Fiche de révision : Cycle haute cadence en presses électriques

📋 Plan du Cours

1. Caractéristiques de la force de verrouillage
2. Paramètres géométriques du groupe de fermeture
3. Courbes de pression et mesures en cavité
4. Commutation en pression de maintien
5. Caractéristiques des courbes de pression cavité
6. Détermination du point de gel du seuil
7. Servomoteur et codeur angulaire
8. Gestion numérique des mouvements et pression
9. Éjection par entraînement direct et vérin à billes
10. Épaisseur de moule et force de verrouillage
11. Phases plastification, déplacement et injection-maintien
12. Particularités et cycles haute cadence des presses électriques

📖 1. Caractéristiques de la force de verrouillage

🔑 Notions clés & Définitions

• Force de fermeture : La force de fermeture est la force maximale que la presse peut appliquer pour plaquer les deux parties du moule l’une contre l’autre.
• Passage entre colonnes : Le passage entre colonnes est la largeur maximale de moule admissible selon les contraintes de montage entre les colonnes de la presse.
• Épaisseur minimale du moule : L’épaisseur minimale du moule est la distance minimale entre plateaux en position fermée lorsque la course d’épaisseur vaut zéro.
• Épaisseur maximale du moule : L’épaisseur maximale du moule est la distance maximale entre plateaux en position fermée lorsque la course d’épaisseur atteint sa valeur maximale.
• Course d’éjection : La course d’éjection est la distance maximale du vérin d’éjection, qui conditionne la course des éjecteurs du moule.

📝 Points essentiels

• La force de fermeture doit vérifier l’inégalité F > P × S pour assurer le serrage face à la pression d’injection.
• La norme EUROMAP exprime la force de fermeture en kilonewtons (kN).
• La course d’ouverture correspond à l’espace disponible pour extraire la pièce et limite la profondeur de la pièce.
• Le passage entre colonnes est donné par deux valeurs en mm : une vue de profil et une vue de dessus.
• Les dimensions des plateaux fixent les dimensions maximales de montage du moule dans les cas prévus.
• L’épaisseur minimale du moule correspond à l’écart entre plateaux quand la course d’épaisseur de réglage est à zéro en position fermée.

💡 Astuce mémo

F > P×S : la force doit toujours dépasser l’effort dû à la pression sur la surface frontale.

📖 2. Paramètres géométriques du groupe de fermeture

🔑 Notions clés & Définitions

• Capacité d’injection : La capacité d’injection correspond au volume maximal que le cylindre d’injection peut offrir, exprimé en cm3 pour éviter toute ambiguïté.
• Capacité de plastification horaire : La capacité de plastification horaire mesure le débit de plastification possible, et elle dépend de la nature du plastique.
• Longueur de vis de plastification : La longueur de la vis de plastification (exprimée en multiples de D) influence la capacité de plastification, car elle augmente le temps et l’action de plastification.
• Pression maximale d’injection : La pression maximale d’injection fixe la force maximale de poussée que la vis-piston peut exercer pour refouler le plastique dans le moule.
• Dégazage : Le dégazage est une fonction utile dans certains cas pour évacuer le gaz formé pendant la plastification.

📝 Points essentiels

• La capacité d’injection était historiquement donnée en grammes et dépendait de la matière et de la contre-pression, alors qu’elle est désormais souvent exprimée en cm3.
• Les valeurs de capacité de plastification fournies par les constructeurs sont fréquemment obtenues avec du polystyrène standard.
• La capacité de plastification des presses a augmenté avec la hausse de la longueur de vis, typiquement de 12–16D à 20–24D (D = diamètre de la vis).
• La pression maximale d’injection détermine la force de poussée maximale de la vis-piston grâce à son diamètre.
• Le dégazage sert à permettre l’évacuation du gaz produit pendant la plastification dans des situations spécifiques.
• La force d’appui buse-moule doit rester élevée (souvent plusieurs dizaines de kN) pour assurer l’étanchéité pendant l’injection malgré les fortes pressions.

💡 Astuce mémo

cm3 = volume max du cylindre ; 12–16D → 20–24D = plus de plastification ; pression max = poussée max.

📖 3. Courbes de pression et mesures en cavité

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet fontaine : L’effet fontaine décrit l’écoulement en bulle lors du remplissage, où une peau gélifiée se forme sur les parois froides pendant que le cœur reste liquide.
• Écoulement en bulle : L’écoulement en bulle correspond au fait que la matière chaude circule entre deux zones de plastique froid, en créant successivement de nouvelles couches gelées.
• Couche gelée : La couche gelée est la zone solidifiée au contact du moule froid, dont l’épaisseur augmente jusqu’à atteindre un équilibre thermique.
• Contrainte de cisaillement : La contrainte de cisaillement est la sollicitation due à l’écoulement qui impose une orientation moléculaire dans la direction générale du flux.
• Taux de cisaillement : Le taux de cisaillement mesure le rapport des vitesses de glissement entre couches et ne doit pas être confondu avec la contrainte de cisaillement.

📝 Points essentiels

• Après le seuil d’injection, une petite bulle se forme puis s’expanse contre les parois froides, ce qui initie la peau extérieure.
• La peau extérieure gèle très vite car le moule est froid, tandis que l’intérieur reste liquide et est poussé vers l’avant et les bords.
• La couche gelée s’épaissit jusqu’à ce que la chaleur perdue par conduction soit égale à la chaleur apportée par la matière neuve plus celle due au frottement.
• L’équilibre thermique est atteint en quelques dixièmes de seconde, ce qui explique l’évolution rapide de l’épaisseur de couche gelée.
• À faible vitesse d’injection, la friction et l’apport calorifique diminuent, donc la couche gelée devient plus épaisse.
• Quand l’écoulement se produit, les contraintes de cisaillement varient de fort près de l’extérieur à nul au centre, alors que l’orientation suit ce gradient de sollicitation.

💡 Astuce mémo

BULLE→PEAU: bulle contre moule froid = peau gelée; plus vite on injecte, plus la peau est fine.

📖 4. Commutation en pression de maintien

🔑 Notions clés & Définitions

• Pression de maintien : La pression de maintien est la pression appliquée après le remplissage pour compenser le retrait et stabiliser la pièce pendant la phase de refroidissement.
• Temps de maintien : Le temps de maintien correspond à la durée pendant laquelle la pression de maintien reste appliquée avant que la matière ne gèle.
• Contrainte de cisaillement : Les contraintes de cisaillement sont des efforts internes créés par le glissement et le mouvement de la matière pendant l’écoulement et la compensation de retrait.
• Ressort de matière : Le ressort de matière est le retour en arrière du plastique quand la pression de maintien est insuffisante, ce qui augmente fortement les contraintes de cisaillement.
• Marques de retrait : Les marques de retrait sont des défauts liés à un manque de compensation du retrait, souvent aggravés si la pression n’est pas maintenue assez longtemps.

📝 Points essentiels

• Une pression de maintien élevée combinée à un temps court donne en général un niveau de contraintes plus faible qu’une pression faible avec un temps long.
• Quand la pression de maintien est trop faible, le plastique peut revenir en arrière, ce qui provoque des contraintes de cisaillement très élevées.
• Si le moule est porté à très haute pression au remplissage, environ 15 % de matière supplémentaire est apportée.
• Les conditions idéales visent à monter le moule en pression, puis à maintenir un minimum de temps pour réduire les marques de retrait.
• Le maintien doit aussi donner le temps de geler complètement les canaux afin d’éviter que la matière ressorte.
• Une pression de maintien élevée trop courte peut laisser des canaux non gelés, tandis qu’une pression trop faible favorise le ressort et donc les contraintes de cisaillement.

💡 Astuce mémo

Pression haute = moins de cisaillement ; pression basse = ressort violent (cisaillement ↑).

📖 5. Caractéristiques des courbes de pression cavité

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet d’hésitation : L’effet d’hésitation est un phénomène d’injection où la pression devient insuffisante au début du remplissage d’une zone fine, ce qui modifie la progression du front et les contraintes finales.
• Marques de retrait : Les marques de retrait sont des défauts de surface qui apparaissent quand la solidification et la contraction liées à l’épaisseur ne sont pas compensées par l’alimentation en matière.
• Lignes de soudure : Les lignes de soudure sont des zones créées quand deux fronts de matière se rencontrent, pouvant devenir des points faibles mécaniques et esthétiques.
• Instabilités thermiques : Les instabilités thermiques sont des variations cycliques de remplissage dues à de petites différences de température entre zones du moule, entraînant une inversion du chemin d’écoulement.
• Écoulement multi-directionnel : L’écoulement multi-directionnel est un écoulement où la matière change de direction, provoquant ralentissements, refroidissements locaux et défauts associés.

📝 Points essentiels

• Tant que la vitesse du front de matière reste constante, les contraintes ne varient pas pendant le remplissage.
• Dans l’hésitation, la matière remplit d’abord les zones plus épaisses puis, trop tard, la zone fine ne se remplit plus car le polymère s’est refroidi.
• Si la pression est suffisante malgré l’hésitation, le diaphragme se remplit mais les contraintes deviennent très élevées.
• Les marques de retrait se forment surtout aux endroits où l’épaisseur change fortement.
• Une pression de maintien élevée ne supprime pas les marques de retrait, alors qu’une pression de maintien faible laisse les marques quasi identiques.
• La solidification s’accompagne d’une variation de volume d’environ 25% (compressibilité + retrait), tandis que la pressurisation ne compense qu’environ 15%.

💡 Astuce mémo

Hésitation = pression trop faible au fin → remplissage épais d’abord → froid arrive → contraintes ↑ ; Retrait = 25% retrait vs 15% pressurisation → compensation indispensable.

📖 6. Détermination du point de gel du seuil

🔑 Notions clés & Définitions

• Point de commutation : Le point de commutation marque le passage du remplissage dynamique vers la phase statique pendant le cycle d’injection.
• Commutation par course : La commutation par course déclenche le passage en statique quand la position de la vis atteint une valeur de consigne.
• Commutation par volume : La commutation par volume déclenche le passage en statique quand le volume injecté atteint la valeur de consigne.
• Commutation en temps : La commutation en temps déclenche le passage en statique après un délai fixé par le régleur sur la commande.
• Commutation en pression : La commutation en pression déclenche le passage en statique quand la pression mesurée en chambre arrière atteint une limite fixée.

📝 Points essentiels

• La phase dynamique correspond à l’entrée du polymère dans l’empreinte via le vérin d’injection jusqu’au remplissage juste atteint.
• La phase statique commence dès que l’empreinte est remplie et sert à stabiliser le cycle après la commutation.
• Le point de commutation peut être défini par course, par volume, par temps ou par pression selon la donnée disponible sur la presse.
• En commutation par course, la position de la vis sert de critère de passage en statique.
• En commutation par volume, le volume injecté sert de critère de passage en statique.
• En commutation en pression, le capteur de pression en chambre arrière enregistre une montée jusqu’à une limite fixée par le régleur avant commutation.

💡 Astuce mémo

Commutation = Quand bascule : Course/Volume/Temps/Pression (4 leviers).

📖 7. Servomoteur et codeur angulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Commutation en pression : La commutation en pression est le passage automatique de la phase d’injection à la phase de maintien quand la pression mesurée atteint une valeur limite réglée.
• Pression cavité : La pression cavité est la pression mesurée dans l’empreinte, qui reflète le remplissage et le comportement au refroidissement de la pièce.
• Pression de commutation : La pression de commutation est la valeur seuil utilisée pour déclencher le passage en maintien, à déterminer avec un capteur placé près de l’entrée.
• Commutation en pression de maintien : La commutation en pression de maintien est le passage en maintien au moment où la cavité est remplie de façon volumétrique, repérable sur la courbe de pression.
• Courbure caractéristique : La courbure caractéristique est la forme de la courbe de pression cavité au moment du remplissage volumétrique, liée à la compression soudaine de la matière.

📝 Points essentiels

• Le passage en commutation se fait après un temps fixé par le régleur indiqué sur la commande numérique, puis peut être déclenché par la pression selon le capteur.
• En commutation en pression, le capteur de pression dans la chambre arrière du vérin d’injection déclenche quand la pression dépasse la limite réglée.
• La pression hydraulique ou la pression matière en avant de la vis reflète surtout l’ajustement machine, pas le résultat final dans la pièce.
• La pression cavité loin de l’entrée sert surtout au contrôle du remplissage complet (long chemin d’écoulement, multi-empreintes à 100%).
• La pression cavité près du point d’injection est la seule manière de déterminer les paramètres influençant la qualité, car elle contient plus d’informations sur remplissage et refroidissement.
• La commutation en maintien doit être faite quand la cavité est remplie volumétriquement, sinon la courbe montre des signes typiques d’erreur de timing.

💡 Astuce mémo

Seuil près de l’entrée → bon maintien : trop tôt = manque, trop tard = surcompression.

📖 8. Gestion numérique des mouvements et pression

🔑 Notions clés & Définitions

• Temps de maintien : Le temps de maintien correspond à la durée pendant laquelle la presse continue d’appliquer une pression après le remplissage pour compenser le retrait.
• Pression de maintien : La pression de maintien est la pression appliquée après le remplissage afin de limiter les défauts liés au retrait et à la solidification.
• Courbe M = f(t) : La courbe M = f(t) représente l’évolution de la masse de la moulée en fonction du temps de maintien mesuré.
• Valeur optimale efficace : La valeur optimale efficace est le réglage de temps (ou de pression) qui donne la masse la plus proche de la cible sur les essais réalisés.
• Surveillance de la presse : La surveillance de la presse regroupe le suivi des valeurs réelles de production, comparées à des tolérances pour trier les pièces bonnes et mauvaises.

📝 Points essentiels

• Pour optimiser le temps de maintien, on relève la masse de la moulée à chaque cycle et on répète au moins cinq moulées à réglages identiques.
• On calcule la moyenne des masses obtenues sur les cinq moulées pour réduire l’effet des dispersions.
• On trace la courbe d’évolution de la masse en fonction du temps : $M=f(t)$.
• On détermine le temps de maintien optimal efficace à partir de la position correspondant à la meilleure valeur de masse sur la courbe.
• Après optimisation de la pression de maintien, on passe à l’optimisation du temps de maintien en balayant plusieurs valeurs de $T$ et en comparant les masses.
• Les défauts de moulage ne sont généralement pas supprimés totalement, mais on peut les minimiser par des optimisations des réglages, du moule et de la préparation matière.

💡 Astuce mémo

Moyenne + courbe : cinq cycles → $M=f(t)$ → pic = $T_{maint}$ optimal.

📖 9. Éjection par entraînement direct et vérin à billes

🔑 Notions clés & Définitions

• Vérin à billes : Système mécanique transformant la rotation d’un servomoteur en translation pour réaliser des mouvements linéaires comme l’éjection.
• Servomoteur à codeur angulaire : Moteur électrique muni d’un codeur qui mesure en continu sa position pour piloter précisément les mouvements de la machine.
• Translation par écrou à billes : Mécanisme où la rotation de la vis sans fin fait avancer ou reculer l’écrou à billes selon le sens de rotation.
• Éjection par servomoteur : Fonction d’ouverture/éjection assurée par un servomoteur dédié, piloté numériquement pour contrôler le déplacement de la pièce.

📝 Points essentiels

• Les presses électriques remplacent les vérins classiques par des servomoteurs et des vérins à billes reliés à une transmission.
• Le codeur angulaire fournit des repères (entre 1500 et 6000 points) permettant un positionnement linéaire jusqu’à 0,01 mm près.
• La commande numérique gère tous les mouvements : fermeture, injection, plastification (rotation de la vis) et éjection.
• Le vérin à billes convertit la rotation en translation : vis sans fin dans un sens → écrou avance ; sens inverse → écrou recule.
• La translation obtenue sert aux mouvements linéaires d’éjection, de fermeture et d’injection.
• La stabilité des paramètres machine est meilleure avec le servomoteur que l’huile, dont les propriétés varient avec la température et l’usage.

💡 Astuce mémo

Rotation → translation : sens de la vis = sens du déplacement de l’écrou à billes (avance/recul).

📖 10. Épaisseur de moule et force de verrouillage

🔑 Notions clés & Définitions

• Genouillère de fermeture : Mécanisme de fermeture mécanique qui transforme le mouvement du vérin à billes en ouverture/fermeture du moule par pliage du système.
• Écrou à billes de fermeture : Élément mobile entraîné par le vérin à billes qui recule ou avance pour ouvrir ou fermer les demi-moules.
• Colonnes de guidage : Pièces de guidage qui maintiennent l’alignement des demi-moules et assurent le maintien mécanique de la pression après contact.
• Commande numérique : Système de pilotage qui gère en boucle fermée les courses, vitesses et pressions des servomoteurs à partir de mesures capteurs.
• Force de verrouillage : Effort de maintien appliqué aux demi-moules pour empêcher l’ouverture pendant l’injection.

📝 Points essentiels

• Le principe de réglage de la force de verrouillage reprend celui d’une fermeture à genouillère.
• Le réglage de la force de verrouillage se fait en affichant l’épaisseur approximative du moule et la force désirée.
• Le servomoteur de fermeture amène automatiquement les deux demi-moules en contact pour déterminer l’épaisseur réelle.
• Le moto-réducteur ajuste ensuite la position du sommier afin d’obtenir la force de verrouillage demandée.
• La pression de verrouillage est maintenue mécaniquement par les colonnes une fois l’alignement de la genouillère atteint.
• La précision des servomoteurs et de la commande numérique permet d’obtenir ce réglage sans hydraulique.

💡 Astuce mémo

Épaisseur affichée → contact mesuré → sommier ajusté : la force suit la chaîne de réglage.

📖 11. Phases plastification, déplacement et injection-maintien

🔑 Notions clés & Définitions

• Rondelles Belleville : Rondelles Belleville : empilement de ressorts coniques comprimés pour générer une force de maintien mécanique du système d’injection.
• Frein du moto réducteur : Frein du moto réducteur : dispositif qui se ferme quand les rondelles Belleville sont suffisamment comprimées pour bloquer l’appui en pression.
• Pression de remplissage : Pression de remplissage : pression créée par la résistance de la matière dans l’empreinte, mesurée par le capteur de pression.
• Servomoteur d’injection : Servomoteur d’injection : actionneur qui pilote l’avance de la vis via l’écrou à billes pour injecter la matière accumulée.
• Phase de maintien : Phase de maintien : étape qui compense le retrait de la matière en conservant une pression contrôlée après la fin de l’injection.

📝 Points essentiels

• Le moto réducteur continue d’avancer pour comprimer les rondelles Belleville jusqu’à fermeture du frein en fin de compression.
• Le frein fermé bloque en pression l’appui de l’unité d’injection contre le moule pendant le maintien.
• La pression maximale issue de la compression des rondelles Belleville est souvent inférieure à celle d’un système hydraulique.
• Avec une buse plan de joint et une forte pression de remplissage, le risque est de faire reculer l’unité d’injection.
• La phase d’injection remplit l’empreinte avec la matière accumulée en bout de vis lors de la plastification.
• Le servomoteur d’injection fait avancer l’écrou à billes via la courroie crantée, ce qui pousse la vis sans injection vers l’avant et injecte la matière dans le moule.

💡 Astuce mémo

Belleville = Blocage : compression → frein se ferme → maintien en pression.

📖 12. Particularités et cycles haute cadence des presses électriques

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle traditionnel : Cycle de moulage où les phases de la presse s’enchaînent les unes après les autres sans chevauchement significatif.
• Superposition des mouvements : Principe de cycle où certaines phases du moulage sont lancées en même temps pour réduire le temps total.
• Injection pendant verrouillage : Chevauchement de cycle où l’injection peut démarrer dès que les demi-moules sont en contact.
• Éjection pendant ouverture : Chevauchement de cycle où l’éjection peut commencer pendant l’ouverture du moule.
• Rendement de presse : Rapport entre l’énergie utile pour réaliser le mouvement et l’énergie fournie par la source d’entraînement.

📝 Points essentiels

• Sur une presse à injecter horizontale électrique, le cycle peut être accéléré en superposant des phases, avec un gain de temps de cycle de 10 à 30% vs un cycle traditionnel.
• Dans un cycle traditionnel, les phases se succèdent sans chevauchement, ce qui limite la réduction du temps total.
• Le cycle haute cadence permet de lancer l’injection pendant la phase de verrouillage dès le contact des demi-moules.
• Il est possible d’ouvrir le moule pendant la plastification et de débuter l’éjection pendant l’ouverture.
• Exemple de réduction : moule de boîtier de disque compact sur deux presses avec force de verrouillage identique (280 tf), gain de 1 s soit 17%.
• Le rendement est plus élevé en électrique (0,9 à 0,95) qu’en hydraulique (0,3 à 0,4) car la distance entre la source d’énergie et le mouvement est plus courte en électrique.

💡 Astuce mémo

Superposition = « on démarre avant la fin » : injection pendant verrouillage, éjection pendant ouverture.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des systèmes de fermeture (avantages/inconvénients)

Comparaison des cycles (traditionnel vs haute cadence)

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre force de fermeture et force d’éjection : la première conditionne le serrage face à P×S, la seconde dépend du système d’éjection.
2. Croire que la pression de maintien élevée supprime les marques de retrait : le cours indique qu’elle ne les supprime pas, et qu’une pression faible laisse des marques quasi identiques.
3. Mélanger contrainte de cisaillement et taux de cisaillement : la contrainte varie fort à l’extérieur jusqu’à zéro au centre, alors que le taux suit un profil différent (nul à la surface, max à la frontière interne de la
4. Penser que la commutation en pression de maintien peut se faire “quand la pression atteint une valeur” sans vérifier le remplissage volumétrique : le cours insiste sur le moment où la cavité est remplie de façon volumétr
5. Interpréter mal les courbes cavité : un pic juste après remplissage signale une commutation trop tardive, et une baisse après commutation indique un remplissage incomplet.
6. Oublier que la phase dynamique s’arrête dès que l’empreinte est juste remplie : sinon on confond course/volume/temps/pression de commutation avec le début réel de la phase statique.
7. Croire que l’optimisation du maintien se fait sur une seule mesure : le cours impose au moins cinq moulées identiques et la moyenne pour déterminer la valeur optimale efficace.

✅ Checklist Examen

1. Définir la force de fermeture, la course d’ouverture, le passage entre colonnes, l’épaisseur minimale/maximale du moule et la course d’éjection, puis relier la force de fermeture à l’inégalité F > P×S.
2. Expliquer ce que sont la capacité d’injection (en cm3), la capacité de plastification horaire, la longueur de vis (12–16D à 20–24D), la pression maximale d’injection et le dégazage.
3. Décrire l’effet fontaine et le modèle d’écoulement en bulle, puis relier vitesse d’injection et épaisseur de couche gelée.
4. Expliquer comment la pression de maintien et le temps de maintien influencent les contraintes de cisaillement, le ressort de matière et les marques de retrait.
5. Interpréter l’effet d’hésitation et ses conséquences sur le remplissage des zones fines/épaisses et sur les contraintes finales.
6. Relier marques de retrait, lignes de soudure, instabilités thermiques et écoulement multi-directionnel à leurs causes (variation d’épaisseur, rencontre de fronts, variations de température, changement de direction).
7. Citer les 4 modes de point de commutation (course, volume, temps, pression) et préciser ce que mesure le capteur en commutation en pression.
8. Expliquer pourquoi la pression cavité près du point d’injection est la seule manière de déterminer les paramètres influençant la qualité, et comment la courbure caractéristique signale le remplissage volumétrique.
9. Décrire la méthode d’optimisation du maintien par pesées : au moins cinq moulées, moyenne, tracé M=f(t) ou M=f(p), et choix de la valeur optimale efficace.
10. Expliquer le principe servomoteur + codeur angulaire (repères entre 1500 et 6000, précision jusqu’à 0,01 mm), et le rôle du vérin à billes (rotation → translation).
11. Décrire le réglage de la force de verrouillage sur presse électrique : affichage épaisseur approximative, contact mesuré, ajustement du sommier, maintien mécanique par colonnes.
12. Décrire les phases plastification → injection → maintien sur presse électrique avec rondelles Belleville et frein du moto-réducteur, puis préciser le risque de reculer l’unité d’injection avec buse plan de joint et forte
13. Décrire les cycles haute cadence : superposition, injection pendant verrouillage, éjection pendant ouverture, et le gain de temps (10–30% ; exemple 17%).