Processworks / Simpoeworks Tutoriel Denis AUGUSTE Lycée de Lorgues

Tutoriel : Capot de batterie ENSEMBLE DE BATTERIE Le produit étudié est une batterie utilisée dans l’industrie automobile. La batterie fournit l’énergie nécessaire en phase de démarrage moteur ainsi que pour l’alarme, la commande à distance de verrouillage et déverrouillage des portes, l’horloge du tableau de bord… Elle est constituée des éléments suivants : La cuve  qui reçoit l’électrolyte. Son embase permet la mise en position sur le véhicule. Le couvercle est thermosoudé sur la cuve, il assure l’étanchéité de l’ensemble. Six orifices de section circulaire permettent l’introduction de l’électrolyte. En utilisation, ces orifices sont obturés par des bouchons qui permettent l’évacuation des gaz dus à la réaction chimique. Le capot assure la mise en position des bouchons et leur enlèvement simultané lors des visites. Une poignée articulée est intégrée au couvercle pour faciliter le transport de la batterie. Des caches bornes participent à la sécurité et au repérage.

Tutoriel : Capot de batterie Polypropylène Sabic P512MN10 Fiche matière Polypropylène Sabic P512MN10 Caractéristiques Physiques  Polymère type : Structure : Masse volumique :   PP cristalline 0,75 g /cm3 Caractéristiques Mécaniques Contrainte au seuil : Contrainte de flexion : Déformation admissible : Module de traction : Module de flexion : 32 MPa 40 MPa 4 % 1400 MPa Caractéristiques Thermiques Température de transition vitreuse : Température de non écoulement : 166 °C 130 °C Conditions de transformation Retrait au moulage: Température d’injection : Température d’éjection : Température du moule : Taux de cisaillement maxi :  Contrainte de cisaillement maxi pour l’écoulement : 2 % 230 °C 114 °C 40 °C 100 000 s-1 0,26 MPa

Tutoriel : Capot de batterie Etude du comportement élastique du capot en phase de démontage Lors de l’enlèvement des bouchons, l’opérateur soulève une extrémité du capot et extrait les bouchons en cascade. A cause du jeu de montage bouchon/capot et de la déformation de ce dernier, tous les bouchons ne sont pas soulevés en même temps. L’expérience montre que le cas le plus défavorable correspond à la modélisation ci-dessous : Hypothèses : Toutes les actions mécaniques sont situées dans le plan de symétrie (O, x, y) Le contact en B est un appui simple. La force représente l’action exercée en bout par l’utilisateur. Le cas le plus défavorable correspond à l’action simultanée de quatre bouchons (action d’un bouchon = 10 N). On considère que la section du capot est constante sur toute sa longueur Quelles sont les zones les plus sollicitées ? Une étude avec le module COSMOSXPRESS nous permet de simuler le comportement élastique du capot. La figure ci-dessous présente les résultats de la répartition des contraintes et nous permet donc d’entourer la zone la plus sollicitée. Voir résultats simulation « capot_ebauche_comosxpress » dans Exemples CAO Utiliser l’Assistant d’analyse COSMOSXpress

Tutoriel : Capot de batterie Réalisation de la maquette numérique A partir du dessin de définition du capot, réaliser la maquette numérique de la pièce. (Voir mise en plan de « capot_ebauche » dans Exemples CAO) Enregistrer votre travail sous le nom : « capot_ebauche »

Tutoriel : Capot de batterie Simulation de remplissage avec « SIMPOEWORKS » Il s’agit de réaliser les 3 simulations où la (les) position(s) du point d’injection varie : Enregistrer le fichier correspondant à la position 1 sous le nom : « capot_ebauche1 » ; en effet SIMPOE créé automatiquement un répertoire (au moment du maillage) avec le même nom de fichier, dans lequel il range les résultats de la simulation. Activer l’arbre SIMPOE Et compléter les étapes dans l’ordre :

Tutoriel : Capot de batterie Etape 1 : Mailler Conserver les détails de géométrie permet d’obtenir un maillage qui s’affine avec les accidents de géométrie (perçage, épaulement…) Lorsque le maillage est validé, il est coché sur l’arbre : Etape 2 : Affecter un matériau Il faut choisir le polymère correspondant à notre étude : un polypropylène PP

Tutoriel : Capot de batterie Etape 3 : Définir la pression d’injection de la presse Choisir la valeur par défaut dans un premier temps (ne pas dépasser une valeur de 200 MPa) Etape 4 : Régler les paramètres du remplissage A partir de la fiche matière, rentrer les valeurs exactes : - Température d’injection = 230 °C - Température du Moule = 40 °C

Tutoriel : Capot de batterie Etape 5 : Définir le point d’injection (ou seuil) Afficher le modèle numérique avec le maillage On valide alors le point d’injection. (barre d’outils SIMPOE) et positionner le point dans la zone souhaitée (le point s’accroche sur le nœud du maillage) Etape 6 : Lancer la simulation de remplissage La fenêtre suivante apparaît : Cocher la case « Flow » pour vérifier le calcul et savoir si l’analyse est terminée. Pour les simulations correspondants aux positions 2 et 3, il faut reprendre toutes les étapes sans oublier d’enregistrer avant l’étape 1 du maillage

Tutoriel : Capot de batterie Temps de Remplissage On choisira le temps le plus court notamment pour diminuer le temps de cycle sur la presse à injecter. C’est le seul résultat qu’on peut animer pour observer la progression du flux de matière plastique. Pression en Fin de Remplissage La pression maxi (rouge) est relevée au point d’injection, en effet c’est la pression nécessaire pour remplir toute l’empreinte. Elle devient donc nulle (bleu) à la fin du remplissage. Cette pression varie en fonction de la géométrie de la pièce, de la position du point d’injection et de la matière utilisée. Température Centrale du Front de Matière C’est un facteur important qui sert à déterminer la qualité du remplissage. D’une manière générale il faut vérifier que la plage de température (où la variation) correspond à celle recommandée pour le polymère utilisé, sinon celui-ci peut se dégrader. Contrainte de Cisaillement en Fin de Remplissage C’est la contrainte qui s’exerce sur la matière à l’état visqueux pour qu’elle puisse s’écouler. Elle dépend donc de la viscosité de cette matière. Une contrainte trop élevée dégrade la matière. Estimation Temps de Refroidissement Pièce C’est une valeur indicative qui permet d’identifier les zones de la pièce qui refroidissent plus ou moins lentement. Les différences peuvent générer plus tard des déformations (effets du post-retrait). Position Optimisée Seuil (point d’Injection) C’est la position optimale estimée pour obtenir un remplissage équilibré. Elle dépend de la géométrie de la pièce.

Tutoriel : Capot de batterie Pour chacun des résultats, on peut aussi afficher sur le modèle les éléments suivants :   Bulles D’air / Events Les bulles d’air apparaissent en violet. Elles indiquent les zones estimées de derniers contacts du flux de matière avec les parois de l’empreinte au moment du remplissage. L’air emprisonné peut alors s’incruster dans la pièce plastique sous forme de bulles ou provoquer une brûlure. Il faut donc prévoir dans ces zones des « évents » pour l’évacuer, dès la conception du moule (souvent, les jeux fonctionnels d’assemblage suffisent). La position des bulles d’air dépend de la position du point d’injection et de la géométrie de la pièce. Vecteur Vitesses En complément de l’animation possible du temps de remplissage, ils permettent d’observer le sens d’écoulement de la matière et la direction choisie en fonction de la géométrie de la pièce et de la position du point d’injection. Lignes De soudure (ou de recollement) Les lignes de soudure représentent les lieux où deux fronts d’écoulements se rencontrent et fusionnent plus ou moins lors du remplissage. Ces lieux fragilisent la résistance mécanique de la pièce et peuvent donc être localement inacceptables, y compris d’un point de vue aspect visuel (esthétique) également. Modifier la position du point d’injection permet de déplacer et/ou parfois supprimer ces lignes de soudures. Les curseurs Min et Max permettent de visualiser le remplissage manuellement ou de figer une position.

Tutoriel : Capot de batterie A partir des trois simulations (voir Exemples CAO), On observe:   le sens d’écoulement de la matière les lignes de soudure (uniquement pour la position 2) Position 1   Position 2 Position 3 Tableaux des résultats :   Temps de remplissage (s) Pression fin de remplissage (Mpa) Température front matière (°C) Contrainte de cisaillement Position 1 1,02 37,34 230,1< T° <230,3 0,29 Position 2 14,04 229,5< T° <230,1 0,35 Position 3 22,49 229,7< T° <230,1 0,24

Tutoriel : Capot de batterie Constations et Interprétation : Quelque soit la position des points d’alimentation, le temps de remplissage est identique. La variation de température du front de matière est faible (très largement inférieur à 20°C). De manière assez logique, choisir deux points d’injection permet de diminuer la pression d’injection nécessaire pour remplir l’empreinte. La position 1 n’est pas retenue d’abord pour des conditions de remplissage. En effet la pression d’injection est la plus élevée et la contrainte de cisaillement est supérieure à celle de la fiche matière, on risque alors de dégrader la matière. C’est surtout par rapport à la fonction FC5 que cette position est écartée puisque le point se situe sur une surface d’aspect (esthétique visuel) (voir dessin de définition). La position 2 est intéressante d’un point de vue remplissage, mais une ligne de soudure apparaît dans la zone la plus sollicitée mécaniquement en flexion, on augmente alors la fragilité de la pièce. D’autre part la contrainte de cisaillement est élevée, cette solution ne sera pas retenue non plus. La position 3 présente une contrainte de cisaillement plus faible, on évite de fragiliser la pièce en l’alimentant dans la zone sollicitée mécaniquement, c’est donc cette solution que l’on va choisir.