Simul Injection

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion

11/06 Geffroy Daniel - IUT GMP Le Mans - Moldflow 1

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Système hydraulique

Trémie

Vis (piston)

Fourreau

Moule

Presse

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Phases du cycle

Remplissage Le moule est fermé

La vis avance rapidement en jouant le rôle de piston

Transfert de la matière dans le moule

Formation d’une gaine solide au contact des parois du moule

Ecoulement de la matière

Rotation puis avance de la vis

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Phases du cycle

Maintien Le moule est fermé.

L’empreinte est remplie

La vis avance lentement en jouant le rôle de piston.

Transfert de matière dans le moule pour compenser les pertes de volume spécifique.

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Phases du cycle

Refroidissement Le moule est fermé.

Les seuils sont gelés.

L’unité de plastification recule.

Mise en rotation de la vis.

Accumulation de matière à l’état pâteux en tête de vis ( dosage ).

Échanges thermiques

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Phases du cycle

Ouverture du moule La pièce atteint la température d’éjection.

Le moule s’ouvre.

Les tiroirs se déplacent.

Le système d’éjection avance.

La pièce est évacuée du moule.

Fermeture du moule

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Temps de cycle

Remplissage5%

Maintien41%

Refroidissement45%

Ouverture – fermeturedu moule

9%

Remplissage Compactage Maintien Refroidissement Ouverture fermeture moule

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Constituants d’un moule⌧ 1-Plaque d’éjection et éjecteurs⌧ 2-Plaques débordantes⌧ 3-Tasseaux⌧ 4-Plaque porte empreinte⌧ 5-Tiroirs⌧ 6-Carcasses⌧ 7-Bague de centrage⌧ 8- Buse d’injection ⌧ 9- Empreintes⌧ 10- Coins⌧ 11- Colonne de guidage⌧ 12- Doigts d’indexages⌧ 13- Bague de guidage⌧ 14- Anneaux de levage

9

10

652

8

111314

41

12

3

7

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Zones moulantes

Empreinte supérieure

Tiroir 1

Empreinte inférieure

Tiroir 2

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Régulation

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Cales montantes

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Moule à dévissage

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Moule 3 Plaques noyau coté injection

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Moule 3 Plaques Noyau coté éjection

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Démoulage des contre dépouilles

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Modeleur Surfacique Modeleur Volumique

IMAGERIE ASSEMBLAGE

SIMULATION FABRICATION PROTOTYPAGE

MODELE GEOMETRIQUE

CAO

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Importation d ’un fichier CAO compatible

STL

IGES

Génération du maillageCorrections et affinage

Préparation du modèle

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Interfaçage géométrique

MODELEUR CAOVolumique / Surfacique

LOGICIEL DE SIMULATION D’INJECTION

Interfaçage de la géométrieIGESSTEPVDA

PARASOLID …

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Interfaçage STL

MODELEUR CAOVolumique / Surfacique

LOGICIEL DE SIMULATION D’INJECTION

Fichier STL

Interfaçage

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Interfaçage maillage

Relecture par le logiciel de simulation d’un maillage réalisé sur

un mailleur externe et sauvegardé sous un format standard

type

.nas (Nastran)

.pat (Patran)

.ans (Ansys)

.unv (Ideas)

plaqueUNV.unv

Format unv.txt

dominique.mpi

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Maillage

Eléments Triangulaires

NoeudsArête

Eléments Poutres2 Noeuds

Discrétisation de la géométrie

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Précision / Temps de calcul

40

42

44

46

48

50

564 1078 2424 4212 6564 10752

No. of Elements

Pres

sure

[MPa

]

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

CPU

TIM

E [S

ec]

Pression

Temps de calcul

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Maillage FibreNeutre

Maillage volumique Maillage FUSION

Types de Maillages

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Maillage Solide

Dédié aux pièces massives

Eléments tétrahèdres

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Maillage peau moyenne

Modèle géométrique

Interfaçagegéométrique

Maillage peau moyenne

Travail surfacique très long :

Création des peaux moyennes

Relimitation des surfaces entres elles

Affectation manuelle des épaisseurs

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Maillage Dual domaine TM

Modèle géométrique

Interfaçagegéométrique

Maillage Dual domaine

Type maillage

Utilisation du modèle volumique

Affectation automatique des épaisseurs

Nécessite quand même un « nettoyage » du modèle ( suppression des congés et des chanfreins trop petits )

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Maillage Dual domaine TM

Synchronisation des fronts par éléments connecteurs

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Simplification du modèle

Le modèle doit représenter les caractéristiques de l ’écoulement:

ÉpaisseurLongueur d ’écoulementVolume

Éliminer les détails:Faibles rayonsCongésChanfreins

Congés

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Modélisation des canaux (Alimentation – Régulation)

Éléments poutre 1D ( 2 nœuds )

Maillage de la pièce

Éléments coque triangulaires

Éléments 1D ( grilles )

Type d’éléments utilisés

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Algorithmes de maillage

Algorithme de remplissage à

surface constante

Algorithme de remplissage par

couches

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Forme des éléments

L’élément idéal est le triangle équilatéral. La forme de l’élément réel est comparée à

celle du triangle idéal

Critères: Angle ; rayon des cercles circonscrits…

Facettisation- Erreur de corde

Contrôles de forme et de facettisation

R

rÉlément réel

Élément idéal

d

Surface de l’élément

Surface réelle

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Contrôle de facettisation

Algorithme de remplissage à surface constante avec contrôle de l’erreur de

corde

Algorithme de remplissage par couches avec contrôle

de l’erreur de corde

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Contrôles de forme et de facettisation

Algorithme de remplissage par

couches avec contrôle de l’erreur de corde et de la déformation des

éléments

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Densités locales

Densités locales Affinage des frontières

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Variation d’épaisseur

3 mm 1 mm 2 mm

3 rangées d’éléments pour traduire correctementles variations d’épaisseur

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Variation d’épaisseur

3 mm 1 mm

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Lignes de soudure

Raffiner le maillage dans les zones de lignes de soudure

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Bords libres

Maillage peau moyenne uniquement

Mise en évidence des défauts de connectivité entre les éléments

Défaut de connectivité

Limites du modèle

Bords libres OK

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Forme des éléments

La qualité des résultats est très dépendante de la qualité des éléments. La forme idéale est le triangle équilatéral. Les éléments réels ne doivent pas trop s’éloigner de cette forme

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Autres critères

Recouvrement d’éléments

Intersection

Orientation ( Thermique et déformation )

Connectivité

Concordance des faces ( Maillage fusion )

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Injection sous marine

Plan de joint

Carotteconique

Canal

Seuil3 éléments mini

L/D 1,5

Rupture àl’ouverture

Rupture àl’éjection

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Injection en nappe

Linéaire

seuil

Annulaire3 éléments dans la nappe

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Autres types d’alimentation

Dans le plan de joint Pin Point moule 3 plaques

Carotte en direct

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Alimentation par buse chaude

Buse chaude à obturateur

Obturateur

Pas de bavureInjection séquentielle

Buse chaude sans obturateur

Risque de bavure

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Vitesse de cisaillement

γητ

γ

τ

&

&

=

=

=

dydVSF

S

V=0y

FrV

r

XΔ

FrV

r

est appelée Viscosité dynamiqueη

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Viscosité

Viscosité dynamique très élevée ( 106 celle de l’eau )

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Différents types d’écoulement

τ

γ&

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Viscosité Polypropylène ELTEX P RP210

ComportementNewtonien

Comportement Pseudo-plastique

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Viscosité Polycarbonate Makrolon 2405

ComportementNewtonien

Comportement Pseudo-plastique

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Thermo dépendance

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Pièzo dépendance

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Modélisation de la Viscositéloi puissance

CTBeAγη &=T température ( °K)

A,B,C coefficients

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Modélisation de la Viscositéloi de cross WLF

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Gaine solide

Épaisseur solidifiée

Front de matière

Profil de vitesses

hfhe

Effet fontaine

hf: épaisseur de la veine fluide

he: épaisseur de l’empreinte

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Dissipation visqueuse

Profil thermique près des points

d’injection

Profil thermique à l’équilibre

TÉcoulement

Zone de cisaillement élevé

T

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Pression de remplissage

Pres

sion

de

rem

plis

sage

Temps

Temps de remplissage

optimal

Viscosité élevée

Gaine solide importante

Cisaillement élevé Gaine solide faible

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Épaisseur 2.2 mm

Pression maxi 24.9 MPa

Épaisseur 2 mm

Pression maxi 27.6 MPa

Influence de l’épaisseur sur la pression de remplissage

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Relation Pression Longueur d’écoulement

Pressions de remplissage

Instants de remplissage

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Instants de remplissage

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Équilibre du remplissage

Défaut d’équilibrage dû à des longueurs d’écoulement différentes

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Pression

surcompactage

Déséquilibre

Capacité machine

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Flux constant

Vitesse de vis constante

Flux matière constant

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Ligne de soudure

Ligne de soudure

InjectionInjection

Injection

Recollement des flux

Recollement frontal en fin d’écoulement : fragilité importante

Recollement frontal + réorientation : fragilité , déformation , traces

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Effet d’hésitation

0.8 mm

3 mmChemin privilégié

Ralentissement matièreEchanges thermiques importantsTaux de cisaillement faible

BLOCAGE FRONT DE MATIERE

Ne pas injecter au proche d’une zone de faible épaisseurjouxtant une zone de forte épaisseur

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion



Détection des inclusions( Jeu sur pavets rapportés; Ejecteurs )

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion



Dimensionner les canaux pour assurer un remplissage simultané des empreintes

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Température au front matière

Historique de la température matière au remplissage des éléments

Variation de ± 2 à 3° par rapportà la consigne

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Déflecteurs et chemins privilégiés

Aménagement des épaisseurs pièce pour modifier l’écoulement et rééquilibrer le remplissage

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Ecoulement unidirectionnel

Pas bon !

Bon

Éviter les réorientations matiére sources de tensions

internes et de traces

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


La contrainte de cisaillement en paroi dans l’empreinte doit être inférieure au niveau critique défini pour la matière

Respect du cisaillement maximum

La valeur atteinte dans les seuils n’est pas significative

( temps de passage très bref )

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Objectifs

Obtenir un retrait volumique homogène et minimumLimiter les retassures

L’étude de compactage ne doit se faire que sur un remplissage maîtrisé et une thermique optimisée

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Retrait

seuil Pièce finale Moule

Le retrait est habituellement plus élevé dans le sensde l’écoulement pour des matières non-chargées

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


PVT (Tait)

Technyl S 216 V30

Matériaux cristallin

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


PVT (Tait)

Matériaux amorphe

Makrolon 2405

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Profil de compactage

Palier constant en fin de remplissage

Augmentation de la pression en zone de fin de remplissage

Zone de relâchement de la pression

Accompagnement de la chute de pression dans l’empreinte

Pression

Temps

Temps de refroidisse-

ment

Zone de relâchement

de la pression

Palier constant

Fill time

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Évolution du profil

Diminuer ou augmenter

Plus vitePlus lentement

DiminuerAugmenter

Région fin de remplissageModifier la longueur du 1er palier• Plus court ⇒ retrait augmente• Plus long ⇒ retrait diminue

Région du seuilModifier la pente du profil• Plus lentement ⇒ retrait diminue• Plus rapide ⇒ retrait augmente

Région intermédiaireEchelonner la pente• Augmenter ⇒ retrait diminue• Diminuer ⇒ retrait augmente

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


MéthodologiePremière analyse

avec palier constant au delà du gel du seuil

Analyse des pressions dans l’empreinte( Plot XY )

Détermination du temps de gel du seuilFin de compactage

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Méthodologie

Fin de palier constantAvant le point de retour à zéro de la pression sur un nœud

loin du seuil

Fin de compactageGel du seuil

Ajuster les profils suivants en fonction des résultatsResserrer les courbes de descente en pression des nœuds le long du parcours d’écoulement

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Définition du process

Profil de pression

Durée du palier

Niveau de pression

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Résultats

Retrait volumique Minimiser et homogénéiser

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


RésultatsRetassures ( sink index ) Minimiser

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Objectifs

Obtenir une surface moule à température idéale et homogène en phase d’écoulementObtenir une température de la pièce uniforme au cours du refroidissementMaîtriser le temps de cycle

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Transferts de chaleur

Transmission par le plastique fondu

Evacuation ou transmissionpar les canaux

Evacuation par radiation Evacuation par convection

Evacuation parles plateaux

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Transfert du plastique vers la paroi du moule

Propriété du matériau (Conductivité thermique et chaleur spécifique )

Gradient de température entre le plastique et la paroiQualité du contact entre le plastique et la paroi

Le contact pièce moule est considéré comme parfait

T surface moule = T paroi pièce

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Propriétés thermiques matériaux

Material ThermalConductivityW/m/deg K

SpecificHeatJ/kg/degK

DensityKg/m3

Tool steel 420SS 25 462 7730Tool steel P-20 29 460 7800Tool steel H-13 29.5 462 7760Carb steel 41 460 7833C17200 (BeCu) 105 380 8350Beryllium copper B1 130 420 8415Aluminum A1 138 782 2800C18000 (NiSiCrCu) 207.6 404 8580C17510 (BeCu0) 245 380 8820

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Paramètres des circuits de régulation

Débit Suffisant pour obtenir un écoulement turbulent

Température d’entrée des circuitsEnviron 10° à 20° en dessous de la température de la

surface de l’empreinte

Pertes de charge Longueur et nombre de circuits

Position

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Conception des circuits de régulation

Dimension et nombre de circuitsDistance entre le canal et la surface du mouleDistance entre canaux adjacents

a

b

a

b

W

D D

EXTRACTION DE CHALEUR NON-UNIFORME EXTRACTION DE CHALEUR UNIFORMEGrand entraxe :+ faible distance :+ canaux de gros diamètre : D

1. Eapisseur pièce :< 2mm< 4mm< 6mm

2. Distance : = 2-3 X diamètre canal D

3. Entraxe : = max 3 X damètre canal D

Diametre de canal :8mm-10mm10mm-12mm12mm-15mm

ab

DW

b

a

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion



Pour obtenir une régulation uniformePlus près des points chaudsPlus loin ailleurs

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion



Circuits sérieDébit uniformeExtraction de chaleur uniformePertes de charge élevées

Circuits parallèleMeilleure couverture de la pièceVolume élevé à faible pressionDébits non uniformesEfficacité plus faible

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Puits de régulationPuit fontaine Puit à lame

Vis à pas double

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Modélisation

Circuit de régulationÉléments poutre 2 Nœuds

InsertsPlan de jointFrontières du moule

Éléments coque 3 Nœuds

Seuls les circuits sont nécessaires.

Les autres éléments sont optionnels

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Modélisation

Circuit coté fixe

Circuit coté mobile

Entrées du fluide de régulation

L/D 2,5

Attention à l’orientation des éléments

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Modélisation des puits

2 courbes

1/2 D.D

Entrée Sortie

Création de deux courbesPropriété physique Baffle ou BubblerCoefficient d’efficacité de 0,5

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Types d’analyse

AutomatiqueLe logiciel calcul un temps de cycle pour respecter

un refroidissement uniformeManuelle

L’utilisateur impose un temps de cycleLe logiciel analyse le refroidissement dans ces

conditions

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Température top

Analyse de la différence de température entre les deux cotés de la pièce

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Température profil

Profil de température dans l’épaisseur de la pièce

Sim

ulat

ion

d’in

ject

ion


Température dans les circuits

2° à 3° d’élévation de température du fluide de régulation

Simul Injection

Documents

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