Réalisations

Remplacement métal-plastique

Cet exemple illustre le remplacement d’une pièce en métal par un matériau polymère chargés en fibre de verre.
Il s’agit d’une pédale. La réalisation de cette pièce directement en plastique n’est pas possible compte tenue des fortes épaisseurs.

Schéma 00

Une phase d’adaptation est nécessaire. L’objectif est d’aboutir à la même tenue mécanique que la version métal mais avec une épaisseur de pièce
de l’ordre de 3 mm. L’utilisation d’un réseau de nervures permet alors de rigidifier la pédale en matière plastique.

Le calcul du reseau de nervures est réalisé sur le bloc de plastique dont l’encombrement exterieur correspond à celui de la pièce en métal
(conservation de la forme globale de la pédale, contrainte de place au niveau du pédalier).
Le résultat montre l’orientation optimale des nervures.

Schéma 01

Les zones nécessitant la présence de la matière sont représentées en rouge.
L’image du centre montre la nouvelle définition version plastique. Le reseau des nervures calculé est intégré dans une section en forme de L.

Le plastique utilisé ( PA6-35GF) a une limite d’élasticité de 90 MPa. La contrainte maximale lors du freinage est d’environ 36 Mpa (image de droite).
Le coefficient de sécurité pour la pédale en acier est de 2,5. Compte tenu du coefficient de sécurité, la pédale est correctement dimensionnée
car il est absolument nécessaire de ne jamais arriver à rupture en utilisation pour des raisons évidentes de sécurité.

Au délà de l’aspect mécanique, le gain économique est significatif compte tenue de l’augmentation actuelle des matières premières.

Les images ci-dessous montrent quelques résultats de l’étude rhéologique : remplissage, orientation des fibres de verre et module d’élasticité.

 

Le second exemple présenté est plus classique.

Il s’agit d’un range DVD collé sur un support en carton. L’image de droite est un premier calcul de déformation de la pièce plastique lié a son refroidissement dans le moule. Le défaut de planéité ne permet pas d’assurer un collage efficace sur le support.

L’objectif de cette étude est d’obtenir une pièce plane.

Cette étude rhéologique commence par une opération de maillage.
L’objectif est de recouvrir les surfaces de la pièce d’un maillage triangulaire pour réaliser le calcul par éléments finis de l’écoulement et du refroidissement de la pièce injectées (image de gauche).

Schéma 05

La densité du maillage doit être suffisante pour "épouser" toutes les formes du modèle 3D.
A l’inverse, une trop forte densité de maillage augmentera fortement les temps de calcul.
L’objectif est de trouver le juste équilibre entre la précision des résultats de calcul et le temps de calcul.
Le canal d’injection de la matière est modélisé en rouge dans notre exemple (image de droite).

Lorsque l’opération de maillage est réalisé, la calcul est préparé. Cette image ci-dessous montre la fenêtre de calcul du logiciel Moldflow.
Le matériau est choisi parmi une base de données de 8000 références. Les conditions de moulage sont saisies ainsi que les options de calculs.
La durée du calcul dépendra de la densité maillage soit de l’ordre de la minute ou plusieurs heures.

 

L’image du remplissage montre que l’écoulement n’est pas équilibré. La matière atteint les petits cotés avant les grands.
Ce déséquilibre est à l’origine de la déformation de cette pièce.

Schéma 06

Des variations d’épaisseurs de quelques dixièmes de mm sont réalisées pour obtenir un remplissage équilibré.

Schéma 07

L’image du remplissage montre un écoulement plus équilbré. La matière plastique progresse en direction des quatre cotés de l’empreinte. L’écoulement est plutôt rectangulaire cette fois. Cette configuration est plus homogène en termes de pression et de température.

Schéma 08

L’image ci-dessous compare la déformation avant et après modification des épaisseurs de la pièce. On peut voir que la planeité de la pièce est fortement améliorée. Ce principe d’équilibrage du remplissage est bien sur valable pour toutes les pièces plastiques.

Schéma 09

Quelques résultats complémentaires pour cette étude.


Schéma 10

bareme de mesure