Université Hassan II –Ain Chock- Casablanca

Ecole National Supérieure d’Electricité et de Mécanique

Département Mécanique

Filière Génie de procédés industriels et de Plasturgie

PROJET DE FIN D’ANNEE

Conception du moule d’injection d’une pièce

d’automobile

Réalisé par : EL MCHACHTY MED AMINE

EL FELLAH Mahmoud

Encadré par : Mr. BAKHTARI

Année universitaire 2014-2015

1

Index

Introduction ...................................................................... 2

I- Procédés d'injection des thérmoplastiques .............. 3

II- Moule d'injection ....................................................... 7

III- Régle de dimensionnement du moule ..................... 19

IV- Conception de la pièce et simulation d'injection ... 32

IV- Conception du Moule ............................................... 41

Conclusion générale ......................................................... 43

2

Introduction

La qualité d’un objet injecté (ou produit fini) dépend des critères : La conception des formes de la pièce, La conception et la qualité de réalisation de l’outillage (le moule) et Les conditions et les paramètres de moulage (injection). Ce procédé d’obtention permet de produire très rapidement (en une seule opération) des objets de qualité en grande quantité, même si les formes sont complexes, dans des gammes de poids allant de quelques grammes à plusieurs kilogrammes.

L’injection est aujourd’hui l’un des procédés les plus utilisés pour la mise en

forme des polymères avec l’extrusion et le soufflage (30% des polymères

transformés).elle est utilisé dans de très nombreux domaines : l’automobile,

l’électronique, la robotique, l'aéronautique, l'aérospatial, le médical, Téléphones,

seringues, pare chocs, capots, carters, boîtes…

L’étude et la Conception d’un moule constitue la plus importante étape dans le

processus de production du produit, L’étude fait appel à des connaissances qui

s’étalent sur une diversité de problèmes : Thermique, Mécanique des fluides,

Rhéologique ….

La matière, les paramètres d’injection, la spécifié du moule et l’empreinte

constituent une série à Etudier à chaque conception, donc L’Etude portera sur

les volets : conception de la pièce, dimensionnement du moule, Etude de la partie

thermique, et une Etude Economique. L’optimisation portera sur le choix idéal

de la matière à injectée ainsi une optimisation de l’état des surfaces fonctionnelles

de la pièce et les paramètres d’injection les plus appropriés pour cette pièce.

3

I. Le procédé d’injection des thermoplastiques

Le procédé d’injection est un procédé de mise en forme des thermoplastiques par moulage

permettant la production de pièces minces jusqu’à quelques millimètres d’épaisseur. Ce

procédé est très répandu pour les productions de grandes séries comme l’automobile,

l’électroménager ou l’électricité.

1. Déroulement de l’injection

Une presse d’injection se compose de trois groupes :

- Le groupe de plastification et d’injection (figure 1.1) comprenant la vis, le fourreau chauffant

et la trémie d’alimentation.

- Le groupe de fermeture (figure 1.1) qui accueille le moule d’injection et contrôle ses ouvertures et

fermetures.

- l’unité de contrôle.

Figure 1 : schéma d’une opération d’injection

Les diverses parties de la machine :

1. Plateau arrière fixe (Backing platen)

2. Mécanisme de fermeture - genouillère et vérin (Closing mechanism - Toggle lever and

cylinder)

3. Éjecteur (Ejector)

4. Plateau mobile (Floating platen)

5. Colonne de guidage (Tie bar)

6. Plateau fixe d’injection (Fixed platen)

7. Buse d’injection (Nozzle)

8. Tête du baril (Barrel head)

4

9. Bande chauffante (Heater band)

10. Baril d’injection (Transfer chamber)

11. Vis (Screw)

12. Trémie d’alimentation (Feed hopper)

13. Goulotte d’alimentation (Feed throat

14. Motorisation de la vis (Screw motor)

15. Décharge des pièces (Parts discharge opening)

16. Moule (Mold)

17. Console de commande (Digital control panel)

18. Bâti (Frame)

Le cycle d’injection est le suivant :

Figure 2 : cycle d’injection

5

2. Les matières injectables :

Les polymères (thermoplastiques et thermodurcissables) et les élastomères peuvent être

moulés par injection.

Les Thermoplastiques se déforment et sont façonnables sous l'action de

la chaleur. Ils reprennent leur forme initiale en refroidissant sauf dans le cas

de réchauffements répétés.

Les thermodurcissables Ce sont des plastiques qui prennent leur forme définitive

au premier refroidissement, la réversibilité est impossible.

Les élastomères : Ils présentent les mêmes qualités élastiques que le caoutchouc. Ils sont

employés dans la fabrication des coussins, de certains isolants ou des pneus.

Mais, les thermoplastiques restent les plus utilisés pour ce procédé de mise en forme.

La presse a injecté dans notre Etude :

Marque : Haïtien Mars Ⅱ Series MA 900 Ⅱ / 300

6

Dimensions de la machine :

Fiche technique du constructeur :

7

II. Moule d’injection

Le terme mouler une forme ou une cavité creuse, dans laquelle le plastique fondu est forcé de

donner la forme de la pièce requise, se réfère généralement à tout l'ensemble des pièces qui

constituent la section de l'appareil de moulage dans lequel les parties sont formées. En outre,

le fait de démouler ses pièces plus facilement, il faut s’assurer de maitriser de nombreux

paramètres : la solidification de la pièce, le remplissage complet du moule, le réchauffage, le

refroidissement de la matière etc.., ceci est dans le but d’éviter toute sorte de défaut qui vas

influencer le processus de production.

En générale, le moule se compose d’un certaine nombre d’éléments qu’on peut les classées

dans des sous-ensembles fonctionnelles :

- Les éléments moulants : empreints (poinçon et matrice).

- Les éléments fonctionnels : carcasse, alimentation, mécanisme de démoulage et de

libération des pièces injectées, dispositifs de régulation de températures de moule.

- Les éléments auxiliaires : fixation et dispositif de manipulation, systèmes de

centrage, robots de mise en place des prisonniers et d’extraction des pièces moulées,

dispositifs de sécurité et de contrôle du démoulage.

Ces éléments doivent remplir plusieurs fonctions dans la presse d’injection :

- fonction mise en forme.

- fonction alimentation.

- fonction régulation.

- fonction éjection.

8

1- Dessin définition du moule

2- Nomenclature

1 Bague de centrage

2 Colonne de guidage

3 Rappel d’éjection

4 Plaque d’éjection

5 Empreinte

6 Tasseaux

7 Queue d’éjection

8 Arrache carotte

9 Plot de soutien

10 Contre buse

11 Bague de guidage

12 Ressort de rappel

13 Plaque arrière coté injection

14 Plaque porte empreinte inférieure

15 Plaque porte empreinte coté injection

16 Plaque porte empreinte coté éjection

17 Ejecteur

18 Plaque porte empreinte supérieure

9

3- Type des moules d’injection

- Moule à deux plaques

Le plus couramment utilisé, à cause de sa simplicité

dans la fabrication et mise en forme

- Moule à trois plaques

Permet le d’égrappage automatique des

pièces Injectées et des déchets (canaux,

carotte) lors de l'ouverture du moule.

- Moule à tiroir

Permet le démoulage de pièces possédant des surfaces en contre-dépouille

Position 1 : moule fermé

Position 2 : ouverture de moule

Déplacement du tiroir sous l'action du

ressort

Position 3 : éjection de la pièce

10

Plaque arrière coté injection

Plaque porte empreinte coté injection

Plaque porte empreinte coté éjection

4- Règle de conception du moule

La conception du moule se base sur des règles bien définit pour assurer les propriétés

suivantes :

Le maintien

Assurer par :

Plaque arrière coté injection : Permet de fixe la rondelle de centrage, la buse moule et les

bagues de guidage, ainsi que le bridage.

Plaque porte empreinte coté injection : Permet la fixation de la bague de guidage, contient

le circuit de régulation de température.

Plaque porte empreinte coté éjection : Permet la fixation des colonnes de guidage, contient

le circuit de régulation.

Le positionnement

Assurer par la bague de centrage : Permet le centrage du

moule sur les plateaux de la machine (presse), dans le but

de centrer la buse moule a la buse machine, elle est

caractérisé par son diamètre extérieur qui est en fonction

de la presse à injecter, et par le diamètre intérieur qui est

fonction de la buse d’injection choisie.

11

Le guidage

Assurer par les colonnes de guidage :

Permet de guider la partie mobile sur la

partie fixe pour aligner parfaitement

l’empreinte, tel que le montage se fait

par jeu.

La fixation

Permet de fixer la plaque arrière cote injection sur la plaque porte empreinte cote injection,

elle se fait soit :

- Par la vis de fixation - fixation par bride et vise

La mise en forme

Cette fonction définie les formes de l’empreinte pour obtenir une pièce conforme au cahier de

charges fonctionnelles, et surtout que la pièce soit démoulable sans problème.

Ceci se fait en prenant en compte de :

12

La dépouille : Mettre des angles de dépouilles pour

faciliter le démoulage de l’empreinte.

En général les angles de dépouilles

intérieures sont plus importants que les

angles de dépouilles extérieures

(retrait)

L'angle de dépouille dépend du

polymère et varie entre 0.5 à 2°.

α : angle de dépouille extérieure

β : angle de dépouille intérieure

le retrait L’évaluation du retrait est toujours difficile,

quel que soit la matière plastique, il convient

à le déterminer par des résultats

expérimentaux.

Le retrait est en fonction de nombreux

paramètres : épaisseur de la paroi,

température de flux, temps et pression de

maintien, pression d’injection.

RETRAIT = dimension de l’empreinte – dimension de la pièce Voici quelque valeur moyenne du retrait qui dépend de la matière principalement :

13

Le plan de joint

Le tracé du plan de joint résulte de la morphologie de la pièce moulée, de ses tolérances, des

exigences esthétiques, du choix du système d’extraction et de la presse à injection utilisée.

La surface de contact des deux parties de l’empreinte peut être plane ou non ; elle doit assurer

l’étanchéité du moule, être résistante à la force de fermeture et à l’abrasion.

- Position du plan du joint

Tributaire par la géométrie de la pièce, et surtout les petits détails de forme comme l’arrondie

ou congé.

L’approche tangentielle lors de la fermeture d’outillage engendre des frottements, des usures,

des pertes de matières, d’où il est préférable d’avoir des approches obliques

14

Alimentation

La fonction alimentation a pour but de transférer la matière plastifiée du fourreau de la presse,

vers l'empreinte du moule. Au cours de ce cheminement, la matière est soumise à différentes

contraintes en passant par un réseau plus ou moins complexe de canaux:

la carotte, la buse

le canal principal

les canaux secondaires

les seuils

La buse

C'est la pièce standard qui produit la carotte,

elle est choisie dans les catalogues d'éléments

standards

Le canal principal Permet de conduire la matière de la buse vers les canaux secondaire, ça conception doit

respecter deux règles fondamental :

- Chaque empreinte doit être alimentée sous la même pression et la même température

de façon simultanée.

- La longueur du carneau doit être la même pour chaque empreinte, avec une maximum

optimisation de la longueur

Les types des canaux d’alimentations :

Circulaire parabolique : W= 1.25D trapézoïdal : W= 1.25D

15

les seuils Permet d’établir une relation entre le canal d’alimentation et

l’empreinte, le choix de l’emplacement est caractériser par :

- l’axe et le point de symétrie de la pièce

- les défauts sur la pièce à injecter comme : les lignes

de soudure, le retrait

L’éjection L’évacuation doit être réalisée sans rupture de la pièce, ni marques, ni déformation et sans

efforts. Or ceci n’est possible que si :

- Les dépouilles sont placées dans des parties ou la pièce est en contact avec la partie fixe.

- la pièce est éjectée à une température optimale afin que la matière soit suffisamment solide.

- l’emplacement des éjecteurs doivent être placé dans les zones rigides de la pièce (paroi

perpendiculaire au plan de joint, nervure)

- maximiser la surface d'éjection afin de réduire la pression de contact.

Les types d’éjecteurs

Ejecteurs cylindriques

Ejecteurs plaques

16

Ejecteurs tubulaires

1- Procédés d’élaboration du moule

Les aciers désignés au moule d’injection sont de grande catégorie, dont les caractéristiques

permettent non seulement le travail à froid ou à chaud, mais de plus l’intégration dans les

processus de transformation du plastique.

On trouve :

Type d’alliage Propriété

Acier au chrome traité Haute résistance à la corrosion

Bonnes aptitudes au polissage

Résistance à la chaleur et à l'usure

Acier à outils AFNOR 1.2316 Utilisé dans l’extrusion, moule à presse

Idéal pour l’usinage des moules de matière

plastique

Aciers à outils non alliés

Teneur en carbone comprise entre 0,40 –

1,40 %

Caractériser par une grande dureté de

surface, une haute résistance à l’usure et une

bonne capacité de coupe

Aciers à outils alliés

Haute résistance à l’usure

Haute ténacité

17

Etape d’élaboration du moule

1- L’usinage :

Vu que les majorités des pièces sont

prismatiques, les fabricants ont recours au

fraisage, le produit finis doit vérifier les

contraintes de dimensions et de sécurité.

2- Perçage

Percer des trous à des endroits stratégiques du

châssis, comme pour les colonnes de guidage ou

des douilles de centrage

3- Rectifieuse

Fait le travail de plamage et lissage de surfaces,

c’est la phase ou le châssis se transforme on

moule

4- Machine à commande numérique Si l’empreinte présente de grandes dimensions, il est

plus judicieux d’utiliser les machines CN pour

l’usinage

18

5- L’électroérosion Parfois, il y en a des détails que la machine CMC ne

peut pas les tailler, d’où on se réfère à l’électroérosion

qui fabrique des empreintes des géométries complexes

en creux.

6- Polissage Après toutes ses opérations, il est indispensable que la

surface de l’empreinte soit rugueuse, on se réfère donc

au polissage pour assurer un moulage parfait

19

III. Règles de dimensionnement du moule

1. Le choix du moule :

Généralement, nous pouvons utiliser 2 types de moule :

1. Les moules 3 plaques ;

2. Les moules à canaux chauds.

On a choisis un moule à Trois plaques, et à tiroirs pour aboutir à des bons résultats.

Pour les plans de joins, Il existe différents disposition des plans de joint dans le moule : (voir

partie conception du moule)

20

On privilégie la position 1 pour ses avantages.

2. Les règles appliquées au moule :

Dimensionnement de diverses parties du moule : Selon la Norme ISO

21

Component: Standard Designation

1 Clamping plate –

2 Cavity plate –

3 Backing plate –

4 Riser –

5 Ejector retainer plate –

6 Ejector base plate –

7 Locating guide pillar ISO 8017

8 Locating guide bush ISO 8018

9 Centering sleeve ISO 9449

10 Guide pillar, angle pin ISO CD 8404

11 Ejector pin, cylindrical head ISO 6751

12 Ejector sleeve ISO 8405

13 Shouldered ejector pin, cylindrical head ISO 8694

14 Ejector pin, conical head –

15 Sprue bushing ISO 10072

16 Sprue puller insert ISO CD 16915

17 Socket head cap screw ISO 4762

18 Dowel pin ISO 8734

19 Locating unit, round ISO 8406

20 Locating ring ISO 10907-1

21 Coupling –

22 Connecting nipple –

23 Hose clip –

24 Lifting eye bolt –

25 Support pillar ISO 10073

26 Thermal insulating sheet ISO 15600

– Plain plate ISO 6753-2

– Designation and symbols ISO 12165

– Specification sheets for injection molds ISO 16916

22

On Utilise le tableau suivant pour le dimensionnement de diverses côtes du moule par rapport

à la machine :

-

Notre machine à une force de fermeture de 90 tonnes, donc on choisit la première colonne, les

dimensions des différents composants correspondent à une force fermeture de moins de 350

tonnes. En revanche on choisit un dimensionnement minimal pour les différents composants :

23

3. Dimensionnement des canaux de refroidissement : La partie thermique a une très grande importance au niveau de la Qualité de la pièce et ses

propriétés mécaniques, d’où l’importance du choix d’un circuit de refroidissement le plus

approprié possible pour garantir un refroidissement optimal de toute la surface de la pièce.

Théoriquement le diamètre sera :

Pratiquement on choisit du tableau ci-dessous le diamètre approprié pour chaque matière :

Les matériaux de cette étude est le PA66 et le PP donc on prend un

diamètre de 5 mm pour le PA66 et de 7.5 mm pour le PP.

24

4. Dimensionnement du seuil d’injection et choix de la forme :

Le seuil d’injection doit avoir une épaisseur de

50% jusqu’au 75%.

La longueur et la hauteur du seuil sera :

H = n x t

RMQ : n est une constante dépendant des matériaux.

1. polythène, polystyrène + PE n = 0.6

2. poly acétal, polycarbonate, polypropylène n = 0.7

3. cellulose acétate, poly méthyl méthacrylate n = 0.8

4. PVC n = 0.9

Due à la complexité de la pièce on est amené à

choisir en parallèle du seuil précédent un seuil sou

marin, L’angle est compris entre 30 et 40 degrés.

25

5. Ejection de l’air

L’éjection de l’air, ou de pression, constitue une phase importante lors de l’injection pour

éviter la présence des bulles d’air dans la pièce injecté, l’Ejecteur est caractérisé par les cotes

suivantes :

6. Conception d’un système de refroidissement de moule

Mise en valeur des lignes de refroidissement :

La distribution des lignes de refroidissement a une grande influence sur deux paramètres : le

temps et la qualité de la pièce. La figure ci-dessous montre l’influence d’une mauvaise

distribution des lignes de refroidissement sur ces deux derniers paramètres. :

26

Plus les canaux de refroidissement sont proche des zones de changement de surfaces

brusques plus on remarque un refroidissement efficace : rapide et isotherme.

Les objectifs d’une conception d’un système de refroidissement de moule sont :

- un refroidissement uniforme de la pièce pour minimiser l’apparition de défauts,

- l’obtention de la température de moule désirée en début de cycle pour permettre

l’écoulement du polymère et le remplissage complet du moule tout en restant à un

niveau de température conforme à celui préconisé pour la mise en forme du polymère.

- la limitation du temps de cycle.

Méthodes pour concevoir les canaux de refroidissement :

Le placement des canaux de refroidissement est limité par la géométrie du moule, le

plan de joint, les éjecteurs et tous les éléments mobiles du moule.

Les méthodes utilisées pour concevoir le circuit de refroidissement vont de

l’expérience du concepteur basée sur quelques règles qualitatives jusqu’à la simulation

numérique permettant de reproduire le refroidissement de pièces complexes en passant par

des calculs analytiques permettant de concevoir simplement des circuits pour des pièces

simples.

Le but de ces méthodes est de déterminer le diamètre des canaux DC, l’entraxe dcc et

la distance Dsc des canaux à la cavité moulante par exemple dans le cas d’une plaque dont la

section est représentée sur la figure

Quelques règles qualitatives pour le positionnement des canaux de refroidissement

L’influence de la position des canaux sur la température en surface du moule peut être

qualitativement expliquée dans le cas du refroidissement d’une pièce plane. On suppose que

les isothermes sont circulaires autour des canaux de refroidissement.

27

1-La distance conseillée entre les canaux et la cavité doit être égale à 2 ou 3 fois le diamètre

des canaux.

Dans ce cas, on obtient une température uniforme à la surface du moule (cas 1).

2– Augmenter la distance entre les canaux (cas 2) entraîne une augmentation de la

température moyenne à la surface du moule et une diminution de l’uniformité de température.

3– Plus la distance entre la cavité et les canaux est petite (cas 3), plus la température en

surface du moule sera faible (la pièce sera donc refroidie plus rapidement) mais les

différences de température sont supérieures à la configuration initiale.

Pour un refroidissement par eau et une épaisseur de pièce eP de 2mm, le diamètre des

canaux conseillé est DC = 6 à 8mm, la distance des canaux à la surface de la cavité moulante

dsc est e 8 à 10 fois le diamètre et la distance entre canaux dcc est environ égale à dsc. Selon

l’objectif principal et le matériau utilisé, ces règles peuvent être adaptées.

Pour diminuer le temps de refroidissement, plusieurs options sont possibles :

- approcher les canaux de la surface du moule,

- diminuer la distance entre les canaux,

- diminuer la température du liquide de refroidissement,

- Pour améliorer l’uniformité de température, on pourra :

- éloigner les canaux de la surface du moule,

- diminuer la distance entre les canaux,

- Utiliser un matériau de conductivité thermique plus élevée permet d’améliorer

l’uniformité et diminuer la température moyenne en limitant le nombre de canaux

Méthode théorique –calcul analytique des emplacements des canaux de refroidissement :

Toutes les méthodes théoriques reposent sur les mêmes étapes :

- Calcul du temps de refroidissement.

- Bilan thermique des échanges du moule

- Calcul de la géométrie du système de refroidissement (diamètre et position des

canaux)

- Vérification de l’uniformité de température

a) calcul du temps de refroidissement.

28

Les pièces injectées sont des pièces minces : l’épaisseur est beaucoup plus faible que les

autres dimensions. Lors du refroidissement, on peut donc considérer que le transfert de

chaleur n’a lieu que dans la direction de l’épaisseur, donc Un calcul monodimensionnel

simplifié peut donner une bonne précision du temps de refroidissement.

La température à la surface de la pièce est supposée égale à la température en surface du

moule qui est considérée constante et égale à TM.

A l’instant initial, on considère que la pièce est à une température uniforme égale à la

température d’injection Tinj, La température à l’intérieur du polymère vérifie l’équation de la

chaleur (1.3) où aP est la diffusivité thermique du polymère

Avec :

la solution de l’équation obtenue par Carslaw et Jaeger

En se limitant au premier terme de la série, le temps de refroidissement tref, est alors obtenu

lorsque la température maximale dans la pièce (en x = ap /2), est inférieure à la température

d’éjection Tej :

En pratique la solution approchée est très proche de la solution exacte si

Le PA66 possède une diffusivité thermique de : 0.25 w/(m.K ) ,et l’épaisseur de notre

pièce est 2mm , donc apt/e² = 62500 donc le temps pour converger vers la solution exacte

est de : 1.6*10 -6 s De même, le PP possède une diffusivité thermique de : 0.096 10-6 w/(m.K ) et

l’épaisseur de notre piéce est 2mm , donc apt/e² = 0.024 donc le temps pour converger vers

la solution exacte est de : 5 s

29

Si on considère que le temps de refroidissement est atteint lorsque la température moyenne

dans la pièce est inférieure à la température d’éjection (critère utilisé en particulier pour des

pièces épaisses), on obtient une expression différente du temps de refroidissement :

b) Bilan thermique sur le moule

Le bilan des échanges thermiques avec son environnement permet de déterminer la quantité

de chaleur qu’il est nécessaire d’évacuer pendant un cycle à l’aide du système de régulation.

Chaleur apportée par le polymère La quantité de chaleur à évacuer est due à la variation

d’enthalpie de la pièce pendant le refroidissement. On note ρP la masse volumique du

polymère, VP le volume de la pièce et ∆H la variation d’enthalpie massique entre la

température d’injection et la température d’éjection. La quantité de chaleur totale libérée de la

pièce QP est donc :

Qsolid la quantité de chaleur massique apportée par la solidification :

Échange de chaleur du moule avec son environnement La chaleur apportée par le polymère

est évacuée du moule par convection avec le liquide de refroidissement et par des échanges

(conductifs, convectifs et radiatifs) avec son environnement.

Les échanges par conduction, convection dans l’air et radiation sont souvent négligés.

L’équilibre permet donc de déterminer la quantité de chaleur que le liquide de refroidissement

doit absorber :

QF = QP

Fluide caloporteur Le débit volumique de fluide doit permettre d’absorber la chaleur

provenant du polymère en évitant une augmentation trop importante de sa température pour

assurer un refroidissement identique de toute la pièce. Le débit minimum de fluide DF peut

donc être estimé en fonction de la quantité de chaleur QF, de l’augmentation de température

autorisée ∆TF, de la masse volumique ρF, de la capacité calorifique massique du fluide CF et

du temps de refroidissement tref [18, 59] :

c) Géométrie du système de refroidissement

30

Diamètre des canaux de refroidissement Le diamètre maximal des canaux doit être choisi de

manière à assurer un écoulement turbulent pour le débit volumique DF. Pour cela, le nombre

de Reynolds :

Il doit être suffisamment élevé (typiquement Re > Remin avec Remin = 3000). Le diamètre

maximal des canaux pour assurer un écoulement turbulent avec le débit F est alors :

d) Position des canaux

On note TF la température du fluide de refroidissement, TC est la température à la surface des

canaux de refroidissement, ΓC est la surface des canaux de refroidissement.

La différence de température entre la surface de la cavité moulante et la surface des canaux de

refroidissement est due à la conductivité limitée du matériau constitutif du moule et est

fonction de la distance entre la cavité et les canaux L. La densité de flux moyenne à l’intérieur

du moule ϕM peut donc s’écrire :

e) Difficultés de refroidissement :

31

Certaines géométries sont particulièrement délicates à refroidir. Par exemple, les changements

d’épaisseur, les angles et nervures. La prise en compte de ces difficultés lors de la conception

des pièces peut permettre de réduire les défauts favorisés par ces géométries.

La difficulté de refroidissement des coins peut simplement s’expliquer par les différences de

rapport volume de pièce/surface d’échange qui est plus important dans l’angle que dans le

reste de la pièce. A l’extérieur de l’angle, l’élément de volume (1) présente deux faces en vis à

vis direct des canaux de refroidissement.

A l’intérieur, l’élément de volume (2) ne présente pas de surface d’échange avec le moule.

Sur les côtés de la pièce, chaque élément de volume présente une face en contact avec le

moule. On peut donc s’attendre à des vitesses de refroidissement différentes entre le coin et

les côtés de la pièce et entre les deux faces du coin, le refroidissement le plus lent étant à

l’intérieur.

32

IV. Conception de la pièce et simulation d’injection 1. Conception de la pièce

Les pièces en polymères réalisées par injection plastique présentent souvent des défauts

géométriques (retassures, gauchissement) apparaissant lors du refroidissement et susceptibles

de les rendre non conformes aux spécifications géométriques. C’est le cas de notre projet que

son objectif principal est de déterminer l'origine des défauts à travers quelques règles de

conception courantes permettant de les limiter, et également avec une simulation simple

(thermique avec changement d'états) permettant de prévoir ces défauts.

C’est à ce stade que nous avons défini notre pièce à travers une conception dans le logiciel 3D

CATIA V5 R21, ou on a répondue aux exigences et performances imposer par le cahier de

charge.

De la pièce réelle

Les détails de la pièce (longueur des arrêtes, les congés, les diamètres, les épaisseurs…) ont

étaient mesurées dans le laboratoire de métrologie, tel que on a utilisés toutes nos

connaissances acquises dans ce domaine, on utilisant les outils de métrologie comme le Pia

coulisse, jauge de profondeur, le projecteur de profils pour mesurer les congés

A la modélisation 3D

33

2. Règle de dimensionnement

La conception d’une pièce destiné à être moulé doit prendre en compte des paramètres

spécifique aux procédés de ca fabrication

- Dépouille

En général, l’inclinaison de la dépouille est prévue dans la direction normale du démoulage,

pour permettre l’extraction de la pièce moulé.

L’angle de la dépouille varie généralement entre 0.5 à 2°,

pour le polypropylène PP, on a pris 0.5.

Or pour le polyamide-66 est un polymère semi cristallin,

donc lors de l’ouverture du moule, la pièce est soumise à

un poste retrait qui rend le démoulage facile sans avoir

besoin d’un angle de dépouille.

- Congé

Pour faciliter le démoulage, il est

indispensable de placé des congés

d’ordre de 0.3 à 0.5 mm à la place

des angles vifs.

- Localisation des traces de moulage

Après démoulage, la trace des éjecteurs, des lignes de soudure, des seuils d’alimentation, son

visible, donc leurs localisations doivent être placé dans des endroits stratégiques pour ne pas

nuire l’aspect de la pièce.

Dessin définition

Voir annexe 1

34

3. Simulation d’injection

Les calculs de simulation d’injection effectuée par les logiciels sont réalisé avec précision en

tenant compte les phénomènes mécanique comme l’écoulement de fluide, la variation de

pression et température…etc. tel que ses calculs, son basée sur des hypothèses très

simplificatrices qui sont lié aux conditions aux limites et la surface de contacte de la pièce

avec le moule.

Le logiciel MOLDFLOW qu’on a utilisé est basé sur ses hypothèses, par exemple, pour le

calcul du flux du remplissage, il considère que la température de flux de remplissage est égale

à la température à la surface de refroidissement, d’où il se réfère au calcul par la méthode des

éléments finis.

Pour le maillage on a utilisé dual

domaine car la pièce est très fin, son

épaisseur ne dépasse pas 2 ou 3 mm

Si on analyse bien notre modèle réelle on remarque d’une part que l’emplacement des

éjecteurs sont placé à la face arrière extérieure de la pièce, d’autre part, la trace laissé par le

seuil d’injection est sur la surface intérieur du cylindre de la partie cylindrique de la pièce

35

L’étude de simulation vas se fair au premier lieu par une seul empreinte pour retirer les

paramétres liée à la pièce (poid, volume, densité, contrainte de cisaillement…), en utilisant

une matiére amorphe (polypropyléne PP) et une matière semi cristalline ( polyamide, PA-66).

Ensuite en vas simuler notre modèle avec 2 empreinte, car d’une part, les dimension de la

pièce son petite par apport au moule exigé par le cahier de charge et d’autre part pour

augumenter le processus de production.

Cas d’une seul empriente

On place les canaux de

refroidissement dont le but de

refroidir uniformément la pièce afin

que le moule atteint la température

souhaitée avant le début du cycle

suivant

Or ceci n’est valable qu’après savoir

son positionnement dans le moule

d’injection, en général, le meilleur

emplacement pour les canaux de

refroidissement est à l'intérieur des

blocs contenant l'empreinte et le noyau

du moule.

Point d’injection

36

Des études bien spécifique en était mené dans ce domaine, ils ont résultent à une approche

dans le dimensionnement des canaux de refroidissement qui est « conformal cooling », c’est-

à-dire positionner les circuits de refroidissement selon la forme géométrique du modèle à

injecter.

Cette approche est basée sur des calculs très détaillés, qu’on n’est pas doué de les traités à ce

niveau-là, d’où il suffira d’exploiter les résultats directement.

Après le lancement de la simulation, on obtient les résultats suivant :

37

1- Paramètre machine

Polypropylène /30% fibre de verre Polyamide-66/ 30% fibre de verre

Force de fermeture maximale

de la presse

7.0002E+03 tonne

7.0002E+03 tonne

Pression d'injection maximale 1.8000E+02 MPa

1.8000E+02 MPa

Débit d'injection machine

maximal

5.0000E+03 cm^3/s

5.0000E+03 cm^3/s

Temps de réponse hydraulique

de la machine

1.0000E-02 s

1.0000E-02 s

2- Paramètre de processus

Polypropylène /30% fibre de verre Polyamide-66 /30% fibre de verre

Temps de remplissage

0.9000 s 1.100 s

Temps de refroidissement 20.0000 s

20.0000 s

Temps de

compactage/maintien

10.0000 s

10.0000 s

Température ambiante 25.0000 C

25.0000 C

Température matière 230.0000 C

290.0000 C

Température idéale de la

partie fixe du moule

50.0000 C

90.0000 C

Température idéale de la

partie mobile du moule

50.0000 C

90.0000 C

3- Analyse de remplissage

Polypropylène /30% fibre de verr Polyamide-66/ 30% fibre de verre

Pression d'injection maximale

12.8855 MPa 42.2503 MPa

Temps à la fin du remplissage

0.9445 s 1.1335 s

Poids total (pièce + canaux

d'alimentation)

14.2079 g 22.3002 g

Force de fermeture

maximale - lors du

remplissage

4.5995 tonne

15.5675 tonne

Volume total injectable

21.0955 cm^3 21.0955 cm^3

Température globale –

maximum (à 1.123 s)

231.5554 C

291.5328 C

Température globale -

minimum (à 1.132 s)

62.9910 C 113.1965 C

Contrainte de cisaillement en

paroi maximum

0.3388 MPa 2.1071 MPa

38

Poids total de la pièce (sans

les canaux d'alimentation)

14.3284 g 22.3002 g

NB : les détails de chaque phase sont attachés dans le fichier.stl

Cas de deux emprientes

- Regle de positionnement des empriente

l’emplacements des caneaux d’alimentation doivent respecter les régles de dimensionnement (

déjà montionner dans la partie de regle de conception)

- Chaque empreinte doit être alimentée sous la même pression et la même température

de façon simultanée.

- La longueur du carneau doit être la même pour chaque empreinte, avec une maximum

optimisation de la longueur.

Donc, pour appliquer ces conditions on procédes à la solution suivante, appliquer sur Mold

Flow :

39

La condition de positionnement des circuits de refroidisement est la meme que celle appliqué

à une seul empriente.

donc, on procéde à la solution suivante, pour vérifier la convergence de nos résultats.

De meme pour l’étude de moule thérmique :

La simulation nous donne les resultats suivant :

40

Paramétre machine

Polypropylène /30% fibre de verre Polyamide-66/ 30% fibre de verre

Force de fermeture maximale

de la presse

7.0002E+03 tonne

7.0002E+03 tonne

Pression d'injection maximale 1.8000E+02 MPa

1.8000E+02 MPa

Débit d'injection machine

maximal

5.0000E+03 cm^3/s

5.0000E+03 cm^3/s

Temps de réponse hydraulique

de la machine

1.0000E-02 s

1.0000E-02 s

Paramétre de process

Polypropylène /30% fibre de verre Polyamide-66 /30% fibre de verre

Temps de remplissage

1.3310s 1.5971 s

Temps de refroidissement 20.0000 s

20.0000 s

Temps de

compactage/maintien

10.0000 s

10.0000 s

Température ambiante 25.0000 C

25.0000 C

Température matière 230.0000 C

290.0000 C

Température idéale de la

partie fixe du moule

50.0000 C

90.0000 C

Température idéale de la

partie mobile du moule

50.0000 C

90.0000 C

Paramétre de remplissage

Polypropylène /30% fibre de verre Polyamide-66/ 30% fibre de verre

Pression d'injection maximale

28.0174 MPa 69.9703 MPa

Temps à la fin du remplissage

1.4618 s 1.6742 s

Poids total (pièce + canaux

d'alimentation)

41.1287 g 64.6091 g

41

Force de fermeture maximale

- lors du remplissage

10.3875 tonne 34.0002 tonne

Volume total injectable 42.1910 cm^3 42.1910 cm^3

Température globale –

maximum (à 1.123 s )

234.1247 C 293.8986 C

Température globale -

minimum (à 1.132 s)

60.5456 C 112.1292 C

Contrainte de cisaillement en

paroi maximum

0.4651 MPa 2.0552 MPa

Poids total de la pièce (sans

les canaux d'alimentation)

27.6897 g 43.4227 g

4. Interprétations et résultats

La simulation de l’injection dans Mold flow nous a donné une prévision première sur les

caractéristiques de la machine d’injection, la matière première et la phase de remplissage.

Pour la machine qui se trouve au laboratoire, ses caractéristiques sont plus performantes que

celle donnée par le logiciel, donc on pourra exécuter un essaie sans hésitation.

D’autre part, les paramètres de la phase de remplissage sont acceptables, soit au niveau de

celle lié à la capacité de la machine et du moule, ou celle lié au caractère de la matière

première utilisé, de même, le volume et le poids estimé sont compatible à la réalité.

V. Conception du Moule - Choix du plan de joint

42

Après dimensionnement de diverses

parties du Moule de deux empreintes,

(selon les règles déjà mentionné dans la

partie « règle et dimensionnement du

moule »), On est amené à concevoir ce

moule sur le logiciel de conception

CATIA V5

- On entre les différents paramètres

Le Moule Finale sera de la forme :

- Pour une seul empreinte

43

- Pour deux empreintes

Conclusion Concevoir un moule avec sa pièce est un travail très compliqué qui nous a demander un effort

intensif jusqu’au dernière minutes.

Durant la période du projet, on a appris plusieurs notions dans le domaine du conception et

simulation, l’approche adapté « de la réalité vers la simulation 3D » nous a permis de bien

comprendre le concept des logiciels.

Grace au travail collectif, on a aboutie à la fin du projet à modéliser la pièce réel au 3D, dans

le logiciel de conception CATIA V5, la simuler dans le logiciel Mold Flow, dimensionner les

divers parties du moule selon les normes exigées par le cahier de charge, interpréter les

résultats et les comparées.

Le travail effectué n’est pas aboutie au bout, le problème qu’on a rencontré était au niveau

d’emplacement des empreintes dans le moule, car la pièce était de forme compliquée, ce qui

nous a rendu la tâche plutôt irréalisable à cause de manque total de documentation concernant

ce domaine.

Par ailleurs, ceci nous a pas démotivé, par contre, on va foncer vers l’avant jusqu’à la fin du

projet.