Le moule est fermé La vis avance rapidement en jouant le rôle de piston Transfert de la matière dans le moule Formation d’une gaine solide au contact des parois du moule
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
4
Simulation d ’injection
Phases du cycle
Maintien
Le moule est fermé. L’empreinte est remplie La vis avance lentement en jouant le rôle de piston. Transfert de matière dans le moule pour compenser les pertes de volume spécifique.
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
5
Simulation d ’injection
Phases du cycle
Refroidissement
Le moule est fermé. Les seuils sont gelés. L’unité de plastification recule. Mise en rotation de la vis. Accumulation de matière à l’état pâteux en tête de vis ( dosage ). Échanges thermiques
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
6
Simulation d ’injection
Phases du cycle
Ouverture du moule
La pièce atteint la température d’éjection. Le moule s’ouvre. Les tiroirs se déplacent. Le système d’éjection avance. La pièce est évacuée du moule. Fermeture du moule
1-Plaque d’éjection et éjecteurs 2-Plaques débordantes 3-Tasseaux 4-Plaque porte empreinte 5-Tiroirs 6-Carcasses 7-Bague de centrage 8- Buse d’injection 9- Empreintes 10- Coins 11- Colonne de guidage 12- Doigts d’indexages 13- Bague de guidage 14- Anneaux de levage
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 14
11/06
13
12
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
9
Zones moulantes Empreinte supérieure
Simulation d ’injection
Tiroir 2
Empreinte inférieure
Tiroir 1
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
10
Simulation d ’injection
Régulation
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
11
Simulation d ’injection
Cales montantes
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
12
Simulation d ’injection
Moule à dévissage
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
13
Simulation d ’injection
Moule 3 Plaques noyau coté injection
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
14
Simulation d ’injection
Moule 3 Plaques Noyau coté éjection
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
15
Simulation d ’injection
Démoulage des contre dépouilles
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
16
Simulation d ’injection 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
17
CAO
Simulation d ’injection
Modeleur Surfacique
Modeleur Volumique
MODELE GEOMETRIQUE
IMAGERIE
SIMULATION
11/06
ASSEMBLAGE
FABRICATION
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
PROTOTYPAGE
18
Préparation du modèle
Simulation d ’injection
Importation d ’un fichier CAO compatible STL
IGES
Génération du maillage Corrections et affinage 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
19
Interfaçage géométrique
Simulation d ’injection
MODELEUR CAO Volumique / Surfacique
Interfaçage de la géométrie IGES STEP VDA PARASOLID …
LOGICIEL DE SIMULATION D’INJECTION
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
20
Interfaçage STL
Simulation d ’injection
MODELEUR CAO Volumique / Surfacique
Fichier STL
LOGICIEL DE SIMULATION D’INJECTION
Interfaçage
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
21
Interfaçage maillage Relecture par le logiciel de simulation d’un maillage réalisé sur
Simulation d ’injection
un mailleur externe et sauvegardé sous un format standard type .nas (Nastran)
Format unv.txt
.pat (Patran)
plaqueUNV.unv
.ans (Ansys) dominique.mpi
.unv (Ideas)
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
22
Maillage Eléments Poutres 2 Noeuds
Discrétisation de la géométrie
Simulation d ’injection
Eléments Triangulaires
Arête Noeuds
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
23
Précision / Temps de calcul 4000
50
3500 3000 2500
46
2000 44
1500 1000
42
500 40
CPU TIME [Sec]
Pressure [MPa]
Simulation d ’injection
48
0 564
1078
2424
4212
6564 10752
Pression No. of Elements Temps de calcul
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
24
Types de Maillages
Simulation d ’injection
Maillage Fibre Neutre
Maillage FUSION
Maillage volumique
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
25
Simulation d ’injection
Maillage Solide
Eléments tétrahèdres
Dédié aux pièces massives 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
26
Maillage peau moyenne
Simulation d ’injection
Modèle géométrique
Maillage peau moyenne Interfaçage géométrique
Travail surfacique très long : Création des peaux moyennes Relimitation des surfaces entres elles Affectation manuelle des épaisseurs
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
27
Maillage Dual domaine
TM
Simulation d ’injection
Modèle géométrique
Maillage Dual domaine Interfaçage géométrique
Utilisation du modèle volumique Affectation automatique des épaisseurs Nécessite quand même un « nettoyage » du modèle ( suppression des congés et des chanfreins trop petits ) Type maillage
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
28
TM
Simulation d ’injection
Maillage Dual domaine
Synchronisation des fronts par éléments connecteurs
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
29
Simplification du modèle
Simulation d ’injection
Le modèle doit représenter les caractéristiques de l ’écoulement: Épaisseur Longueur d ’écoulement Volume
Éliminer les détails: Faibles rayons Congés Chanfreins
11/06
Congés
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
30
Simulation d ’injection
Type d’éléments utilisés Modélisation des canaux (Alimentation – Régulation) Éléments poutre 1D ( 2 nœuds )
Maillage de la pièce Éléments coque triangulaires Éléments 1D ( grilles )
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
31
Simulation d ’injection
Algorithmes de maillage
Algorithme de remplissage à surface constante 11/06
Algorithme de remplissage par couches
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
32
Contrôles de forme et de facettisation Forme des éléments
Simulation d ’injection
L’élément idéal est le triangle équilatéral. La forme de l’élément réel est comparée à celle du triangle idéal Critères: Angle ; rayon des cercles circonscrits… Élément réel
Facettisation- Erreur de corde Surface de l’élément
Surface réelle 11/06
R r
Élément idéal
d Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
33
Simulation d ’injection
Contrôle de facettisation
Algorithme de remplissage à surface constante avec contrôle de l’erreur de corde
11/06
Algorithme de remplissage par couches avec contrôle de l’erreur de corde
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
34
Simulation d ’injection
Contrôles de forme et de facettisation
Algorithme de remplissage par couches avec contrôle de l’erreur de corde et de la déformation des éléments
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
35
Simulation d ’injection
Densités locales
Densités locales
11/06
Affinage des frontières
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
36
Simulation d ’injection
Variation d’épaisseur
3 mm
1 mm
2 mm
3 rangées d’éléments pour traduire correctement les variations d’épaisseur 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
37
Simulation d ’injection
Variation d’épaisseur
3 mm
11/06
1 mm
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
38
Simulation d ’injection
Lignes de soudure
Raffiner le maillage dans les zones de lignes de soudure 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
39
Simulation d ’injection 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
40
Bords libres
Simulation d ’injection
Mise en évidence des défauts de connectivité entre les éléments Maillage peau moyenne uniquement
Limites du modèle
Défaut de connectivité
Bords libres OK
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
41
Simulation d ’injection
Forme des éléments
La qualité des résultats est très dépendante de la qualité des éléments. La forme idéale est le triangle équilatéral. Les éléments réels ne doivent pas trop s’éloigner de cette forme
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
42
Autres critères
Simulation d ’injection
Recouvrement d’éléments Intersection Orientation
( Thermique et déformation )
Connectivité Concordance des faces
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
( Maillage fusion )
43
Simulation d ’injection 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
44
Injection sous marine Canal
Simulation d ’injection
L/D
Plan de joint
Rupture à l’ouverture
11/06
1,5
Seuil
3 éléments mini
Carotte conique
Rupture à l’éjection
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
45
Injection en nappe
Simulation d ’injection
Linéaire
seuil
3 éléments dans la nappe
Annulaire
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
46
Autres types d’alimentation
Simulation d ’injection
Carotte en direct
Pin Point moule 3 plaques
Dans le plan de joint
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
47
Alimentation par buse chaude
Simulation d ’injection
Buse chaude à obturateur Pas de bavure Injection séquentielle
Obturateur
Buse chaude sans obturateur Risque de bavure
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
48
Simulation d ’injection 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
49
Vitesse de cisaillement S
Simulation d ’injection
y
V=0
r V
ΔX
r V
r F r F
F τ= S dV γ& = dy τ = ηγ&
η est appelée Viscosité dynamique 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
50
Simulation d ’injection
Viscosité
Viscosité dynamique très élevée ( 106 celle de l’eau )
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
51
Différents types d’écoulement
Simulation d ’injection
τ
γ& 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
52
Simulation d ’injection
Viscosité
Comportement Newtonien
11/06
Polypropylène ELTEX P RP210
Comportement Pseudo-plastique
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
53
Simulation d ’injection
Viscosité
Polycarbonate Makrolon 2405
Comportement Newtonien
11/06
Comportement Pseudo-plastique
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
54
Simulation d ’injection
Thermo dépendance
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
55
Simulation d ’injection
Pièzo dépendance
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
56
Modélisation de la Viscosité loi puissance
η = Aγ& e
CT
T température ( °K) A,B,C coefficients
Simulation d ’injection
B
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
57
Modélisation de la Viscosité
Simulation d ’injection
loi de cross WLF
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
58
Gaine solide
Simulation d ’injection
Profil de vitesses
Épaisseur solidifiée
Effet fontaine
Front de matière
he
hf
hf: épaisseur de la veine fluide he: épaisseur de l’empreinte 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
59
Dissipation visqueuse Zone de cisaillement élevé
Simulation d ’injection
T Écoulement
Profil thermique à l’équilibre
Profil thermique près des points d’injection
11/06
T
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
60
Pression de remplissage
Simulation d ’injection
Pression de remplissage
Viscosité élevée Gaine solide importante
Temps de remplissage optimal
Cisaillement élevé Gaine solide faible
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
Temps 61
Simulation d ’injection
Influence de l’épaisseur sur la pression de remplissage
11/06
Épaisseur 2.2 mm
Épaisseur 2 mm
Pression maxi 24.9 MPa
Pression maxi 27.6 MPa Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
62
Relation Pression Longueur d’écoulement Simulation d ’injection
Instants de remplissage
Pressions de remplissage
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
63
Simulation d ’injection 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
64
Simulation d ’injection
Instants de remplissage
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
65
Simulation d ’injection
Équilibre du remplissage
Défaut d’équilibrage dû à des longueurs d’écoulement différentes
Recollement frontal en fin d’écoulement : fragilité importante
Ligne de soudure Injection Recollement des flux
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
69
Effet d’hésitation
Simulation d ’injection
Ralentissement matière Echanges thermiques importants Taux de cisaillement faible BLOCAGE FRONT DE MATIERE
0.8 mm 3 mm Chemin privilégié
Ne pas injecter au proche d’une zone de faible épaisseur jouxtant une zone de forte épaisseur 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
70
Simulation d ’injection
Effet d’hésitation
Détection des inclusions ( Jeu sur pavets rapportés; Ejecteurs )
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
71
Effet d’hésitation
Simulation d ’injection
Dimensionner les canaux pour assurer un remplissage simultané des empreintes
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
72
Température au front matière Historique de la température matière au remplissage des éléments
Simulation d ’injection
Variation de ± 2 à 3° par rapport à la consigne
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
73
Simulation d ’injection
Déflecteurs et chemins privilégiés Aménagement des épaisseurs pièce pour modifier l’écoulement et rééquilibrer le remplissage
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
74
Simulation d ’injection
Ecoulement unidirectionnel Éviter les réorientations matiére sources de tensions internes et de traces
Bon
Pas bon !
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
75
Respect du cisaillement maximum Simulation d ’injection
La contrainte de cisaillement en paroi dans l’empreinte doit être inférieure au niveau critique défini pour la matière La valeur atteinte dans les seuils n’est pas significative ( temps de passage très bref )
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
76
Simulation d ’injection 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
77
Objectifs
Simulation d ’injection
Obtenir un retrait volumique homogène et minimum Limiter les retassures L’étude de compactage ne doit se faire que sur un remplissage maîtrisé et une thermique optimisée
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
78
Retrait
Simulation d ’injection
seuil
Pièce finale
Moule
Le retrait est habituellement plus élevé dans le sens de l’écoulement pour des matières non-chargées
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
79
PVT
(Tait)
Simulation d ’injection
Technyl S 216 V30 Matériaux cristallin
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
80
PVT
(Tait)
Simulation d ’injection
Makrolon 2405 Matériaux amorphe
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
81
Simulation d ’injection
Profil de compactage
Fill time
Pression
Palier constant
Palier constant en fin de remplissage
Zone de relâchement de la pression
Augmentation de la pression en zone de fin de remplissage
Temps de refroidissement
Zone de relâchement de la pression Accompagnement de la chute de pression dans l’empreinte
Temps
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
82
Évolution du profil Diminuer ou augmenter
Simulation d ’injection
Région fin de remplissage Modifier la longueur du 1er palier • Plus court ⇒ retrait augmente • Plus long ⇒ retrait diminue
Région du seuil Modifier la pente du profil • Plus lentement ⇒ retrait diminue • Plus rapide ⇒ retrait augmente
Région intermédiaire Echelonner la pente • Augmenter ⇒ retrait diminue • Diminuer ⇒ retrait augmente 11/06
Plus vite
Plus lentement
Augmenter Diminuer
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
83
Simulation d ’injection
Méthodologie Première analyse avec palier constant au delà du gel du seuil Analyse des pressions dans l’empreinte ( Plot XY )
Détermination du temps de gel du seuil Fin de compactage
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
84
Méthodologie Fin de palier constant Simulation d ’injection
Avant le point de retour à zéro de la pression sur un nœud loin du seuil
Fin de compactage Gel du seuil
Ajuster les profils suivants en fonction des résultats Resserrer les courbes de descente en pression des nœuds le long du parcours d’écoulement
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
85
Définition du process
Simulation d ’injection
Profil de pression
Durée du palier
Niveau de pression 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
86
Résultats Minimiser et homogénéiser
Simulation d ’injection
Retrait volumique
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
87
Résultats Minimiser
Simulation d ’injection
Retassures ( sink index )
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
88
Simulation d ’injection 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
89
Objectifs
Simulation d ’injection
Obtenir une surface moule à température idéale et homogène en phase d’écoulement Obtenir une température de la pièce uniforme au cours du refroidissement Maîtriser le temps de cycle
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
90
Transferts de chaleur
Simulation d ’injection
Evacuation par radiation
Evacuation par convection
Evacuation par les plateaux
Transmission par le plastique fondu
Evacuation ou transmission par les canaux
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
91
Transfert du plastique vers la paroi du moule Simulation d ’injection
Propriété du matériau
(Conductivité
thermique et chaleur spécifique )
Gradient de température entre le plastique et la paroi Qualité du contact entre le plastique et la paroi Le contact pièce moule est considéré comme parfait T surface moule = T paroi pièce 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
92
Simulation d ’injection
Propriétés thermiques matériaux
11/06
Material
Thermal Specific Density 3 Conductivity Heat Kg/m J/kg/degK W/m/deg K
Paramètres des circuits de régulation Simulation d ’injection
Débit Suffisant pour obtenir un écoulement turbulent Température d’entrée des circuits Environ 10° à 20° en dessous de la température de la surface de l’empreinte
Pertes de charge Position
11/06
Longueur et nombre de circuits
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
94
Conception des circuits de régulation Simulation d ’injection
Dimension et nombre de circuits Distance entre le canal et la surface du moule Distance entre canaux adjacents W
b D
b
a
D
a
EXTRACTION DE CHALEUR NON-UNIFORME EXTRACTION DE CHALEUR UNIFORME Grand entraxe : a 1. Eapisseur pièce : W Diametre de canal : D + faible distance : b < 2mm 8mm-10mm + canaux de gros diamètre : D < 4mm 10mm-12mm < 6mm 12mm-15mm
11/06
2. Distance :
b
= 2-3 X diamètre canal D
3. Entraxe :
a
= max 3 X damètre canal D
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
95
Conception des circuits de régulation Simulation d ’injection
Pour obtenir une régulation uniforme Plus près des points chauds Plus loin ailleurs
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
96
Simulation d ’injection
Conception des circuits de régulation
Circuits série Débit uniforme Extraction de chaleur uniforme Pertes de charge élevées
11/06
Circuits parallèle Meilleure couverture de la pièce Volume élevé à faible pression Débits non uniformes Efficacité plus faible
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97
Puits de régulation
Simulation d ’injection
Puit fontaine
Puit à lame
Vis à pas double
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
98
Modélisation Circuit de régulation Simulation d ’injection
Éléments poutre 2 Nœuds
Inserts Plan de joint Frontières du moule Éléments coque 3 Nœuds Seuls les circuits sont nécessaires. Les autres éléments sont optionnels 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
99
Simulation d ’injection
Modélisation
Entrées du fluide de régulation
Circuit coté fixe
L/D Attention à l’orientation des éléments
11/06
2,5
Circuit coté mobile
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
100
Modélisation des puits
Simulation d ’injection
Création de deux courbes Propriété physique Baffle ou Bubbler Coefficient d’efficacité de 0,5
D
2 courbes
Entrée
11/06
1/2 D.
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
Sortie
101
Types d’analyse
Simulation d ’injection
Automatique Le logiciel calcul un temps de cycle pour respecter un refroidissement uniforme
Manuelle L’utilisateur impose un temps de cycle Le logiciel analyse le refroidissement dans ces conditions
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
102
Simulation d ’injection
Température top
Analyse de la différence de température entre les deux cotés de la pièce
11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
103
Simulation d ’injection
Température profil
Profil de température dans l’épaisseur de la pièce 11/06
Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow
104
Simulation d ’injection
Température dans les circuits
2° à 3° d’élévation de température du fluide de régulation 11/06
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