature d'éjection (de démoulage) (°C)

i

m

e

R

a mm s

T

T

T

Remarque:Le temps de refroidissement est le temps le plus long du cycle de moulage à cet effet

il est indispensable de prévoir un système de refroidissement efficace pour minimiser le tempsde cycle. Nous étudierons donc dans un chapitre comment mettre en place un tel système.

Page 42: Copier cours plasturgie (version 00)

42

D. conception des moules

Le moule est la partie la plus importante dans le procédé d’injection. Un moule estune pièce mécanique complexe qui servira à produire un grand nombre de pièces, en injectionde la matière plastique ou du métal en fusion dans les empreintes prévues à cet effet. Lemoule est utilisé sur une machine appelée presse d’injection. Il est fixé sur les plateaux de lapresse qui assure son ouverture, sa fermeture et son verrouillage.

Le moule est sollicité mécaniquement à chaque cycle, il doit être en mesure detransférer un état de surface désirée sur la pièce moulée et ceci sur tout au long de sa durée devie.

Les fonctions d’un moule :

Un moule doit remplir plusieurs fonctions :

- Fonction d’alimentation : canaliser la matière plastifiée du fourreau de la presse, versl’empreinte.

- Fonction de refroidissement : assurer la solidification aussi rapide que possible endonnant aux pièces moulées une rigidité suffisante pour les extraire du moule.

- Fonction mise en forme ou empreinte : c’est la forme et les dimensions de la partiemoulante qui détermine la forme et les dimensions de la pièce plastique souhaitée.

- Fonction d’éjection : éjecter les pièces quand elles sont assez rigides.

Autres fonctions secondaire :

- Fonction de sécurité- Fonction de démoulage- Guidage et centrage des empreintes par des colonnes.

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I. Composition d’un moule à injection pour les thermoplastiquesLes composants d’un moule sont représentés dans le schéma suivant

Figure 28

Nom de l’élément Rôle

Colonne de guidage Indispensable pour que le moule s’ouvre et se ferme avecprécisons.

Porte empreinte Les empreintes sont fixées sur des plaques appelées portesempreintes.

Bague de centrage Permet de fixer le moule sur les plateaux de la presse, d’aligner lenez de la machine avec la buse du moule.

Buse d’injection Permet de transporter la matière depuis le nez de la machinejusqu’aux canaux de distribution.

Canaux de refroidissement On a une circulation de fluide de refroidissement dans ces canauxafin de solidifier la pièce avant éjection de la pièce.

Semelle Permet de fixer la partie fixe du moule sur le plateau de la pressecôté injection.

Semelle inférieure Permet de fixer la partie mobile du moule sur le plateau mobile dela presse côté éjection.

Douille de centrage Guidage de la colonne pour avoir une précision à l’ouverture et àla fermeture du moule.

Broche de remise à zéro Permet d’ajuster lArrache carotte Comme sonQueue d'éjection La broche d’éjection de la presse commandée par un vérin

hydraulique agissant sur la queue d’éjection pour effectuerl’éjection.

Ejecteurs Ils assurent l’évacuation de la pièce hors de l’empreinte à cause dufaible retrait de la pièce

Entretoise Une entretoise est utilisée dans les moules pour manager la placedes plaques et des contres plaques éjecteurs.

Plaque éjecteur et contreplaque

Ces deux plaques contiennent les pieds des éjecteurs et la tige derappel.

Composition d’un moule à injection pour les thermoplastiquesd’un moule sont représentés dans le schéma suivant :

Figure 28 – les composants d’un moule à deux plaques

Rôle

Indispensable pour que le moule s’ouvre et se ferme avecprécisons.Les empreintes sont fixées sur des plaques appelées portesempreintes.Permet de fixer le moule sur les plateaux de la presse, d’aligner lenez de la machine avec la buse du moule.Permet de transporter la matière depuis le nez de la machinejusqu’aux canaux de distribution.On a une circulation de fluide de refroidissement dans ces canauxafin de solidifier la pièce avant éjection de la pièce.Permet de fixer la partie fixe du moule sur le plateau de la pressecôté injection.Permet de fixer la partie mobile du moule sur le plateau mobile dela presse côté éjection.Guidage de la colonne pour avoir une précision à l’ouverture et àla fermeture du moule.Permet d’ajuster les éjecteurs après éjectionComme son nom l’indique il permet d’arracher la carotteLa broche d’éjection de la presse commandée par un vérinhydraulique agissant sur la queue d’éjection pour effectuerl’éjection.Ils assurent l’évacuation de la pièce hors de l’empreinte à cause dufaible retrait de la pièceUne entretoise est utilisée dans les moules pour manager la placedes plaques et des contres plaques éjecteurs.Ces deux plaques contiennent les pieds des éjecteurs et la tige derappel.

43

Composition d’un moule à injection pour les thermoplastiques

Indispensable pour que le moule s’ouvre et se ferme avec

Les empreintes sont fixées sur des plaques appelées portes

Permet de fixer le moule sur les plateaux de la presse, d’aligner le

Permet de transporter la matière depuis le nez de la machine

On a une circulation de fluide de refroidissement dans ces canauxafin de solidifier la pièce avant éjection de la pièce.Permet de fixer la partie fixe du moule sur le plateau de la presse

Permet de fixer la partie mobile du moule sur le plateau mobile de

Guidage de la colonne pour avoir une précision à l’ouverture et à

l’indique il permet d’arracher la carotteLa broche d’éjection de la presse commandée par un vérinhydraulique agissant sur la queue d’éjection pour effectuer

Ils assurent l’évacuation de la pièce hors de l’empreinte à cause du

Une entretoise est utilisée dans les moules pour manager la place

Ces deux plaques contiennent les pieds des éjecteurs et la tige de

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44

II. Quelques types de moule

Noms Caractéristiques Schémas

Moule standards

à 2 plaques

-Simplicité de conception-Un seul plan de joint-Ouverture dans une seuledirection-Démoulage par gravité,avec broches ou douillesd’éjecteurs.-Injection directe ou par lescôtés de la pièce au niveaudu plan de joint.

Moule à tiroir -Plus d’un plan de joint-Ouverture dans une seuledirection.-Déplacementperpendiculaire du ou destiroirs par rapport àl’ouverture du moule afinde dégager les contredépouille.-Généralement l’injectionse fait par les cotés de lapièce au niveau du plan dejoint.

Ici la contre dépouille et de type trou

Moule à plaque dedévêtissage

Simplicité de conceptionUn seul plan de jointOuverture dans une seuledirectionDémoulage par gravité,avec plaque qui s’appuiesur tout le contour de lapièce pour faciliter ledémoulage sansl’endommager ou faire demarques.Injection directe ou par lescotés de la pièce au niveaudu plan de joint

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45

Moule à troisplaques

Simplicité de

conceptionDeux plans de

joint

Ouverture dans une seule

direction

Démoulage par gravité,

avec broches ou douille

d’éjecteur avec en plus, un

plateau mobile pour séparer

automatiquement au

démoulage, la carotte et les

canaux des pièces ;

Moule à coins(empreintedivisée)

Une seule ligne deséparation ;Ouverture dans une seuledirection et déplacementtransversal par rapport à ladirection d’ouvertured’organes sur glissièrespour dégager la pièce decontre dépouillel’entourant, à l’aide demécanismes divers ;Les sections d’empreintesglissent sur un plan inclinéet peuvent supporter descharges latérales

Moule à broches

rotatives filetées

Démoulage automatiqued’un filet par la rotationd’organes activésmécaniquement ou pard’autres techniques,

Coût élevé du moule

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46

Moule à carotteou canaux chauds

Les canaux sont dans uncollecteur chaufféélectriquement ;Les moules à carotteschaudes présentent lesmêmes avantages que lesmoules à 3 plaques auniveau de l’aménagementdes seuils d’alimentationavec moins de pressiond’injection requise ;Coût élevé du distributeur.

Moule à canauxisolés

Système de canaux nonconventionnel. La sectiondes canaux est plus grande(≥ 30 mm), ce qui permet laformation d’un noyauchaud isolé par une mincecouche de polymèrerefroidi. Cela implique uncycle rapide et très régulierpour remplacer le polymèredans les canaux et lemaintenir chaud. Lespolymères doivent être detype amorphe (dispositiondésordonnée au niveau dela structure)Le nombre de cavités estlimité à approximativementà 16

Moule àempilement

Coût de production le plusfaible pour les plastiques decommoditéet les pièces peu précises;Moule très coûteux etrecyclage de matièreimportant dans le cas d’unmoule à canaux froids.Lesplaques avec empreintesont empilées formant uneligne de séparation entrechacune d’elles ;

Tableau 3 - les différents types de moule et leurs caractéristiques

Page 47: Copier cours plasturgie (version 00)

47

III. Choix du matériau du mouleLe choix du matériau doit se faire judicieusement en tenant compte des certains

critères tels que :

L’usinabilité dans des bonnes conditions économiques L’aptitude au polissage. L’aptitude aux traitements thermique La résistance aux efforts La résistance à l’abrasion La résistance à la corrosion (dans certains cas) Peu sensible à la rayure Bonne conductibilité thermique

Ces différentes exigences sont plus ou moins respectées en fonction de la compositiondes aciers par exemple :

Le carbone favorise le durcissement par trempe Le chrome améliore la résistance à l’usure Le soufre une meilleure usinabilité.

IV. Fonction alimentation de moules

1. Généralité

L’injection de la matière plastique est assurée à partir de la buse du moule par unréseau de canaux. L’alimentation du moule en matière à l’état liquide est assurée par deuxfaçons :

Figure 29 - les deux façons d’injection

2. Point d’injectionLa bonne réalisation d’une pièce est conditionnée par un bon écoulement de la matière

et par la bonne fermeture du moule. L’équilibre des forces dans un moule doit être bienassuré grâce au bon choix du point d’injection de la matière. Ce point doit être placer aucentre de gravité de l’empreinte de la pièce injectée.

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48

: position par rapport à l'empreinteX

3. Seuil d’injection

Lors de l’injection à l’état liquide il faut positionner les seuils en tenant en compte desremarques suivantes :

L’emploi d’un seuil dirigé vers un obstacle pour garantir que le jet de matière heurtela paroi de l’empreinte ou du noyau du moule

Le seuil doit être disposé de manière afin de chasser l’aire vers les évents pour éviterqu’il soit emprisonné dans l’empreinte.

L’emplacement du seuil doit conduire à réduire au minimum les lignes de soudure. Le seuil doit alimenter les sections épaisses avant les sections minces. Il faut éviter de placer le seuil dans des zones de la pièce soumises à des contraintes

ou à des chocs. Il faut penser à faciliter le d’égrappage de la pièce. Pour les pièces épaisses, prévoir une injection directe par la carotte (suppression des

seuils d’injection).

On distingue différent types de seuils :

Types de seuils Caractéristiques Schémas

Seuil capillaire Les seuils de ce typepeuvent s’utiliser dans unmoulage sans carotte(carotte chauds) à busedirecte ou encore àdistribution dans un mouletrois plaquesPour la matière plastiquesnon renforcée0.8mm<diamètre<2mmPour les matièresplastiques renforcées1mm<diamètre<2mm

Seuil en nappe Le seuil de ce type estutilisé pour l’injection despièces plates ou de grandesurface qui doiventprésenter un voilageminimal.Il correspond à une entréeen queue de carpe élargie

- Seuil latéral- Seuil en ressaut

1 1 2 2 3 3 4 4X=

S X S X S X S X

S

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49

Seuil en queue de

carpe

C’est un type particulierd’entrée latérale servant àinjecter des sections planesminces. Cela permetd’étaler la matrice en larépartissant d’une manièreuniforme dans l’empreinte

Seuil en sous-marin Destiné au moulage deslentilles et des piècesplates il réduit lesdéformations superficielleset les contraints internesrésiduelles à proximité del’entrée

Seuil en

diaphragme (en

toile)

Son emploi est conseillépour des pièces derévolution exigeant uneconcentricité satisfaisanteet des lignes de soudurerésistantes. Il estnécessaire de procéder àune opération ultérieurepour ôter la toile

Seuil en étoile Son emploi est conseillépour l’injection des piècescylindriques n’imposantpas de tolérances tropcritiques. Il peut s’utiliseren association avec unseuil annulaire ou conique

Tableau4- les différents types de seuils

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50

Il n’existe pas de règle régissant leur géométrie nécessaire, les seuils sont en généralecirculaire ou rectangulaire selon la possibilité d’usinage.

Seuil rectangulaire :

30

n Ab

1et

3 h n e h b

Pour la longueur du seuil :1

( )2

sL h mm

Seuil circulaire :4 d n c A Avec 0.206c e

: épaisseur de la pièce à injecter

: constante de la matière plastique

: indice en fonction de l'épaisseur

: surface extérieure d'échange de l'empreinte

e

n

c

A

La valeur de la constante de la matière plastique est donnée dans le tableau suivant :

Matière PS, PE PP PMMA PVS

n 0.6 0.7 0.8 0.9

4. Les canaux d’alimentationLa fonction du dispositif d'alimentation est de permettre le transfert de matière de la

presse à l'empreinte. L'écoulement de la matière dans le dispositif d'alimentation génère despertes de charges entre l'avant de la vis de la presse et le front d'écoulement de l'empreinte.Pour obtenir une reproductibilité satisfaisante de la qualité de la pièce, il est nécessaire demaîtriser les conditions de pression et de température lors du remplissage de l'empreinte et ducompactage de la matière. Pour cela, les conditions d'écoulement dans le dispositifd'alimentation doivent être stabilisées et il faut minimiser les pertes de charges. En effet, defaibles pertes de charge permettent de piloter les pressions dans l'empreinte en pilotant lapression devant la vis.

Cela est obtenu pour des canaux froids en choisissant une section suffisammentimportante, au prix d'un volume conséquent, ou, pour un canal chaud, par la conceptionsoignée des systèmes de régulation thermique et le dimensionnement judicieux des canaux.

a) L’injection à canaux froids :Dans les systèmes utilisant des canaux froids, le polymère fondu se refroidit au contact

des parois des canaux de distribution, de sorte que la section de passage diminue. Le passagepar le seuil d'écoulement s'accompagne en contrepartie d'une augmentation locale de latempérature par cisaillement, ce qui diminue la viscosité, également affectée par le gradient devitesse d'écoulement. Le phénomène de remplissage est complexe ; il relève de la rhéologiedes polymères fondus et peut être modélisé.

Le dispositif d'alimentation à canal froid, également appelé carotte, consiste àaménager un canal dans le moule. Les parois du canal sont à la température du moule.L'extraction du canal après refroidissement doit être prévue, en le démoulant et l'éjectant à

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partir du plan de joint, par exemple .Parmi les avantages de l'alimentation par carotte, on peutciter :

sa réalisation peu coûteuse ; les possibilités d'optimisation et de modification réalisables avec des moyens d'usinage

conventionnels ; une compréhension des problèmes d'injection aisée.

Les inconvénients de ce type de dispositif sont la nécessité de camoufler le point d'injection etde recycler la carotte, ce qui peut poser des problèmes conséquents, dans le cas de matièreshautes performances par exemple.

Figure 5 Dispositif d'alimentation à canal froid (carotte)

b) L’injection à canaux chauds :Le dispositif d'alimentation à canal chaud permet de transférer la matière de la presse

à l'empreinte à l'état fluide. Il comporte un système de régulation en température dont lamaîtrise est primordiale pour la stabilité du processus et les propriétés de la pièce. Il comportegénéralement un bloc de répartition, dont le rôle est de conduire la matière à proximité desempreintes et de répartir le flux entre les empreintes et des busettes, qui alimententdirectement les empreintes.

Figure 30 - Moule standard avec un dispositif d'alimentation à canaux chauds

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52

La matière fondue est introduite à l'intérieur de l'empreinte par l'intermédiaire d'undistributeur à canaux chauds situé dans une zone thermiquement isolée. La matière remplitl'empreinte et s'y solidifie mais reste à l'état fondu dans les canaux chauds. Le seuild'écoulement doit être ouvert pendant le remplissage et le refroidissement du polymère dansl'empreinte, mais il se ferme obligatoirement avant le démoulage, par le gel de la matière oupar l'action d'obturateur.Que le moule soit muni de canaux chauds ou froids, en première approche, l'empreinte seremplit de façon similaire.Dans le tableau ci-dessous, on présente les avantages et les inconvénients des canaux chauds

Les avantages Les inconvénients la facilitation du remplissage, en

particulier pour des matières gelant

rapidement ;

la liberté de placer le point d'injection en

pleine face de la pièce et donc de pouvoir

optimiser l'emplacement du point

d'injection ;

l'absence de boucle de recyclage et donc

de risque de pollution de la matière.

son coût, souvent plus élevé que le coût

d'une boucle de recyclage ;

la complexité technique de la

maintenance du moule ;

l'augmentation du temps de séjour de la

matière ;

l'usure des dispositifs mécaniques

(obturateurs, pointe chaude) en cas

d'injection de matière abrasive ;

la complexité de la maîtrise thermique.

c) Les différentes géométries des canaux [6]:

- Les canaux ronds (circulaires) :

Une petite surface d’échange thermique par rapport au débit, faible charge et

frottement, le dernier point de solidification est le centre ce qui permet d’assurer une

bonne pression de maintien et un moindre risque de bouchage. Par contre le cout est élevé

car l’usinage se fait de part et d’autre dans le moule.

- Les canaux paraboliques :

Ils se rapprochent du canal rond mais l’usinage se fait sur une seule partie dumoule. Une perte de chaleur et de pression plus importante que le canal rond, nécessitealors un outillage spécial.

1.29 D dD

d

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53

- Les canaux trapézoïdaux :Une solution alternative par rapport au canal parabolique, il peut être usiné à

moindre coût. Par contre les pertes de charge et de pression relativement importantecomparativement au canal parabolique.

1.25 l h

Généralement c’est le canal parabolique qui est le plus utilisé et calcul de d se fait de lafaçon suivante :

4

3.7

w Ld

: poids de la pièce à mouler ( )

: longueur du canal ( )

w g

L mm

d) Equilibrage de l’alimentation d’un moule

Dans le cas d'un moule multi-empreintes, il est nécessaire d'obtenir des conditions de

pression et de température identiques dans toutes les empreintes, c'est-à-dire que le dispositif

d'alimentation doit permettre une répartition des flux identiques quels que soient le débit et la

température : le dispositif d'alimentation doit être équilibré. Pour obtenir ce résultat, la

géométrie des écoulements et leurs conditions thermiques doivent être identiques d'une

empreinte à l'autre. Cela implique une conception symétrique des canaux d'alimentation.

La figure ci-dessous montre deux solutions d'équilibrage. La solution a, consistant

à modifier la section des seuils d'injection, permet de diminuer la taille de la carotte et du

moule. Elle est cependant beaucoup moins robuste que l'équilibrage par longueur de flux

identique (solution b). En effet, l'efficacité de la solution a  est liée aux paramètres de réglage

et aux propriétés de la matière : en modifiant la viscosité ou la vitesse, le remplissage est

déséquilibré, risquant de générer ainsi des problèmes de qualité (propriétés mécaniques

variables, brûlures, bavures,...).

l

h

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54

Figure31- Exemple de solutions d'équilibrage

Si cela est nécessaire, lors de la mise au point du moule, de petites corrections

peuvent être apportées en modifiant le seuil d'injection, en créant un obstacle dans

l'écoulement, à l'aide d'un insert modifiable par exemple, ou en modifiant la température des

busettes pour un système à canal chaud. Ces modifications, destinées à corriger un

déséquilibre non maîtrisé, ne sont efficaces que pour des conditions d'injection et des

propriétés matières données. Il est généralement plus efficace, mais moins facile, d'anticiper

ou de corriger l'origine du déséquilibre.

La méthode d’équilibrage permet de calculer le diamètre d’un seul seuil, et en déduire

les diamètres des autres seuils en gardant les mêmes constante : appelée constante du moule.

Morgue propose la méthode d’équilibrage suivant :

sS : section du seuil (mm²)

l : longueur du seuil (mm)

L : longueur du canal d'alimentation (mm)

m : masse de l'empreinte en (g)

Remarque : cette méthode n’est valable que dans le cas ou les canaux d’alimentation sont de

même diamètre.

sScst

m l L

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55

e) Buse de la presse et du moule

La surface entourant l’entrée du canal est ajustée au profil de la buse du cylindre

d’injection. Quand ce dernier possède une extrémité sphérique, il est nécessaire que le rayon

de courbure de la cavité concave de la busette soit légèrement supérieur à celui convexe du

nez de la presse et que le diamètre de l’orifice d’entrée soit plus grand que celui du trou de

sortie de la buse.

Figure 32 - Ajustage de la busette au profil de la buse de la presse

Dimensionnement de la buse d’injection

La figure ci-dessous permet le démoulage de la carotte, est exécuté dans la plus part

des cas dans une pièce rapportée, quelques fois appelée busette. On fait aussi l’usinage d’une

cuvette de faible profondeur pour compenser les défauts de retassures.

On détermine le diamètre d’entrée d du canal de la busette (buse d’injection) en fonction de la

masse G de la moulée et de l’épaisseur maximale e de la paroi des pièces injectées

La figure nous permet de déterminer le diamètre minimal de la buse

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56

Figure 33 - dimensionnement de la buse

V. Les empreintes

1. Calcul du nombre d'empreintes optimum dans un moule d'injectionLe but de ce calcul est de trouver le nombre d’empreinte qui nous permettra

d’optimiser le coût du moule.

Coût du moule pour n empreintes : Cn X Y*(n 1)

Coût du fonctionnement de la presse : u

Q*tQ

60*n

Coût du salaire par pièce : u

S*tS

60*n

Coût du moule par pièce : nu

X Y*(n 1)CC

N N

Coût de moulage d'une pièce : um u uuQC S C

En remplaçant CSQ uuu,, par leurs valeurs on aura :

um

C2C1

t X Y Y*n*(Q S)C

60n N N

Données :X – le prix du moule à 1 empreinte

Y – le coût de l'empreinte additionnelle

Q – le coût horaire de la presse

S – le coût horaire des salaires

N – le nombre total de pièces à fabriquer

t – la durée du cycle en minute

Traçons la courbe des points représentant le coût de moulage en fonction du nombred'empreintes.

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57

Figure 34 - courbe du coût de moulage

On constate que cette courbe passe par un minimum.Pour trouver le nombre d'empreintes correspondant à ce coût minimum, nous procédons à ladérivée de la fonction, puis nous égalons à zéro pour trouver son minimum.Dérivons donc par rapport à n

um

2

t YdC *(Q S)dn 60n N

Egalons à zéro um

2

t YdC 0 *(Q S) 0dn 60n N

On aura en final le nombre d’empreinte qui est égale à

2. Disposition des empreintes

Conditions à satisfaire: Minimiser la taille du moule Remplissage simultané des cavités Minimiser les longueurs de canaux Permettre d’aménager les autres systèmes Le centre des forces correspondant au centre du plateau (buse d’injection)

La figure suivante montre un exemple de disposition des empreintes.

(Q*S)* t * Nn

60*Y

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Figure 35 - disposition équilibré des empreintes

3. Matériaux constitutifs de l'empreinte

Le choix des matériaux de l'empreinte dépend de la destination du moule. Pour les moules degrandes séries, les critères de longévité sont pris en compte en priorité avant ceux des coûts dela matière première et de son usinage.

Ces matériaux doivent avoir :

une bonne résistance à l'abrasion causée par le frottement des charges contenues dansla matière injectée et le mouvement des éléments mobiles de l'empreinte ;

une bonne usinabilité et une bonne aptitude au polissage, indispensables pour faciliterle respect du cahier des charges concernant l'état de surface des éléments moulants etla réalisation de formes complexes ;

une précision et une stabilité dimensionnelles correctes après les traitementsthermiques dont il faut connaître les effets, compte tenu des dimensions et destolérances de l'outillage ;

une résistance à la corrosion chimique adaptée aux produits dégagés par l'injection decertaines matières plastiques (PVC, acétate de cellulose, PTFE...) ;

une bonne conductivité thermique.

4. .Le plan de jointLe plan de joint est la surface de contacts entre la partie fixe et la partie mobile du

moule. Son choix est déterminé par les facteurs suivants :

La ligne du plan de joint doit être visuellement et fonctionnellement acceptable. Le démoulage doit se faire sans contre dépouille autant que possible. le plan de joint doit être choisit afin de faciliter l’usinage. Le plan de joint doit être le plus simple possible.

5. Le retraitOn entend par retrait les processus qui conduisent à la réduction des dimensions de la

pièce par rapport à celles du moule froid. Ainsi, une pièce moulée par injection est plus petiteque la cote du moule froid correspondant.

En étoileRectangulaire

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Le retrait de moulage des matières partiellement cristallines est plus important que pourles matières amorphes. La formule pratique utilisée pour tenir compte du retrait est :

E UL L 1 R

EL : Une dimension de l’empreinte

UL : Une dimension finale de la pièce

R : Retrait de la pièce

6. Events

Le moulage de quelque pièce en plastique exige la présence d'évents dans le moule.

Ceux-ci doivent être conçus de manière à permettre l'évacuation de l'air emprisonné dans le

moule lors du remplissage de l'empreinte

Figure36 - Events

VI. Système d’éjection :À l'ouverture du moule, la pièce est extraite du moule par le dispositif d'éjection. Ce

dernier peut être constitué d'éjecteurs, d'une plaque dévétisseuse ou d'un système utilisant l'aircomprimé. La course d'éjection doit être suffisante pour assurer l'évacuation de la pièce horsde l'empreinte, moule ouvert. Les mécanismes de démoulage sont situés sur le côté du mouleoù la pièce reste fixée (souvent du côté de la partie mobile). En général, le retrait retient lespièces sur les noyaux et, si nécessaire, on peut faire appel à de petites contre-dépouilles pourimposer ce résultat ou, au contraire, pour que la pièce reste dans l'empreinte.

1. Types d’éjecteurL'éjection des pièces peut être assurée par un éjecteur simple, par un système à air

comprimé ou par de multiples éjecteurs. De façon générale il est important de limiter lapression de contact pour éviter la déformation ou le bris de la pièce injectée.

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60

a) Éjecteur simpleLe dispositif d'éjection représenté sur la figure ci-dessous comporte un unique éjecteur

à grande surface de contact : il permet de repartir la force d'éjection et introduit de l'air entrela pièce et l'empreinte dès le début de l'éjection. Cela minimise l'adhésion, souvent forte dansle cas de pièces profondes et de parois lisses, créée par le vide entre l'empreinte et la pièce. Onnote la présence d'un ressort de rappel qui assure que la partie tronconique de l'éjecteur reposesur son siège et donc que l'empreinte ne comporte pas d'entrefer générateur de bavure.

Figure 37 - Ejecteur simple

Une plaque de dévétissage permet également de répartir les forces d'éjection et de minimiserla pression de contact exercée sur la pièce lors de l'éjection.

Figure38- une plaque de dévétissage

b) Éjection pneumatiqueOn utilise les dispositifs pneumatiques pour l'éjection des objets de grande surface à

parois minces. En effet, les parois minces ne supportent pas les pressions locales exercées parles éjecteurs classiques. De plus, la course d'éjection de pièces profondes à paroi mince,comme les seaux ou les gobelets nécessiterait une course d'éjection élevée.

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61

Figure 39 : éjecteur pneumatique (soupape)

L'éjection pneumatique présente plusieurs avantages par rapport aux solutions purementmécaniques :

les traces des éjecteurs sont supprimées ; le mécanisme d'éjection n'est pas lié à l'ouverture du moule ; l'usure des pièces mécaniques est diminuée ; la réalisation est relativement simple.

En revanche, ce système présente des défauts :

il n'assure pas toujours l'éjection de la pièce ; il ne s'applique qu'à certaines formes de pièces telles que couvercles, seaux, cuvettes, assurer l'étanchéité de l'empreinte complique la conception et la maintenance du

moule.

Dans la plupart des cas, l'air comprimé est amené dans l'empreinte par la soupape quiamorce le dégagement mécanique de la pièce avant de l'éjecter avec la pression d’air. Lasoupape est actionnée par l'air comprimé dont l'arrivée est pilotée par un distributeurcommandé par la presse à injecter.

c) Éjecteurs multiplesL'utilisation de plusieurs éjecteurs permet de limiter la pression de contact sur la pièce

et surtout d'équilibrer les forces et d'assurer une éjection rectiligne.Ce point est très important. En effet, le basculement de la pièce avant qu'elle ne soit dégagéede l'empreinte génère un important risque de casse ou de coincement.

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62

VII. DémoulageLors du démoulage, la pièce est libérée de l'empreinte afin de pouvoir être éjectée. Les

pièces injectées sont retenues dans le moule, non seulement à cause de leur contractionthermique, qui provoque pendant le refroidissement leur serrage sur le ou les noyaux, maisaussi à cause de leur contre-dépouille (surfaces de la pièce qui s'opposent au démoulage) oudes orifices latéraux qui les immobilisent. Des solutions mécaniques permettent le démoulagedes pièces comportant de tels orifices ou des contre-dépouilles.

1. DépouilleLa dépouille est l'angle α formé par la paroi de la pièce et la direction de démoulage.

Le choix de la dépouille de démoulage, à l'interface entre la pièce et le côté injection del'empreinte, permet d'assurer le maintien de la pièce sur le côté éjection lors de l'ouverture dumoule. On choisit généralement la valeur maximale permise par le cahier des charges de lapièce : tolérance, épaisseur de paroi,...

La dépouille d'éjection, à l'interface entre la pièce et le côté éjection de l'empreinte,permet l'éjection de la pièce, mais doit également la retenir lors de l'ouverture du moule. Elleest un compromis généralement issu de l'expérience et des données fournisseurs.

Figure40 - Exemple de dépouille

2. Tiroirs

Les tiroirs sont des éléments mobiles de l'empreinte permettant de libérer les formesde la pièce qui s'opposent au démoulage ou à l'éjection. Ces éléments sont généralemententraînés en translation par un dispositif mécanique, pneumatique ou hydraulique. La figuremontre un exemple d'application permettant de réaliser un orifice dans la paroi latérale d'unepièce injectée.

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63

Figure41- Exemple de tiroir permettant l'obtention d'un orifice latéral

VIII. Le guidage des moules

Les guidages du moule servent à assurer un accostage suffisamment précis des deux demi-moules pendant la fermeture.

Voici quelques types de guidages :

Figure 42 - éléments de guidage

IX. Le centrage Des moules

Les centrages du moule doivent garantir un accostage précis des demi-moules etabsorber les forces radiales qui apparaissent pendant l’injection.Voici quelques éléments de centrage :

Page 64: Copier cours plasturgie (version 00)

D. conception des pièces

La conception d’une bonnevisent à donner à la pièce l’aspect et la résistance souhaités, à permettre une réalisation demoule les plus simples possibles, à minimiser les reprises (décarottage usinage …), à assurerune production économique (maintenance allégée, récupération de déchets…).le tableausuivant résume quelques un de ces règles.

Figure 43 - Éléments des centrages

conception des pièces et les défauts de moulage

La conception d’une bonne pièce plastique doit passer par le respect de règles quivisent à donner à la pièce l’aspect et la résistance souhaités, à permettre une réalisation demoule les plus simples possibles, à minimiser les reprises (décarottage usinage …), à assurer

tion économique (maintenance allégée, récupération de déchets…).le tableausuivant résume quelques un de ces règles.

64

pièce plastique doit passer par le respect de règles quivisent à donner à la pièce l’aspect et la résistance souhaités, à permettre une réalisation demoule les plus simples possibles, à minimiser les reprises (décarottage usinage …), à assurer

tion économique (maintenance allégée, récupération de déchets…).le tableau

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65

Mauvaise conception Bonne conception

Règle des épaisseurs constantes

tracé des arrondis et congé sur une pièce

tracé des bords

les angles de dépouille pour faciliter le démoulage

Exemple de conception des fonds de pièces

conception des nervures et leurs dispositions

Risque de déformation du fond de la

Pièce.

Obligation

d’utiliser des

tiroirs

Risque de cassure des bords

pour matière fragile et

ondulation pour matière

souple

Concentration de

contraintes, mauvais

écoulement.

Risque de déformation

à cause des retassures,

bulles, criques…

Retassures esthétiquement

inacceptables

Retrait trop

localisé

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66

Solutions aux défauts courants de mise en œuvre

Problèmes Remèdes possiblesTaches grasses sur les pièces et le moule (signesde dégradation)

Diminuer la température de matière(vis et/ou canaux chauds)

Mauvais aspect de surface Augmenter la température du moule.Augmenter la vitesse d'injection.Vérifier le temps et la pression de maintien

Brûlures Prévoir des éventsDiminuer la vitesse d'injection en fin deremplissage

Pièce incomplète Augmenter le dosageAugmenter la pression et la vitesse d'injectionAugmenter les dimensions des canauxd'alimentationAugmenter la température matièrePrévoir des évents

Retassures Augmenter le temps et la pression de maintienRevoir l'emplacement et la dimension du pointd'injection

Ligne de soudure Augmenter la pression d’injection.Augmenter le temps/la pression de compactage.Augmenter la température du moule.Augmenter la température de la matière.Dégazer l’empreinte au niveau de l’aire desoudage.Ménager une masselotte adjacente à l’aire desoudage.Changer l’emplacement du point d’injection pourmodifier la configuration d’écoulement

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Système de refroidissement

67

SYSTEME DE REFROIDISSEMENT

Page 68: Copier cours plasturgie (version 00)

Système de refroidissement

68

Introduction.L’étude du refroidissement des matières plastique est intéressante à plus d’un titre. En effet, ilfaut répondre à deux exigences fondamentales :

« RAPIDITE et UNIFORMITE »Le calcul du temps de refroidissement d’une pièce injectée, par exemple, permet dedéterminer avec précision la durée totale d’un cycle de moulage et conduit à l’estimation ducout de fabrication. S’il doit être rapide, le refroidissement de la pièce doit être uniforme,c'est-à-dire que la température de la surface de l’empreinte doit être à un instant donnée aussiuniforme que possible.

I. Phénomène physique relatifs au refroidissement d’un moule

1. Bilan thermiqueLa matière qui est injectée dans le moule à la température, avec la pression Pi possède une

enthalpie Hi. Après le refroidissement, la pièce est démoulée à la température Tm ; l’enthalpie

de la matière est alors Hm.

Le produit de la différence d’enthalpie par le poids de la moulée donne la quantité de calorie

libérée par le cycle :

i

m

Q : quatité de calorie libérée (Kcal)

P : poids de la moulée (Kg)

H : enthalpie du matériau à l'injection ( kcal/Kg)

H : enthalpie du matériau à l'éjection ( kcal/Kg)

La quantité de chaleur libérée par heure est obtenue en faisant intervenir le nombre de cycle

horaire.

cycle

3600N

t

hQ : quantité de chaleur libérée par heure

Les différents échanges calorifiques accompagnant le refroidissement d’une pièce sont lessuivantes :

Transmission calorifique de l’empreinte vers le système calorifique. Transmission par convection du moule vers l’air ambiant. Transmission par rayonnement.

i mQ P* H H

h i mQ P*N* H H

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Système de refroidissement

69

Nous étudions principalement le premier type d’échange, car quantitativement, il est

beaucoup plus important que les échanges par convection et rayonnement. Nous calculerons

donc un système caloporteur capable d’évacuer à lui seul toutes les calories lors du

refroidissement de la pièce.

Bilan thermique

hc

hr

Q : quantité de chaleur dissipée par convection

Q : quantité de chaleur dissipée par rayonnement

Figure 44 : échange thermique

2. Transmission de calorifique par convection de rayonnement

A la surface extérieure d’un moule, un échange thermique composé de deux flux différents seproduit. Le premier flux correspond à un échange par convection, le second à un échange parradiation

a) Les pertes de chaleur dues à la convection sur les surfaces, planes ont fait l’objetd’étude approfondie. Il est possible de les évaluer à partir de l’équation suivante :

hc ex o AQ h S T T

hc

2

ex

Q : quantité de chaleur échangée par convection en une heure (Kcal/h)

h : coefficient de transfert de chaleur (Kcal/m .h. C)

S : surface extérieure du moule qui donne lieu à un échange par convection

(m²)

o

A

T : température de la surface extérieure de l'outil (°C)

T : température de l'air ambiante (autour du moule) (°C)

Le facteur h : coefficient de transfert de chaleur est difficile à calculer car il estfonction de nombreux paramètre. En fait, il est possible d’utiliser une valeur moyenne de 5

h hc hr hQ Q Q Q (liquide caloporteur)

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Système de refroidissement

70

kcal/m2.h.°C (valeur proposée par Mr CATIC) qui permet d’évaluer l’importance deséchanges par convection.Le calcul montre que les pertes de chaleur par convection sont faibles, principalement à causedu faible écart de température qui existe entre la surface extérieure du moule et l’air ambiante.

b) La déperdition de chaleur par rayonnement peut être déterminée par la relation de

STEPHAN BOLTZMAN

4 4

O Ahr ex

T TQ 3600 S Cs

100 100

4Cs : constante de SPTEPHAN BOLTZMAN Cs 5.77 ( Kcal/m².K )

: coefficient de rayonnement qui depend du métal et la nature de la surface

1 pour un corps émettant ( à 20°C)

0.85 pour une surface for

O

tement rouillé (à20°C)

0.60 pour une surface faiblement rouillée (à 20°C)

0.25 pour une surface polie (à 20°C)

Ce coefficient augmente légérement avec la température du métal

T : température absolue à

A

la surface de l'outillage (K)

T : température absolue de l'air ambiante (K)

Le calcul de la quantité de chaleur dissipée par rayonnement montre que celle-ci estpeu importante et n’influence guère le refroidissement de la pièce. En effet, pour destempératures de moule inférieure à 50°C, les pertes calorifiques vers l’extérieure sontnégligeables en cas de surface impeccable.

3. Transmission calorifique de l’empreinte vers le système caloporteurLa transmission calorifique de l’empreinte jusqu’au fluide de refroidissement, se fait de deuxétapes. Nous allons étudier en détail chacune de ces deux étapes.

A. Transmission de chaleur dans l’outil

Les calories libérées au niveau de l’empreinte sont transmises vers le mode derefroidissement.

Page 71: Copier cours plasturgie (version 00)

Système de refroidissement

71

Figure 45 : transmission de chaleur dans l’outil

Le transfert calorifique peut s’exprimer par l’équation suivante :

Oh M C

kQ S T T

dc

h

o

Q : quantité de chaleur transmise par heure ( Kcal/h)

: coefficient de conductibilité thermique de l'outil (Kcal/m.h.°C)

dc : distance entre le canal de refroidissement et la surface de l'empreinte (m)

M

C

S: section active de l'outil (m²)

T : température moyenne à la surface de l'empreinte (°C)

T : température moyenne à la surface des canaux (°C)

La conductivité thermique joue un rôle très importante au regard de l’efficacité du

circuit de refroidissement. Voici à titre d’exemple la conductivité de quelque matériau

Matériaux0 (kcal/m.h.°C)

C45 W3 45

21 Mn Cr 5 40

18 Cr Ni 8 12.6

Cu, techn 300

Al 175

Zn (Zamak) 108

Page 72: Copier cours plasturgie (version 00)

Système de refroidissement

72

B. Transmission de chaleur du moule au fluide de refroidissement

La transmission de chaleur de la masse du moule vers le liquide de refroidissement s’exprime

par :

h T c fQ h Sc T T

Th : coefficient de transmissibilité thermique (Kcal/m².h.°C)

Sc : surface active des canaux de refroidissement (m²)

c

f

T : température moyenne des parois du canal (°C)

T : température moyenne du fluide (°C)

En tenant compte de différence de température entre les parois des canaux et le liquidede refroidissement qui est généralement, assez facile, les possibilités de refroidissement et detransfert calorifique entre les deux milieux (moule/fluide) sont surtout influencées par :

a) La surface active des canaux de refroidissement, fonction de la section et de lalongueur de ceux-ci. Afin de ne pas surdimensionnée le système de refroidissement,tous les calculs seront effectués en admettant que la surface totale des canaux estactive.

b) Le coefficient de transmission thermique noté hTqui régit le transfert de chaleur quis’établit entre deux phases différentes (phase solide : moule phase liquide : liquide derefroidissement).

Le coefficient va varier quantitativement suivant le mode d’écoulement du fluide. Pour lecalculer, il est donc déterminant de savoir si le fluide s’écoule de façon laminaire outurbulente

1. Ecoulement laminaire et écoulement turbulent

La valeur du nombre de REYNOLDS noté Re permet de savoir si l’écoulement est de types

laminaire ou turbulent.

f

f

V DhRe

f

f

V : vitesse moyenne du fluide de refroidissement (m/s)

Dh : diamétre hydraulique des canaux (m)

: viscosité cinématique du fluide de refroidissement (m²/s)

- Le régime d’écoulement est laminaire si le nombre de REYNOLDS est inférieur à

2500.

- Le régime d’écoulement est turbulent si le nombre de REYNOLDS est supérieur à

3500.

- Entre ces deux valeurs, le régime est appelé pseudo-laminaire.

Page 73: Copier cours plasturgie (version 00)

Système de refroidissement

73

2. Calcul du coefficient de transmission thermique hT

a) Régime laminaire Re < 2500

Pour ce type d’écoulement, l’équation conduisant au coefficient hT est assez complexe. Le

calcul hT montre que celui-ci est généralement très faible.

Il parait donc évident que ce type d’écoulement n’est pas souhaitable si on désire obtenir un

refroidissement efficace.

b) Régime turbulent Re > 3500

Lorsque l’écoulement du fluide de refroidissement est turbulent, le coefficient de transmission

hT s’exprime sous la forme :

0.75 fTh 0.04 (Pe)

Dh

Pe : nombre de PERCLET est égale au produit du nombre de REYNOLDS par le nombre de

PRANDTL (Pr).

f f f

f

V Dh CpPe

f

3f

f

Cp : chaleur spécifique du fluide de refroidissement (Kcal/kg.°C)

: masse volumique du fluide de refroidissement (Kg/m )

: conductibilité thermique du fluide de refroidissement (Kcal/m.h.°C)

Remarque :

Les trois paramètres Cpf, f , fk varient avec la température du fluide de

refroidissement. Des tables donnent leur variation en fonction de la température. Dans le calcul du nombre de PECLET, la vitesse moyenne du fluide doit être exprimée

en m/h ceci pour une cohérence d’unité. A partir de l’équation, il est possible de connaitre le coefficient de transmission hT

pour un fluide donné à la température et circulant dans les canaux de refroidissement àla vitesse moyenne.

II. Calcul et disposition du système caloporteurPour effectuer le calcul du système caloporteur il faut tout d’abord connaitre la quantité dechaleur à évacuer c'est-à-dire le nombre de calories libérées lors du refroidissement de lapièce.Connaissant la chaleur spécifique du fluide caloporteur nous pourrons alors calculer laconsommation de fluide nécessaire pour évacuer toutes les calories.Ensuite il est possible de connaitre le diamètre (la section) des canaux et le nombre d’entréd’eau. La surface active des canaux de refroidissement La longueur des canaux

Page 74: Copier cours plasturgie (version 00)

Système de refroidissement

74

La distance les séparant de l’empreinte L’entre-axe, c'est-à-dire l’espace entre deux canaux vicinaux

Nous allons ici envisager le calcul dans le cas d’une pièce simple (plaque plane rectangulaire).Dans le cas de pièce de forme plus complexe, il est nécessaire de diviser la pièce à refroidir enélément de surface et de volume assez simple et de traiter séparément chacun d’eux.

1. Quantité de chaleur et consommation horaire de liquide

En admettant que toutes les calories libérées lors de refroidissement de la moulée sontévacuer par un système caloporteur, la quantité de chaleur à évacuer par heure est égale à :

h i mQ P* H H (Bilan thermique)

Connaissant la capacité calorifique Cpf du fluide de refroidissement, il est possible decalculer la consommation horaire du fluide, en considérant que celui-ci s’échauffe et passe detempérature Te (température d’entrée) à la température de sortie Ts.

h

h

f s e

QG

Cp T T

h

f

s e

G : la consommation horaire de liquide (Kg/h)

Cp : chaleur spécifique du fluide de refroidissement (Kcal/kg.°C)

T T : échauffement toléré du fluide de refroidissement (°C) généralement cet écart doit é tre < 6°C

Arrivé à cette étape, il convient de considérer séparément le refroidissement de

l’empreinte et celle du poinçon ; en effet, la consommation du fluide caloporteur dépend de la

chaleur à évacuer dans chacune des parties du moule.

Elle est fonction de la surface du poinçon et de la matrice.

Soit :

t

m

p

p

m

S : la surface totale de la pièce (m²)

S : la surface totale de la matrice (m²)

S : la surface totale du poinçon (m²)

G : la consommation horaire de liquide pour refroidir le poinçon ( Kg/h)

G : a consommation horaire de liquide pour refroidir de la matrice ( Kg/h)

On trouve alorsh p

p

t

G SG

S

et h m

m

t

G SG

S

La consommation de liquide nécessaire pour évacuer toutes les calories libérées lors

du refroidissement de la pièce est alors connue avec précision pour chacune des deux parties

du moule (poinçon et matrice).

2. Calcul de la section des canaux et du nombre d’entrée d’eauNous allons étudier le cas du poinçon, la démarche est évidement la même en ce qui concerne

la matrice.

Page 75: Copier cours plasturgie (version 00)

Système de refroidissement

75

La consommation horaire de liquide nécessaire pour refroidir le poinçon peut s’écrire :

p f f cG 3600 v S

p

f

3f

c

G : consommation horaire de liquide pour refroidir le poinçon (Kg/h)

v : vitesse moyenne du fluide dans les canalisation (m/s)

: masse volumique du fluide (kg/m )

S : section des canaux du poinçon ( da

ns le cas où il y a une seule entrée d'eau)

p

c

f f

GS

3600 v

En fait, il est aisé de constater que la section des canaux est directement

proportionnelle à la quantité de chaleur à évacuer. Dans la plupart des cas, en particulier pour

les pièces de grande dimension, les sections trouvée est trop importante. Il convient alors de

placer dans le moule n circuit indépendante de section unitaire Sc’ telle que :

c cS n S

D’oùp

c

f f

G1S

n 3600 v

Il est alors possible de jouer sur les deux facteurs Sc’ et n, n représente en définitive le nombre

d’entrée d’eau à placer dans le moule (coté poinçon) connaissant la section Sc’, il est possible

de calculer

- Le diamètre des canaux si ceux-ci sont circulaire cC

4Sd

- Le coté s’ils sont carrées ccot é S

3. Calcul de la surface active des canaux et leur longueur

La quantité de chaleur à évacuer du côté du poinçon peut s’exprimer par l’équation suivante :

hp T cp c fQ h S T T

Qui régit l’ensemble de calorie entre le moule et le liquide de refroidissement.

cp cp cS L d Dans le cas de canaux circulaire

c

cp

d : diamétre des canaux du poinçon (m)

L : longueur des canaux présents dans le poinçon (m)

Connaissant le coefficient de transmission thermique hT et la différence de température Tc–Tf

(Généralement compris entre 2 et 4°C), il est possible de trouver SCP, LCP, représentant

respectivement la surface et la longueur des canaux qui devront être installés dans le poinçon.

Page 76: Copier cours plasturgie (version 00)

Système de refroidissement

76

4. Calcul de la distance séparant les canaux de la surface d’empreinteIl s’agit de connaitre le centre des canaux de la surface de l’empreinte. Cette grandeur est

accessible en utilisant l’équation.

Figure 46 : distance séparant les canaux à l’empreinte

Dans le cas du poinçon, cette expression s’écrit : oh M C

c

Q S T Td

Dans le cas du poinçon, cette expression s’écrit : ohp p M C

cp

Q S T Td

pS : représente la surface de la pièce en contact avec le poinçon (m²)

L’utilisation de cette équation est souvent délicate par cause d’une connaissance

souvent erronée du gradient thermique existant entre l’empreinte et la surface des canaux.

Une solution pour contourner cette difficulté consiste à prendre dcp, une valeur égale (ou

voisin) de celle de l’entraxe. Cette valeur permet d’obtenir une bonne régularité des

isothermes et donc une uniformité satisfaisante de la température à la surface de l’empreinte.

Dans le cas de moule construits avec des matériaux de conductibilité thermique

supérieur à celle de l’acier, il convient de majorer en conséquence la valeur de la distance des

canaux à la paroi.

5. Calcul de l’entraxe : distance séparant deux canaux voisin.

Figure 47 : l’entraxe entre les canaux

Dans la majorité des cas le calcul de l’entraxe est assez simple ; mous envisagerons

deux cas : la surface à refroidir possède une forme rectangulaire (1er cas) ou une forme

cylindrique (2em cas).

Page 77: Copier cours plasturgie (version 00)

Système de refroidissement

77

1er cas : le poinçon a la forme d’un rectangle de dimension L et l deux éventualités sont à

envisager.

a) Les canaux sont disposés parallèlement à la plus grande longueur

Figure 48 : canaux disposés parallèlement à la grande longueur

Le nombre de canaux sera égal à n ; si E représente l’entraxe, on peut écrire :

E (n 1) l 2X (1)

X : la distance entre le premier canal et la paroi.

D’autre part, sachant que la longueur totale des canaux à placer dans le poinçon est

égale à Lcp le facteur n s’écrit :

cpLn

L (2)

En remplaçant n par sa valeur dans l’équation (1), on trouve la valeur de l’entraxe :

cp

l 2XE

L1

L

La valeur de X est généralement assez variable. Dans certain cas, cette valeur est

imposée par des contraintes de construction. D’ans d’autres cas on peut prendre une valeur

égale à celle de la distance à la paroi (dcp).

Dans le cas où la distance est prise égale à l’entraxe, l’expression (3) se transforme, on

trouve alors :

cpcp

lE d

L1

L

l : largeur de la plaque (m)

L : longueur de la plaque (m)

Page 78: Copier cours plasturgie (version 00)

Système de refroidissement

78

b) Les canaux sont disposés parallèlement à la plus petite longueur

Figure 49 : canaux parallèles à la petite longueur

Le raisonnement est exactement le même que dans le cas précédent. L’entraxe noté E’ est

alors obtenue par l’équation (5)

cp

L 2XE

L1

l

(5) si X=E devientcp

LE

L1

l

Remarque : lorsque le choix entre ces deux solutions est possible, on choisira bien entendu la

disposition qui correspond le mieux à une uniformité optimale de la température à la surface

de l’empreinte.

2em cas : la surface à refroidir présente une géométrie circulaire (moule de seau, de cuvette,

etc...)

Lorsque les canaux de refroidissement sont disposés selon une géométrie circulaire,

l’entraxe est calculé de la façon suivante :

Appelons :

r : la distance du prmier canal au centre de la pièce

X: la distance du dernier canal au bord de la pièce

R : le rayon de la pièce

E : l'entraxe

n : le nombre de canaux à placer pour avoir la longueur vou cplue soit L

Pour calcul on établit les deux équations suivantes :

r (n 1)E X R (1)

Et

Page 79: Copier cours plasturgie (version 00)

2 r 2 (r 1) ............. 2 (r (n 1)E) L (2)

L’équation (2) comporte une suite arithmétique et peut

cpL 2 nr n²E D’où E

De l’équation (1), on obtient la valeur de n

Qui se simplifie en :R r

n si X=EE

Exemple : considérons une éprouvette en ABS, on

précédemment.

Comme données on a :

Epaisseur = 3mm

Conductivité thermique de surface

Température d’injection iT 240 C

Température du moule MT 50 C

Température de démoulage =70°C

La vitesse du fluide fV 0.6m / s

On le nombre d’empreinte sera pris égale à 4 empreintes

Déterminons le temps du cycle

c ref rem an mt t t t t

Pour le ant on prendra égale à 3s

- Calculons le temps de remplissage

Le logiciel SOLIDWORKS nous a permis de

connaitre le volume injecté iV 10.59cm / s

On prendra un débit d’injection

irem rem

i

V 10.59t 0.7s t 0.7s

Q 15

- Calculons le temps de refroidissement

Appliquons la méthode thermodynamique

Système de refroidissement

cp2 r 2 (r 1) ............. 2 (r (n 1)E) L (2)

L’équation (2) comporte une suite arithmétique et peut s’écrire :

cpL 2 nrE

De l’équation (1), on obtient la valeur de n :R r x E

nE

R rn si X=E

E

: considérons une éprouvette en ABS, on effectuera les calculs énoncés

Conductivité thermique de surface a= 3 28,3.10 cm / s

T 240 C

T 50 C

Température de démoulage =70°C

V 0.6m / s

On le nombre d’empreinte sera pris égale à 4 empreintes

Déterminons le temps du cycle

c ref rem an mt t t t t

on prendra égale à 3s

Calculons le temps de remplissage

Le logiciel SOLIDWORKS nous a permis de

3iV 10.59cm / s

On prendra un débit d’injection 3iQ 15cm / s

rem remt 0.7s t 0.7s

s de refroidissement

Appliquons la méthode thermodynamique :

79

effectuera les calculs énoncés

Page 80: Copier cours plasturgie (version 00)

Système de refroidissement

80

2 1 2i M

ref 2 4m M

T Te 8 (3 10 ) 8 240 50t ln ( ) ln ( ) 15.15s

a T T 8.3 10 70 50

reft 15.15s

Le temps de maintien est généralement égale à m ref mt 0.3 t 0.3 15.15 t 4.55s

Finalement on aura le temps de cycle

ct 3 0.7 4.55 15.15 23.4s ct 23.4s

La méthode de MORGUE

2

ref

e kt or a

a

3ABS

4

1.05g / cm

cp 0.33cal / g. C

k 3.5 10 cal / cm.s. C

e 1.5mm 0.15cm

2

ref 4

0.15t 0.33 1.05 22.275s

3.5 10

On remarque que le temps de cycle est assez élève, pour minimiser ce temps on envisage

d’installer un système de refroidissement pour obtenir à la fin un temps de cycle ct 5s

Calcul du nombre de calorie à évacuer pour un temps de cycles ct 5s

cycle e s p i MQ M.(H H ) M c .(T T )

3i

p

M V 1.05 10 10587.77 11.11

c (ABS) 0.33kcal / kg. C

3cycleQ 11.11 10 0.33 (240 70) 0.623kcal

Le nombre de calorie par heurecycle

cycle/h

c

3600 Q 3600 0.623Q 448.56kcal / h

t 5

Par conséquent :

cycle/hQ 448.56kcal / h

Quantité de chaleur à évacuer par l’empreinte mobile

p

p cycle/h

t

SQ Q

S

A l’aide du logiciel Solidworks on a pu déterminer la valeur de la surface de l’empreinte

mobile en contact à la pièce

2p

2t

S 1215.7mm

S 1887.16mm

Page 81: Copier cours plasturgie (version 00)

Système de refroidissement

81

p/h

1215.7Q 448.56 288.96kcal / h

1887.16 p/hQ 288.96kcal / h

Consommation de liquide dans l’empreinte mobile

p/h

p

f s e

QG

cp (T T )

s

e

f

T 22 C

T 18 C

cp : chaleur spécifique du fluide de refroidissement à 20°C 0.99883kcal / kg. C

p

288.96G 72.32kg / h

0.99883 (22 18)

Comme on travaille avec l’eau donc pG 72.32L / h

Calcul de la section qui permettrait le passage de quantité d’eau voulue

p

p

f f

GS

3600 v

f

3f

v 0.6m / s

998.62kg / cm

6 2p

72.32S 33.527 10 m

3600 0.6 998.62

6p

c

S 4 33.527 10 4d 0.0065m 6.5mm

On utilisera des canaux de diamètre cd 6.5mm pour le circuit de refroidissement.

Vérification de la valeur du nombre de REYNOLDS

f

f

v DhRe

f

f

6f

f

3

v 0.6m / s ( vitesse du fluide dans les canaux)

0.0010021.0038 10 (viscosité cinématique de l'eau)

998.21

Dh 6.5 10 m

3

6

0.6 6.5 10Re 3885.24

1.0038 10

On est bien en régime permanent turbulent car Re 3885.24 3500

Calcul du coefficient d’échange thermique hT

0.75 fTh 0.04(Pe)

Dh

Page 82: Copier cours plasturgie (version 00)

Système de refroidissement

82

3f f f

4f

4f

f

v Dh cp 0.6 6.5 10 0.9983 998.21Pe 27113.16

0.6 2.389 10

0.6w / m.k 0.6 2.389 10 kcal / s.m.k (conductivité thermique de l'eau)

cp 0.99983lcal / kg. C

40.75 2

T 3

0.6 2.389 10 3600h 0.04(27113.16) 6709.68kcal / m .h. K

6.5 10

Calcul de surface active des canaux

p/h

cp

T c f

QS

h (T T )

p/h

c

f

Q 288.96kcal / h

T 22 C

T 20 C

2cp

288.96S 0.021m

6709.68 (22 20)

Longueur des canaux à placer dans l’empreinte mobile

cp

cp 3

S 0.021L 1.028m

Dh 6.5 10

La distance séparant les canaux de la surface de l’empreinte

o op/h p M C cp p M C

cp p/h

Q S (T T ) d S (T T )d Q

6cp

50d 1215.7 10 (70 22) 0.01m

288.6 (Moule en acier o 50kcal / m.h. C )

Calcul de l’entraxe

On considère une plaque de carrée de dimension L=l=0.396m

cp

cp

l 2d 0.396 2 0.01E 0.24m

L 1.02811

0.396L

On obtient finalement le circuit ci-dessous ;

Page 83: Copier cours plasturgie (version 00)

Système de refroidissement

83

figure 50 :circuit de refroidissement

CONCLUSION

Ces quelques éléments thermiques permettent de mieux comprendre les transferts de

chaleur au cours du refroidissement d’une pièce.

Page 84: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

84

Page 85: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

85

Les différentes étapes de conception d’un moule à injection

1

2

3

Disposition des cavités (empreintes)

4

Type de seuil

5

Type de moule

Spécificité géométrique, mécanique, thermique

de la pièce : volume et délai

Nombre de cavités

Sélection de la

presse à injection

Moule à 2 plaques Moule à 3 plaques

Canaux

chauds

Canaux

froids

Buse

standard

Canaux

chauds

Canaux

froids

En étoile Symétrie En ligne

Capillaire Nappe Annulaire Queue de carpe

Page 86: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

86

Système de régulation de la température

6

Système d’éjection

7

Système de dégazage (c'est-à-dire évacuation de l’air dans le moule)

Surface Noyau

Eau, Cartouche, Huile Air, Eau, Huile

Broche Tiroirs Air Plaque, Anneau

Plan de joint PlaquesEjecteur Noyau

Page 87: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

87

8

9

Estimation du retrait

Matériaux

Dessin Alimentation Paramètres moulage

Châssis Plaques Noyau

Acier doux,

acier en faible

teneur en

carbone, acier

d’alliage,

acier en

cémentation

Acier à outils,

acier de

trempe à

cœur, acier à

cémentation

et métaux

spéciaux

Acier à outils,

acier de

trempe à cœur,

acier à

cémentation et

à nitruration

Page 88: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

88

Démarche de conception

détaillée d'un moule

Exemple : Boîtier supérieur du Module de Suivi de ligne.

Objectif : concevoir l’outillage qui permettra d’obtenir la pièce en vraie matière et en

vrai procédé afin de déboucher sur la rédaction du cahier des charges de l’outillage de

production.

Données de départ :

1-Dossier de conception détaillée du produit (notices de calcul, choix des matériaux,

résultats de simulation de fonctionnement mécanique et électronique, CAO, plan

d'ensemble …).

Page 89: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

89

2-Cotation de la pièce : analyse des spécifications et écriture de la cotation fonctionnelle

Page 90: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

90

sur le plan de la pièce.

Page 91: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

91

Page 92: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

92

3-Dossier contrat de l'outillage : Cahier des charges, , spécifications techniques,

données économiques et de production, moyens disponibles.

Page 93: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

93

4- Conception préliminaire du moule : avant-projet de solutions, estimation de la

complexité de l'outillage.

Page 94: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

94

5- Simulation d'injection : elle permet de vérifier que la pièce pourra être obtenue avec

la qualité voulue compte tenue de ses formes et du matériau choisi. Les résultats

obtenus peuvent remettre en question la conception de la pièce si la qualité ne peut pas

être suffisante ou si le temps d’injection est trop élevé.

Page 95: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

95

6- Etude de moulage : on calcule les temps de cycle, l’estimation du coût d’injection, les

efforts.

Page 96: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

96

7-Choix des solutions constructives : On représente par des croquis les solutions de

décomposition des parties actives (broches, noyaux …) en pensant aux procédés de

fabrication (érosion fil, enfonçage, fraisage …).

Page 97: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

97

8-Modélisation CAO : La modélisation se fait sur logiciel CAO en insérant les

composants de bibliothèque (éjecteurs …). La conception de l'outillage est

complètement définie : forme et dimensions des éléments fabriqués, référence des

éléments du commerce.

Page 98: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

98

9-Validation de la conception : Certaines formes d’empreintes doivent être validées par

simulation FAO. D'autres formes nécessitent la conception d'un électrode d'enfonçage et

sa mise en plan. Cette étape permet également le chiffrage de la fabrication du moule.

Page 99: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

99

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Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

100

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Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

101

10-Edition des plans : on génère les mises en plan 2D de l'outillage et on indique les

spécifications techniques de l'outillage.

Page 102: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

102

ETUDE D’UN CAS

Page 103: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

Introduction

Cette partie sera consacrée à la conception d’un moule pour l’injection de

matière plastique en polyéthylène (PE) pour l’obtention d’un pot de conserve qui sera

réalisé au sein de la société TECHNI

Dans cette partie on va utiliser toutes les applications vues précédemment en

faisant une étude optimisée et économique afin de réussir la conception.

Le cahier de charge proposé par l’entreprise stipule l’étude et la conception d’un moule

permettant l’obtention d’un pot de conserve.

L’entreprise prévoit l’injection de 2000 pièces par mois renouvelable.

Les pièces injectées sont en polyéthylène (PE)

Le moule sera mono

onception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

Cette partie sera consacrée à la conception d’un moule pour l’injection de

matière plastique en polyéthylène (PE) pour l’obtention d’un pot de conserve qui sera

réalisé au sein de la société TECHNI-MOULE.

Dans cette partie on va utiliser toutes les applications vues précédemment en

faisant une étude optimisée et économique afin de réussir la conception.

Le cahier de charge proposé par l’entreprise stipule l’étude et la conception d’un moule

tention d’un pot de conserve.

L’entreprise prévoit l’injection de 2000 pièces par mois renouvelable.

Les pièces injectées sont en polyéthylène (PE)

Le moule sera mono-empreinte à canal chaud.

Figure 52 : Pot de conserve

onception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

103

Cette partie sera consacrée à la conception d’un moule pour l’injection de

matière plastique en polyéthylène (PE) pour l’obtention d’un pot de conserve qui sera

Dans cette partie on va utiliser toutes les applications vues précédemment en

faisant une étude optimisée et économique afin de réussir la conception.

Le cahier de charge proposé par l’entreprise stipule l’étude et la conception d’un moule

L’entreprise prévoit l’injection de 2000 pièces par mois renouvelable.

Page 104: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

104

I. Démarche de conception d’un moule

Début

Choix de la presse d’injection

Choix du plan de joint

Conception des empreintes

Calcul et choix du système

d’injection

Pièce à mouler : Dimensions etmatériaux

Calcul et choix

du système de

refroidissement

Choix de la carcasse

Conception et choix du système

d’éjection

Fabrication

Fin

Non

Oui

Page 105: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

105

II. Pièce à mouler

1. Matière utilisée

La pièce à injecter est fabriquée à base de matériau polymère bien déterminé

dénommé le polyéthylène à haute densité (PEHD). Ce type de polymère appartient à la

famille des polyoléfines des thermoplastiques.

Le PEHD est un polymère semi cristallin c’est à dire constitué de deux phases :

Une phase cristalline et une phase amorphe. Macroscopiquement, on peut observer les

deux types de chaînes qui se combinent en liaison : c’est un matériau bi phasique.

Amorphe : caractérisée par le désordre des macromolécules.

Cristalline : Correspondant au sein de la matrice à des zones où les macromolécules

sont disposées dans l'espace d'une manière régulière.

Figure 53 : Schéma des zones cristallines et amorphes dans un polymère semi-cristallin

Une molécule de polyéthylène n'est rien de plus qu'une longue chaîne d'atomes de

carbone, avec deux atomes d'hydrogène attachés à chaque atome de carbone.

Figure 54 : Structure chimique du PEHD

Page 106: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

106

Principaux avantages du PE Principaux inconvénients du PE

Résistance au choc même à froid. Résistance à l’abrasion. Faible coefficient de friction. Qualité du souple au Rigide. Inertie Chimique. Qualité contact alimentaire. Isolation électrique.

Collage difficile. Températures maxi d’utilisation de

50 à 80°C suivant les qualités. Retrait Important.

Tableau 5 : avantages et inconvénients du PE

Caractéristiques du polyéthylène :

Polyéthylène à haute densité (PEHD)

PROPRIETE PHYSIQUE

Masse volumique / 0.935 − 0.965

Taux de cristallinité en % 65-80PROPRIETE MECANIQUE

Contrainte au seuil (rupture) en 24 − 30Allongement au seuil (rupture) % 15

Module de flexion en 900 − 1300Contrainte de flexion en 23PROPRIETE THERMIQUEConductivité thermique en )/ · ( 0.46 − 0.51Chaleur spécifique en )/ · ( 1900Température de moulage en °C 220-320

Température du moule en °C 20 à 60Retrait en % 1.5-2.5

Pression d’injection en ܚ܉܊ 800-1400

Viscosité

Diffusivité thermique en /² 7.7. 10 ିସ

Température moyenne de la mouléAu moment de démoulage en °C

80 à110

Tableau6 : caractéristiques du polyéthylène

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Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

2. DESSIN DE DEFINITION

3. Choix du plan de joint

Pour les pièces compliquées ayant un tiroir on

moulage par injection de matière plastique le plan de joint qui coïncide à la surface

supérieur du tiroir

onception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

DESSIN DE DEFINITION

Choix du plan de joint

Pour les pièces compliquées ayant un tiroir on choisit généralement dans le cas de

moulage par injection de matière plastique le plan de joint qui coïncide à la surface

Figure 55 : Position plan de joint

onception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

107

généralement dans le cas de

moulage par injection de matière plastique le plan de joint qui coïncide à la surface

Page 108: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

108

4. Choix de la presse d’injection

Faire un bon choix consiste à adapter le mieux possible la pièce à fabriquer à

toutes les caractéristiques technique de la presse. Cette remarque nous amène tout

naturellement à déterminer :

La force de fermeture exprimée en tonne ou KN (1tonne=10KN),

Le volume injectable

a) Détermination de la force de fermeture

Comme nous avons énoncé dans la partie bibliographique la force de fermeture doit etre

égale ou supérieur à la force de portance du moule

v proj intF S P

intP Pression interne du moule.

projS Section projetée de la pièce et des canaux au niveau du plan de joint.

vF Force de verrouillage

Selon l’expérience, la pression interne du moule correspond aux moyennes suivantes

sous réserve de conditions de façonnage adaptées aux matériaux sont donnés dans le

tableau suivant :

Thermoplastique Pression interne moyenne

PE, PP 250 - 600

PS, SB 200 - 500

ABS, ASA, SAN 250 - 350

PC 300 - 500

PC, ABS, PC, PBT 250 - 400

PA 250 - 700

POM 300 - 700

PMMA 300 - 500

Tableau 7 : pression interne moyenne

Dans notre cas on utilise le polyéthylène (PE), on prend une pression interne de 600

barsen considérant le cas le plus défavorable.

Page 109: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

109

Notre pièce est un pot donc la surface projetée sera la surface aplatie qui va

correspondre à la surface du cercle qui admet le grand diamètre.

Qui nous donnera 2 2pS 199 31102.55mm

4

Par conséquent on aura 2vF 600 10 31102.55 186615.3daN 186.62T

Donc vF 186.62T

b) Déterminons le volume à injecter

Le logiciel SOLIDWORKS nous a permis de connaitre le volume de la pièce à injecter

3iV 149.33cm À partir de cette valeur on peut déduire la masse de la pièce

i

3

3i

M V

0.96g / cmM 0.96 149.33 143.36g

V 149.33cm

En conclusion : la force de fermeture du moule est égale à vF 186.62T , la masse à

injecter est de 143.36g. D’où la nécessité de choisir une presse dont l’effort est

supérieur ou égale à vF 186.62T

5. Choix du type d’alimentation

La matière plastique de la pièce peut être à 100% recyclable, cela signifie un

gain de matière significatif.

D’autre part les prix du bloc chaud sont très élevés, elle peut même tripler le prix du

moule.

Nous sommes donc face à un compromis : carotte recyclable et par la suite des heures

supplémentaires pour le recyclage ou bien l’usage d’un bloc chaud qui est couteux mais

très efficace.

Le choix d’une solution optimale sera tributaire de 4 critère d’appréciation qu’on jugés

nécessaires et suffisant pour satisfaire le cahier de charge :

Coût de la pièce ;

Coût du moule ;

Page 110: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

110

Rendement de la productivité ;

Qualité de la pièce injectée ;

Afin de jugée chaque critère, on attribuera un note comme suit :

3 : pour un niveau jugé bon ;

2 : pour un niveau jugé moyen;

1 pour un niveau jugé faible.

Critères Total

Coût du

moule

Coût de la

pièce

Rendement de

la productivité

Qualité de la

pièce

Bloc chaud 1 3 3 3 10

Carotte

perdue

3 1 2 2 8

Tableau 8 : choix d’alimentation

Résultat : A terme de cette analyse, et en se basant sur l’évaluation des résultats

obtenues, on opte pour le moule à canaux chauffantes. Cette solution assure à la fois le

coût le plus bas avec la qualité la plus bonne : C’est l’objectif tant recherché par les

producteurs en général. D’où on prendra un canal chaud de type Buse Topless série 350

dont les caractéristiques sont présentées dans la partie annexe.

6. Position du point d’injection

Le dispositif d’injection déjà choisi, conditionne le choix du point d’injection sur

la partie dessus de la pièce.

On doit donc définir le point le plus convenable pour l’injection à travers une

comparaison entre des différents points accessibles. La simulation faite sur le logiciel

MOLDFLOW à donner les résultats

Suivant :

Page 111: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

111

Figure a Figure b

Figure 56 : Disposition du point d’injection

La figure b représente le point d’injection la plus convenable pour obtenir un

meilleur temps de remplissage et simplifie la conception du moule vue qu’on utilisera

un bloc chaud.

7. Calcul du seuil d’injection

Notre moule est un moule mono-empreinte, donc on utilisera un seuil circulaire. On

peut utiliser la formule suivante pour déterminer le diamètre des seuils.

4sd =n C S

ds Diamètre du seuil en ݉݉

n Constante de la matière plastique (PEHD) 0,6

C indice en fontion de l'épaisseur max0,206 e

S Surface extérieur d’échange de la pièce avec le moule 298111.16mm

Dans notre cas maxe 1mm

AN : 4ds 0.6 0.206 1 98111.16 2.18mm

Donc on prendra un seuil de diamètre ds 2.2mm

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Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

III. Etude rhéologiqueNous aborderons dans le présent paragraphe la

phase de remplissage.

La modélisation est complexe à plus d’un titre :

la géométrie est complexe : variations brusques de largeur, d’épaisseur, moules

multi

la thermomécanique des écoulements de polymère à l’état fo

il y a coexistence de deux phases liquide et solide, dont les comportements sont

très différents.

Notre étude est faite sur le logiciel de simulation d’injection de plastique :

MOLDFLOW 2010.

1. Résultats de la simulation

Temps de remplissa

Le temps de remplissage est court, de l’ordre de 0.8s, en effet, le débit d’injection est

élevé. En combinaison avec la forte viscosité de PEHD, la dissipation d’énergie est

donc importante, et la température de la ma

refroidissement du moule.

onception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

Etude rhéologiqueNous aborderons dans le présent paragraphe la modélisation de l’écoulement pendant la

La modélisation est complexe à plus d’un titre :

la géométrie est complexe : variations brusques de largeur, d’épaisseur, moules

la thermomécanique des écoulements de polymère à l’état fondu est complexe ;

il y a coexistence de deux phases liquide et solide, dont les comportements sont

Notre étude est faite sur le logiciel de simulation d’injection de plastique :

Résultats de la simulation

Temps de remplissage

Figure 57 : temps de remplissage

Le temps de remplissage est court, de l’ordre de 0.8s, en effet, le débit d’injection est

élevé. En combinaison avec la forte viscosité de PEHD, la dissipation d’énergie est

donc importante, et la température de la matière peut augmenter localement malgré le

onception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

112

modélisation de l’écoulement pendant la

la géométrie est complexe : variations brusques de largeur, d’épaisseur, moules

ndu est complexe ;

il y a coexistence de deux phases liquide et solide, dont les comportements sont

Notre étude est faite sur le logiciel de simulation d’injection de plastique :

Le temps de remplissage est court, de l’ordre de 0.8s, en effet, le débit d’injection est

élevé. En combinaison avec la forte viscosité de PEHD, la dissipation d’énergie est

tière peut augmenter localement malgré le

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Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

Température de matière

On constate que puisque le PEHD est peu conducteurs de la chaleur, la

température à cœur est proche de la température

proche de la température de l’acier. La viscosité de ce polymère dépend fortement de la

température, il faut évaluer avec précision les gradients thermiques, et coupler

étroitement les calculs mécaniques et thermi

calculs sur le refroidissement.

onception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

Température de matière

Figure 58: température de la matière

On constate que puisque le PEHD est peu conducteurs de la chaleur, la

température à cœur est proche de la température d’injection, tandis qu’à la paroi elle est

proche de la température de l’acier. La viscosité de ce polymère dépend fortement de la

température, il faut évaluer avec précision les gradients thermiques, et coupler

étroitement les calculs mécaniques et thermiques. Donc on a besoin d’approfondir nos

calculs sur le refroidissement.

onception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

113

On constate que puisque le PEHD est peu conducteurs de la chaleur, la

d’injection, tandis qu’à la paroi elle est

proche de la température de l’acier. La viscosité de ce polymère dépend fortement de la

température, il faut évaluer avec précision les gradients thermiques, et coupler

ques. Donc on a besoin d’approfondir nos

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Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

Pression dans la cavité

Figure 59: l’évolution de la température au cours du remplissage

Ligne de soudure

On observe que les lignes de

du point d’injection.

Event

Les évents permettent de chasser l’air emprisonné dans l’empreinte pendant l’injection

de la matière.

La figure ci-dessous montre les zones d’emprisonnement de l'air.

onception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

Pression dans la cavité

: l’évolution de la température au cours du remplissage

Figure 60: présence de ligne de soudure

On observe que les lignes de soudure ne sont pas trop visible conséquent d’un bon choix

Les évents permettent de chasser l’air emprisonné dans l’empreinte pendant l’injection

dessous montre les zones d’emprisonnement de l'air.

onception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

114

soudure ne sont pas trop visible conséquent d’un bon choix

Les évents permettent de chasser l’air emprisonné dans l’empreinte pendant l’injection

Page 115: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

Figure

Les évents sont généralement placés dans le plan perpendiculaire au sens d’injection,

donc sur le plan de joint on les usine avec une profondeur de 0.05 mm

IV. Calcul et choix du système de refroidissement

1. Le temps du cycle

c ref rem an mt t t t t

Pour le temps annexe

- Calculons le temps de remplissage

Le logiciel SOLIDWORKS nous a permis de connaitre le volume injecté3

iV 149.33cm / s

On prendra un débit d’injection

irem rem

i

V 149.33t 2.77s t 2.77s

Q 54

- Calculons le temps de refroidissement

Appliquons la méthode thermodynamique

2 1 2

ref 2 4

e 8 (1 10 ) 8 280 60t ln ( ) ln ( ) 3.2s

a T T 7.7 10 110 60

onception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

Figure 61: les zones d’emprisonnement de l’air

Les évents sont généralement placés dans le plan perpendiculaire au sens d’injection,

donc sur le plan de joint on les usine avec une profondeur de 0.05 mm

Calcul et choix du système de refroidissement

ps du cycle

c ref rem an mt t t t t

Pour le temps annexe ant on prendra égale à 3s

Calculons le temps de remplissage

Le logiciel SOLIDWORKS nous a permis de connaitre le volume injecté

On prendra un débit d’injection 3iQ 54cm / s

rem remt 2.77s t 2.77s

Calculons le temps de refroidissement

Appliquons la méthode thermodynamique :

2 1 2i M

2 4m M

T Te 8 (1 10 ) 8 280 60t ln ( ) ln ( ) 3.2s

a T T 7.7 10 110 60

onception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

115

Les évents sont généralement placés dans le plan perpendiculaire au sens d’injection,

Le logiciel SOLIDWORKS nous a permis de connaitre le volume injecté

e 8 (1 10 ) 8 280 60t ln ( ) ln ( ) 3.2s

a T T 7.7 10 110 60

Page 116: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

116

reft 3.2s

Le temps de maintien est généralement égale à m ref mt 0.3 t 0.3 3.2 t 0.96s

Finalement on aura le temps de cycle

ct 3 2.77 0.96 3.2 9.93s 10s ct 10s

2. Système de refroidissement

La matière plastique mise en forme dans l’empreinte du moule à chaud ne peut

pas être démoulée avant que la pièce conformée dans l’empreinte ne soit suffisant rigide

pour résister aux efforts d’éjection.

Pour réduire le cycle de fabrication, il est nécessaire d’accélérer le refroidissement

artificiellement par l’action d’un réfrigérant à proximité de l’empreinte.

Pour cela on va déterminer le nombre de calorie nécessaire à évacuer et ainsi le

nombre de canaux de refroidissement à placer dans l’empreinte mobile.

En premier lieu : on se fixera un temps de cycle ct 5s

Calcul du nombre de calorie à évacuer pour un temps de cycles ct 5s

cycle e s p i MQ M.(H H ) M c .(T T )

p

M 143.36g

c (PE) 0.55kcal / kg. C

3

cycleQ 143.36 10 0.55 (280 110) 13.4kcal

Le nombre de calorie par heurecycle

cycle/h

c

3600 Q 3600 13.4Q 9648kcal / h

t 5

Par conséquent : cycle/hQ 9648kcal / h

Quantité de chaleur à évacuer par l’empreinte mobile

p

p cycle/h

t

SQ Q

S

A l’aide du logiciel Solidworks on a pu déterminer la valeur de la surface de l’empreinte

mobile en contact à la pièce

Page 117: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

117

2p

2t

S 87729.32mm

S 1915151.6mm

p/h

87729.32Q 9648 4419.55kcal / h

191515.16 p/hQ 4419.55kcal / h

Consommation de liquide dans l’empreinte mobile

p/h

p

f s e

QG

cp (T T )

s

e

f

T 22 C

T 18 C

cp : chaleur spécifique du fluide de refroidissement à 20°C 0.99883kcal / kg. C

p

4419.55G 1106.18kg / h

0.99883 (22 18)

Comme on travaille avec l’eau donc

pG 1106.18L / h

Calcul de la section qui permettrait le passage de quantité d’eau voulue

p

p

f f

GS

3600 v

f

3f

v 0.6m / s

998.62kg / cm

6 2p

1106.18S 512.82 10 m

3600 0.6 998.62

6p

c

S 4 512.82 10 4d 0.0255m 25.5mm

Le diamètre des canaux doit être compris entre 8 et 14mm. Pour avoir un diamètre

cohérent, il faut remplacer le canal par différents canaux, on aura n entrées d’eau.

2 22

p p

8 dc 14

8 14S 50.26 S 153.94mm

4 4

c

512.82Pour d 8mm n 10.2 10

50.26

Page 118: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

118

c

512.82Pour d 14mm n 3.3 3

153.94

Le nombre n d’entrée peut être compris entre 3et 10, on choisit d’en placer 10

2p

c

1si n=10 S 512.82 51.28mm

10

d 8.08 8mm

Par conséquent on utilisera 10 entrées d’eau de diamètre cd 8mm

Vérification de la valeur du nombre de REYNOLDS

f

f

v DhRe

f

f

6f

f

3

v 0.6m / s ( vitesse du fluide dans les canaux)

0.0010021.0038 10 (viscosité cinématique de l'eau)

998.21

Dh 8 10 m

3

6

0.6 8 10Re 47818.83

1.0038 10

On est bien en régime permanent turbulent car

Re 47818.83 3500

Calcul du coefficient d’échange thermique hT

0.75 fTh 0.04(Pe)

Dh

3f f f

4f

4f

f

v Dh cp 0.6 8 10 0.9983 998.21Pe 33370.05

0.6 2.389 10

0.6w / m.k 0.6 2.389 10 kcal / s.m.k (conductivité thermique de l'eau)

cp 0.99983lcal / kg. C

40.75 2

T 3

0.6 2.389 10 3600h 0.04(33370.05) 6370.26kcal / m .h. K

8 10

Calcul de surface active des canaux

Page 119: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

119

p/h

cp

T c f

QS

h (T T )

p/h

c

f

Q 4419.55kcal / h

T 22 C

T 20 C

2cp

4419.55S 0.35m

6370.26 (22 20)

Longueur des canaux à placer dans l’empreinte mobile

cp

cp 3

S 0.35L 13.93m

Dh 8 10

Conservation des calories :Dans le cas à canaux chaud, il est nécessaire de conserver

une partie des calories et de ralentir une déperdition trop rapide.

La mise en place de plaques isolantes sur la périphérie du moule est nécessaire.

Figure 62 : Circuit de refroidissement

Page 120: Copier cours plasturgie (version 00)

Conception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

V. Système d’éjectionL’éjection des pièces

pièce ou déformation permanente avant le refroidissement définitif.

De ce fait, on prévoit d’effectuer un système éjection pneumatique de la pièce.

Un tel dispositif est bien adéquat à notre

soupape associé à un circuit d’air assure bien l’éjection dans la bonne condition

puisque ils sont des outilles standard présente un bon coefficient de frottement.

VI. Guidage et centrageLe bon positionnement est assuré par des colonnes de guidage et des douilles de

centrage.

En même temps en doit prévoyait le centrage de colonnes de guidage à épaulement avec

plot de centrage et des bagues à collerette avec plot de

onception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

Système d’éjectionpièces-après refroidissement et ouverture du moule rupture de la

pièce ou déformation permanente avant le refroidissement définitif.

De ce fait, on prévoit d’effectuer un système éjection pneumatique de la pièce.

Un tel dispositif est bien adéquat à notre conception du point où l’éjecteur en forme se

soupape associé à un circuit d’air assure bien l’éjection dans la bonne condition

puisque ils sont des outilles standard présente un bon coefficient de frottement.

Figure 63 : principe d’éjection

et centrageLe bon positionnement est assuré par des colonnes de guidage et des douilles de

En même temps en doit prévoyait le centrage de colonnes de guidage à épaulement avec

plot de centrage et des bagues à collerette avec plot de centrage.

onception et Fabrication FAO d’un moule à parois minces

120

après refroidissement et ouverture du moule rupture de la

De ce fait, on prévoit d’effectuer un système éjection pneumatique de la pièce.

conception du point où l’éjecteur en forme se

soupape associé à un circuit d’air assure bien l’éjection dans la bonne condition

puisque ils sont des outilles standard présente un bon coefficient de frottement.

Le bon positionnement est assuré par des colonnes de guidage et des douilles de

En même temps en doit prévoyait le centrage de colonnes de guidage à épaulement avec

Page 121: Copier cours plasturgie (version 00)

Conclusion générale et perspectives

121

CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES

Ce projet de quatre mois m’a permis de voir l’intérieur le mode de fonctionnement

des entreprises et de me familiarisé avec le milieu professionnel.

En effet j’ai eu à mettre en pratique certaines compétences et acquérir une certaine

expérience professionnelle dans le milieu industriel. Et la saine ambiance de travail qui

régnait au sein de l’entreprise m’a beaucoup facilité la mise au point de ce projet.

Ce projet a été bénéfique dans la mesure où j’ai eu l’opportunité de connaitre l’utilité

de la matière plastique dans la vie quotidienne, mais aussi de comprendre leur différents

procédés de mise en œuvre et la conception des moules pour l’injection de matière plastique.

Et cette dernière ne peut pas être réalisée sans la maitrise de certains outils informatiques très

important dans notre secteur à savoir les logiciels de conception (Solidworks et AUTOCAD),

et le logiciel de simulation de la matière plastique comme le MOLDFLOW.

Page 122: Copier cours plasturgie (version 00)

Dessin de définition

122

Page 123: Copier cours plasturgie (version 00)

Bibliographie et webographie

123

BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE

[1] MEMOTECHNO MATIERE PLASTIQUE

[2] TECHNIQUE DE L’INGENIEUR

[3] GUIDE DE CONSTRUCTION DES OUTILLAGES D’INJECTION

[4] OPTIMISATION DU MOULE PAR INJECTION

[5] CONCEPTION PIECES ET OUTILLAGE II

www.cap-science.net/upload/transformation-plastiques.pdf

(1) G. Menges:

D’origine allemande. Il fût ingénieur-docteur. Chef de l'Institut Pontstrabe 49e en

1965(Allemagne), professeur en matières plastiques et auteur du livre intitulé « guide de

constructions des outillages d’injection ».

Page 124: Copier cours plasturgie (version 00)

Annexes

124