fabrication et comparaison de moules cuivre /acier

Dé pa rte me nt des te ch no log ies in dus trie lle s
Filiè re de gé n ie mé ca n iqu e
P ro je t d e d ip lô me 2 0 03
Cand idat : C hristo phe Eugste r
Mandant : Am pco Metal S. A.
FABRICAT ION ET COMPARA ISON
DE M OULES CU IVRE/AC IER
Introduction
Dans le domaine de l’injection de polymères, les exigences en matière de productivité et de rentabilité sont très élevées. Or, le
temps de cycle est principalement limité
par le temps de refroidissement lors de
l’injection de pièces techniques. En jouant
sur la conduction thermique supérieure
d’un alliage de cuivre à celle de l’acier, il
est possible de raccourcir ce temps de cycle de façon notoire.
Tâches effectuées
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Étude de conception d’un moule
Construction du moule en cuivre
Injection de pièces avec mesures
de la pression et de la température
Comparaison des résultats avec le
logiciel de simulation Moldflow
Optimisation du cycle
D’abord modélisé à l’aide du programme
de conception assistée par ordinateur IDeas10, le moule a ensuite été usiné au
moyen de la fraiseuse à commande numérique, puis les rainures et les canaux
d’injection au moyen de la machine à électroérosion.
La matière du moule est un alliage de cuivre provenant de l’entreprise Ampco Metal
SA à Marly, appelée Ampcoloy® 940.
Quant aux électrodes utilisées, elles ont été
réalisées en Ampcoloy® 972. L’A940 a une
dureté Brinell acceptable de 210, par
contre, sa conductibilité thermique est 12
fois supérieure à celle de l’acier.
Conception et construction du moule
La machine à injection de l’EIA-FR possède un système à changement de moule
rapide, appelée Handy Mold®. Le moule à
fabriquer reprend les dimensions imposées
par ce système.
Moule réalisé en Ampcoloy 940 monté sur le
Handy Mold
Des accessoires normalisés provenant de
l’entreprise Hasco ont été choisis, tels les
guidages, les éjecteurs ou la buse
d’injection.
Injection
L’école possède une machine d’injection
Netstal Synergy600. Un thermorégulateur
indépendant assure le refroidissement du
moule par une circulation d’huile à 30°C. La
matière injectée est du polypropylène homopolymère (PPH). La température de la
Modélisation du moule sur I-Deas
D03316
masse injectée est de 240°C et la température du moule a été choisie à 50°C. Pour
obtenir une injection optimisée, il a fallu
faire une série d’essais en modifiant les
paramètres de la machine et en apportant
quelques modifications au moule. La pièce
fabriquée est une simple boîte.
Les paramètres, comme la matière injectée
ou la machine utilisée, ont été définis
d’après le modèle réel. La simulation a été
faite avec un moule en Ampcoloy 940 et
avec un acier standard pour moule
d’injection (1.2363).
Comparaison des résultats
Boîte en PPH
Acquisition de mesures
Comme c’est le matériau du moule qui est
testé, des capteurs de température et de
pression ont été disposés dans le moule et
à la surface du moule, en contact avec la
matière injectée pour l’acquisition des mesures. Le capteur de pression, par
l’intermédiaire d’un amplificateur de
charge, et les capteurs de température
sont connectés à un appareil de mesure
électronique, le Spider. Ce dernier est relié
au PC et l’acquisition se fait par le logiciel
Catman de HBM.
Pression et
température de
la matière fondue
Température
à l’intérieur
du moule
Température
à la surface
du moule
Pression et température lors d’une injection
Le temps d’injection est inférieur à une
seconde et la pression de maintien est immédiate. Les valeurs délivrées par le capteur de pression sont légèrement inférieures à celles données par la machine, soit
60 bar pour une pression de maintien de
850 bar. Cet écart correspond à la chute de
pression dans les canaux d’injection.
Les températures relevées à l’intérieur du
moule restent stables à 50°C et la matière
injectée se refroidit rapidement au contact
du moule.
La simulation de l’injection entre un acier
standard et l’Ampcoloy montre un gain sur
le cycle qui est supérieur à 20% en faveur
de l’Ampcoloy.
Conclusion
Emplacement des capteurs
Simulation avec Moldflow
Une simulation de l’injection a été effectuée
en parallèle à la construction, au moyen du
logiciel Moldflow Plastics Insight et réalisée
dans le cadre d’un autre travail de diplôme.
Ecole d’ingénieurs et d’architectes de Fribourg
Département des technologies industrielles
Filière de génie mécanique
Bd de Pérolles 80
1705 Fribourg
La productivité peut être augmentée grâce
à un temps de cycle raccourci en utilisant
du cuivre dans le moule. Il n’est par contre
pas nécessaire d’avoir un moule entier en
Ampcoloy, mais uniquement l’empreinte.
Les paramètres pour l’injection fournis par
la simulation aident à l’optimisation du cycle, cependant ce sont des valeurs théoriques qu’il faut interpréter en conséquence.
Projet de diplôme 2003
Candidat : Christophe Eugster
Expert : Michel Gobet
Mandant : Ampco Metal S.A.
Professeur responsable : Denis Cuche