1
ENSIT
Notes de cours
Procédés d’obtention des matériaux
plastiques et composites
Version 00
Préparées : par Farhat ghanem
2
Introduction générale
Les plastiques inventés au XX
ième
siècle remplacent de plus en plus les matériaux
traditionnels c...
3
II. Définitions
1. Matières plastiques
C’est un mélange d’un ou plusieurs polymères avec des additifs et des adjuvants (...
4
4. Polymérisation
L’opération chimique liant les monomères entre eux pour obtenir un polymère appelée
polymérisation. La...
5
1. Les thermoplastiques (TP)
Les matières plastiques à macromolécule ramifiées mais non réticulées, peuvent être mise en...
6
3. Les élastomères
Les matières plastiques à macromolécule en trois dimensions, réticulées, ne peuvent
pas êtres mise en...
7
Fiches techniques de quelques matériaux plastiques.
Il existe beaucoup de sorte de matières différentes, le choix de la ...
8
Polystyrène (P.S)
Découverte entre 1930 et 1931
origine : Gaz naturel ou pétrole = Styrène
Structure : Amorphe
Retrait :...
9
Polypropylène (P.P)
Découverte en 1957
origine : Propylène + éthylène
Structure : Cristalline
Retrait : 1% à 2.8%
Densit...
10
Polyéthylène haute densité (P.E)
Découverte en 1937 pour le P.E basse densité et en 1957 pour le P.E haute densité
orig...
11
Polycarbonate (P.C)
Découverte en 1957
origine : Bisphenol A , carbonate de biphényle
Structure : Amorphe
Retrait : 0.7...
12
Polyamide (P.A)
Découverte en 1946
origine : Caprolactame(préparé à partir du phénol)
Structure : Critalline
Retrait : ...
13
Acrylonitrile Butadiène Styrène (A.B.S)
Découverte entre 1946 et 1947
origine : Acrylonitrile butadiène styrène
Structu...
14
Polyoxyméthylène (P.O.M)
origine :
Structure : Amorphe
Retrait : 0.5% à 0.7%
Densité : 1.06 à 1.10
Mise en oeuvre : Inj...
15
Polychlorure de Vinyle (P.V.C)
origine :
Structure : Amorphe
Retrait : 0.2% à 0.4%
Densité : 1.40
Mise en œuvre : Injec...
16
Polyméthacrylate de méthyl (P.M.M.A)
Découverte en 1927
origine : Méthacrylate de méthyle
Structure : Amorphe
Retrait :...
17
Styrène Acrylonitrile (S.A.N)
origine : Copolymérisation du styrène et de l'acrylonitrile
Structure : Amorphe
Retrait :...
18
Polyoxyphénylène
modifié (P.P.O.m)
Structure : Amorphe
Retrait : 0.5% à 0.7%
Densité : 1.06 à 1.10
Mise en oeuvre : Inj...
19
Polytéréphtalate d'éthylène(P.E.T)
origine : Ethylène glycol , diméthyltéréphtalate
Structure : Cristalline ou Amorphe
...
20
RESUME DE QUELQUES
CARACTÉRISTIQUES DES MATIÈRES
MATIERE DIF . THER T° INJ T° MOULE DENSITE
ABS 0.084 240 50 1.05
PA 6 ...
21
1. Coûts compétitifs des matières plastiques :
Les coûts des matières plastiques sont devenus compétitifs sous l'influe...
22
Figure 8 - Exemple des objets plastique.
23
Elaboration des matières plastiques
Les techniques de transformation des plastiques dépendent de la nature des polymère...
24
II. L’injection soufflage
Est un procédé utilisé pour fabriquer la plupart des bouteilles et des flacons. On utilise
de...
25
Figure 11 - une presse de l’extrusion et sa filière
IV. L’extrusion soufflage
Permet de fabriquer des corps creux. Cela...
26
V. L'extrusion gonflage
C’est une variante de l’extrusion qui permet de fabriquer des films plastiques. Ce
procédé cons...
27
VI. Le formage ou le thermoformage
Le formage ou thermoformage est une opération de seconde transformage à partir d’un
...
28
VIII. Le calandrage
Le calandrage est destiné à la fabrication de films, feuilles de plastique et
d’élastomère, ainsi q...
29
Figure 16 - schéma du principe de rotomoulage
C. Présentation du procédé et de l’équipement d’injection plastique
I. Le...
30
1. Phase de plastification
La phase de plastification a pour objectif de faire fondre le volume de matière nécessaire
p...
31
Figure 19 - Pression hydraulique au cours du cycle de moulage en fonction du temps
4. Phase de refroidissement
Pendant ...
Fig
La presse est composée de plusieurs sous ensembles :
les plateaux (fixe et mobile), le
Eléments
Bâti
Pupitre de comman...
33
b) Différents mécanisme de fermeture
Les différents mécanismes de fermeture sont représentés dans le tableau Ci-dessous...
b) La vis d’injection
C'est l'élément le plus important de la presse à injecter.
Le but étant de plastifier une m
passage ...
Lors de l’injection, le clapet anti
matière le long de la vis. L’étanchéité du clapet est indispensable à la robustesse du...
36
Le plastique étant suffisamment refroidi pour pouvoir être démoulé, la partie mobile
du moule s’écarte de la partie fix...
37
Figure 26 - Gafcet de fonctionnement semi automatique d’une presse
38
IV. Temps de cycle
Et
ct Temps de cycle de moulage
reft Temps de refroidissement
remt Temps de remplissage
ant Temps an...
39
 Le temps de refroidissement :
Il existe deux méthodes approchées pour évaluer le temps de refroidissement :
a) La mét...
40
Or
2
 

M M
V S e
 on le remplace dans l’équation
2
 
 ref
C e
t
k

On pose 

k
a
C
à la fin on aura notr...
41
2
: rayon du cylindre (mm)
: coefficient thermique ( / )
: temperature d'injection de la matière(°C)
: temperature du m...
42
D. conception des moules
Le moule est la partie la plus importante dans le procédé d’injection. Un moule est
une pièce ...
I. Composition d’un moule à injection pour les thermoplastiques
Les composants d’un moule sont représentés dans le schéma ...
44
II. Quelques types de moule
Noms Caractéristiques Schémas
Moule standards
à 2 plaques
-Simplicité de conception
-Un seu...
45
Moule à trois
plaques
Simplicité de
conceptionDeux plans de
joint
Ouverture dans une seule
direction
Démoulage par grav...
46
Moule à carotte
ou canaux chauds
Les canaux sont dans un
collecteur chauffé
électriquement ;
Les moules à carottes
chau...
47
III. Choix du matériau du moule
Le choix du matériau doit se faire judicieusement en tenant compte des certains
critère...
48
: position par rapport à l'empreinteX
3. Seuil d’injection
Lors de l’injection à l’état liquide il faut positionner les...
49
Seuil en queue de
carpe
C’est un type particulier
d’entrée latérale servant à
injecter des sections planes
minces. Cela...
50
Il n’existe pas de règle régissant leur géométrie nécessaire, les seuils sont en générale
circulaire ou rectangulaire s...
51
partir du plan de joint, par exemple .Parmi les avantages de l'alimentation par carotte, on peut
citer :
 sa réalisati...
52
La matière fondue est introduite à l'intérieur de l'empreinte par l'intermédiaire d'un
distributeur à canaux chauds sit...
53
- Les canaux trapézoïdaux :
Une solution alternative par rapport au canal parabolique, il peut être usiné à
moindre coû...
54
Figure31- Exemple de solutions d'équilibrage
Si cela est nécessaire, lors de la mise au point du moule, de petites corr...
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’...
56
Figure 33 - dimensionnement de la buse
V. Les empreintes
1. Calcul du nombre d'empreintes optimum dans un moule d'injec...
57
Figure 34 - courbe du coût de moulage
On constate que cette courbe passe par un minimum.
Pour trouver le nombre d'empre...
58
Figure 35 - disposition équilibré des empreintes
3. Matériaux constitutifs de l'empreinte
Le choix des matériaux de l'e...
59
Le retrait de moulage des matières partiellement cristallines est plus important que pour
les matières amorphes. La for...
60
a) Éjecteur simple
Le dispositif d'éjection représenté sur la figure ci-dessous comporte un unique éjecteur
à grande su...
61
Figure 39 : éjecteur pneumatique (soupape)
L'éjection pneumatique présente plusieurs avantages par rapport aux solution...
62
VII. Démoulage
Lors du démoulage, la pièce est libérée de l'empreinte afin de pouvoir être éjectée. Les
pièces injectée...
63
Figure41- Exemple de tiroir permettant l'obtention d'un orifice latéral
VIII. Le guidage des moules
Les guidages du mou...
D. conception des pièces
La conception d’une bonne
visent à donner à la pièce l’aspect et la résistance souhaités, à perme...
65
Mauvaise conception Bonne conception
Règle des épaisseurs constantes
tracé des arrondis et congé sur une pièce
tracé de...
66
Solutions aux défauts courants de mise en œuvre
Problèmes Remèdes possibles
Taches grasses sur les pièces et le moule (...
Système de refroidissement
67
SYSTEME DE REFROIDISSEMENT
Système de refroidissement
68
Introduction.
L’étude du refroidissement des matières plastique est intéressante à plus d’un...
Système de refroidissement
69
Nous étudions principalement le premier type d’échange, car quantitativement, il est
beaucou...
Système de refroidissement
70
kcal/m2
.h.°C (valeur proposée par Mr CATIC) qui permet d’évaluer l’importance des
échanges ...
Système de refroidissement
71
Figure 45 : transmission de chaleur dans l’outil
Le transfert calorifique peut s’exprimer pa...
Système de refroidissement
72
B. Transmission de chaleur du moule au fluide de refroidissement
La transmission de chaleur ...
Système de refroidissement
73
2. Calcul du coefficient de transmission thermique hT
a) Régime laminaire Re < 2500
Pour ce ...
Système de refroidissement
74
 La distance les séparant de l’empreinte
 L’entre-axe, c'est-à-dire l’espace entre deux ca...
Système de refroidissement
75
La consommation horaire de liquide nécessaire pour refroidir le poinçon peut s’écrire :
p f ...
Système de refroidissement
76
4. Calcul de la distance séparant les canaux de la surface d’empreinte
Il s’agit de connaitr...
Système de refroidissement
77
1er
cas : le poinçon a la forme d’un rectangle de dimension L et l deux éventualités sont à
...
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  1. 1. 1 ENSIT Notes de cours Procédés d’obtention des matériaux plastiques et composites Version 00 Préparées : par Farhat ghanem
  2. 2. 2 Introduction générale Les plastiques inventés au XX ième siècle remplacent de plus en plus les matériaux traditionnels comme le bois ou le métal. Les recherches menées pour améliorer et diversifier leurs propriétés les destinent à de nombreuses utilisations. Les matières plastiques sont légères, hygiéniques, durables et faites sur mesure. C'est grâce à toutes leurs qualités qu’elles sont devenues irremplaçables et omniprésentes dans les objets de notre vie quotidienne. A. Rappel sur la matière plastique Introduction Une 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.
  3. 3. 3 II. Définitions 1. Matières plastiques C’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. Monomères Ce 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. Polymères Sous 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 peut citer en exemples : le polystyrène, le polyéthylène…… Figure 2 – Exemple de polymère (Polyéthylène)
  4. 4. 4 4. Polymérisation L’opération chimique liant les monomères entre eux pour obtenir un polymère appelée polymérisation. La copolymérisation est l’enchainement de deux macromolécules de nature différentes. Il permet d’obtenir de nouvelles macromolécules dans lesquelles les éléments de base se trouvent alternés. Figure 3 – un exemple de polymérisation III. Différents types de matières plastiques Il existe trois grandes catégories de matières plastiques synthétiques: les thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères.
  5. 5. 5 1. Les thermoplastiques (TP) Les matières plastiques à macromolécule ramifiées mais non réticulées, peuvent être mise en forme de façon réversible. Le nombre de branchements ou de ramification entre les macromolécules est faible, celle-ci reste linéaire et séparées après mise en forme. La structure obtenue reste très serres semi cristalline, 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 la polymérisions) dans la mesure ou les branchements se font de manière aléatoire pour former des 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
  6. 6. 6 3. Les élastomères Les matières plastiques à macromolécule en trois dimensions, réticulées, ne peuvent pas 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
  7. 7. 7 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)
  8. 8. 8 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° C T° 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)
  9. 9. 9 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 fibrilation Précautions 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 des additifs 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)
  10. 10. 10 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° C T° 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
  11. 11. 11 Polycarbonate (P.C) Découverte en 1957 origine : Bisphenol A , carbonate de biphényle Structure : Amorphe Retrait : 0.7% Densité : 1.20 Mise en œuvre : Injection T° de Moulage : 270°à 320° C T° du moule : 85°à 120° Temps d'étuvage : de 2 à 6 h T° 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  Alimentaire Précautions 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
  12. 12. 12 Polyamide (P.A) Découverte en 1946 origine : Caprolactame(préparé à partir du phénol) Structure : Critalline Retrait : 1% à 2.3% Densité : 1.13 Mise en oeuvre : Injection T° de Moulage : 230°à 260° C T° du moule : 50°à 95° Temps d'étuvage : 4 h T° 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
  13. 13. 13 Acrylonitrile Butadiène Styrène (A.B.S) Découverte entre 1946 et 1947 origine : Acrylonitrile butadiène styrène Structure : Amorphe Retrait : 0.4% à 0.7% Densité : 1.05 Mise en oeuvre : Injection T° de Moulage : 210°à 270° C T° du moule : 30°à 80° Temps d'étuvage : de 2 à 4 h T° 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
  14. 14. 14 Polyoxyméthylène (P.O.M) origine : Structure : Amorphe Retrait : 0.5% à 0.7% Densité : 1.06 à 1.10 Mise en oeuvre : Injection T° de Moulage : 180°à 250° C T° du moule : 30°à 80° Temps d'étuvage : de 2 à 4 h T° 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
  15. 15. 15 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° C T° du moule : 40°à 70° Temps d'étuvage : 4 h T° 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.
  16. 16. 16 Polyméthacrylate de méthyl (P.M.M.A) Découverte en 1927 origine : Méthacrylate de méthyle Structure : Amorphe Retrait : 0.2% à 0.8% Densité : 1.18 Mise en oeuvre : Injection T° de Moulage : 200°à 270° C T° du moule : 40°à 70° Temps d'étuvage : 4 h T° 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
  17. 17. 17 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° C T° 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 .
  18. 18. 18 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° C T° du moule : 75°à 95° Temps d'étuvage : 2 à 4 h T° 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 %.
  19. 19. 19 Polytéréphtalate d'éthylène(P.E.T) origine : Ethylène glycol , diméthyltéréphtalate Structure : Cristalline ou Amorphe Retrait : 1,5% à 3% Densité : 1,37 Mise en œuvre : Injection T° de Moulage : 250° à 290° C T° 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 PBTP cristallisant plus facilement avec les conséquences habituelles : meilleurs rigidité mais à chaud ,résistance légèrement accrue aux produits chimiques , retrait plus élevé .
  20. 20. 20 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
  21. 21. 21 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.
  22. 22. 22 Figure 8 - Exemple des objets plastique.
  23. 23. 23 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’injection Le 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
  24. 24. 24 II. L’injection soufflage Est 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’extrusion L’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.
  25. 25. 25 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
  26. 26. 26 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
  27. 27. 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 moulage L’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.
  28. 28. 28 VIII. Le calandrage Le 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 grandes dimension. 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 après refroidissement.
  29. 29. 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 répandu après l’extrusion. L’injection est un procédé de mise en œuvre des thermoplastiques, il consiste à ramollir le plastique généralement en granulés introduit dans la presse et de l’injecter sous forte pression à travers une buse dans l’empreinte d’un moule. La pièce produite 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 chauffée pour fournir une pate fondante à l’aide du fourreau. Chaque matière plastique a sa température de mise en œuvre.
  30. 30. 30 1. Phase de plastification La phase de plastification a pour objectif de faire fondre le volume de matière nécessaire pour 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 profil de température doit être régulièrement croissant de la trémie à la buse avec 260 °C à la zone d'alimentation.  Vitesse de rotation de la vis : La vitesse de rotation de la vis doit être telle que la vitesse 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, la pression et la vitesse d'injection doivent être aussi élevées que possible sans produire de dégradations ou de phénomènes de brûlures par effet Diesel, ni provoquer d'écoulement nuisible 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 ainsi que de la cristallisation) par un apport de matière: le débit est faible mais la pression est élevée. La précision des cotes, la stabilité dimensionnelle ainsi que l'aspect de surface sont influencés par la valeur de la pression de maintien. Il est recommandé, en fonction des tolérances souhaitées, l'application d'une pression matière comprise entre 300 et 1500 bars.
  31. 31. 31 Figure 19 - Pression hydraulique au cours du cycle de moulage en fonction du temps 4. Phase de refroidissement Pendant 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 rester stable 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 à chaud, ne peut être démoulée avant que la pièce conformée dans l’empreinte ne soit suffisamment rigide, pour résister aux efforts d’éjection, il faut procéder au refroidissement des zones qui entourent l’empreinte. 5. Phase d’éjection L’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.
  32. 32. Fig La presse est composée de plusieurs sous ensembles : les plateaux (fixe et mobile), le Eléments Bâti Pupitre de commande Les plateaux Le 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 de l'injection. Cette force est calculée par rapport à la pression exercée dans le moule pendant l’injection. Elle doit être supérieure à la pression d'injection. Il est obli verrouillage du moule, sinon lors de l'injection, il se produit une ouverture et du toilage sur les pièces. 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 Définition Le bâti est le sommier en acier soudé ou en fonte qui supporte l`ensemble des organes nécessaires au bon fonctionnement de la presse Le pupitre de commande est la partie qui sert à la programmation de la presse Les plateaux permettent de fixer le moule à la presse Le groupe de fermeture est le dispositif de manœuvre des plateaux qui doit assurer l`ouverture, la fermeture et le verrouillage du moule avec une force suffisante pour s`opposer à l’ouverture du moule pendant l`injection Les colonnes servent à guider le plateau mobile pendant les phases d`ouverture fermeture. Elles relient le plateau fixe au plateau arrière Mécanisme de fermeture La force de fermeture est la force nécessaire pour maintenir le moule fermé lors de l'injection. Cette force est calculée par rapport à la pression exercée dans le moule pendant l’injection. Elle doit être supérieure à la pression d'injection. Il est obligatoire d'exercer un verrouillage 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 projF 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 supporte l`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 presse Le groupe de fermeture est le dispositif de manœuvre des plateaux qui doit assurer l`ouverture, la fermeture et le verrouillage du moule avec une force suffisante pour du moule pendant l`injection Les colonnes servent à guider le plateau mobile pendant les phases d`ouverture fermeture. Elles relient le plateau fixe au La force de fermeture est la force nécessaire pour maintenir le moule fermé lors de l'injection. Cette force est calculée par rapport à la pression exercée dans le moule pendant gatoire d'exercer un verrouillage 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.
  33. 33. 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 un vérin, elle est appelée mécanique, car l'effort de verrouillage est assuré par les genouillères. Sur certaine presse, lorsque le point d'alignement est dépassé, on peut couper la pression dans le vérin et l'ensemble reste stable. FERMETURE HYDRAULIQUE Ce type de fermeture ne fait appel à aucun mouvement mécanique. Ceux-ci sont réalisés par des mouvements hydraulique à l'aide d'un gros vérin central qui a pour but de faire l'approche du plateau mobile jusqu'au plateau fixe , et d'un vérin plus petit qui assure le verrouillage dans la phase final de fermeture. FERMETURE MIXTE Ce procédé est un compromis entre la fermeture hydraulique et la fermeture mécanique. En effet, les mouvements d'ouverture et de fermeture se font uniquement par des genouillères, tandis que le verrouillage est assuré par un ou des vérins hydrauliques. Tableau 2 - type de fermeture 2. Le mécanisme d’injection L’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 et d’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 pour accroître sa durée de vie.
  34. 34. b) La vis d’injection C'est l'élément le plus important de la presse à injecter. Le but étant de plastifier une m passage 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, assure doit être chauffé de façon à pouvoir compenser les déperditions calorifiques ver plus froid (figure). Tous les types de buse à obturateur peuvent être utilisés. Les systèmes à aiguille avec fermeture à ressort sont p zones 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. Il doit être chauffé de façon à pouvoir compenser les déperditions calorifiques ver ). Tous les types de buse à obturateur peuvent être utilisés. Les systèmes à aiguille 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. Il doit 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 à référables pour leur bonne étanchéité et l'absence de
  35. 35. Lors de l’injection, le clapet anti matière le long de la vis. L’étanchéité du clapet est indispensable à la robustesse du procédé. Fonctionnement Le clapet comporte trois pièces : Pointe de bague du clapet est repoussée contre la pointe de la vis par l’afflux de matière plastifiée. Le flux de matière passe à l’intérieur de la bague, puis à travers les rainures de la pointe. Lors de l’injection, la vis de plastification avance et plaque le siège contre la bague. La matière ne peut 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 au système de sécurité.  Verrouillage du moule Une 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 contact,  Injection de la matière C’est la phase de remplissage de(s) (l’) empreinte(s) avec la matière plastifiée et le maintien sous pression pour compenser les retraits.  Refroidissement Il a lieu le temps nécessaire pour que le plastique se solidifie dans le moule.  Ouverture du moule Lors de l’injection, le clapet anti-retour de la vis de plastification empêche le reflux de matière 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, la bague du clapet est repoussée contre la pointe de la vis par l’afflux de matière plastifiée. Le flux 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 l’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 le maintien 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 de matière le long de la vis. L’étanchéité du clapet est indispensable à la robustesse du procédé. Durant le dosage, la bague du clapet est repoussée contre la pointe de la vis par l’afflux de matière plastifiée. Le flux 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 nouveau lentement 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 des pièces 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
  36. 36. 36 Le plastique étant suffisamment refroidi pour pouvoir être démoulé, la partie mobile du moule s’écarte de la partie fixe.  Ejection de la pièce La 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 pièces injectées, sur une presse classique équipée d’un groupe de plastification et d’injection à vis, et son grafcet.
  37. 37. 37 Figure 26 - Gafcet de fonctionnement semi automatique d’une presse
  38. 38. 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 fe rt Temps de fermeture du moule e jt Temps d’éjection de la pièce opt 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’injection de 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  i remp i V t Q
  39. 39. 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 plaque On 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 * * * *    S k T t M C T e * * 2 *   ref M C e t S k 2 * * *   S Q k T t e * * Q M C T
  40. 40. 40 Or 2    M M V S e  on le remplace dans l’équation 2    ref C e t k  On pose   k a C à 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    w e 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 : 2  ref e t a 2 1   reft a w 2 2 2 8 ln             i m ref e m T Te t a T T  2 ln 0.68 5.78             i m ref e m T TR t a T T
  41. 41. 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 temps de cycle. Nous étudierons donc dans un chapitre comment mettre en place un tel système.
  42. 42. 42 D. conception des moules Le moule est la partie la plus importante dans le procédé d’injection. Un moule est une pièce mécanique complexe qui servira à produire un grand nombre de pièces, en injection de la matière plastique ou du métal en fusion dans les empreintes prévues à cet effet. Le moule est utilisé sur une machine appelée presse d’injection. Il est fixé sur les plateaux de la presse qui assure son ouverture, sa fermeture et son verrouillage. Le moule est sollicité mécaniquement à chaque cycle, il doit être en mesure de transférer un état de surface désirée sur la pièce moulée et ceci sur tout au long de sa durée de vie. Les fonctions d’un moule : Un moule doit remplir plusieurs fonctions : - Fonction d’alimentation : canaliser la matière plastifiée du fourreau de la presse, vers l’empreinte. - Fonction de refroidissement : assurer la solidification aussi rapide que possible en donnant 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 partie moulante 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.
  43. 43. I. Composition d’un moule à injection pour les thermoplastiques Les 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 avec précisons. Porte empreinte Les empreintes sont fixées sur des plaques appelées portes empreintes. Bague de centrage Permet de fixer le moule sur les plateaux de la presse, d’aligner le nez de la machine avec la buse du moule. Buse d’injection Permet de transporter la matière depuis le nez de la machine jusqu’aux canaux de distribution. Canaux de refroidissement On a une circulation de fluide de refroidissement dans ces canaux afin de solidifier la pièce avant éjection de la pièce. Semelle Permet de fixer la partie fixe du moule sur le plateau de la presse côté injection. Semelle inférieure Permet de fixer la partie mobile du moule sur le plateau mobile de la presse côté éjection. Douille de centrage Guidage de la colonne pour avoir une précision à l’ouverture et à la fermeture du moule. Broche de remise à zéro Permet d’ajuster l Arrache carotte Comme son Queue d'éjection La broche d’éjection de la presse commandée par un vérin hydraulique agissant sur la queue d’éjection pour effectuer l’éjection. Ejecteurs Ils assurent l’évacuation de la pièce hors de l’empreinte à cause du faible retrait de la pièce Entretoise Une entretoise est utilisée dans les moules pour manager la place des plaques et des contres plaques éjecteurs. Plaque éjecteur et contre plaque Ces deux plaques contiennent les pieds des éjecteurs et la tige de rappel. Composition d’un moule à injection pour les thermoplastiques d’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 avec précisons. Les empreintes sont fixées sur des plaques appelées portes empreintes. Permet de fixer le moule sur les plateaux de la presse, d’aligner le nez de la machine avec la buse du moule. Permet de transporter la matière depuis le nez de la machine jusqu’aux canaux de distribution. On a une circulation de fluide de refroidissement dans ces canaux afin de solidifier la pièce avant éjection de la pièce. Permet de fixer la partie fixe du moule sur le plateau de la presse côté injection. Permet de fixer la partie mobile du moule sur le plateau mobile de la presse côté éjection. Guidage de la colonne pour avoir une précision à l’ouverture et à la fermeture du moule. Permet d’ajuster les éjecteurs après éjection Comme son nom l’indique il permet d’arracher la carotte La broche d’éjection de la presse commandée par un vérin hydraulique agissant sur la queue d’éjection pour effectuer l’éjection. Ils assurent l’évacuation de la pièce hors de l’empreinte à cause du faible retrait de la pièce Une entretoise est utilisée dans les moules pour manager la place des plaques et des contres plaques éjecteurs. Ces deux plaques contiennent les pieds des éjecteurs et la tige de rappel. 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 canaux afin 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 carotte La broche d’éjection de la presse commandée par un vérin hydraulique 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
  44. 44. 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 seule direction -Démoulage par gravité, avec broches ou douilles d’éjecteurs. -Injection directe ou par les côtés de la pièce au niveau du plan de joint. Moule à tiroir -Plus d’un plan de joint -Ouverture dans une seule direction. -Déplacement perpendiculaire du ou des tiroirs par rapport à l’ouverture du moule afin de dégager les contre dépouille. -Généralement l’injection se fait par les cotés de la pièce au niveau du plan de joint. Ici la contre dépouille et de type trou Moule à plaque de dévêtissage Simplicité de conception Un seul plan de joint Ouverture dans une seule direction Démoulage par gravité, avec plaque qui s’appuie sur tout le contour de la pièce pour faciliter le démoulage sans l’endommager ou faire de marques. Injection directe ou par les cotés de la pièce au niveau du plan de joint
  45. 45. 45 Moule à trois plaques 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 (empreinte divisée) Une seule ligne de séparation ; Ouverture dans une seule direction et déplacement transversal par rapport à la direction d’ouverture d’organes sur glissières pour dégager la pièce de contre dépouille l’entourant, à l’aide de mécanismes divers ; Les sections d’empreintes glissent sur un plan incliné et peuvent supporter des charges latérales Moule à broches rotatives filetées Démoulage automatique d’un filet par la rotation d’organes activés mécaniquement ou par d’autres techniques, Coût élevé du moule
  46. 46. 46 Moule à carotte ou canaux chauds Les canaux sont dans un collecteur chauffé électriquement ; Les moules à carottes chaudes présentent les mêmes avantages que les moules à 3 plaques au niveau de l’aménagement des seuils d’alimentation avec moins de pression d’injection requise ; Coût élevé du distributeur. Moule à canaux isolés Système de canaux non conventionnel. La section des canaux est plus grande (≥ 30 mm), ce qui permet la formation d’un noyau chaud isolé par une mince couche de polymère refroidi. Cela implique un cycle rapide et très régulier pour remplacer le polymère dans les canaux et le maintenir chaud. Les polymères doivent être de type amorphe (disposition désordonnée au niveau de la structure) Le nombre de cavités est limité à approximativement à 16 Moule à empilement Coût de production le plus faible pour les plastiques de commodité et les pièces peu précises; Moule très coûteux et recyclage de matière important dans le cas d’un moule à canaux froids.Les plaques avec empreinte sont empilées formant une ligne de séparation entre chacune d’elles ; Tableau 3 - les différents types de moule et leurs caractéristiques
  47. 47. 47 III. Choix du matériau du moule Le 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 composition des 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 un réseau de canaux. L’alimentation du moule en matière à l’état liquide est assurée par deux façons : Figure 29 - les deux façons d’injection 2. Point d’injection La 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 bien assuré grâce au bon choix du point d’injection de la matière. Ce point doit être placer au centre de gravité de l’empreinte de la pièce injectée.
  48. 48. 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 des remarques suivantes :  L’emploi d’un seuil dirigé vers un obstacle pour garantir que le jet de matière heurte la 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 éviter qu’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 type peuvent s’utiliser dans un moulage sans carotte (carotte chauds) à buse directe ou encore à distribution dans un moule trois plaques Pour la matière plastiques non renforcée 0.8mm<diamètre<2mm Pour les matières plastiques renforcées 1mm<diamètre<2mm Seuil en nappe Le seuil de ce type est utilisé pour l’injection des pièces plates ou de grande surface qui doivent présenter un voilage minimal. Il correspond à une entrée en queue de carpe élargie - Seuil latéral - Seuil en ressaut 1 1 2 2 3 3 4 4 X=     S X S X S X S X S
  49. 49. 49 Seuil en queue de carpe C’est un type particulier d’entrée latérale servant à injecter des sections planes minces. Cela permet d’étaler la matrice en la répartissant d’une manière uniforme dans l’empreinte Seuil en sous-marin Destiné au moulage des lentilles et des pièces plates il réduit les déformations superficielles et les contraints internes résiduelles à proximité de l’entrée Seuil en diaphragme (en toile) Son emploi est conseillé pour des pièces de révolution exigeant une concentricité satisfaisante et des lignes de soudure résistantes. Il est nécessaire de procéder à une opération ultérieure pour ôter la toile Seuil en étoile Son emploi est conseillé pour l’injection des pièces cylindriques n’imposant pas de tolérances trop critiques. Il peut s’utiliser en association avec un seuil annulaire ou conique Tableau4- les différents types de seuils
  50. 50. 50 Il n’existe pas de règle régissant leur géométrie nécessaire, les seuils sont en générale circulaire ou rectangulaire selon la possibilité d’usinage.  Seuil rectangulaire : 30   n A b 1 et 3    h n e h b Pour la longueur du seuil : 1 ( ) 2  sL h mm  Seuil circulaire : 4  d n c A Avec 0.206c 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’alimentation La 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 des pertes 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 de maîtriser les conditions de pression et de température lors du remplissage de l'empreinte et du compactage de la matière. Pour cela, les conditions d'écoulement dans le dispositif d'alimentation doivent être stabilisées et il faut minimiser les pertes de charges. En effet, de faibles pertes de charge permettent de piloter les pressions dans l'empreinte en pilotant la pression devant la vis. Cela est obtenu pour des canaux froids en choisissant une section suffisamment importante, au prix d'un volume conséquent, ou, pour un canal chaud, par la conception soignée 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 passage par le seuil d'écoulement s'accompagne en contrepartie d'une augmentation locale de la température par cisaillement, ce qui diminue la viscosité, également affectée par le gradient de vitesse d'écoulement. Le phénomène de remplissage est complexe ; il relève de la rhéologie des polymères fondus et peut être modélisé. Le dispositif d'alimentation à canal froid, également appelé carotte, consiste à aménager 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
  51. 51. 51 partir du plan de joint, par exemple .Parmi les avantages de l'alimentation par carotte, on peut citer :  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 et de recycler la carotte, ce qui peut poser des problèmes conséquents, dans le cas de matières hautes 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 la maîtrise est primordiale pour la stabilité du processus et les propriétés de la pièce. Il comporte généralement un bloc de répartition, dont le rôle est de conduire la matière à proximité des empreintes et de répartir le flux entre les empreintes et des busettes, qui alimentent directement les empreintes. Figure 30 - Moule standard avec un dispositif d'alimentation à canaux chauds
  52. 52. 52 La matière fondue est introduite à l'intérieur de l'empreinte par l'intermédiaire d'un distributeur à canaux chauds situé dans une zone thermiquement isolée. La matière remplit l'empreinte et s'y solidifie mais reste à l'état fondu dans les canaux chauds. Le seuil d'écoulement doit être ouvert pendant le remplissage et le refroidissement du polymère dans l'empreinte, mais il se ferme obligatoirement avant le démoulage, par le gel de la matière ou par l'action d'obturateur. Que le moule soit muni de canaux chauds ou froids, en première approche, l'empreinte se remplit 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 du moule. Une perte de chaleur et de pression plus importante que le canal rond, nécessite alors un outillage spécial. 1.29 D d D d
  53. 53. 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 importante comparativement 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 la façon suivante : 4 3.7   w L d : 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
  54. 54. 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. sS cst m l L   
  55. 55. 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
  56. 56. 56 Figure 33 - dimensionnement de la buse V. Les empreintes 1. Calcul du nombre d'empreintes optimum dans un moule d'injection Le 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*t Q 60*n   Coût du salaire par pièce : u S*t S 60*n   Coût du moule par pièce : n u X Y*(n 1)C C 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 nombre d'empreintes.
  57. 57. 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 la dérivée 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) 0 dn 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*N n 60*Y 
  58. 58. 58 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 de grandes séries, les critères de longévité sont pris en compte en priorité avant ceux des coûts de la matière première et de son usinage. Ces matériaux doivent avoir :  une bonne résistance à l'abrasion causée par le frottement des charges contenues dans la matière injectée et le mouvement des éléments mobiles de l'empreinte ;  une bonne usinabilité et une bonne aptitude au polissage, indispensables pour faciliter le respect du cahier des charges concernant l'état de surface des éléments moulants et la réalisation de formes complexes ;  une précision et une stabilité dimensionnelles correctes après les traitements thermiques dont il faut connaître les effets, compte tenu des dimensions et des tolérances de l'outillage ;  une résistance à la corrosion chimique adaptée aux produits dégagés par l'injection de certaines matières plastiques (PVC, acétate de cellulose, PTFE...) ;  une bonne conductivité thermique. 4. .Le plan de joint Le 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 retrait On 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 petite que la cote du moule froid correspondant. En étoileRectangulaire
  59. 59. 59 Le retrait de moulage des matières partiellement cristallines est plus important que pour les 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'air comprimé. La course d'éjection doit être suffisante pour assurer l'évacuation de la pièce hors de l'empreinte, moule ouvert. Les mécanismes de démoulage sont situés sur le côté du moule où la pièce reste fixée (souvent du côté de la partie mobile). En général, le retrait retient les pièces sur les noyaux et, si nécessaire, on peut faire appel à de petites contre-dépouilles pour imposer ce résultat ou, au contraire, pour que la pièce reste dans l'empreinte. 1. Types d’éjecteur L'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 la pression de contact pour éviter la déformation ou le bris de la pièce injectée.
  60. 60. 60 a) Éjecteur simple Le 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 entre la pièce et l'empreinte dès le début de l'éjection. Cela minimise l'adhésion, souvent forte dans le cas de pièces profondes et de parois lisses, créée par le vide entre l'empreinte et la pièce. On note la présence d'un ressort de rappel qui assure que la partie tronconique de l'éjecteur repose sur 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 minimiser la pression de contact exercée sur la pièce lors de l'éjection. Figure38- une plaque de dévétissage b) Éjection pneumatique On 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 par les 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.
  61. 61. 61 Figure 39 : éjecteur pneumatique (soupape) L'éjection pneumatique présente plusieurs avantages par rapport aux solutions purement mécaniques :  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 qui amorce le dégagement mécanique de la pièce avant de l'éjecter avec la pression d’air. La soupape est actionnée par l'air comprimé dont l'arrivée est pilotée par un distributeur commandé par la presse à injecter. c) Éjecteurs multiples L'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 dégagée de l'empreinte génère un important risque de casse ou de coincement.
  62. 62. 62 VII. Démoulage Lors 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 contraction thermique, qui provoque pendant le refroidissement leur serrage sur le ou les noyaux, mais aussi à cause de leur contre-dépouille (surfaces de la pièce qui s'opposent au démoulage) ou des orifices latéraux qui les immobilisent. Des solutions mécaniques permettent le démoulage des pièces comportant de tels orifices ou des contre-dépouilles. 1. Dépouille La 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 de l'empreinte, permet d'assurer le maintien de la pièce sur le côté éjection lors de l'ouverture du moule. On choisit généralement la valeur maximale permise par le cahier des charges de la pièce : 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. Elle est 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 formes de la pièce qui s'opposent au démoulage ou à l'éjection. Ces éléments sont généralement entraînés en translation par un dispositif mécanique, pneumatique ou hydraulique. La figure montre un exemple d'application permettant de réaliser un orifice dans la paroi latérale d'une pièce injectée.
  63. 63. 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 et absorber les forces radiales qui apparaissent pendant l’injection. Voici quelques éléments de centrage :
  64. 64. D. conception des pièces La conception d’une bonne visent à donner à la pièce l’aspect et la résistance souhaités, à permettre une réalisation de moule les plus simples possibles, à minimiser les reprises (décarottage usinage …), à assurer une production économique (maintenance allégée, récupération de déchets…).le tableau suivant 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 qui visent à donner à la pièce l’aspect et la résistance souhaités, à permettre une réalisation de moule les plus simples possibles, à minimiser les reprises (décarottage usinage …), à assurer tion économique (maintenance allégée, récupération de déchets…).le tableau suivant résume quelques un de ces règles. 64 pièce plastique doit passer par le respect de règles qui visent à donner à la pièce l’aspect et la résistance souhaités, à permettre une réalisation de moule les plus simples possibles, à minimiser les reprises (décarottage usinage …), à assurer tion économique (maintenance allégée, récupération de déchets…).le tableau
  65. 65. 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
  66. 66. 66 Solutions aux défauts courants de mise en œuvre Problèmes Remèdes possibles Taches grasses sur les pièces et le moule (signes de 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 évents Diminuer la vitesse d'injection en fin de remplissage Pièce incomplète Augmenter le dosage Augmenter la pression et la vitesse d'injection Augmenter les dimensions des canaux d'alimentation Augmenter la température matière Prévoir des évents Retassures Augmenter le temps et la pression de maintien Revoir l'emplacement et la dimension du point d'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 de soudage. Ménager une masselotte adjacente à l’aire de soudage. Changer l’emplacement du point d’injection pour modifier la configuration d’écoulement
  67. 67. Système de refroidissement 67 SYSTEME DE REFROIDISSEMENT
  68. 68. Système de refroidissement 68 Introduction. L’étude du refroidissement des matières plastique est intéressante à plus d’un titre. En effet, il faut répondre à deux exigences fondamentales : « RAPIDITE et UNIFORMITE » Le calcul du temps de refroidissement d’une pièce injectée, par exemple, permet de déterminer avec précision la durée totale d’un cycle de moulage et conduit à l’estimation du cout 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 aussi uniforme que possible. I. Phénomène physique relatifs au refroidissement d’un moule 1. Bilan thermique La 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 3600 N t  hQ : quantité de chaleur libérée par heure Les différents échanges calorifiques accompagnant le refroidissement d’une pièce sont les suivantes :  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 
  69. 69. 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 se produit. Le premier flux correspond à un échange par convection, le second à un échange par radiation a) Les pertes de chaleur dues à la convection sur les surfaces, planes ont fait l’objet d’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 est fonction de nombreux paramètre. En fait, il est possible d’utiliser une valeur moyenne de 5 h hc hr hQ Q Q Q (liquide caloporteur)  
  70. 70. Système de refroidissement 70 kcal/m2 .h.°C (valeur proposée par Mr CATIC) qui permet d’évaluer l’importance des échanges par convection. Le calcul montre que les pertes de chaleur par convection sont faibles, principalement à cause du 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 A hr ex T T Q 3600 S Cs 100 100                  4 Cs : 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 est peu importante et n’influence guère le refroidissement de la pièce. En effet, pour des températures de moule inférieure à 50°C, les pertes calorifiques vers l’extérieure sont négligeables en cas de surface impeccable. 3. Transmission calorifique de l’empreinte vers le système caloporteur La transmission calorifique de l’empreinte jusqu’au fluide de refroidissement, se fait de deux étapes. 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 de refroidissement.
  71. 71. Système de refroidissement 71 Figure 45 : transmission de chaleur dans l’outil Le transfert calorifique peut s’exprimer par l’équation suivante :  O h M C k Q 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 Matériaux 0 (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
  72. 72. 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 liquide de refroidissement qui est généralement, assez facile, les possibilités de refroidissement et de transfert 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 la longueur 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 est active. b) Le coefficient de transmission thermique noté hTqui régit le transfert de chaleur qui s’établit entre deux phases différentes (phase solide : moule phase liquide : liquide de refroidissement). Le coefficient va varier quantitativement suivant le mode d’écoulement du fluide. Pour le calculer, il est donc déterminant de savoir si le fluide s’écoule de façon laminaire ou turbulente 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 Dh Re    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.
  73. 73. 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 f Th 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 Cp Pe      f 3 f 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 à la vitesse moyenne. II. Calcul et disposition du système caloporteur Pour effectuer le calcul du système caloporteur il faut tout d’abord connaitre la quantité de chaleur à évacuer c'est-à-dire le nombre de calories libérées lors du refroidissement de la pièce. Connaissant la chaleur spécifique du fluide caloporteur nous pourrons alors calculer la consommation de fluide nécessaire pour évacuer toutes les calories. Ensuite il est possible de connaitre le diamètre (la section) des canaux et le nombre d’entré d’eau.  La surface active des canaux de refroidissement  La longueur des canaux
  74. 74. 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 en élément 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 sont évacuer 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 de calculer la consommation horaire du fluide, en considérant que celui-ci s’échauffe et passe de température Te (température d’entrée) à la température de sortie Ts.   h h f s e Q G 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 alors h p p t G S G S   et h m m t G S G 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’eau Nous allons étudier le cas du poinçon, la démarche est évidement la même en ce qui concerne la matrice.
  75. 75. 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 3 f 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 G S 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’où p c f f G1 S 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 c C 4S d    - 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.
  76. 76. Système de refroidissement 76 4. Calcul de la distance séparant les canaux de la surface d’empreinte Il 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 :  o h M C c Q S T T d     Dans le cas du poinçon, cette expression s’écrit :  o hp p M C cp Q S T T d     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).
  77. 77. 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 : cpL n L  (2) En remplaçant n par sa valeur dans l’équation (1), on trouve la valeur de l’entraxe : cp l 2X E L 1 L  8ǿ

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