PLASTIQUES ET COMPOSITES DANS LES VEHICULES RENAULT
Documents

DE/DLA/0854 PR 30/03/1988

Compte-Rendu N° 2227

DEVELOPPEMENT DU PROCEDE DE COULEE SOUS VIDE

1 OBJECTIFS

  Par rapport aux procédés utilisés habituellement les objectifs de la coulée sous vide sont de réaliser des pièces prototypes en plastique :

  1. - dans des délais plus courts,
  2. - avec une meilleure représentativité des matériaux prévus pour la série,
  3. - avec une plus grande fidélité de reproduction,
  4. - à plus faible coût.

2 PROCEDES HABITUELS

  Une pièce prototype en plastique peut être réalisée suivant 5 procédés de fabrication principaux :

  1. - la stratification (mat de verre + résine polyester ou époxy),
  2. - le thermoformage + finition manuelle,
  3. - le RIM (Reaction Injection Molding) basse pression,
  4. - l'injection dans des moules légers,
  5. - le maquettage.

Nota : nous avons enquêté en 1989 sur un nouveau procédé (profitant des progrés de la CAO) pour "imprimer en 3 D" des pièces. C'était la stéréolithographie.

  Les 4 premiers procédés impliquent la fabrication préalable d'un modèle et/ou d'un moule (1ou 2 faces) d'un prix de revient plus ou moins élevé suivant le cas.
  Cet outillage peut nécessiter des retouches si la pièce qui en est tirée révèle des anomalies géométriques. Ces retouches sont toujours coûteuses (souvent 50 % du prix de l'outillage).
  Par contre, ces procédés permettent de tirer un nombre élevé d' exemplaires de la pièce prototype.

  Le 5ème procédé, le maquettage, ne fait pas appel à un moule puisque la réalisation de la pièce se fait par usinage, formage, collage et ajustage à la main.
  Cette technique est parfaitement adaptée à la réalisation de petites pièces ouvragées. Son inconvénient majeur est d'être une fabrication à l'unité.
  Si le coût d'une maquette est élevé, il reste néanmoins inférieur à celui d'une pièce prototype obtenue par l'un des autres procédés. Toutefois pour plusieurs exemplaires, le maquettage n'est plus compétitif.

3 ORIGINE DE LA COULEE SOUS VIDE

 Le procédé consistant à mouler les pièces par coulée est connu depuis longtemps (mercerie, petits objets d'art,...). Nous l'avons souvent utilisé pour reproduire des petits éléments très ouvragés pour le Style (fausses grilles d'aérateur, monogrammes ...) et pour prendre des empreintes (métrologie, petits moules,...).
 La présence de bulles et de porosités, les difficultés de remplissage des empreintes dans les zones étroites en "cul de sac" limitent le champ d'application du moulage par coulée à l'air libre.
 Le procédé de coulée sous charge, dit "RIM basse pression"donne d'assez bons résultats avec des moules rigides à condition de multiplier les évents afin que les fuites de matière évacuent les bulles d'air.
 Quelques pièces prototypes ouvragées, telles que les calandres, sont moulées depuis quelques années suivant ce procédé. Toutefois, les matières disponibles étant fragiles au choc et/ou se déformant à chaud, nous les renforçons avec du mat de verre.
 D'autre part il existe des procédés anciens faisant appe1 au vide tels que le mou1age de stratifiés verre-polyester (ou époxy) avec aspiration de la résine (procédés: Marco, Ciba-Gegy,...), ou bien le surmoulage de composants électrotechniques. Il faut disposer de mou1es rigides supportant la pression atmosphérique extérieure sans déformation.
 La nouveauté du procédé de coulée sous vide que nous sommes en train de développer est d'allier, comme son nom l'indique, les avantages de la cou1ée et du vide.
Plusieurs sociétés japonaises offrent des machines et des matières mises au point spécialement pour la fabrication de pièces plastiques prototypes.
 Nous avons d'abord fait réaliser un moule et une pièce au Japon par l'intermédiaire de la Sté MARUBENI.
 Devant les bons résultats, et après étude de rentabilité, nous avons acheté une n-lachine JANOME (la 1ëre vendue en Europe) qui est opérationnelle depuis août 1987.

4 PRINCIPE

  Une maquette très soignée est réalisée et présentée au BE. Les anomalies sont détectées à ce niveau et les retouches sont effectuées de suite.
  Après acceptation de la géométrie et de l'aspect, cette maquette doit nous être rendue pour en réaliser des copies.
  Les différentes étapes de la reproduction par coulée sous vide sont les suivantes :

  1. La maquette est collée sur un petit support positionné au centre d'un coffrage. Les plans de joint ont été préalablement amorcés par des rubans adhésifs très fins.
  2. La quantité de silicone nécessaire à la réalisation du moule est préparée puis débullée sous vide.
  3. La coulée du moule commencée à l'air libre est terminée sous vide, puis la pression atmosphérique est rétablie.
  4. La découpe des joints imposés par les contre-dépouilles s'effectue au scalpel. La maquette est récupérée.
  5. Le moule est reconstitué, les différents éléments étant solidarisés par du tiro. Il est retourné de bas en haut, le logement du support devenant ainsi la canalisation de remplissage.
  6. Les matières utilisées pour la coulée des pièces sont des systèmes bi-composants (à base époxy ou PU).Les constituants A et B préparés pour la coulée d'une pièce sont débullés sous vide.
  7. Le mélangeage de A et de B est effectué sous vide.
  8. La coulée de la pièce est effectuée sous vide, la pression atmosphérique est ensuite rétablie lentement.
  9. Après un passage de quelques heures à l'étuve la pièce est démoulée.

5 PROGRAMME DE TRAVAIL

Avec l'accord de tous les participants, le programme suivant a été adopté lors de la réunion du 3/07/87:

  1. Intérêt du vide avec les produits utilisés précédemment pour la coulée à l'ambiante (prises d'empreintes dans les moteurs, tapis, etc ...) --> M. MASSIE.
  2. Définition des objectifs correspondants à nos besoins. -->M. DUPUIS.
  3. Examen des produits japonais, recherche de contretypes, mise au point de formulations. --> M. DUTEURTRE et M. FIT.
  4. Bilan, comparaison avec les autres techniques : qualité, délai, prix ? --> M. DUPUIS.
  5. Mise en oeuvre : essais matières, moulage de pièces, évolutions techniques, ,,, --> M. BLANCHARD.
  6. Planning d'engagement de la machine et du personnel. --> M. MASSIE.

 6 INTERET DU VIDE

  L.'intérêt du vide a tout de suite été mis en évidence dans les travaux qui étaient précédemment effectués par coulée à l'ambiante.

  Les prises d'empreintes dans les moteurs effectuées sous vide permettent d'obtenir des moulages dépourvus e bulles et de et de porosités. Les volumes des canalisations d'admission ou d'échappement d'un moteur ainsi moulés sont repositionnés dans des cavités préparées dans un autre moteur. Un alliage métallique fondant à 190°C est coulé autour. Le moteur ainsi modifié pourra tourner plusieurs jours au banc.

  Plusieurs silicones ont été essayés pour ces empreintes :

  L'amélioration demandée est une réduction du coefficient de dilatation pour accroître la fidélité de la reproduction. Les essais vont être poursuivis avec des formulations modifiées.
  Une bonne résistance à la déchirure est également exigée.

  Les tapis repose-paquets (ex : planche de bord R25) coulés maintenant sous vide ont une présentation sans défaut.
  La simulation du caoutchouc est parfaite avec le produit UR 532 fourni par HEXEL-REZOLIN.

7 LES MATIERES POUR LES MOULES

  Suivant la complexité et l'importance des moules on aura besoin d'un silicone plus ou moins souple. Ceux mentionnés au § 6 conviennent. D'autres ont fait l'objet d'essais:

8 LES MATIERES POUR LES PIECES

  En regroupant les produits japonais et les produits européens il est possible de couvrir la gamme d'applications suivantes :

  Globalement le choix d'une résine adaptée permet donc d'obtenir des modules d'élasticité simulant très correctement la plupart des matériaux de série du point de vue de leur rigidité à température ambiante .
  Des travaux visant à repousser les limitations rencontrées avec ces résines en ce qui concerne le comportement au choc des pièces ont par ailleurs été entrepris.
  Notre attention s'est portée plus particulièrement sur les produits de coulée simulant l'ABS pour améliorer leur résistance au choc qui risque d'être trop faible dans le cas des pièces dimensionnées au plus juste.
  Une étude a été effectuée avec le concours d' un stagiaire BTS de Gennevilliers (M.DUMONT). Des éprouvettes ont été moulées avec différentes matières et sous différentes conditions de moulage. puis soumises à des essais mécaniques.
  L'étude de l'influence du conditionnement des produits (température. humidité. délai de stockage) a également été abordée.
  Compte tenu des exigences de tenue en température et de mise en oeuvre. nous avons retenu les 2 produits japonais qui nous étaient conseillés :

  L'ajout d'un déshydratant juste avant emploi est recommandé. La température du moule et de la matière au moment de la coulée est également importante pour les propriétés et la conformité géométrique de la pièce moulée.

9 EXAMENS DE LABORATOIRE

  Des échantillons des produits les plus intéressants ont fai l'objet d'une analyse dans la section "Analyse Organique". Les résultats sont conservés dans les dossiers suivants :

  Il sera donc possible. d'une part de mettre en évidence des dérives éventuelles dans la qualité de ces produits. d'autre part de rechercher des contretypes.
  Parallèlement les matériaux coulés sont caractérisés dans la section de M.FIT à partir de plaques éprouvettes.
  Chaque éprouvette coulée sous vide est identifiée par un N° correspondant à une fiche de moulage sur laquelle sont mentionnés les matières utilisées (origine. référence. lot) et les paramètres de mise en oeuvre.

  Les propriétés mesurées sont les suivantes :

10 PREMIER BILAN

  Dans l'étude de rentabilité ayant conduit à l'achat de la machine, la productivité avait été estimée à 16 moules et 480 pièces par an. Dans ces conditions la machine était amortie en 6 mois, c'est à dire avec seulement 8 moules et 240 pièces.
  En réalité nous avons largement dépassé les prévisions en réalisant par coulée sous vide: 65 moules et 400 pièces les 6 premiers mois (2 mois de mise au point inclus).
  Actuellement la production est en moyenne de 5 coulées par journée de 8 heures avec 2,5 opérateurs (ex : 1 moule + 5 pièces moyennement volumineuses
) A noter que dans le cas de petites pièces appartenant à un même ensemble, nous les regroupons pour les mouler en grappes.
  Pour des pièces de difficuté moyenne telles que :

La comparaison de prix entre les procédés peut se résumer comme suit :

Solution STRATIFICATION THERMOFORMAGE COULEE SOUS VIDE
Outillage
- modèle
- maquette
- moule
Fabrication
- 1 pièce
Coût global
- pour 25 pièces
- soit par pièce
Délai 1ère pièce

5000 F

3500 F

2000 F

58500 F
2340 F
3 à 6 semaines

5000 F



2500 F

67500
2700 F
2 à 6 semaines


7500 F
2500 F

500 F

22500 F
900 F
2 à 4 semaines

   L'économie réalisée en 6 mois peut être estimée à 700 kF. La période de rodage étant pratiquement terminée, la rentabilité devrait être par la suite encore plus grande.

  La .1ère machine d'une capacité de 470 x 375 x 470 a coûté 330 kF. Une 2ème machine d'un volume utile plus grand 1200 x 600 x 600 peut coûter de 250 à 750 kF suivant le fabricant et le degré de perfectionnement désiré.

11 CONCLUSION

  Les objectifs d'amélioration des délais, de la qualité, et des prix des pièces prototypes en plastique peuvent être atteints dans de nombreux cas par le développement de la coulée sous vide.

  L'abaissement du coût et la bonne reproductibilité des pièces obtenues par cette technique devrait permettre d'en distribuer en même temps que les dessins à tous ceux concernés par Ia réalisation des pièces de série : représentation spatiale, détection des contre-dépouilles, choix des joints du moule, propositions de simplification, etc...

  La comparaison avec les autres procédés montre que les anomalies de dessin peuvent être détectées beaucoup plus tôt, et avec moins de frais d'outillage engagé. Tout ceci devrait contribuer à obtenir plus tôt des pièces issues des moules définitifs.

  La machine mise en place en 1987 à la DLA (Sce 0854) a été largement amortie en 6 mois. Son engagement est saturé, il y a 400 pièces en commande.

  Après avoir (probablement les premiers en Europe) expérimenté ce procédé et l'avoir adapté à nos besoins, le problème se pose maintenant de mettre en place une procédure permettant, soit par accroissement de notre capacité interne RENAULT (machine et personnel), soit par transfert de notre savoir-faire à la sous-traitance, de répondre à la demande accrue et développer les multiples applications potentielles de cette technique. Il parait en particulier indispensable de travailler maintenant à l'élargissement du champ d'application de ce procédé à des pièces ouvragées plus volumineuses (calandres, éléments de bouclier, ébénisteries,..)

  Le recours à la sous-traitance nécessitera d'établir, en plus des règles de confidentialité, un accord d'assistance technique car les produits utilisés sont délicats de conservation et d'emploi. Seul un laboratoire d'analyse comme celui du Sce 0854 (ou au moins équivalent) peut mettre en évidence des matières défectueuses.

B.HOCHON     P.ROUBINET

Ce document, archivé sur un fichier Word à été converti en fichier HTML et diffusé sur ce site en juin 2015.

Retour à Documents