LE MOLDFLOWObjectif :

Dans ce TP nous allons utiliser la simulation des coulements rhologiques de deux matires plastiques : lABS et le PP. Nous allons comparer ces deux matriaux, en tudiant la qualit des pices ( prouvettes de traction) en fonction des points dinjection. On dterminera ainsi lequel des deux matriaux est le plus propice rpondre au cahier des charges. Nous saurons galement quel emplacement du ou des points dinjection choisir pour une injection optimale.

PLAN :I) Prsentation du moyen de mise en uvre pour le TP II) Prsentation des objets fabriqus et des matires utilises pour le process ainsi que des conditions de mise en uvre du TP ( machine, matriels, matriaux, tempratures) III) Prsentation des essais et des exprimentations raliss IV) Commentaires et justification des rsultats et observations faites

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I)

Prsentation du moyen de mise en uvre pour le TP

Ce TP a pour but de comprendre et dutiliser la simulation des coulements rhologiques de la matire plastique ( ABS + PP) afin dtudier toutes les tapes de fabrication dune pice injecte. Tout dabord, il convient dexpliquer ce quest un coulement rhologique : La rhologie est la science qui tudie lcoulement ou la dformation des corps sous leffet des contraintes qui leur sont appliques, compte tenu de la vitesse dapplication de ces contraintes ou plus gnralement de leur variation au cours du temps . Afin dtudier ces coulements, nous utilisons un logiciel : Moldflow.

Ce logiciel est la proprit dAutodesk, une entreprise de logiciels de design et de contenu numrique, qui permet la simulation des coulements des matires plastiques. Il permet aux concepteurs de dterminer la qualit et la moulabilit des pices aux cours des phases de conception et ainsi dviter des problmes en production, occasionnant perte de temps et dargent. Il est galement utilis pour des fonctions telles que lanalyse du systme dalimentation, des retassures, de la qualit du refroidissement de la pice Nous allons utiliser ce logiciel dans le but de modliser la fabrication de ces prouvettes en tudiant diffrents paramtres. Ainsi le logiciel nous donnera : Le temps dinjection La temprature du front dcoulement maximale et minimale La vitesse de cisaillement maximale Le temps de refroidissement Lemplacement des bulles dair La pression de la cavit rsiduelle La contrainte de cisaillement aux bords Lemplacement des lignes de soudure Le retrait total sur cte de 150 mm Le cintrage

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Nous allons expliciter quelques uns de ces termes techniques : - Temps dinjection : temps ncessaire linjection de la pice finale. - Vitesse de cisaillement : mesure le cisaillement ( dformation tangentielle la surface), elle dpend de la contrainte de cisaillement et de la nature du matriau. - Bulles dair : dfaut li un mauvais remplissage de la pice cause dune vitesse dinjection trop faible. - Contrainte de cisaillement : cest une contrainte applique de manire parallle ou tangentielle une face d'un matriel, par opposition aux contraintes normales qui sont appliques de manire perpendiculaire. - Lignes de soudure : ligne dtermine par la liaison des deux fronts dcoulement. Une ligne de soudure marque est le signe dun dpassement de la pression de maintien. - Retrait total : rtrcissement de la matire d au refroidissement de la pice. - Cintrage : opration de dformation ayant lieu la sortie de la machine injection.

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II) Prsentation des objets fabriqus et des matires utilises pour le process et prsentation des conditions de mise en uvre du TP ( machine, matriels, matriaux, tempratures)Le TP nous permet dtudier la ralisation dun moule pour des prouvettes de traction en ABS dune part et en PP dans un second temps. Que sont ces deux matriaux ? ABS : Lacrylonitrile butadine styrne est un polymre thermoplastique employ par lindustrie pour des produits prsentant une bonne tenue aux chocs, relativement rigides, lgers et mouls. PP : Le polypropylne (ou polypropne) est un thermoplastique semi-cristallin. Le polypropylne est translucide opaque, hydrophobe, dur, semi-rigide et trs rsistant labrasion. On demande ce que les prouvettes se trouvent dans les tolrances suivantes :

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Lprouvette raliser doit rpondre un cahier des charge prcis, les consignes sont les suivantes : - Lprouvette ne doit pas prsenter de dfauts pouvant entraner une amorce de rupture dans la zone A - La pice ne doit pas tre cintre de plus de 0.5mm - Le retrait suivant la cte F doit tre infrieure 2mm - Aucun dfauts daspect de surface nest tolr dans la zone A

Il nous est demand de faire une tude comparative des deux matriaux avec des points dinjection diffrents, quatre cas sont demands : 1er cas : Un point dinjection central. 2me cas : Un point dinjection latral. 3me cas : Deux points dinjection latraux. 4me cas : Un point dinjection dans laxe de la plus grande longueur de la pice.

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III) Prsentation des essais et des exprimentations raliss

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Essai ralis avec le PP

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Essai ralis avec lABS

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IV) Commentaires et justification des rsultats et observations faitesOn constate avec ces essais raliss avec du PP, que quelque soit lemplacement des points dinjection, les temps dinjection sont sensiblement les mmes : entre le plus rapide et le plus lent, il y a juste une diffrence de moins de 0.3s. Egalement pour les tempratures de front dcoulement qui varient trs peu pour ne pas dire pas du tout. En revanche, pour les vitesses de cisaillement, celles-ci varient fortement puisquon passe de 155 s-1 pour le point dinjection central jusqu 260,9 s-1 pour les points dinjection latraux. On aura donc une meilleure injection pour le point dinjection central. Les temps de refroidissement sont trs similaires ( autour de 30,5s). Lemplacement des bulles dair varient trs nettement selon les points dinjection : -Point dinjection central : les bulles dair se forment aux quatre coins de la pice. -Point dinjection latral : les bulles se situent dans les coins opposs lendroit du point dinjection. -Points dinjection latraux : bulle dair situe au centre de la pice. -Point dinjection dans laxe mdian : bulles dair situes aux coins opposs. Le but tant dviter la formation de bulles dair au centre de la pice, les points dinjection latraux sont donc bannir. Les pressions dans les cavits rsiduelles ne changeant pas beaucoup en fonction des points dinjection, ce ne sera pas un critre dterminant pour le choix de la mise en uvre. Le sens de linjection se fait de manire logique, savoir du point dinjection vers les parties les plus loignes. Les contraintes de cisaillement varient entre 0.0621 MPa et 0.131 MPa. Mme si la diffrence peut paratre faible on privilgiera la contrainte la plus faible, donc celle du point dinjection central . Pour les lignes de soudure, on constate labsence de celles-ci pour le point dinjection latral et le point situ dans laxe. En revanche celle-ci est prsente pour le point dinjection central, au centre et de forme longitudinale. Egalement prsence dune ligne de soudure pour les points dinjection latraux mais cette fois de forme transversale. Mme si labsence de ligne de soudure est prfrable, celle-ci ne posera pas de problme si elle se situe dans un endroit non sollicit mcaniquement pour les contraintes rsiduelles et de cisaillement. Laspect esthtique peut aussi avoir son rle jouer. Le retrait total variant de 0.1mm au maximum, on en prendra pas compte dans le choix du point dinjection. Le cintrage aura galement peu d' importance.

1 ) Le cas du PP :

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2) Le cas de lABS : Pour lABS, les temps dinjection varient entre 2.57s et 3.14s. Sur unfaible laps de temps, la diffrence est ngligeable, mais plus grande chelle la productivit est meilleure pour un plus faible temps. Les tempratures de front dcoulement sont exactement les mmes. On constate de fortes diffrences de valeurs pour les vitesses de cisaillement avec 133.9 s-1 pour le point dinjection central et jusqu 358.1s-1 pour le point latral. Cette dernire valeur tant beaucoup trop leve, on limine doffice linjection avec un point latral. Les temps de refroidissement sont aussi les mmes avec une valeur moyenne de 38.4s. Les bulles dair ont le mme emplacement que pour le cas de linjection au PP. Les pressions dans les cavits rsiduelles, varient denviron 1 MPa entre les diffrents points dinjection, que ce soit la pression maximale et minimale. On privilgiera cependant la plus faible diffrence entre ces deux pressions qui est pour le cas des points dinjection latraux : Pression max : 34.97MPa Pression min : 25.86 MPa Pas de diffrence galement pour les sens dcoulement qui ne varient pas avec la matire utilise. La contrainte de cisaillement la plus faible est galement pour le point dinjection central avec une valeur de 0.25 MPa. Les lignes de soudure ne varient galement pas avec la matire, donc les mmes quavec le PP. Le retrait total le plus faible est trouv pour le point dinjection latral, mais celui-ci ayant t limin cause de sa forte vitesse de cisaillement, cest linjection avec le point dans laxe le plus faible avec 1.33mm. Les valeurs de cintrage varient trs peu (de 0.006mm pour les deux valeurs extrmes ), on ngligera leur impact.

Questions :10

1) Est il souhaitable de prvoir demble plusieurs points dinjection sur une pice plastique ? R : Non il nest pas ncessaire de prvoir plusieurs points dinjection car avec la rencontre desdeux fronts, on aura la prsence dune bulle dair au centre ( points dinjection latraux) et dune ligne de soudure.

2) Quelle est la meilleure solution pour injecter lprouvette ? R : Au vu de lensemble des rsultats, la solution du point dinjection central est la meilleure :Faible contrainte de cisaillement. Faible contrainte rsiduelle. Faible vitesse de cisaillement.

La solution des deux points latraux aurait pu tre envisageable, mais au vu du cahier des charges pour labsence de dfaut dans la zone A, on ne peut lappliquer tant donn quon a une ligne de soudure transversale.

3) Dans quels cas sera-t-il indispensable de placer plusieurs points dinjection ? R : La prsence de plusieurs points dinjection sera ncessaire pour linjection de grossespices et de pices complexes. Sinon, on aurait un temps dinjection et de maintient plus longs, donc perte de temps non ngligeable pour la productivit. Aussi, utiliser un seul point dinjection pour une pice massive, ne permettrait pas que la pression sexerce sur toute la pice.

4) Quelles sont les 3 prcautions prendre pour quune ligne de soudure ne pose pas de problme particulier ? R: La ligne de soudure ne doit pas se situer un endroit o la pice va tre sollicite Elle doit tre au minimum visible ( esthtique) Peu ou absences de contraintes de cisaillement et rsiduelles car elles vont naturellement vers la ligne de soudure ( endroit sensible car fragile)

5) Que faire si la simulation fait apparatre un cintrage anormal sur une pice injecte ? R : Rappelons que le cintrage a lieu la sortie de linjecteuse, deux solutions possibles :Chauffer la partie du moule o le refroidissement est le plus rapide A la sortie du moule, dposer lprouvette sur une plaque mtallique de la mme forme, ainsi on aura lapparition dune contrainte. 11

Conclusion :

Ainsi ce TP nous a permis de dcouvrir un logiciel professionnel utilis dans les entreprises qui conoivent des produits de matires plastique. A travers lexercice de dcouvrir desquels de lABS ou du PP et quels points dinjection choisir pour la fabrication dune prouvette de traction rpondant un cahier des charges stricte, on a dcouvert lutilit et le maniement de Moldflow. On en a appris aussi davantage sur les proprits des deux matires plastiques utilises, notamment avec ltude des pressions et des contraintes propres chaque matriaux.

FIN

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