pfe2009 sofien ben amor
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P r o j e t d e F i n d’E t u d e s Présenté par
SOUFIEN BEN AMOR
Pour obtenir le
Diplôme National d’Ingénieur
En
Génie Mécanique
Conception d’un moule d’injection plastique Réalisé à : BAXTER
Soutenu le 22 Juin 2009
Devant le Jury :
Président : M. Ghannouchi
Membre : M. TSOUMAREV Oleg
Rapporteur : Madame Souad Ben Slima
Encadreur ENIT : M. Sami Ben Brahim
Encadreur Entreprise : M. Walid Jebri
Année : 2008-2009
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
DEDICACE
Ce projet est dédié à ma famille qui m'a toujours poussé et motivé dans mes études. Sans elle, je n'aurais
certainement pas fait d'études longues. Ce projet représente l'aboutissement du soutien et des
encouragements qu'elle m'a prodigués tout au long de ma scolarité. Que dieu vous prête longue vie.
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
REMERCIEMENTS
C’est avec un réel plaisir que je résume ces quelques lignes en signe de gratitude et de profonde
reconnaissance à tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la réalisation et à l’accomplissement de
ce travail et en m’apportant le soutient moral, intellectuel et technique dont j’ai besoin.
Je remercie, en premier lieu, Monsieur SAMI BEN BRAHIM, enseignant à l’ENIT, pour avoir
accepté de diriger ce travail et d’assurer la direction et l’encadrement de mon projet.
Je remercie Monsieur WALID JABRI, directeur de la production de l’usine Bief Medital, de
m’accorder ce projet et pour ces conseils constructifs et judicieux prodigués pendant toute la réalisation de
ce travail.
Je remercie également, Monsieur MOHAMED ALI MAJBRI, responsable du l’atelier du moulage,
de m’avoir offrir de l’aide, et de son patience pour mener à bien cette étude.
A mes collègues qui m’ont de temps en temps remonté le moral, j’exprime ma plus sincère
reconnaissance et mon amitié.
Enfin je ne peux mettre en clos cette rubrique sans exprimer ma gratitude aux membres de jury qui
ont pris la peine d’évaluer ce modeste travail en faisant preuve d’attention et de patience.
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Sommaire
Listes des figures ................................................................................................................ 6
Listes des Tableaux ............................................................................................................ 7
Introduction ........................................................................................................................ 8
Chapitre1 : Problématique et recherche bibliographique ...................................................... 9
1. Problématique ......................................................................................................................... 10
2. Présentation du BIEFFE MEDITAL ...................................................................................... 11
3. Les matières plastiques ........................................................................................................... 12
• 3.1. Historique ................................................................................................................... 12
• 3.2. Origine et composition ............................................................................................... 13
• 3.3. Différents types de matières plastiques ...................................................................... 13
• 3.4. Propriétés des plastiques ............................................................................................ 14
4. Mise en forme des matières plastiques ................................................................................... 16
• 4.1. Principe de mise en forme .......................................................................................... 16
• 4.2. Différents procédés de mise en forme des matières plastiques .................................. 16
• 4.3. Le moule d’injection de plastique .............................................................................. 20
Chapitre 2 : Analyse fonctionnelle de besoin ..................................................................... 25
1. Etude de besoin ...................................................................................................................... 26
2. Cahier des charges fonctionnelles ......................................................................................... 35
3. Analyse fonctionnelle technique ........................................................................................... 36
Chapitre 3: Conception du moule d’injection plastique ...................................................... 41
1. Introduction ............................................................................................................................ 42
2. Choix de la configuration du moule et de la forme de l’empreinte ........................................ 42
• 2.1La configuration du moule ........................................................................................... 42
• 2.2. Description de l’empreinte .......................................................................................... 43
3. Choix de la presse et détermination du nombre d’empreintes optimal .................................. 44
• 2.3. Choix d’une presse à injecter ..................................................................................... 44
• 2.4. Choix du nombre d’empreintes optimal .................................................................... 47
• 2.5. Emplacement des empreintes ...................................................................................... 49
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
4. Alimentation du moule ........................................................................................................... 50
• 4.1. Seuil en tunnel .......................................................................................................... 50
• 4.2. Seuil capillaire ........................................................................................................ 51
• 4.3. Choix du type d’alimentation .................................................................................. 52
• 4.4. Définition du point d’injection .............................................................................. 53
5. Etude rhéologique .................................................................................................................. 54
6. Events .................................................................................................................................... 59
7. Système de refroidissement ................................................................................................... 59
8. Système de démoulage .......................................................................................................... 61
9. Guidage et centrage ............................................................................................................... 62
10. Description du moule de Roller .............................................................................................. 63
Chapitre 4 : Choix des matériaux du moule et dimensionnement des Outillages ................. 65
1. Choix du matériau métallique du moule ................................................................................ 66
2. Dimensionnement du poinçon et de la cavité ......................................................................... 66
3. Choix de la carcasse est dimensionnements des plaques........................................................ 70
4. Dimensions des tasseaux ........................................................................................................ 70
5. Colonnes de guidage ............................................................................................................... 70
Conclusion ....................................................................................................................... 71
Références bibliographiques………………………………………………….…………………………76
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
L ISTES DES FIGURES
Figure 1 : Composant du limiteur de débit ................................................................................................. 10
Figure 2 : Outil de perfusion ....................................................................................................................... 10
Figure 3 : Principe de mise en forme des thermoplastiques ...................................................................... 16
Figure 4 : Presse d’injection du plastique .................................................................................................. 17
Figure 5 : Cycle de moulage ...................................................................................................................... 19
Figure 6 : Composition d’un moule ............................................................................................................ 20
Figure 7 : Algorithme principal de construction d’un moule ..................................................................... 24
Figure 8 : Histogramme des souhaits .......................................................................................................... 35
Figure 9: Configuration du moule……………………………………………………………..…...……..44
Figure 10 : Matrice et poinçon .................................................................................................................... 44
Figure 11 : courbes des différents coûts en fonction du nombre d’empreintes .......................................... 48
Figure 12 : Temps de fabrication/mois ....................................................................................................... 48
Figure 13 : Différentes dispositions pour les empreintes ............................................................................ 49
Figure 14 : Carotte perdue .......................................................................................................................... 51
Figure 15 : Comparaison entre différents points d’injections ..................................................................... 54
Figure 16 : Temps de remplissage .............................................................................................................. 55
Figure 17 : Température de la matière ........................................................................................................ 56
Figure 18: Température de la matière à la fin de remplissage .................................................................... 57
Figure 19: Evolution de la pression au cours de remplissage ………………….…………………….……61
Figure 20:Evolution de la pression d’injection à la fin de remplissage ...................................................... 58
Figure 21 : les zones d’emprisonnement de l’air ........................................................................................ 59
Figure 22: Circuit de refroidissement du moule ......................................................................................... 60
Figure 23 : Principe d’éjection……………………………………………………….………………....….66
Figure 24 : Moule d’injection à canaux froids (12 empreintes) pour la fabrication de Roller ……..……..69
Figure 25 : Dureté suivant la température du revenu pour l’acier Z40C13 ................................................ 66
Figure 26 : Critère de Von Mises pour le poinçon ...................................................................................... 67
Figure 27: Déplacement aux nœuds pour le poinçon .................................................................................. 68
Figure 28 : Critère de Von Mises pour la cavité ........................................................................................ 69
Figure 29: Déplacement aux nœuds pour la cavité ..................................................................................... 69
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
L ISTES DES TABLEAUX
Tableau 1 : Nomenclature de l’outil de perfusion ...................................................................................... 10
Tableau 2 : Eléments de l’environnement .................................................................................................. 28
Tableau 3 : Classe et niveau de flexibilité…………...………...………………… ……………………….33
Tableau 4 : Caractérisation des fonctions ................................................................................................... 33
Tableau 5 : Note selon le degré d’importance………………………...………………………….………...35
Tableau 6 : Hiérarchisation des fonctions de services ................................................................................ 34
Tableau 7 : comparaison des rendements des presses ................................................................................ 46
Tableau 8 : Coût de fabrication annuel ....................................................................................................... 47
Tableau 9 : Coût du moule avec carotte ...................................................................................................... 48
Tableau 10 : Coût du moule en bloc chaud ................................................................................................. 48
Tableau 11 : Dimensions des canaux .......................................................................................................... 51
Tableau 12 : Appréciation du choix adéquat selon différent critères ......................................................... 53
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
INTRODUCTION
L’évolution de la mise en œuvre des matières plastiques dans divers secteurs reflète l’importance pour le
présent et l’avenir d’un matériau de construction qui s’est propagé dans l’industrie.
Les objets en matière plastique peuplent notre vie quotidienne.
Qu’il s’agisse des éléments de carrosserie dans l’industrie automobile, des appareils électroménagers, du
matériel électrique, du matériel médical, etc.… Partout l’utilisation de ces matières plastiques apporte des
solutions fabrication simple, de réalisation fiable et esthétique et de prix de revient compétitif.
Les économies résultent non seulement du coût de la matière première de base, mais aussi de faite des
grandes cadences de production permises grâces aux machines de transformation, qui sont de plus en plus
performantes. Ces machines permettent d’obtenir en une seule opération un produit fini compliqué qu’autre
fois, il fallait le constituer par l’assemblage d’un nombre important d’éléments.
Le secteur fait intervenir différentes technologies, notamment l’injection, l’extrusion, le moulage par
compression et l’extrusion/soufflage.
Notre travail consiste à faire l’étude et la conception de deux moules d’injection pour la production en série
de deux composants en plastique constituant ensemble un limiteur de débit à usage médical.
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
CHAPITRE1 : PROBLEMATIQUE ET RECHERCHE
BIBLIOGRAPHIQUE
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
1. Problématique
Baxter envisage dans le présent projet de fin d’étude de concevoir deux moules d’injection plastique
pour la fabrication d’une première pièce appelée ‘ROLLER SLITTA’ et d’une seconde appelée ‘ROLLER
ROTELLA’, tous les deux en polyéthylène, en partant de leur dessin de définition et qui doivent garantir
une production égale à 170000 pièces/mois. (Voir figure 1.a et 1.b).
Figure1 : Composant du limiteur de débit
Ces deux pièces font parti d’un outil de perfusion, appelé limiteur de débit, et présenté dans la figure2
Tableau 1 : Nomenclature de l’outil de perfusion
Figure 2 : Outil de perfusion
Numéraux de composant Nomenclature
A Tools infusion
1 Vented drip chamber
2 Tube
3 ROLLER SLITTA
4 ROLLER ROTELLE
5 FLASHBALL
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Or et afin d’aboutir à la conception souhaitée, il est nécessaire de passer par les étapes fondamentales
suivantes :
� Une analyse fonctionnelle de besoin, afin de valider l’objectif de l’étude et fixer la solution
technologique qui le satisfait.
� Des études techniques et économiques afin de fixer le nombre d’empreintes optimal qui répond aux
exigences commerciaux et productiques imposées.
� Des études techniques et économiques pour le choix du système d’alimentation le plus adéquat aux
conceptions.
� Un dimensionnement de la carcasse du moule, du système d’éjection des pièces moulées et du
circuit de refroidissement.
� Une étude rhéologique pour la validation de la conception.
Avant de développer ces différentes étapes, nous commençons par présenter l’entreprise ensuite par décrire
une étude bibliographique sur la matière plastique ainsi que sa mise en œuvre.
2. Présentation du BIEFFE MEDITAL
BIEFFE MEDITAL MANUFACTURING TUNISIA est une société qui appartient au groupe
BAXTER international.
Baxter dans le monde:
Baxter a été fondé en 1931 par le Docteur Don Baxter, le siège est basé à Deerfield, Illinois, Etats-
Unis. Baxter est une société mondiale spécialisée dans les produits et les services de santé qui, à travers ses
filiales, fournit des thérapies essentielles pour les personnes atteintes d'affections menaçant le pronostic
vital. Les produits et les services de Baxter, dans le domaine de l'administration médicamenteuse, des
biosciences (produits biopharmaceutiques, vaccins, produits de bio chirurgie et transfusion) et de la
thérapie rénale, sont utilisés par les fournisseurs de soins de santé et leurs patients dans plus de 100 pays.
La mission de Baxter est de proposer des traitements permettant de sauver ou de maintenir en vie de
nombreux patients dont le pronostic vital est menacé.
Implanté dans plus de 110 pays, Baxter emploie 50 000 personnes et compte plus de 250 établissements
répartis en Europe, en Amérique du Nord, en Amérique latine et en Asie.
Avec un chiffre d’affaires mondial de plus de 8,9 milliards de dollars en 2008, Baxter figure parmi les
premiers acteurs mondiaux de l’industrie de la santé dans les secteurs du dispositif médical et du
médicament.
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
BIEFFE MEDITAL MANUFACTURING TUNISIA
Historique:
BIEFFE MEDITAL est une société anonyme à responsabilité limité (S.A.R.L), elle a été fondée à Bir
Drassen Nabeul en avril 1994. Cette société est non résidente. La production de la société a commencé en
Août 1995 et la fin de tache été en 2005.
BIEFFE MEDITAL MANUFACTURING (S.A.R.L) a été fondue en Décembre 1997 (son non était
jusqu’à novembre 2001 : MEDACTA). MEDACTA MANUFACTURING est une société non résidente.
La production a commencé en avril 2000, les deux compagnies sont associées pour former une unique
entité légale nommé : BIEFFE MEDITAL MANUFACTURING (S.A.R.L) avec un siège à OUED ELLIL,
MANOUBA.
Production:
On a déjà annoncé que BIEFFE MEDITAL a comme production de la gamme du groupe BAXTER 3
divisions qui sont :
� Medication Delivery
� Renal Therapies
� Transfusion Therapies
• Medication Delivery:
La division Medication Delivery déploie une gamme de produits et de systèmes spécifiques pour la
délivrance de médicaments et la thérapie intraveineuse.
Elle est présente dans les domaines de l'anesthésie, la nutrition parentérale, les traitements ambulatoires, la
perfusion, l'irrigation thérapeutique et l'oncologie.
• Renal Therapies:
Baxter est l'un des plus grands fournisseurs de produits et de services destinés à la dialyse et fait
figure de véritable pionnier dans ce domaine. En 1956, Baxter a lancé le premier dialyseur à usage unique
et le premier système complet d'hémodialyse. En 1979, la société commercialisait le premier système de
dialyse péritonéale continue ambulatoire.
• Transfusion Therapies:
Avec la mise sur le marché de la première poche à sang en plastique en 1954 et l'introduction
du séparateur de cellules CS-3000 pour le prélèvement des cellules souches en 1979, Baxter s'est toujours
illustré comme un des pionniers en matière d'innovations dans le domaine de la transfusion sanguine.
3. Les matières plastiques
3.1. Historique [1]
L’Homme travaille les métaux et leurs alliages depuis des millénaires ; la première matière plastique
est apparue il ya un peu plus de siècle (1869) : le nitrate de cellulose ou (celluloïd) , la suivante est
industrialisée en 1909 (Bakélite), plusieurs autre variétés sont venues sur le marché entre les deux guerres
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
mondiales (aminoplastes, polystyrène…) mais le véritable développement des plastiques à démarrer après
la deuxième guerre mondiale, et de 1945 à 1970 la production et la consommation sont sensiblement
doublées tous les cinq ans. Une certaine stagnation se manifeste depuis. Dans un avenir prochain le volume
des plastiques consommé dans le monde devrait atteindre celui de l’acier pour rejoindre ce dernier au point
du vue tonnage.
On peut se demander pour quelles raisons les matières plastiques ont-elles connues cette ascension
remarquable. Les plastiques ont des qualités propres les différenciant nettement des métaux et des leurs
alliages : ils ont une masse volumique 4 à 8 fois plus faible que celle de l’acier, ils sont mauvais
conducteurs de la chaleur, très bon isolant électrique, et se présente généralement sous un aspect esthétique
après coloration dans la masse. En raison de développement industriel accéléré de ces cinquante dernière
années, les propriétés leurs ont ouvert des débouchés exceptionnels dans l’industrie électrique et
électronique et dans la fabrication d’appareils électroménagers et autre produit d’usage courant. Ces
matières se développent encore à un rythme dépassant celui des autres matières, ils représentent souvent la
meilleure voie, quelques fois l’unique voie pour la solution de nombreux problèmes de fabrication.
3.2. Origine et composition [1]
Une matière plastique est une matière organique d’origine naturelle ou obtenue par synthèse de corps
simples, constituée de macromolécules et ayant connu au cours de sa transformation un stade de plasticité
qui permet sa mise en forme
Les macromolécules constituant les matières plastiques sont des assemblages de quelques centaines à
plusieurs milliers de molécules élémentaires identiques ou différentes, disposées sous forme de chaînes ou
combinaison de chaînes.
Les corps constitués par les molécules élémentaires sont les monomères. Les corps formés par les
molécules géantes ou macromolécules sont les polymères.
L’opération par laquelle les monomères se combinent entre eux pour constituer les polymères s’appelle
polymérisation.
Avant leur transformation en objets finis les matières plastiques sont souvent appelées résines. Les résines
sont obtenues à partir de différentes sources: Animale (corps gras, lait ), Végétale ( coton, bois), Minérale
(charbon, pétrole, gaz)
3.3. Différents types de matières plastiques [1]
On distingue les thermoplastiques et les thermodurcissables. Les élastomères constituent un cas
particulier.
Les thermoplastiques ou plastomères
Sous l’action de la chaleur les thermoplastiques arrivent à une phase pâteuse, ou en liaison.
Lors de la solidification, ils retrouvent leur état initial (réversible), la forme peut être modifiée sous l’action
combinée d’une évolution de température et d’une pression.
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Parmi les thermoplastiques :
� Cellulosiques : nitrate de cellulose (Celluloïd), acétate de cellulose rhodoides).
� Polystyrènes:( matière structure amorphe ou semi-cristallin Tf = 280°C).
� Vinyliques : Polychlorure de vinyle (P.V.C)
� Acryliques : Polymethacrylate de méthyle (Plexiglas)
� Polyamides : Nylon, Rilsan
� Polyéthylènes : plunthylène, manolène.
Les thermodurcissables ou duromère
Sous l’action de la chaleur, les thermodurcissables arrivent à une phase pâteuse (température
d’injection dans le moule), puis ils subissent une transformation chimique irréversible sous 1’ action d’un
catalyseur qui durcit définitivement la matière .Ce comportement thermique est comparable à l’argile qui
durcit sous l’action de la chaleur. Donc devient stable à chaud (thermostable).
Les principaux thermodurcissables sont:
� Phénoplaste (bakélite).
� Epoxyde (araldite)
� Polyesters (injectables sous forme de poudre)
Les élastomères
Les élastomères sont des polymères de masse moléculaire élevée possédant une très grande élasticité
permettant une importante déformation réversible.
Les principaux élastomères sont:
� Polyisoprène (caoutchouc naturel)
� Copolymère butadiène-acrylonitrile (porbunan)
� Polychioroprène (néoprène).
3.4. Propriétés des plastiques [1]
Elles sont remarquablement variées:
Légèreté: [1]
La plus part des plastiques ont une densité en g/cm3 variant entre 0,9 et 2,2 Cette légèreté est mise à
profit par les transports aérien maritimes et terrestre, l’emballage, l’armement et les industries mécaniques,
et électriques.
Les polystyrènes (d= 1,05) et les polyéthylènes (d = 0,95) sont les plus légers. Les silicones (d = 2) et les
fluo-rethènes (d=2,1) sont les plus lourds.
Isolement et isolation: [1]
Les qualités isolantes ont été parmi les premières exploitées (Bakélite). Le polyéthylène et ses
dérivés se placent parmi les meilleurs diélectriques particulièrement en haute fréquence. Des mousses dures
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
ou souples, de structure cellulaire peuvent avoir des masses volumiques allant jusqu’à 0,02 g/cm3. D’autre
part les plastiques ont, en général, une grande capacité d’amortissement des vibrations.
Inaltérabilité:[1]
Le comportement des plastiques vis -à vis des agents naturels actifs (humidité, l’eau de mer) et des
agents chimiques (gaz solvants, acides, alcalis) est très variable, mais en général, bien meilleur que celui
des métaux.
Résistance à l’usure aux chocs, au frottement: [1]
La résistance à l’usure de certains plastiques est exceptionnelle. Le coefficient de frottement très
faible de certains d’entre eux, renforcés ou non autorise des réalisations courantes telles que : engrenage
silencieuses, paliers de laminoirs, organes tournants et pièces de frottement en Nylon, par exemple.
Dans de nombreux cas, des matériaux cassants sont remplacés par des plastiques glaces de phares,
habitacles d’avion, pare- brise de moto.
Caractéristiques mécaniques des matières plastiques: [1]
La résistance mécanique dépend de la nature des plastiques et de certains facteurs de mise en œuvre.
C’est ainsi que des fils de Nylon sont rendus, par un étirage contrôlé, dix fois plus résistant à la traction que
les pièces moulées en Nylon. D’une façon générale la résistance à la traction varie de quelque daN/mm2 à
30 daN/mm2. Le comportement thermomécanique dépend de la température, on note que :
• Entre 65 et 90 oc : les thermoplastiques résistent bien mécaniquement.
• Entre 110 et 115°C : les thermodurcissables résistent bien mécaniquement.
• Entre 200 et 250°C : les silicones et les fluo-rothènes. Le coefficient de dilatation peut atteindre dix
fois celui de l’acier.
Aspect et présentation
L’aspect physique est attrayant (forme, toucher, couleur ...) pour les pièces moulées, les feuilles,
tubes et les profilés Les coloris (couleurs) sont variés suivant les charges et sont insensibles à 1’usure. La
matière étant teintée dans la masse on peut obtenir des pièces opaques ou transparentes (le
polyméthacrylate de méthyle (PMM) transmet mieux la lumière que le verre).
Prix de revient [2]
Les pièces peuvent être produites rapidement en grandes séries même quand elles sont de formes
compliquées Cela compense le prix généralement élevé des matières premières et outillages utilisés pour la
fabrication des pièces en matière plastique.
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
4. Mise en forme des matières plastiques
4.1. Principe de mise en forme [1]
Thermoplastique :
Pour mettre en œuvre un thermoplastique, on peut partir des éléments suivants:
- Poudre en granulé ;
- Demi-produit : plaques, feuilles ou pilons, objets de la matière à transformer ;
- Corps étrangers (objets, tissus) et poudre ou pâte thermoplastique ;
- Un apport externe d’énergie (chauffage) ou bien interne (frottement) permet d’amener la
matière de 1’ état solide à l’état plastique ou liquide ;
- Un moule ou une filière met cette matière en forme.
- Un système de refroidissement fige la matière dans la forme voulue.
Figure 3 : Principe de mise en forme des thermoplastiques [1]
Thermodurcissables:
Les composantes de base sont:
- Un ou des liquides que l’on mélange entr’eux ou avec des pâtes, ou des pâtes que l’on mélange
entre elles.
- Une poudre ou des granulés préparés de la matière.
4.2. Différents procédés de mise en forme des matières plastiques [2]
Il existe plusieurs types de transformation: extrusion - gonflage, calandrage et thermoformage ; on
ne présentera que quelques procédés.
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
A- Thermoformage
Principe:
Le formage ou thermoformage est une opération de seconde transformation à partir d’un produit semi
-fini en feuilles ou films en plastiques .la mise en forme est réalisée par un procédé thermique ou
mécanique .le produit réalisé est un produit fini.
B- Soufflage
Principe:
Le soufflage est la méthode la plus ancienne de mise en forme des thermoplastiques, elle est dérivée
du travail du verre. Ce procédé permet d’obtenir des pièces de formes complexes ou en contre -dépouille,
en une seule opération.
C- Injection des thermoplastiques
a- Principe :
Le moulage par injection sur une presse est le principal procédé de transformation des
thermoplastiques. Il consiste à ramollir (état visqueux) 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 4 : Presse d’injection du plastique [2]
Une machine d’injection classique est constituée par :
- Une trémie d’alimentation
- Un cylindre chauffé comportant le système de plastification.
- Un dispositif de manipulation et de retenue du moule.
Parmi l’ensemble des caractéristiques des presses d’injection, on cite la force de fermeture, la course
d’ouverture, la capacité d’injection, la capacité de plastification horaire, la pression et la vitesse d’injection.
Ils définissent l’élément de base dont dépendent les performances de ces presses. La masse d’une pièce à
mouler entraîne la valeur de la capacité d’injection minimale de la presse utilisée.
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Pour une pièce donnée, si l’épaisseur et la profondeur sont faibles, elle présentera une grande surface
frontale nécessitant une force de fermeture élevée et une grande vitesse d’injection.
Dans le cas d’une forte épaisseur, toute la capacité d’injection de la machine sera utilisée et une force de
fermeture du moule assez faible sera suffisante (surface frontale réduite), dans ce cas la capacité de
plastification est limitée et la vitesse d’injection est faible.
b- cycle de moulage
La figure [Fig.5] montre les différentes phases d’un cycle de production de pièces injectées, sur une
presse classique à fermeture par genouillère et blocage hydraulique, équipée d’un groupe de plastification
et d’injection à vis et piston.
La figure [Fig.5, a] définit la position des divers éléments de base constituant la machine, le moule
étant ouvert, le bloc d’injection reculé, et la quantité de matière nécessaire à un moulage étant plastifiée ;
dans ces conditions un cycle de production peut démarrer selon le processus ci- dessous :
Le moule se ferme, puis le bloc d’injection est appliqué contre le moule et l’opération de refoulement du
plastique a lieu [fig.5 : b et c].
Apres une période de maintient en pression, le bloc d’injection recule, la plastification de la charge
suivante s’effectue durant le refroidissement de la pièce moulée. [fig.5, d]. Lorsque celle ci est
suffisamment refroidie, le moule s’ouvre [fig.5, e] et éjecte l’article fabriqué.
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
4.3. Le moule d’injection de plastique [3]
Les fonctions essentielles du moule sont donc [3]:
Ces fonctions essentiellement technologiques sont accompagnées de fonctions constructives.
• Absorber les chocs
• Transmettre les mouvements
• Guider les parties mobiles
a) Composition d’un moule à injecter [2]
Figure 6 : Composition d’un moule
La carcasse (1, 2, 3, 6), permet l’incorporation des mécanismes de démoulage autres que les éjecteurs et
l’installation de système de régulation de la température (canaux, cartouches chauffantes, sondes
thermométriques).
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Les plaques peuvent être carrées, rectangulaires ou circulaires, mais pour les moules spéciaux équipés de
dispositifs de démoulage, leur forme doit tenir compte de la géométrie de la pièce injectée et des plateaux
de la presse.
b) Matériaux métalliques du moule
Les moules d’injection ont autant de pièces de construction de haute précision. Bien qu’ils soient
soumis, pendant la phase de transformation, à d’énormes pressions ils doivent produire en série d’une
manière fiable, et reprendre à une longue durée d’utilisation pour compenser le coût élevé des
investissements.
La fiabilité et la durée d’utilisation de l’outillage entrent en premier ligne ainsi que sa construction et
son entretien dans l’entreprise concernée, à travers les matériaux utilisés pour le moule, son traitement
thermique, et la production de moulées.
Les empreintes ménagées dans l’outillage déterminent à la fois la forme et l’état de surface de la
pièce moulée. Pour cette raison, il est évident qu’une attention toute particulière doit être apportée au choix
de matériau.
i. Critères de choix d’un matériau pour le moule:
Les aciers sont des matériaux garantissant des moules d’une grande durée d’utilisation. La condition
préalable reste cependant que parmi la grande variété de nuances offertes par les producteurs d’acier, on
trouve un type d’acier qui répond aux exigences des constructeurs de moules.
En premier lieu le matériau devra présenter une composition chimique appropriée.
Les différents composants des alliages ont, suivant leur teneur, des répercussions aussi bien positives que
négative sur les propriétés exigées. En général on utilise plusieurs alliages qui se complètent (voir tableau
Annexe 1)
Les résultats résultent du compromis entre les exigences du transformateur des matières plastiques et de
constructeur de moules. Les aciers doivent présentés les caractéristiques suivantes:
• Usinabilité dans des bonnes conditions économiques.
• Traitements thermiques sans problèmes.
• Ténacité et résistance suffisantes.
• Facilité de polissage.
• Bonne résistance à l’usure et aux chocs thermiques.
• Bonne conductibilité thermique.
• Peu sensible à la rayure.
• Résistance à la corrosion.
Le type, la forme et le domaine d’utilisation de la pièce injectée déterminent le matériau à utiliser, la
dimension minimale du moule, les contraintes d’utilisation de l’outillage ainsi que les exigences tant de
ENIT BAXTER
22
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
point de vue de la stabilité dimensionnelle que de l’état de surface Le nombre de pièces à mouler et par
suite la durée d’utilisation du moule, les caractéristiques imposées à la pièce moulée entraînent des
exigences tant de point de vue thermique, mécanique que métallurgique puis en règle générale un
compromis doit être trouvé entre ces divers exigences contradictoires.
ii. Acier pour carcasse du moule:
En dehors des pièces du moule entrant directement en contact avec la matière plastique, existe toute
une quantité de pièces nécessaires et plus ou moins importantes à la construction du moule Ce sont en
particulier : les éjecteurs, les colonnes, les douilles, les plaques de serrage, le plateau mobile la semelle, la
plaque d’éjection, les bagues de centrage, la contre plaque etc.
Aujourd’hui sur le marché on peut trouver les éléments préfabriqué On peut aussi construire des
moules complets, en ne laissant à l’outilleur que le montage des différentes pièces. Grâce à leur fabrication
en grande série, les pièces de montage sont relativement bon marché. Les aciers énumérés dans le tableau
(Tableau Annexe I) sont employés pour la fabrication de ces éléments.
iii. Matériaux constitutifs de l’empreinte:
Le choix des matériaux de l’empreinte dépend de la moule. Pour les moules de grande séries, les
critères de longévité sont pris on compte en priorité avant ceux des coûts de la matière première et de son
usinage Les moules expérimentaux ou ceux destinés à la fabrication de très petites séries peuvent par
contre, être réalisé avec des matériaux moins résistant, si les conditions de fonctionnement des moules
(surtout lorsqu’il s’agit d’essais) sont sensiblement identiques à celles du moule de production.
Les matériaux doivent avoir:
• Une bonne résistance à l’abrasion causée par le frottement des charges contenues dans la
matière injectée et les mouvements des éléments mobiles de l’empreinte ;
• Une bonne usinabilité et bonne aptitude au polissage, indispensable pour facilité le respect du
cahier des charges concernant l’état de surface des éléments moulants et la réalisation des
formes complexes ;
• Une précision et une stabilité dimensionnelle correctes après les traitements thermiques dont
il faut connaître les effets, compte tenue des dimensions et des tolérances de l’outillage dont
dépend l’un des éléments de calcul du retrait de la pièce injectée.
• Une résistance à la corrosion chimique indispensable à cause des produits dégagés par
l’injection de certaines matières plastiques (PVC acétate de cellulose, PTFE ...)
• Une bonne conductivité thermique pour faciliter le refroidissement
ENIT BAXTER
23
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
c) Etapes à suivre dans la conception des moules
Il est utile de prévoir systématiquement les phases de construction du moule car elles sont liées à des
nombreuses conditions (voir l’algorithme ci-après) (Fig.7) ou les différentes conditions correspondent à
chaque fonction principale. [3]
ENIT BAXTER
24
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Figure 7 : Algorithme principal de construction d’un moule
ENIT BAXTER
25
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
CHAPITRE 2 : ANALYSE FONCTIONNELLE DE BESOIN
ENIT BAXTER
26
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
1. Etude de besoin [4]
Saisi du besoin :
Concevoir deux moules d’injection plastique pour la fabrication d’une pièce appelée « ROLLER » et
l’autre appelée « ROTELLA », ils sont deux composants de l’outil de perfusion.
Enoncé du besoin :
Il s’agit d’exprimer d’une manière concise et précise les buts de l’étude du système en posant les
trois questions suivantes :
• A qui rends-t-il service (A quoi ?)
• Sur qui (sur quoi) agit-il
• Dans quel but ?
Validation du besoin :
Il est nécessaire de vérifier la durabilité du besoin dans le temps :
Opérateur
A qui rends-t-il service ?
Sur qui agit-il ?
Dans quel but ?
Donner une forme solide
La matière
plastique
Moule
d’injection
plastique
Opérateur
ENIT BAXTER
27
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
a) Pourquoi ce besoin existe-t-il ?
- Parce qu’il est nécessaire de régler le débit dans un outil de perfusion.
b) Qu’est ce qui pourrait faire disparaître ce besoin ?
- L’évolution technologique adoptée dans ce secteur.
c) Les risques de disparition ou d’évolution du besoin sont-ils réels dans le prochain avenir ?
- Non.
Cycle de vie (séquences d’utilisation) :
On ne se contente dans le cadre de notre étude que des deux séquences 1 et 2.
Eléments de l’environnement :
Il s’agit dans cette étape d’identifier les différents constituants qui interagissent avec notre produit afin de
définir les fonctions requises.
Validation du produit à moyens termes.
ENIT BAXTER
28
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Séquence utilisation Séquences hors utilisation
Opérateur
Spécification technique de la pièce
Coût
Presse
Milieu extérieur
Pièce de Rechange
Normes spécifiques
Intervenant et outillage
Pièces de rechange
Tableau 2 : Eléments de l’environnement
Diagrammes pieuvre :
Il s’agit dans cette étape d’énoncer les fonctions principales et de services qui offrent le produit pour
satisfaire le besoin.
Séquence utilisation :
FC6
FC5
FC4
FC3
FC2
FC1
FP1
Opérateur
Spécification
technique de
la pièce
Presse Milieu
extérieur
Catalogues
Coût
Moule
D’injection
Plastique
ENIT BAXTER
29
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Séquence hors utilisation (maintenance):
Fonctions de service :
FP1 : Permettre à l’opérateur d’obtenir la forme désirée à partir de la matière plastique.
FP2 : Permettre à l’intervenant d’accéder facilement aux organes de mécanisme.
FC1 : Simplifier le montage et le démontage.
FC2 : Respecter les caractéristiques techniques de la pièce.
FC3 : Respecter les spécifications techniques de la presse.
FC4 : Résister aux conditions environnementales.
FC5 : Respecter les normes.
FC6 : Avoir le coût le plus favorable.
FC7 : Utiliser des composants standard.
Validation des fonctions de services :
Chaque fonction de service identifiée doit être validée en répondant aux questions suivantes :
Q1 : Dans quel but la fonction existe-t-elle ?
Q2 : Pour quelles raisons la fonction existe-t-elle ?
Q3 : Qu’est ce qui pourrait la faire disparaître on la fait évaluer ?
Q4 : Quelle est la probabilité de disparition ou d’évolution ?
FC7
FP2 Moule
D’injection
Plastique
Intervenant
et outillage
Pièce de
rechange
ENIT BAXTER
30
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
FP1 : Permettre à l’opérateur d’obtenir la forme désirée à partir de la matière plastique.
R1 : Pour permettre de transformer la matière plastique fusionner en un solide.
R2 : Parce qu’il ya des formes difficile à usiner.
R3 : l’utilisation d’un autre procédé plus évolué.
R4 : nulle.
FP2 : Permettre à l’intervenant d’accéder facilement aux organes de mécanisme.
R1 : pour que l’intervenant puisse réparer en cas de panne.
R2 : car le moule nécessite des opérations de maintenance pour assurer le bon fonctionnement.
R3 : avoir un outillage sophistiqué.
R4 : très faible.
FC1 : Simplifier le montage et le démontage.
R1 : pour ne pas provoquer des gênes lors du montage/démontage du moule.
R2 : parce que un usage gênant ou fatigant peut provoquer de mauvaises manipulations.
R3 : automatisation du montage/démontage du moule.
R4 : faible.
FC2 : Respecter les caractéristiques techniques et du matériau de la pièce.
R1 : pour ne pas avoir d’effet indésirable du moule sur la pièce et réciproquement.
R2 : parce que le matériau de la pièce et sa géométrie peuvent abîmer le moule.
R3 : l’évolution dans le secteur des matériaux et l’utilisation des tiroirs.
R4 : faible.
FP1 est validée (impérative)
FP2 est valider (impérative)
FC1 est validée (impérative)
FC2 est validée (impérative)
ENIT BAXTER
31
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
FC3 : Respecter les spécifications techniques de la presse.
R1 : Pour que le moule remplis les fonctions requises.
R2 : Par ce que les dimensions et les performances d’un moule est fonction des caractéristiques
techniques de la presse.
R3 : l’évolution dans le domaine d’injection plastique.
R4 : faible.
FC4 : Résister aux conditions environnementales.
R1 : pour résister à la dégradation de la matière vis-à-vis de l’environnement.
R2 : parce que les éléments d’ambiance interagissent chimiquement et physiquement avec le produit.
R 3 : la variation des conditions environnementale.
R4 : nulle.
FC5 : Respecter les normes.
R1 : pour garantir la prise en compte des contraintes et des définitions spécifiques aux moules.
R2 : parce que les pratiques d’usage induisent une acceptation tacite d’une définition implicite se
reportant aux normes spécifiques.
R3 : l’évolution des normes spécifiques.
R4 : faible.
FC6 : Avoir le coût le plus favorable.
R1 : pour garantir un coût adéquat en fonction de la cadence.
R2 : parce que le critère économique est souvent déterminant lors de la réalisation.
R3 : l’évolution des critères de la prise de décision.
R4 : faible.
FC3 est validée (impérative)
FC4 est validée (impérative)
FC5 est validée (impérative)
FC6 est validée (impérative)
ENIT BAXTER
32
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
FC7 : Utiliser des composants standards.
R1 : pour éviter au maximum le recours aux pièces usinées et facilité la réparation.
R2 : car le prix de ces pièces est plus faible et la précision est garantie.
R3 : avoir des pièces fabriquées plus disponibles et moins chères.
R4 : faible.
Caractérisation des fonctions de service :
Classe et niveau de flexibilité :
Tableau 3 : Classe et niveau de flexibilité
FC7 est validée (impérative)
ENIT BAXTER
33
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Tableau 4 : Caractérisation des fonctions
Fonction Critère Niveau Flexibilité
FP1
Débit Max 80 cm3/s F1
Pression Max 2500 bar F1
Fiabilité 5 ans F1
FP2 Type d’outillage Standard F2
Simplifier la conception Ingénieur F0
FC1 Simplifier la conception Ingénieur F0
FC2 Type du plastique PEHD F0
Température du plastique fondu Tmax < 250°C F1
Géométrie de la pièce Pas des dépouilles F1
FC3 Taille du groupe de fermeture 600 KN F0
Passage entre les colonnes 420×420 mm F0
Dimension des plateaux (l×h) 570×570 mm F0
Distance entre les plateaux Max 650 mm F0
Volume injectable Max 54 cm3 F0
Puissance de chauffage de buse 600 W F0
FC4 Résistance à la corrosion Matériaux F0
Fuites Qf < Qflimite F0
FC5 Validation des spécifications des
normes
F2
FC6 Coût en fonction de la cadence F1
FC7 Catalogues DME, Rabourdin…. F1
ENIT BAXTER
34
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Hiérarchisation des fonctions de service :
Cette étape permet de mettre en valeur les fonctions qui ont plus d’importance afin d’optimiser le
choix technologique et agir sur le coût du projet.
Pour chaque couple de fonctions, on utilise une variable réelle positive qui quantifie le degré
d'importance relative, et ceci selon le tableau suivant :
On va maintenant comparer les différentes fonctions de service par la méthode de tri croisé à fin de
dégager les fonctions les plus importantes.
Tableau 5 : Note selon le degré d’importance
Tableau 6 : Hiérarchisation des fonctions de services
ENIT
SOUFIEN BEN AMOR
Interprétations :
On remarque que la fonction de service FP1
partir de la matière plastique.» présente le pourcentage impor
traduit bien la finalité du mécanisme.
La fonction de service FC6 «
donc il faut prendre en considération le critère «
possibles.
On remarque que la fonction de service FC1 «Simplifier le montage et le démontage.» présente un poids
nul, ce qui signifie qu'elle est jugée moins importante et non inutile puisqu'elle a été validée pr
Lors de l’élaboration du produit, il faut donner une très grande importance à la fonction de service
présentant un pourcentage assez important mais sans négliger, toute fois, les autres qui se manifestent
moins consistant.
2. Cahier des charges fo
Le cahier des charges est un
moules à réaliser. Aussi, il décrit ses modalités d'exécution
En interne, le cahier des charges sert à formaliser les besoins et à les expliquer aux différents acteurs pour
s'assurer que tout le monde est d'accord. Il sert ensuite à sél
tout au long du projet. Il est considéré comme un référentiel contractuel partagé par le prestataire et l'équipe
interne, ce qui en fait un outil
35
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Figure 9 : Histogramme des souhaits
On remarque que la fonction de service FP1 : « Permettre à l’opérateur d’obtenir la forme désirée à
partir de la matière plastique.» présente le pourcentage important .En effet, ceci est vrai puisque la fonction
traduit bien la finalité du mécanisme.
La fonction de service FC6 « Avoir le coût le plus favorable » présente encore une grande importance
donc il faut prendre en considération le critère « coût » lors du choix technologique entre les solutions
On remarque que la fonction de service FC1 «Simplifier le montage et le démontage.» présente un poids
nul, ce qui signifie qu'elle est jugée moins importante et non inutile puisqu'elle a été validée pr
Lors de l’élaboration du produit, il faut donner une très grande importance à la fonction de service
présentant un pourcentage assez important mais sans négliger, toute fois, les autres qui se manifestent
Cahier des charges fonctionnelles [4]
Le cahier des charges est un document visant à définir exhaustivement les spécifications de base des
moules à réaliser. Aussi, il décrit ses modalités d'exécution.
En interne, le cahier des charges sert à formaliser les besoins et à les expliquer aux différents acteurs pour
est d'accord. Il sert ensuite à sélectionner le prestataire et à organiser la relation
. Il est considéré comme un référentiel contractuel partagé par le prestataire et l'équipe
fondamental de communication du chef de projet.
BAXTER
PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Permettre à l’opérateur d’obtenir la forme désirée à
tant .En effet, ceci est vrai puisque la fonction
» présente encore une grande importance
du choix technologique entre les solutions
On remarque que la fonction de service FC1 «Simplifier le montage et le démontage.» présente un poids
nul, ce qui signifie qu'elle est jugée moins importante et non inutile puisqu'elle a été validée précédemment.
Lors de l’élaboration du produit, il faut donner une très grande importance à la fonction de service
présentant un pourcentage assez important mais sans négliger, toute fois, les autres qui se manifestent
visant à définir exhaustivement les spécifications de base des
En interne, le cahier des charges sert à formaliser les besoins et à les expliquer aux différents acteurs pour
ectionner le prestataire et à organiser la relation
. Il est considéré comme un référentiel contractuel partagé par le prestataire et l'équipe
du chef de projet.
ENIT BAXTER
36
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Le cahier de charge de notre projet comprend les fonctionnalités suivantes :
Pression d’injection maximale : 2500 bars.
• Débit d’injection peut atteindre : 80 cm3/ s
• Taille du groupe de fermeture : 600 KN.
• Passage entre les colonnes : 420×420 mm
• Distance entre les plateaux : max 650 mm
• Volume injectable : max 54 cm3
• Puissance de chauffage de buse : 600 W.
• Température extrême d’utilisation : Tmax < 250°C
• Les étanchéités interne et externe doivent être garanties
• Les matériaux constitutifs doivent être résistant à la corrosion.
• Économie à l'achat et à l'entretient
• Interchangeabilité, donc conformité aux normes en vigueur
• Facilité de mise en place et de maintenance
• Fiabilité du moule : maintenir les performances annoncées durant une période minimale de 5
ans.
3. Analyse fonctionnelle technique [4]
Lorsque le besoin est déjà identifié, le concepteur doit chercher une solution technique qui lui permet
de satisfaire ce besoin.
Pour atteindre cette finalité, il faut procéder à une démarche rationnelle qui se traduit par une analyse
descendante en convertissant les fonctions de service en fonctions techniques de plus en plus élémentaires,
et ceci en se basant sur le diagramme FAST. On présente ci-après les différents diagrammes relatifs aux
fonctions de services.
ENIT BAXTER
37
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Permettre à l’operateur
d’obtenir la forme désirée à
partir de la matière plastique
Absorber la
matière dosée
Répartir la
matière
plastique
Démouler
Refroidir
Eau
Azote
Air
Anneau /
baguettes
Ejecteur
Canaux
chauffants
Carotte
perdue
En masse
Sous-
marine
En nappe
ENIT BAXTER
38
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
FP2 : Permettre à l’intervenant d’accéder facilement aux organes de mécanisme.
Changer aisément les
organes standards
Plaque de fixation
Plaque moule
Plaque d’éjection
Ejecteur
Tasseaux
Doigt de
démoulage
Buse
Rondelle de
centrage
Colonne de
guidage
Bague de
guidage
ENIT BAXTER
39
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Position pour
brides de
fixation
Bague de
centrage
Assurer le
positionnement du
moule et sa fixation
sur la Presse
FC1 : Simplifier
le montage et le
démontage.
FC2 :S’adapter
aux
caractéristiques
de la matière
plastique.
Eviter toute interaction chimique
entre le métal de l’empreinte et la
matière plastique
Matériaux
adéquats
Protection
interne
FC3 : Respecter
l’encombrement
machine.
Respecter les
dimensions du
plateau porte moule
Dimensionnement
bien étudié du
moule
Course d’ouverture du
moule < la distance maxi
entre plateau sur presse
ENIT BAXTER
40
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
FC4 : Résister aux
conditions environnementales.
Eviter l’altération
des matériaux Matériaux bien
étudié
Protection
externe
Dimensions des
plaques
FC5 : Respecter
les normes
Système de
refroidissement adéquat
Nuance des
matériaux
Dimensions
principales
Dimensions des
éjecteurs
Diamètre de la buse
d’injections
ENIT BAXTER
41
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
CHAPITRE 3: CONCEPTION DU MOULE
D’ INJECTION PLASTIQUE
ENIT BAXTER
42
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
1. Introduction
Le chapitre précédent nous a permis d’aboutir à un cahier de charge technique qui définie tous les
éléments à respecter toute au long de la conception.
Afin de répondre à ses exigences, nous allons suivre la démarche suivant :
1- Choix de la configuration du moule et de la forme de l’empreinte
2- Choix de la presse et détermination du nombre d’empreintes optimales
3- Alimentation du moule
4- Etude rhéologique
5- Events
6- Système de régulation
7- Système de démoulage
8- Guidage et centrage
L’étude envisagé ne peut pas comporte toutes les possibilités de conceptions pouvant exister pour les
deux moules à fabriquer, on se limite dans ce qui suit à détailler l’exemple de Roller, on considérant que
les mêmes principes de bases s’appliques pour les deux pièces. Toute fois, les spécifications de chacun
des produits rendent nécessaire de développer le type d’alimentation à part.
2. Choix de la configuration du moule et de la forme de l’empreinte
2.1 La configuration du moule [5]
La configuration du moule doit être établie en fonction de la presse utilisée.
Bien que les presses utilisées dans notre cas, soient horizontales, la disposition de notre moule doit obéir
à cette exigence.
La figure ci-dessous décrit la disposition prévue pour le moule :
Figure 3: Configurations de moule d’injection selon la direction par rapport à leur plan de joint
ENIT BAXTER
43
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
2.2. Description de l’empreinte
La cavité de l’empreinte, représentant le négatif tridimensionnel de l’objet, est limitée par le
poinçon et la matrice.
Le moule se ferme avant l’injection et la surface de contact de ses deux parties forme le plan de joint.
La force de fermeture du moule se répartit sur la surface du plan de joint et doit assurer
l’étanchéité de l’empreinte au moment de son remplissage sous pression.
Les données déjà présentées dans la problématique, exigent la conception d’un moule multi empreintes,
dont le nombre sera justifié dans le paragraphe qui suit.
La plupart des moules multi empreinte comportent des pièces rapportées rondes ou à angle droit
en acier pour outillage, qui est traité. Ces pièces sont fixées à des plateaux ou plaques en acier traité ou
éventuellement près traité, mais encore usinable.
Une telle construction de moule convient à notre cas, puisque la pièce injectée est petite donc pas
de risque de gauchissement ainsi les avantages d’une telle architecture : économie de la matière
d’empreintes, facilité la maintenance de moule, interchangeabilités des empreintes…
Pour éviter que les pièces rapportées se déplacent en rotation lors d’une disposition en cercle ou
en ligne, on prévoit l’introduction des goupilles de centrage qui permettent aussi le maintien des pièces
rapportés dans une orientation bien définie les une par rapports aux autres. La réalisation d’un méplat
peut aussi garantir la mise en position de la pièce, si la surface de celui-ci ne suffit pas à l’introduction
des goupilles.
Afin de pouvoir usiner les broches des alésages après traitement thermique, et polissage des
pièces rapportées, et après cémentation, on prévoit de laisser un jeu de 1mm affin de permettre un bon
centrage. Il faut en effet introduire les pièces rapportées dans un ajustage permettant une rotation sur
place, afin d’obtenir une bonne disposition de ces pièces.
La fixation des ces pièces se fait sur les plaques porte empreintes à l’aide d’un épaulement puis un
serrage par une autre plaque. Cette possibilité présente un avantage : les pièces rapportées peuvent
résister au déplacement aussi bien axial que radial.
Il faut aussi prévoir le refroidissement qui est naturellement plus efficace lorsqu’il s’effectue
directement sur les pièces rapportés chacune à part, pour cela on prévoit :
- L’usinage d’un alésage tout autour de l’empreinte de la matrice qui est déjà gravé dans une
pièce ronde. Il faut assurer l’étanchéité par l’usage des joints toriques. (figure 10 a)
- L’usinage du poinçon sur une broche standard sur laquelle on perce un trou pour refroidis
l’intérieur de la pièce. (Figur10 b)
ENIT BAXTER
44
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Figure 4 : Matrice et poinçon
3. Choix de la presse et détermination du nombre d’empreintes optimal
Lors de l’hiérarchisation des fonctions des services on a signalé les fonctions desquelles on doit
tenir compte lors de la conception qui sont :
• Permettre à l’opérateur d’obtenir la forme désirée à partir de la matière plastique
• Avoir le coût le plus favorable
La détermination du nombre optimal d’empreintes caractérise la qualité et le prix de revient
d’une pièce d’injection plastique.
2.3. Choix d’une presse à injecter [5]
BIEFFE MEDITAL dispose de deux Types de presse d’injection disponibles (en termes de
capacité) : ARBURG et ELECTRA evolution.
Dans se qui suit on va justifier le choix entre les deux.
Faire un bon choix consiste à adapter le mieux possible la pièce à fabriquer à toutes les
caractéristiques technique de la presse. Cette remarque nous amène tout naturellement à déterminer le
rendement d’une presse : c’est le rapport production horaire réelle sur production horaire théorique
b) Matrice a) Poinçon
Joint
torique
Emplacement de la goupille
Méplat
ENIT
SOUFIEN BEN AMOR
Avec :
� PHTH (Kg/h) : production horaire théorique
� PHR (Kg/h) : production horaire
- La production horaire théorique désigne la capacité maximale de la presse pour transformer la
matière plastique. Elle est calculée par la formule suivante
Avec :
� PDST (Kg) : masse totale de la matière injectée,
� CTH (s) : temps de cycle théorique (à vide)
- La production horaire réelle désigne la capacité utile de la presse pour satisfaire le besoin en
production. Elle est calculée de la manière suivante
Avec :
� PDS (kg) : Masse d’une pièce = 2,23g
� C : nombre de cycle par heure (maximal)
� CT : temps de cycle de fabrication
� x : nombre d’empreinte maximal
On a besoin, donc, de calculer le nombre d’empreintes maximal et par la suite, le nombre de cycle qui
peut atteint chaque machines.
La formule générale qui perm
avoir est : [5]
Avec:
� A : volume injectable
� a : volume de la pièce à injecter. (1.99 cm3)
� x1 : nombre des pièces qu’on peut l’injectés.
En pratique, le calcul du rapport
force de fermeture (c.à.d, A : force de fermeture), or, dans le cas présent on n’a pas à craindre à propos
cette paramètre, puisque la surface projeter (par rapport à la direction d’in
45
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
[5]
: production horaire théorique
: production horaire réelle.
La production horaire théorique désigne la capacité maximale de la presse pour transformer la
matière plastique. Elle est calculée par la formule suivante
[5]
: masse totale de la matière injectée,
s de cycle théorique (à vide)
La production horaire réelle désigne la capacité utile de la presse pour satisfaire le besoin en
production. Elle est calculée de la manière suivante :
[5]
: Masse d’une pièce = 2,23g
de cycle par heure (maximal)
: temps de cycle de fabrication
: nombre d’empreinte maximal
On a besoin, donc, de calculer le nombre d’empreintes maximal et par la suite, le nombre de cycle qui
peut atteint chaque machines.
La formule générale qui permet de définir le nombre d’empreintes maximal que l’on peut théoriquement
a : volume de la pièce à injecter. (1.99 cm3)
: nombre des pièces qu’on peut l’injectés.
En pratique, le calcul du rapport déterminant le nombre d’empreintes possibles se fait en fonction de la
: force de fermeture), or, dans le cas présent on n’a pas à craindre à propos
cette paramètre, puisque la surface projeter (par rapport à la direction d’injection) est très petite.
BAXTER
PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
La production horaire théorique désigne la capacité maximale de la presse pour transformer la
La production horaire réelle désigne la capacité utile de la presse pour satisfaire le besoin en
On a besoin, donc, de calculer le nombre d’empreintes maximal et par la suite, le nombre de cycle qui
et de définir le nombre d’empreintes maximal que l’on peut théoriquement
déterminant le nombre d’empreintes possibles se fait en fonction de la
: force de fermeture), or, dans le cas présent on n’a pas à craindre à propos
jection) est très petite.
ENIT
SOUFIEN BEN AMOR
Cependant, il faut évaluer le résultat trouvé par ce rapport par rapport à l’encombrement de machine et à
la possibilité de remplissage des cavités.
Donc, en premier temps, le nombre trouvé doit vérifier l’égalité suivante
Avec:
� S : Surface utile du plateau (le produit des distances entre les colonnes)
� s : surface de la pièce rapporté.
� x2 : le nombre des pièces qu’on peut logés l’une à coté de l’autre.
Dans une deuxième étape, par rapport au résultat trouvé, on estim
d’empreinte maximal (x) en tenant compte de possibilité de remplissage et des distances qu’on doit les
respectés entre les pièces.
Une fois le nombre maximal d’empreinte est calculé, le nombre de coups de presse nécessair
à :
Avec:
� N = 170 .000 pièces/mois, demande commercial
Le tableau ci-dessous, récapitule les résultats du calcul
On prend CT = 24 s : cette valeur est prise à partir d’une comparaison avec un produit semblable.
PDST (Kg)
CTH (s) PHTH (kg/h)
PDS (Kg) A (cm3) a (cm3)
x1 S (mm2) s (mm2)
x2 x
CT C
PHR (kg/h) R
Tablea
46
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Cependant, il faut évaluer le résultat trouvé par ce rapport par rapport à l’encombrement de machine et à
la possibilité de remplissage des cavités.
Donc, en premier temps, le nombre trouvé doit vérifier l’égalité suivante :
x2= S/s
: Surface utile du plateau (le produit des distances entre les colonnes)
s : surface de la pièce rapporté.
: le nombre des pièces qu’on peut logés l’une à coté de l’autre.
Dans une deuxième étape, par rapport au résultat trouvé, on estime une valeur raisonnable de nombre
d’empreinte maximal (x) en tenant compte de possibilité de remplissage et des distances qu’on doit les
Une fois le nombre maximal d’empreinte est calculé, le nombre de coups de presse nécessair
.000 pièces/mois, demande commercial
dessous, récapitule les résultats du calcul :
: cette valeur est prise à partir d’une comparaison avec un produit semblable.
ARBURG 0,0486
4,6 38,035 0,0022
54 2 27
270400 5026 54 16 19
10625 0,00064 0,17%
Tableau 7 : comparaison des rendements des presses
BAXTER
PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Cependant, il faut évaluer le résultat trouvé par ce rapport par rapport à l’encombrement de machine et à
: Surface utile du plateau (le produit des distances entre les colonnes)
e une valeur raisonnable de nombre
d’empreinte maximal (x) en tenant compte de possibilité de remplissage et des distances qu’on doit les
Une fois le nombre maximal d’empreinte est calculé, le nombre de coups de presse nécessaires sera égal
: cette valeur est prise à partir d’une comparaison avec un produit semblable.
ELECTRA 0,1557
8 70,065 0,0022
173 2 87
176400 5026 35 24 24
7083 0,00113 0,16%
: comparaison des rendements des presses
ENIT
SOUFIEN BEN AMOR
Résultat :
On va choisir, donc, l’ARBURG 600
besoin, ainsi, son rendement est le meill
Par conséquence, le nombre d’empreinte maximal sera de 16.
2.4. Choix du nombre d’empreintes optimal [5]
Le nombre d’empreintes optimal peut être obtenu par la superposition des courbes représentatives
de coût de revient de la pièce et du coût de la fab
d’empreintes.
Coût de revient de la pièce = charges fixe + (demande commercial / nombre d
la machine
Dans notre démarche de calcul, on s’intéressera au second terme de cet
dépend du choix du nombre d’empreintes.
Le coût annuel de fabrication est calculé comme suit
Avec :
� Ch. : coût horaire (17€
� T : Temps de fabrication
Avec :
� N : demande commercial
� Ph : la production horaire
Avec 150, c’est le nombre de cycle calculé précédemment.
Le tableau ci-dessous récapitule les résultats de ces formules
x
8 12 16
47
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
On va choisir, donc, l’ARBURG 600 /150, puisque ces caractéristiques de base satisfait bien nos
besoin, ainsi, son rendement est le meilleur.
Par conséquence, le nombre d’empreinte maximal sera de 16.
Choix du nombre d’empreintes optimal [5]
Le nombre d’empreintes optimal peut être obtenu par la superposition des courbes représentatives
de coût de revient de la pièce et du coût de la fabrication du moule en fonction de nombres
ce = charges fixe + (demande commercial / nombre d’
Dans notre démarche de calcul, on s’intéressera au second terme de cette équation, en effet celui là qui
dépend du choix du nombre d’empreintes.
Le coût annuel de fabrication est calculé comme suit : [5]
€)
: Temps de fabrication donnée par la formule suivante : [5]
mmercial
: la production horaire : donnée par la formule [5]
Avec 150, c’est le nombre de cycle calculé précédemment.
dessous récapitule les résultats de ces formules :
C Ph (pièce /heure)
T (heure) Ct (
150 1200 142 28900150 1800 94 19266150 2400 70 14450
Tableau 8 : Coût de fabrication annuel
BAXTER
PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
/150, puisque ces caractéristiques de base satisfait bien nos
Le nombre d’empreintes optimal peut être obtenu par la superposition des courbes représentatives
rication du moule en fonction de nombres
’empreintes)*coùt horaire de
te équation, en effet celui là qui
Ct (€)
28900 19266 14450
ENIT
SOUFIEN BEN AMOR
Coût de fabrication du moule (Cm)
récapitule dans le tableau suivant
Figure 5 : courbe
x 8 12
Cm (€) 7778 11667
Tableau 9 : Coût du moule avec carotte
48
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Coût de fabrication du moule (Cm) : le devis que nos à été communiqué de la part du mouliste se
récapitule dans le tableau suivant :
: courbes des différents coûts en fonction du nombre d’empreintes
Figure 6 : Temps de fabrication/mois
16
15555
x 8 12
Cm (€) 12222 18333
: Coût du moule avec carotte Tableau 10 : Coût du moule en bloc chaud
BAXTER
PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
: le devis que nos à été communiqué de la part du mouliste se
s des différents coûts en fonction du nombre d’empreintes
12 16
18333 24444
: Coût du moule en bloc chaud
ENIT BAXTER
49
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Interprétation :
Le coût optimal est obtenu pour un nombre d’empreinte égale à 11. Cependant le nombre doit être
paire pour prévoyait une répartition symétrique de l’écoulement. Donc le nombre optimal sera 12
empreintes.
2.5. Emplacement des empreintes
La disposition des empreintes doit être symétrique d’une manière à garantir le remplissage de toutes les
cavités simultanément. Pour cela nous proposons les dispositions suivantes :
Figure 7 : Différentes dispositions pour les empreintes
Chacune de ces configurations assure une répartition symétrique de la matière entre les cavités, sauf que
la 2éme configuration est la plus difficile à réaliser avec la précision qui satisfait notre besoin, ainsi que
le volume de la carotte est plus grand qu’il peut dépasser celle de pièces.
Les autres configurations sont peut semblables du point de vue réalisation, sauf que la 1ére et 3émé
configurations sont encombrant au point quelles ne puissent pas respecter l’entrecolonne exigé par les
caractéristiques de la presse.
La 4ème configuration est celle la plus adéquate à notre conception.
ENIT BAXTER
50
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Ainsi, une simulation d’écoulement est nécessaire pour valider ce choix.
Un autre avantage de cette dernière configuration, c’est la possibilité de les adaptés à un bloc-chaud à 6
buses disponible dans la gamme de standard de DME.
4. Alimentation du moule
L’injection de la matière plastique vers l’empreinte est assurée à partir de la buse du moule par un
réseau de canaux.
Le seuil d’injection est le point où la matière pénètre dans l’empreinte.
Lors de l’injection de la matière plastique, il faut positionner les seuils en tenant 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 à chasser l’air vers les évents pour éviter qu’il ne soit
emprisonné dans l’empreinte.
• Le seuil doit alimenter les sections épaisses de la pièce avant les sections minces.
• L’emplacement du seuil doit conduire à réduire au minimum les lignes de soudure.
• 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 facilité le d’égrappage de la pièce.
En tenant compte des remarques préalablement signalées, le choix du type d’alimentation se limite entre
deux types : seuil en tunnel ou bien seuil capillaire.
4.1. Seuil en tunnel : dite sous-marin [2]
Ce type d’entrée sous-marine permet le dégrappage automatique de la pièce par séparation de
système de canaux pendant l’éjection. Le diamètre minimal de l’entrée de tunnel doit être de 0.8 mm.
- Canaux d’alimentation :
Le système de canaux d’alimentation doit être largement dimensionné et le diamètre du canal
d’injection principal doit être d’au moins 8 mm pou la langueur de 100 mm.
� Forme de canaux :
Le canal prend la forme de demi-cercle : elle garantisse un débit maximal de matière et un temps
de refroidissement minimal.
L’état de surface doit être de bonne qualité pour réduire les pertes de charge.
ENIT
SOUFIEN BEN AMOR
� Inconvénients :
Le problème principal est celui du remplissage correct de chaque cavité de l’outillage. Dans ce
but, la disposition des canaux de distribution doit assurer trois conditions :
� simultanéité du remplissage de toutes les cavités ;
� équilibre des pressions dans toutes les empreintes ;
� Trajets courts, entraînant des pertes de pression et un refroidissement minimaux.
Le volume du carotte : V = 21.5 cm3
Or, pendant une heure, on a 150 cycles, d’où la perte de matière atteint 3096 g/heure, et pour produire
170000 pièces, la matière perdue est de l’ordre de 291 kg, alors que la masse total des pièces injecter est
de 323.634 kg ; c'est-à-dire que le rapport du matière perdue sur matière nécessaire à la production est
égale à 0.89, donc la carotte double la perte de matière.
La traduction de ces grandeurs en coût donne une perte annuelle de l’ordre de 10500 DT.
4.2. Seuil capillaire : [2]
Les seuils de ce type peuvent s’utiliser dans un moulage sans carotte (canaux chauds) à buse
directe ou encore à distribution dans un moule à trois plaques.
L’alimentation des empreintes dans un système de moule à canaux chauds consiste à répartir la ma
plastique, à l’aide d’un bloc de distribution, jusqu’à chaque point d’injection dans l’empreinte du moule.
Canal principal
D=8mm L1=115mm
51
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Le problème principal est celui du remplissage correct de chaque cavité de l’outillage. Dans ce
but, la disposition des canaux de distribution doit assurer trois conditions :
simultanéité du remplissage de toutes les cavités ;
équilibre des pressions dans toutes les empreintes ;
Trajets courts, entraînant des pertes de pression et un refroidissement minimaux.
Figure 8 : Carotte perdue
: V = 21.5 cm3 ; donc la masse de la matière perdue est M = 20.64g
Or, pendant une heure, on a 150 cycles, d’où la perte de matière atteint 3096 g/heure, et pour produire
170000 pièces, la matière perdue est de l’ordre de 291 kg, alors que la masse total des pièces injecter est
dire que le rapport du matière perdue sur matière nécessaire à la production est
égale à 0.89, donc la carotte double la perte de matière.
La traduction de ces grandeurs en coût donne une perte annuelle de l’ordre de 10500 DT.
2]
Les seuils de ce type peuvent s’utiliser dans un moulage sans carotte (canaux chauds) à buse
directe ou encore à distribution dans un moule à trois plaques.
L’alimentation des empreintes dans un système de moule à canaux chauds consiste à répartir la ma
plastique, à l’aide d’un bloc de distribution, jusqu’à chaque point d’injection dans l’empreinte du moule.
Canal principal Canal secondaire
D=8mm L1=115mm d= 6mm L2= 75mm
Tableau 11 : Dimensions des canaux
BAXTER
PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Le problème principal est celui du remplissage correct de chaque cavité de l’outillage. Dans ce
Trajets courts, entraînant des pertes de pression et un refroidissement minimaux.
e perdue est M = 20.64g
Or, pendant une heure, on a 150 cycles, d’où la perte de matière atteint 3096 g/heure, et pour produire
170000 pièces, la matière perdue est de l’ordre de 291 kg, alors que la masse total des pièces injecter est
dire que le rapport du matière perdue sur matière nécessaire à la production est
La traduction de ces grandeurs en coût donne une perte annuelle de l’ordre de 10500 DT.
Les seuils de ce type peuvent s’utiliser dans un moulage sans carotte (canaux chauds) à buse
L’alimentation des empreintes dans un système de moule à canaux chauds consiste à répartir la matière
plastique, à l’aide d’un bloc de distribution, jusqu’à chaque point d’injection dans l’empreinte du moule.
ENIT BAXTER
52
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Examinons cette possibilité : pour cela on a consulté le site de Mold Masters, fabriquant du bloc chaud.
Ce site offre un outil pour justifier l’efficacité de ce type d’alimentation en tenant compte d'une analyse
rapide d'économie des blocs chauds et froids. Les résultats, sous forme des courbes, sont représentés à
l’annexe.
� Avantage :
• Les courbes, préalablement cités, justifient bien le choix de 12 empreintes, en effet, le besoin
commercial de l’entreprise est de 2040000 pièce/an, et puisque l’utilisation du bloc chaud
devient rentable à partir de 2000 000 injections pour un moule à 8 empreinte, donc, cette valeur
de nombre d’empreinte reste le plus proche à réalisé. Mais, vue qu’on a d’autres contraintes de
production : disponibilité du presse et délai de production, le choix de 12 empreintes reste
intéressant.
• L’utilisation d’un moule à canal froid peut doubler le coût de la pièce.
• Le rendement de la productivité est plus élevé pour un moule à canal chaud dû aux temps du
cycle du processus réduits : Les fabricants de matériel pour ce type d’injection annoncent des
gains de temps sur la durée du cycle de l’ordre de 40 % par rapport aux moules à canaux froids.
• Il permet 1'épargne de la matière due au fait qu'il n'y a pas de carotte dans de tels moules.
• amélioration des pièces injectées, diminution des rebuts
Bien que tous ces avantages jouent en faveur des moules a canaux chauds, leur emploi pose encore
problèmes et difficultés. Entre autres, les dispositifs nécessaires pour la régulation des températures.
D’autre part, le prix des moules équipés de ce système est plus élevé que celui des moules à canaux
froids, mais les gains de cadence et de durée de vie des outillages permettent de les amortir rapidement.
4.3. Choix du type d’alimentation
La matière plastique de deux pièces peut être à 100% recyclable, cela signifie un gain de matière
significatif.
D’autre part les prix du bloc chaud sont très élevés, elle peut même tripler le prix du moule.
Nous sommes donc face à un compromis : carotte recyclable et par la suite des heures supplémentaires
pour le recyclage où bien l’usage d’un bloc chaud qui est couteux mais très efficace.
Le choix d’une solution optimale sera tributaire de 6 critère d’appréciation qu’on jugés nécessaires et
suffisant pour satisfaire le cahier de charge :
• Coût de la pièce ;
• Coût du moule ;
• Rendement de la productivité ;
• Qualité de la pièce injectée ;
• Equilibrage de remplissage ;
ENIT BAXTER
53
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
• Equilibrage de pression.
Afin de jugée chaque critère, on attribuera un note comme suit :
� 3 : pour un niveau jugé bon ;
� 2 : pour un niveau jugé moyen;
� 1 pour un niveau jugé faible.
Résultat :
A terme de cette analyse, et en se basant sur l’évaluation des résultats obtenues, on opte pour le
deuxième approche : moule à canaux chauffantes.
Cette solution assure à la fois le coût le plus bas avec la qualité la plus bonne : C’est l’objectif tant
recherché par les producteurs en général, et par Baxter spécialement.
4.4. Définition du point d’injection [2]
� Position :
Le dispositif d’injection déjà choisi, conditionne le choix du point d’injection sur la face avant de la
pièce.
On doit donc définir le point le plus convenable pour l’injection à travers une comparaison entre des
différents points accessibles. La simulation faite sur le logiciel MOLDFLOW à donner les résultats
suivants :
Approche
Critère Total
Coût de la pièce
Coût du
moule
Rendement de la productivité
Qualité de la pièce injectée
Equilibrage de remplissage
Equilibrage de pression
Carotte perdue
1 3 2 2 2 1 11
Bloc chaud 3 1 3 3 3 3 16
Tableau 12 : Appréciation du choix adéquat selon différents critères
ENIT BAXTER
54
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Figure 9 : Comparaison entre différents points d’injections
Les lignes de soudure de la matière qui contourne un obstacle se forme à la jonction des flux de matière
au cours de remplissage du moule.
La figure 15 a-, représente le point d’injection la plus convenable pour obtenir moins de lignes de
soudure.
5. Etude rhéologique [5]
Nous aborderons dans le présent paragraphe la modélisation de l’écoulement pendant la phase de
remplissage.
La modélisation est complexe à plus d’un titre :
• la géométrie est complexe : variations brusques de largeur, d’épaisseur, moules multi
empreintes... ;
• la thermomécanique des écoulements de polymère à l’état fondu est complexe ;
• il y a coexistence de deux phases liquide et solide, dont les comportements sont très différents.
Malgré tout, on trouve différents logiciels commerciaux qui sont utilisés de plus en plus fréquemment
pour concevoir les outillages de moulage.
b- a-
Points d’injection Lignes de soudure
ENIT BAXTER
55
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Notre étude est faite sur le logiciel de simulation d’injection de plastique : MOLDFLOW 5.0.
Bien que cette cellule de calcul intervienne en soutien des industriels de la plasturgie en phase de
conception d'outillage, elle présente des limites théoriques, à titre d’exemple : la pièce a une géométrie
tridimensionnelle. De plus, elle présente localement un écoulement complexe, comme dans le seuil à la
jonction avec la cavité, au niveau de nervures, ou au front de matière.
L’obtention d’une surface moyenne pour appliquer les équations de mécanique de fluide, qui
constituent la base de calcul de ce logiciel, est alors difficile, et les approximations effectuées sont
discutables.
De plus, cette version de logiciel, MOLDFLOW 5.0, est limitée à une conception générale du
bloc chaud et ne permet pas de voir l’influence de la spécification géométrique, complexe, du bloc
chaud déjà choisi. De cette effet, on a approximé les contrainte géométriques (la disposition circulaire
des empreintes) par une configuration proche de point de vue distances d’écoulement.
Résultats de la simulation :
Temps de remplissage :
Figure 10 : Temps de remplissage
ENIT BAXTER
56
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Les principales spécifications qui nous pouvons dégager à propos la phase de remplissage :
• La simultanéité de remplissage de tous les cavités, en effet les empreintes sont disposées d’une
manière symétrique, de plus, l’apport d’un bloc chaud garantie le début de remplissage des 12
cavités au même instant.
• Le temps de remplissage est court, de l’ordre de 2.6 s, en effet, le débit d’injection est élevé (54
cm3/s). En combinaison avec la forte viscosité de PEHD, la dissipation d’énergie est donc
importante, et la température de la matière peut augmenter localement malgré le refroidissement
du moule.
Température de la matière :
Figure 11 : Température de la matière
On constate que puisque le PEHD est peu conducteurs de la chaleur, la température à cœur est proche de
la température d’injection, tandis qu’à la paroi elle est proche de la température de l’acier.
La viscosité de ce polymère dépend fortement de la température, il faut évaluer avec précision les
gradients thermiques, et coupler étroitement les calculs mécaniques et thermiques. Donc on a besoin
d’évaluer la température de la matière à la fin de remplissage.
ENIT
SOUFIEN BEN AMOR
Figure18
La figure 18 représente les profils de température à la fin de la phase d’injection. Pour un débit de 54
cm3/s, la température décroît depuis le cœur vers la surface, la variation étant plus rapide près de la
paroi et près de l’entrée de la cavité. Donc au cœur
quelques degrés Celsius dû au cisaillement plus important dans cette zone.
Pression dans les cavités :
Figure 19: Evolution de la pression au cours de remplissage, Débit 54cm3/s
57
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
18: Température de la matière à la fin de remplissage
ure 18 représente les profils de température à la fin de la phase d’injection. Pour un débit de 54
cm3/s, la température décroît depuis le cœur vers la surface, la variation étant plus rapide près de la
paroi et près de l’entrée de la cavité. Donc au cœur de la pièce il y a un léger auto échauffement de
quelques degrés Celsius dû au cisaillement plus important dans cette zone.
: Evolution de la pression au cours de remplissage, Débit 54cm3/s
BAXTER
PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
: Température de la matière à la fin de remplissage
ure 18 représente les profils de température à la fin de la phase d’injection. Pour un débit de 54
cm3/s, la température décroît depuis le cœur vers la surface, la variation étant plus rapide près de la
de la pièce il y a un léger auto échauffement de
: Evolution de la pression au cours de remplissage, Débit 54cm3/s
ENIT BAXTER
58
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
La figure 19 représente l’évolution de la pression en entrée du moule au cours du remplissage :
Le refroidissement induit par le moule dont la température de régulation est fixée à 90 ˚C entraîne une
pression sensiblement plus élevée.
La pression à l’entrée de l’empreinte est beaucoup plus faible, et d’un ordre de grandeur en accord avec
l’expérience sur des pièces, en PEHD, de géométrie comparable avec celle de ROTELLA.
Figure 12:Evolution de la pression d’injection à la fin de remplissage
La figure 20, représente l’évolution de la pression à la fin du remplissage : la pression au niveau des
empreintes subit une chute significative, ceci est dû à la perte de charge engendré par le bloc chaud.
Ces résultats montrent la grande importance des conditions aux limites thermiques dans une phase
pourtant courte.
La simulation rhéologique nous renseigne sur d’autres résultats (la force de fermeture du moule,
les lignes de soudures, l’emplacement des bulles d’air …).
ENIT BAXTER
59
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Events [2]
Les évents permettent de chasser l’air emprisonné dans l’empreinte pendant l’injection de la matière.
La figure 21 montre les zones d’emprisonnement de l'air.
Figure 13 : les zones d’emprisonnement de l’air
Emplacement :
Les évents sont généralement placés dans le plan perpendiculaire au sens d’injection, donc sur le plan de
joint on les usine avec une profondeur de 0.05 mm. [2]
6. Système de refroidissement [2]
La matière plastique mise en forme dans l’empreinte du moule à chaud ne peut pas être démoulée
avant que la pièce conformée dans l’empreinte ne soit suffisant rigide pour résister aux efforts
d’éjection.
Pour réduire le cycle de fabrication, il est nécessaire d’accélérer le refroidissement artificiellement par
l’action d’un réfrigérant à proximité des empreintes.
Pour la partie fixe, les canaux de refroidissement sont réalisés tout autour des l’empreintes.
Bulles d’air
ENIT
SOUFIEN BEN AMOR
Il faut prévoir des joints d’étanchéité torique résistant à la chaleur, aux extrémités de chaque pièce
rapportée.
Pour la partie mobile, on opte pour le refroidissement à la fontaine
un conduit indépendant de diamètre plus faible que l’alésage dans le poinçon pour permettre le retour de
l’eau.
Figure
60
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Il faut prévoir des joints d’étanchéité torique résistant à la chaleur, aux extrémités de chaque pièce
Pour la partie mobile, on opte pour le refroidissement à la fontaine : le cœur du poinç
un conduit indépendant de diamètre plus faible que l’alésage dans le poinçon pour permettre le retour de
Figure 14: Circuit de refroidissement du moule
Entrée de l’eau
Sortie de l’eau
BAXTER
PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Il faut prévoir des joints d’étanchéité torique résistant à la chaleur, aux extrémités de chaque pièce
: le cœur du poinçon est refroidit par
un conduit indépendant de diamètre plus faible que l’alésage dans le poinçon pour permettre le retour de
: Circuit de refroidissement du moule
ENIT
SOUFIEN BEN AMOR
Calcul du temps de refroidissement
Le refroidissement commence avec le remplissage qui a lieu pendant le temps de maintien jusqu’à
l’ouverture du moule et l’éjection de la pièce.
• TR : temps de refroidissement (en s);
• e : épaisseur de la pièce (mm) = 1
• a : coefficients de diffusion thermique du polymère (10
• Tm : température de la surface de l’empreinte.= 75°C.
• Ti : température d’injection = 250°C.
• Td : température moyenne de la pièce au moment de démoulage = 95°C.
Ce qui donne : TR = 7.11s
Conservation des calories :
Dans le cas à canaux chaud, il est nécessaire de conserver une partie des calories et de ralentir une
déperdition trop rapide.
La mise en place de plaques isolantes sur la périphérie du moule est nécessaire.
7. Système de démoulage [2
L’éjection des pièces-après refroidissement et ouverture du moule
rupture de la pièce ou déformation permanente avant le refroidissement définitif.
De ce fait, on prévoit d’effectuer une éjection tubulaire de la pièce
encastrement profond.
Un tel dispositif est bien adéquat à notre conception du point où l’éjecteur tubulaire associé à une broche
d’éjection assure bien l’éjection dans la bonne condition puisque ils sont des outilles standard
présente un bon coefficient de frottement.
61
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
ps de refroidissement :
Le refroidissement commence avec le remplissage qui a lieu pendant le temps de maintien jusqu’à
l’ouverture du moule et l’éjection de la pièce.
TR : temps de refroidissement (en s);
: épaisseur de la pièce (mm) = 1
cients de diffusion thermique du polymère (10-8 m² S-1) = 8.6
: température de la surface de l’empreinte.= 75°C.
: température d’injection = 250°C.
: température moyenne de la pièce au moment de démoulage = 95°C.
= 7.11s
Dans le cas à canaux chaud, il est nécessaire de conserver une partie des calories et de ralentir une
La mise en place de plaques isolantes sur la périphérie du moule est nécessaire.
Système de démoulage [2]
après refroidissement et ouverture du moule- doit être facilement réalisée, sans
rupture de la pièce ou déformation permanente avant le refroidissement définitif.
De ce fait, on prévoit d’effectuer une éjection tubulaire de la pièce
Un tel dispositif est bien adéquat à notre conception du point où l’éjecteur tubulaire associé à une broche
d’éjection assure bien l’éjection dans la bonne condition puisque ils sont des outilles standard
présente un bon coefficient de frottement.
BAXTER
PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Le refroidissement commence avec le remplissage qui a lieu pendant le temps de maintien jusqu’à
1) = 8.6
: température moyenne de la pièce au moment de démoulage = 95°C.
Dans le cas à canaux chaud, il est nécessaire de conserver une partie des calories et de ralentir une
La mise en place de plaques isolantes sur la périphérie du moule est nécessaire.
doit être facilement réalisée, sans
rupture de la pièce ou déformation permanente avant le refroidissement définitif.
puisqu’elle représente un
Un tel dispositif est bien adéquat à notre conception du point où l’éjecteur tubulaire associé à une broche
d’éjection assure bien l’éjection dans la bonne condition puisque ils sont des outilles standards traités et
ENIT
SOUFIEN BEN AMOR
8. Guidage et centrage [2]
Le bon positionnement est assuré par des colonnes de guidage et des douilles de centrage.
En même temps en doit prévoyait le centrage de
colonnes de guidage à épaulement avec plot de centrage et des bagues à collerette avec plot de centrage.
Pour le guidage des plaques d’éjections, une colonne de guidage sans pot de centrage suffira.
62
SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Figure 23 : Principe d’éjection
Guidage et centrage [2]
Le bon positionnement est assuré par des colonnes de guidage et des douilles de centrage.
En même temps en doit prévoyait le centrage des plaques entre elles, d’où le choix doit tomber sur des
colonnes de guidage à épaulement avec plot de centrage et des bagues à collerette avec plot de centrage.
Pour le guidage des plaques d’éjections, une colonne de guidage sans pot de centrage suffira.
BAXTER
PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Le bon positionnement est assuré par des colonnes de guidage et des douilles de centrage.
s plaques entre elles, d’où le choix doit tomber sur des
colonnes de guidage à épaulement avec plot de centrage et des bagues à collerette avec plot de centrage.
Pour le guidage des plaques d’éjections, une colonne de guidage sans pot de centrage suffira.
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9. Description du moule de Roller
La figure 24, représente le moule de ROLLER : cette pièce prend la forme d’un roue avec petites
dentures étant, toujours utiliser avec ROTELLA pour varier la section du tube contenant la solution de
perfusion, il est souhaitable d’avoir si possible la même cadence de production que la pièce précédente
donc on a prévue la conception d’un moule à 12 empreintes.
Ces pièces étant de très petit tailles et peut être fabriquées à partir de la matière recyclable, d’où il est
inutile d’utiliser un bloc chaud pour n’est pas augmenter le prix du moule et par la suite le budget du
projet.
Outre, il est inutile et impossible de prévoir une injection latérale pour éviter la formation des lignes de
soudure tout au long du périmètre de la roue.
Reste une seule possibilité : injection capillaire sur la surface frontale.
Dans le cas du polyéthylène fluide, un diamètre de point d’injection de 0.8mm est suffisant, il est alors
peut visible en surface et ne gène en rien la fonction du ROLLER.
Ce choix d’injection nous oblige à concevoir un moule à 3 plaques : Ce système très utiliser consiste à
remplir chaque empreinte à partir d’une buse (E) centrée par rapport aux empreintes.
Les trois plateaux sont mis en œuvre pendant le mouvement d’ouverture du moule.
Une séparation a lieu pour la sortie des pièces et deux autres pour l’évacuation de la carotte et des
canaux :
1re séparation : Permettre aux pièces de quitter leurs empreintes.
2ème séparation : détacher les pièces des seuils des canaux. La course est limitée par la vis (A).
3ème séparation : repousser les canaux d’alimentation pour les expulser. La course est limitée par la vis
(B).
Pour les deux séparations (2 et 3), les plaques (2) et (3) sont entraînées par les deux tiges épaulés (G) et
(H).
L’éjection de la pièce obtenue se fait à travers l’éjecteur central (I).
Pour le refroidissement du moule il suffit de refroidir les plaques portes empreintes (3) et (4), vu qu’il
est difficile de placer un circuit de refroidissement sur les pièces rapportées ayant une forme
prismatique.
ENIT BAXTER
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Cavité
Figure 15 Moule d’injection à canaux froid (12 empreintes) pour la fabrication de Roller
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CHAPITRE 4 : CHOIX DES MATERIAUX DU MOULE ET
DIMENSIONNEMENT DES OUTILLAGES
ENIT
SOUFIEN BEN AMOR
Choix du matériau métallique du moule
Figure 16 Dureté suivant la température du revenu
Les aptitudes et les performances offertes par cette nuance d’acier satisfaient très bien la carcasse du moule
pour les raisons :
� Il travaillera dans une gamme de (160°C à 300°C), il ne subira pas les conséquences de revenu qui
n’infl ue pas sur leur dureté.
� Il est caractérisé par sa haute résistance à la corrosion et son aptitude au polissage.
1. Dimensionnement du poinçon et de la cavité
La conception du moule d’injection tient compte non seulement de la pression d’injection mais auss
des autre sollicitations mécaniques, des contraintes thermiques, et de la corrosion aux quelles les éléments
sont habituellement exposés jusqu’aux limites des températures prévue pour leurs services.
A la fermeture du moule, les pièces rapportées sont s
exercé dans le sens de l’ouverture du moule et la force de verrouillage qui maintien le moule fermé.
Sauf indication contraire du fabriquant, les pressions maximales admissibles dans les limites
température précitées sont conformes aux indications des normes en cause.
Pour les températures comprises entre 160°C et 300°C, la pression maximale admissible PMA des
polyéthylènes est égale à la pression nominale PN = 800 bar. (Voir annexe).
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Choix du matériau métallique du moule
Dureté suivant la température du revenu pour l’acier Z40C13
Les aptitudes et les performances offertes par cette nuance d’acier satisfaient très bien la carcasse du moule
Il travaillera dans une gamme de (160°C à 300°C), il ne subira pas les conséquences de revenu qui
ue pas sur leur dureté.
Il est caractérisé par sa haute résistance à la corrosion et son aptitude au polissage.
Dimensionnement du poinçon et de la cavité
La conception du moule d’injection tient compte non seulement de la pression d’injection mais auss
des autre sollicitations mécaniques, des contraintes thermiques, et de la corrosion aux quelles les éléments
sont habituellement exposés jusqu’aux limites des températures prévue pour leurs services.
A la fermeture du moule, les pièces rapportées sont soumises à deux effort opposées
exercé dans le sens de l’ouverture du moule et la force de verrouillage qui maintien le moule fermé.
Sauf indication contraire du fabriquant, les pressions maximales admissibles dans les limites
température précitées sont conformes aux indications des normes en cause.
Pour les températures comprises entre 160°C et 300°C, la pression maximale admissible PMA des
polyéthylènes est égale à la pression nominale PN = 800 bar. (Voir annexe).
BAXTER
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pour l’acier Z40C13
Les aptitudes et les performances offertes par cette nuance d’acier satisfaient très bien la carcasse du moule
Il travaillera dans une gamme de (160°C à 300°C), il ne subira pas les conséquences de revenu qui
Il est caractérisé par sa haute résistance à la corrosion et son aptitude au polissage.
La conception du moule d’injection tient compte non seulement de la pression d’injection mais aussi
des autre sollicitations mécaniques, des contraintes thermiques, et de la corrosion aux quelles les éléments
sont habituellement exposés jusqu’aux limites des températures prévue pour leurs services.
oumises à deux effort opposées : l’effort de pression
exercé dans le sens de l’ouverture du moule et la force de verrouillage qui maintien le moule fermé.
Sauf indication contraire du fabriquant, les pressions maximales admissibles dans les limites de
Pour les températures comprises entre 160°C et 300°C, la pression maximale admissible PMA des
polyéthylènes est égale à la pression nominale PN = 800 bar. (Voir annexe).
ENIT BAXTER
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Cependant, si on tient compte des résultats de la simulation rhéologique décrite dans le chapitre 3, vue les
pertes de charge causée par le bloc chaud, la pression à l’entrée de l’empreinte sont de l’ordre de 500 bars.
Dans notre conception on a fait recourt à la standardisation des outillages du moule. Ceci présente un
certain nombre d’avantages :
• Diminution du prix de revient de l’outillage,
• Diminution des délais d’approvisionnement,
• Diminution du temps de pré étude et d’établissements des devis,
• Diminution du temps de l’étude définitive,
• Réutilisation de certains éléments
De cet effet, la modélisation numérique doit avoir comme objectifs, les déformations subites par le poinçon
et la cavité de la matrice, qui supporte la plus grande charge de la pression.
On se basant sur le logiciel CATIA V5, on a simulé les sollicitations subites par le poinçon, dont les
dimensions représentés dans le dossier technique, on trouve une contrainte maximal équivalente de Von
Mises σMax = 4.7 e+007N_m² qui est inférieur à la limite élastique du matériau (Re = 115 e+009 Nm²).
Le résultat est illustré par la figure suivante :
Figure 17 : Critère de Von Mises pour le poinçon
ENIT BAXTER
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Le plus important est de vérifier le déplacement des nœuds, qui ne doit dépasser 0.03 mm, pour ne pas
craindre l’apparition des bavures. Ceci est bien justifier par la figure 28, puisque le déplacement ne dépasse
pas 0.0271 mm.
Figure 18: Déplacement aux nœuds pour le poinçon
Une étude similaire faite sur la cavité donne des conclusions similaires. Les figures 28 et 29 montrent
respectivement la contrainte maximale de Von Mises et le déplacement pour la matrice.
ENIT BAXTER
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Figure 19 : Critère de Von Mises pour la cavité (σmax= 4.35e+ 008N_m²)
Figure 29: Déplacement aux nœuds pour la cavité
ENIT BAXTER
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2. Choix de la carcasse est dimensionnements des plaques
Les dimensions du bloc chaud (voir annexe) nous contraignent à opter pour une longueur supérieure à
300mm, d’autre part la distances entre colonnes sur le plateau est de 420mm ce que veut dire que la largeur
sera inférieur à cette valeur.
En même temps, il faut considérer une zone pou l’emplacement des brides pour la fixation du moule.
Le catalogue proposer par Rabourdin (Anexe) présente des plaques du moules non alésées qui correspond
bien à nos besoins.
Ces plaques présentent un avantage par rapport au choix d’une carcasse pré usiné, de faite, qu’il nous
laisse la liberté de placé les colonnes et les systèmes de refroidissement et de fixation. (Les démentions sont
détaillés dans le dossier technique)
3. Dimensions des tasseaux
Dans la partie fixe, les tasseaux ont pour rôle de garantir un logement suffisant pour l’emplacement
du bloc chaud, donc sont largeur dépend des exigences de fabricant du bloc chaud.
Dans la partie mobile : les deux tasseaux principales, placées de part et d’autre du corps du moule,
garantissent une course minimal des batteries d’éjection pour assurer l’éjection de pièces dans les bons
conditions. Donc les dimensions proposées (dossier technique) son fonction de la longueur de la pièce et de
dimensions du système d’éjection.
Les deux tasseaux cylindriques leurs rôle principal et d’amortir l’effet des efforts exercée sur les
plaques, ils traversent les batteries d’éjection, donc il faut prévoir un alésage, sur ses plaques, de diamètre
plus grand que celui du tasseau pour ne pas gêné leur fonctionnement. Bien entendu, leur hauteur est égale
à la largeur des tasseaux préalablement décrits
4. Colonnes de guidage
Notre moule est considéré de taille important, on choisi des colonnes ayant un diamètre de 25 mm.
Les colonnes doivent assurer le guidage des plaques pendant l’ouverture et la fermeture du moule, donc on
doit choisir une longueur assurant le lien entre les plaques qui portent les deux parties de l’empreinte.
Toutes ces conditions sont mises en considération lors du choix des colonnes et des bagues de
centrage représentés par leurs dessins de définitions dans le dossier technique.
ENIT BAXTER
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SOUFIEN BEN AMOR PROJET DE FIN D’ETUDE 2009
Conclusion
Le travail qui m’a été confié m’a permis d’approfondir mes connaissances dans le domaine
d’élaboration et de transformation des polymères, en particulier les thermoplastiques. J’ai eu l’occasion de
voir les particularités et les caractéristiques des machines d’injections des plastiques, de suivre les phases
de conception et de dimensionnement nécessaires à la conception d’un moule d’injection de plastique.
Je souhaite voir cette étude se concrétiser.
ENIT BAXTER
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Références bibliographiques
1- Précis des matières plastiques
R. Quatrenier et J.P.Trotignon
Juin 1982
2- Mémotech matières plastiques
C. Corbert
Eddition Casteilla (Juin 1985)
3- Guide de construction des outillages d’injection
(1 ère volume) DIP Edition 1982.
G. Menges et P. Mohren
4- Cours de l’analyse fonctionnelle
M. Jammali 2007
5- Technique de l’ingénieur
- Injection, les presses
- Moule d’injection des thermoplastiques
- Identification sommaire
Titre : CONCEPTION D’UN MOULE D’INJECTION PLASTIQUE
Résumé : Dans ce projet, nous allons étudier la conception d’un moule d’injection plastique
pour le compte d’une entreprise qui opère dans le domaine paramédical, en utilisant la
démarche fondamentale suivante :
� Une analyse fonctionnelle de besoin
� Des études techniques et économiques
� Une modélisation numérique
� Une simulation rhéologique
Title : DESIGN OF A MOULD FOR PLASTIC INJECTION
Summary: In this project, we will study the design of a plastic injection mould for a
paramedical company using the following fundamental steps:
� A functional study of the need
� A technical and an economic
� A numerical simulation
� A rheological study
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