Didacticiel de conception des pièces plastiques

1. Partir du besoin et choisir un procédé

Objectif : reconnaître la famille géométrique, puis relier forme, matériau, précision et série au procédé.

Le choix du procédé commence par la géométrie globale. Il faut ensuite vérifier que les dimensions entrent dans les capacités de la machine, que la précision est accessible et que le procédé accepte le matériau choisi.

Forme extrudée

La section reste constante suivant une direction. Le procédé naturel est l’extrusion, ou la pultrusion pour certains composites.

Exemple de barquette ouverte thermoformée

Forme ouverte peu profonde

Une feuille mise en forme conduit souvent au thermoformage. L’injection reste possible selon la précision et la série.

Forme ouverte en trois dimensions

L’injection permet les coques, nervures, bossages et détails fonctionnels, à condition de prévoir le démoulage.

Forme fermée et creuse

Le soufflage, l’injection soufflage ou le rotomoulage créent des volumes creux sans noyau prisonnier.

La structure de la matière

La pièce peut être homogène, renforcée par des fibres ou constituée de plusieurs polymères. Le procédé doit accepter cette structure.

Exemples d’injection de deux matières — Injection en deux étapes, peau et cœur ou polymères différents.

Exemple de bouteille à paroi multicouche — En extrusion soufflage, plusieurs couches peuvent former une barrière aux gaz ou aux UV.

Les autres paramètres du choix

Dimensions : elles doivent rester compatibles avec la force de fermeture, le volume injectable et l’encombrement de la machine.
Précision : chaque procédé possède ses propres possibilités dimensionnelles.
Comportement mécanique : la matière et son procédé doivent supporter les contraintes instantanées et celles qui évoluent dans le temps.
Économie : la taille de série, le temps de cycle, le coût prévisionnel, le recyclage et l’automatisation orientent la décision.

associer forme et procédé

Choisissez le procédé le plus cohérent pour chaque géométrie. La correction est immédiate.

Profilé long à section constante

Barquette ouverte peu profonde

Coque 3D avec bossages et nervures

Corps creux fermé de type flacon

Quel procédé convient le mieux à une coque ouverte en trois dimensions comportant des bossages et des nervures ?

Extrusion Injection Rotomoulage

2. Épaisseurs, évidements et retassures

Objectif : comprendre la formation d’une retassure, localiser les zones à risque et corriger la géométrie.

Pourquoi une retassure apparaît-elle ?

Au contact du moule, la peau de la pièce se solidifie rapidement. Le cœur reste chaud plus longtemps et continue à se contracter pendant son refroidissement. Dans une zone épaisse, ce retrait interne manque de matière pour être compensé : la peau déjà formée s’affaisse et laisse une marque visible.

Carte de simulation montrant les zones exposées aux retassures — Les valeurs les plus élevées apparaissent au droit des volumes épais et des raccordements massifs.

Les zones à examiner en priorité

La jonction entre un bossage et une paroi.
Le pied d’une nervure trop épaisse.
Un changement brutal d’épaisseur.
Un angle ou un raccordement qui accumule de la matière.
Une paroi opposée à un renfort massif, même si sa face extérieure paraît régulière.

Section en T présentant une accumulation de matière — Zone massive : le croisement des épaisseurs crée un cœur chaud important.

Section corrigée avec une nervure plus fine et un raccordement arrondi — Zone corrigée : la fonction de renfort est conservée avec moins de matière.

Une démarche de correction

Mesurez l’épaisseur nominale de la paroi, notée e.
Observez mentalement ou sur les schémas la coupe de chaque bossage, nervure et raccordement.
Comparez l’épaisseur locale à e et repérez les accumulations.
Évidez le volume ou remplacez-le par des nervures plus fines.
Ajoutez des raccordements progressifs sans recréer une zone massive.
Vérifiez que la rigidité, l’assemblage et le démoulage restent possibles.

Pour limiter l’accumulation de matière au pied d’une nervure, on considère ici une épaisseur maximale d’environ 2/3 de e. C’est une limite haute : une nervure plus fine reste acceptable vis-à-vis du risque de zone chaude, sous réserve qu’elle assure encore la fonction mécanique et qu’elle puisse être correctement remplie.

épaisseur d’une nervure

On fixe la paroi nominale à e = 3 mm. Faites varier l’épaisseur de la nervure et observez le risque de zone chaude au pied.

Épaisseur de nervure : 1,5 mm = 0,50 e

Constat : quand l’épaisseur augmente, la zone chaude au pied s’agrandit. La limite indiquée est une limite maximale, pas une valeur minimale.

Quelle valeur dépasse la limite haute d’environ 2/3 de e ?

Une épaisseur plus faible que la limite reste acceptable pour ce critère.

J’ai défini l’épaisseur nominale e.
J’ai contrôlé les bossages, nervures, angles et changements d’épaisseur.
J’ai remplacé les masses par des évidements ou des renforts plus fins.
J’ai vérifié les fonctions et le démoulage après modification.

Quelle modification réduit en priorité le risque de retassure ?

Ajouter de la matière dans les zones épaisses Rendre l’épaisseur plus constante et évider les masses

3. Penser à la fabrication du moule

Objectif : éviter les formes impossibles ou fragiles à usiner.

Un angle vif extérieur sur la pièce devient un angle intérieur dans l’empreinte. La fraise ne peut pas produire un angle intérieur parfaitement vif : le modèle doit donc prévoir des rayons compatibles avec l’usinage.

Exemple CAO de rayons nécessaires pour l’usinage du moule — Les raccordements de la pièce doivent tenir compte du rayon de fraise.

Choisir un raccordement usinable

Deux procédés sont comparés. En usinage direct, la fraise enlève directement la matière dans l’acier de l’empreinte : son rayon limite donc certains angles rentrants. En électroérosion par enfonçage, on usine d’abord une électrode positive, puis sa forme est transférée dans l’acier par étincelage.

1. Choisissez le rayon de fraise

2. Choisissez le procédé

Observez comment la fraise reste tangente au profil et quelle matière elle peut réellement enlever.

Le tracé bleu représente le profil recherché ; la zone claire montre progressivement la matière enlevée.

Rayon de fraise commun : R = 22

Le même rayon de fraise est appliqué simultanément aux deux procédés afin de comparer directement son incidence sur la géométrie des pièces.

Pièce — usinage direct de l’empreinte

La forme de la pièce est inchangée : seul l’angle sortant inférieur est remplacé par un rayon lié à la fraise.

Pièce — électroérosion par enfonçage

Le détourage de l’électrode conserve l’angle sortant vif et place le rayon dans l’angle entrant.

Si la pièce doit conserver le plus petit congé possible dans cet angle, quelle fraise choisissez-vous ?

Comparez les rayons obtenus avant de répondre.

Attention également aux approches tangentielles entre parties moulantes. Elles peuvent provoquer une collision ou une mauvaise étanchéité. Une pente plus prononcée ou une modification locale de la pièce peut être nécessaire.

Comparer deux modes de fermeture Dans les deux cas, les surfaces en vis-à-vis sont conjuguées : elles sont parallèles entre elles et coïncident à la fermeture.

Cas A — surfaces conjuguées parallèles à la DPD

Cas B — surfaces conjuguées inclinées

À observer : comparez la direction du mouvement relatif au contact et la manière dont les deux surfaces arrivent en appui.

Quel cas vous paraît le plus apte à limiter le frottement tangentiel et le risque d’accrochage ?

Regardez d’abord les deux fermetures.

Incidence sur la forme de la pièce

La géométrie de la pièce doit parfois être modifiée pour rendre la fermeture du moule réalisable : ajout d’une inclinaison locale, déplacement d’une ligne de joint ou adaptation d’un raccordement.

la géométrie d’une pièce à analyser pour le démoulage — les zones de ligne de joint parallèles à la DPD doivent être repérées puis comparées à la correction proposée dans l’activité.

l’incidence des contraintes d’outillage sur la forme de la pièce — la contrainte d’outillage peut imposer une modification locale de la géométrie nominale de la pièce.

chercher l’optimum d’inclinaison de la marche

L’animation précédente montre l’effet côté moule. Ici, on observe la pièce en vue de côté : en haut la forme idéale sans inclinaison, en bas la forme corrigée avec une marche inclinée. Il faut donc rechercher un compromis entre qualité géométrique de la pièce et sécurité de fermeture du moule.

Inclinaison de la marche : 0°

Sécurité de fermeture / durée de vie du moule

Dégradation de la géométrie de la pièce

Risque de bavure / collision

Constat : comparez simultanément les trois indicateurs lorsque l’angle varie.

Aucune plage n’est indiquée comme optimale ici : utilisez les trois barres pour rechercher votre compromis.

Quelle plage vous paraît offrir le meilleur compromis entre modification de la pièce et fermeture du moule ?

Testez plusieurs angles avant de choisir.

4. Dépouilles

Objectif : choisir le plan neutre et observer les dépouilles globales et locales d’une pièce injectée.

Avant de choisir une valeur d’angle, il faut déterminer la surface fonctionnelle à préserver. Le plan neutre est placé sur cette référence : la dépouille fait ensuite varier la géométrie de l’autre côté.

Choisir le plan neutre de la boîte inférieure

Les deux demi-boîtes sont disposées face à face. La boîte supérieure est la symétrie de la boîte inférieure de référence, mais sans dépouille. Seule la boîte inférieure est modifiée : choisissez son plan neutre et son angle de dépouille, puis observez si les deux lèvres ferment encore correctement la cavité.

Position du plan neutre 100 % — plan de joint Angle de dépouille de la boîte inférieure 2°

Écart à gauche : 0,0 mm

Écart à droite : 0,0 mm

Fermeture : ensemble fermé

Faites varier le plan neutre puis l’angle de dépouille. Cherchez la configuration qui conserve le raccordement avec la boîte supérieure.

Pour que la boîte supérieure reste inchangée et que l’ensemble ferme correctement, où faut-il placer le plan neutre de la boîte inférieure ?

Dépouilles des formes intérieures : où doit rester la pièce ?

Pour les schémas ci-dessous : bleu = partie fixe et orange = partie mobile. Lancez les trois animations puis répondez aux questions à partir de ce que vous observez.

A — Sans dépouille

Comparez le contact entre la pièce et les surfaces moulantes pendant l’ouverture.

Question d’observation : pendant combien de temps les parois restent-elles en contact au cours du démoulage ?

B — Dépouille du trou vers le haut

Observez de quel côté reste la pièce après l’ouverture.

Question d’observation : après l’ouverture, de quel côté reste la pièce et où se trouvent les éjecteurs ?

C — Dépouille du trou vers le bas

Observez de quel côté reste la pièce et comparez l’épaisseur du bossage.

Question d’observation : après l’ouverture, de quel côté reste la pièce ? Que remarquez-vous sur l’épaisseur du bossage ?

Repérage : partie fixe partie mobile

1. Après l’animation A, quelle conséquence vous paraît la plus probable ?

2. Après l’animation B, quel est l’intérêt de la position où reste la pièce ?

3. Après l’animation C, quel inconvénient principal observez-vous ?

Démoulage naturel d’une contre-dépouille

La vue en coupe ci-dessous présente une solution de pièce : l’ouverture sous le crochet permet à une partie du moule d’accéder à la contre-dépouille. L’animation placée en dessous montre comment les deux parties du moule s’appuient sur la pièce et se ferment suivant une surface inclinée.

Pièce avec une contre-dépouille

Observez la fermeture : la partie mobile utilise l’ouverture sous le crochet et la ligne rouge localise la zone de fermeture entre les deux parties du moule.

Question d’observation : quel est le rôle de l’ouverture sous le crochet ?

Quel est le premier critère pour choisir le plan neutre ?

La surface ou la dimension fonctionnelle à préserver Répartir arbitrairement la variation de géométrie

Valeurs de dépouille selon l’état de surface

La dépouille dépend notamment de l’état de surface du moule. Une valeur plus élevée facilite le démoulage, mais modifie davantage la géométrie fonctionnelle. Le grainage demande généralement plus de dépouille qu’un poli miroir.

État de surface ou grain	Profondeur indicative	Dépouille indicative
Poli miroir	—	1°
Usinage	0,006	2°
Grain 24	0,012	2,5°
Grain 33	0,040	4°
Grain 42	0,080	5,5°

Exemple de grainage chimique effet bois — Un relief profond ou complexe augmente la dépouille nécessaire.

5. Concevoir les nervures et les assemblages

Objectif : renforcer sans recréer de zones massives ni de concentrations de contraintes.

Une nervure trop épaisse crée un point chaud à sa jonction avec la paroi. Visez une épaisseur comprise entre environ un tiers et deux tiers de l’épaisseur de la paroi. Répartissez les nervures de façon aussi symétrique que possible pour limiter le gauchissement.

Comparaison de conceptions de nervures incorrectes et correctes — Évider les bossages et répartir les renforts limite les zones massives.

Les pièces plastiques restent sensibles à la fatigue et au fluage. Arrondissez les transitions, évitez les entailles et contrôlez les clips à la limite élastique puis aux efforts d’emboîtement et de déboîtement.

Modifier une forme extrudée en 3D

Le viewer reprend plusieurs géométries de pièces extrudées nervurées. La vue est orthographique, comme dans un modeleur CAO : les arêtes parallèles restent parallèles et aucune perspective ne déforme la pièce. Tournez la pièce à la souris et zoomez à la molette.

1. Épaisseur des nervures

2. Choisissez une géométrie de renfort

Constat : comparez la symétrie et la répartition géométrique des nervures sur la largeur.

Les quatre géométries reprennent les proportions des pièces extrudées fournies : plaque extrudée de 100 mm, largeur ≈ 50,6 mm, paroi de 5 mm et nervures longitudinales. L’épaisseur choisie modifie ensuite la largeur des nervures.

Projection orthographique • glisser : rotation • molette : zoom • double-clic : vue initiale

Quelle géométrie répartit le renfort sur la largeur sans concentrer les nervures sur un seul côté ?

Tournez les quatre modèles et comparez leur répartition.

Quelle valeur constitue une limite haute raisonnable pour une nervure ?

L’épaisseur complète de la paroi Environ deux tiers de la paroi

6. Diagnostiquer les défauts d’injection

Objectif : observer le remplissage, expliquer le défaut, puis choisir une correction sur la pièce, le seuil ou le moule.

L’animation de remplissage ne donne pas directement une bonne solution. Elle montre le déroulement du front matière et les zones à examiner : la cavité se remplit-elle complètement, le front reste-t-il équilibré, observe-t-on une hésitation ou une accélération ?

Animation de remplissage du front de matière pendant le remplissage — Progression du front de matière depuis le seuil d’injection.

Du choix du seuil au comportement de la pièce

Le point d’injection n’est pas seulement un paramètre du moule : sa position modifie les chemins d’écoulement, les lignes de soudure, les poches d’air et les pertes de charge. Une zone qui semble favorable doit encore être validée par rapport aux fonctions de la pièce.

Point d’injection placé sur le maillage dans le didacticiel — Observation : déplacer le seuil change les chemins d’écoulement ; son influence doit toujours être analysée.

Choisir la position du seuil

Cliquez sur un seuil. La ligne de soudure apparaît en rouge.

Seuil à gauche

Observez la position de la ligne de soudure par rapport au trou et au clip.

Ligne de soudure / clipproche du clip

Longueur d’écoulement maximaleimportante

Nombre de lignes visibles1

Comparez les trois positions avant de répondre. Aucune position n’est validée automatiquement pendant l’observation.

Quel seuil vous paraît le plus approprié ?

Observez d’abord les trois configurations.

Chercher un front de matière aussi régulier que possible

Une vitesse constante du piston ne produit pas nécessairement un front de matière qui progresse régulièrement. L’objectif est d’éviter les accélérations, ralentissements et hésitations qui déséquilibrent le remplissage.

Question de conception : si le front ralentit toujours au même endroit, cherchez d’abord une cause géométrique : réduction d’épaisseur, trajet trop long, changement brutal de section ou zone qui détourne le débit.

Il existe un compromis de remplissage

Remplir très vite augmente fortement la pression nécessaire. Remplir trop lentement laisse davantage de matière figer contre les parois : la veine fluide se réduit et la pression nécessaire augmente de nouveau.

Courbe du cours reliant temps de remplissage et pression — Observation : la pression de remplissage présente une zone optimale entre débit trop élevé et refroidissement excessif.

GéométrieChemin d’écoulementPertes de chargePressionCompactageDéfaut final

Remplir n’est pas compacter

Une cavité peut être entièrement remplie mais encore mal compactée. Après le remplissage, le maintien sous pression sert à compenser le retrait tant qu’un chemin de matière suffisamment fluide relie le seuil aux zones à alimenter.

Fraction de gaine solide dans la pièce — Observation : suivi de la fraction de gaine solide au voisinage du seuil.

Lecture du temps de gel lorsque la fraction de gaine solide atteint 1 — Lorsque la fraction atteint 1 au seuil, celui-ci est considéré comme gelé.

Conséquence pour la conception : une zone massive située derrière une zone mince peut être remplie mais mal alimentée pendant le maintien. La zone mince devient alors un étranglement qui favorise une retassure plus loin dans la pièce.

Position du seuil, longueur d’écoulement et maintien

Vue de côté : déplacez le seuil et faites varier l’épaisseur de la zone centrale. La hauteur du rectangle représente directement cette épaisseur : lorsqu’elle diminue, son trait horizontal inférieur remonte.

Écart de maintien entre les deux massifs : observez comment il évolue avec la position du seuil.

1. Position du seuil sur la forme centrale

2. Épaisseur du passage : 0,60 e

72 %maintien à gauche

34 %maintien à droite

Constat : relevez les deux indices de maintien et leur écart pour chaque configuration.

Si l’objectif est d’obtenir un maintien aussi équilibré que possible entre les deux massifs, où placeriez-vous le seuil ?

Comparez les valeurs gauche/droite pour plusieurs épaisseurs.

Lignes de soudure et lignes de mélange

La matière contourne un obstacle, puis les fronts se rencontrent. Une rencontre presque frontale forme une ligne de soudure. Lorsque l’angle entre les tangentes dépasse 125°, la rencontre correspond à une ligne de mélange.

Animation d’une ligne de soudure pendant le remplissage

Animation localisant les lignes de soudure dans la pièce

Constats à faire sur les deux animations.

Premier GIF : la ligne de soudure se forme sur un clip. Or un clip est une zone sollicitée en flexion lors de l’emboîtement et du déboîtement. Cette ligne de soudure devient donc un point faible pour la durée de vie de la pièce.
Second GIF : tout le flux matière transite par une zone mince avant d’atteindre l’extrémité de la pièce. Cette section freine l’écoulement et pénalise le maintien sous pression dans la zone terminale. Le compactage devient moins efficace et l’on risque alors une retassure en extrémité.

ObserverSuperposez lignes de soudure, isochrones, température et pression. Vérifiez si la ligne tombe sur un élément fonctionnel comme un clip et repérez les zones minces qui canalisent tout le flux.

ExpliquerSur un clip, la ligne de soudure dégrade la cohésion locale et peut réduire la tenue en fatigue. Quand tout le remplissage passe par une zone mince, la perte de charge augmente et le maintien sous pression devient moins efficace en bout de pièce.

CorrigerDéplacez le seuil, modifiez la géométrie ou redistribuez les épaisseurs pour éloigner la ligne d’une zone sollicitée et pour éviter qu’une zone mince commande seule l’alimentation d’une extrémité.

Retassures

Une retassure correspond à l’affaissement d’une surface extérieure au droit d’un volume qui se contracte sans recevoir assez de matière pendant le compactage. Une zone épaisse refroidit plus tard et reste donc particulièrement critique.

Il faut cependant regarder aussi le chemin qui relie cette zone au seuil. Si la pression de maintien doit traverser une longue zone mince déjà en train de figer, la cavité peut être remplie mais la zone terminale ne sera plus correctement compactée.

Carte de simulation prédisant les retassures

Section avec une zone massive susceptible de créer une retassure

Section corrigée par une nervure et un évidement

ObserverRecherchez les pics derrière les bossages, nervures épaisses et raccordements massifs.

ExpliquerLe cœur reste chaud après la peau et son retrait tire la surface vers l’intérieur.

CorrigerÉvidez, uniformisez l’épaisseur et remplacez une masse par des nervures adaptées.

Inclusion d’air et brûlure

Une poche d’air apparaît quand le front de matière se referme sur lui-même. Le gaz comprimé peut chauffer et laisser une trace de brûlure.

Animation du remplissage conduisant à une inclusion d’air

Simulation montrant l’effet de la position du seuil sur le remplissage

ObserverRepérez la dernière zone atteinte et la convergence des fronts.

ExpliquerLe gaz ne trouve plus de chemin de sortie lorsque la matière ferme la poche.

CorrigerDéplacez le seuil, modifiez localement les épaisseurs ou prévoyez une mise à l’air du moule.

Gauchissement

Le gauchissement provient de retraits et de tensions internes non homogènes. Les écarts de température, de pression, d’orientation et d’épaisseur font varier le retrait dans la pièce.

ObserverComparez la déformée, les températures en fin de remplissage et le retrait volumique.

ExpliquerDeux zones qui refroidissent ou se contractent différemment imposent une courbure.

CorrigerÉquilibrez le remplissage, évitez les masses et rendez la géométrie plus symétrique.

Effet d’hésitation

Lorsque deux chemins présentent des épaisseurs différentes, la matière remplit d’abord le chemin le plus épais. Le front ralentit dans la paroi fine, refroidit prématurément et peut figer avant la fin du remplissage.

Une zone mince peut donc avoir un double effet : retarder le remplissage et, si une partie de la pièce se trouve derrière elle, limiter ensuite la transmission de la pression de maintien.

interpréter une hésitation

Imaginez deux chemins parallèles : l’un conserve l’épaisseur nominale, l’autre passe à 0,5 e. Lequel sera privilégié au début du remplissage ?

ObserverObservez la régularité de progression du front et, lorsqu’elle est représentée, sa température.

ExpliquerLa faible section oppose plus de résistance et le débit privilégie l’épaisseur forte.

CorrigerRepositionnez le seuil ou ajustez la transition d’épaisseur sans créer une nouvelle masse.

Comprendre la commutation remplissage → maintien

Pendant la première phase, la machine impose principalement le débit pour remplir l’empreinte. En fin de remplissage, elle passe à un pilotage en pression pour compacter la matière sans provoquer une montée brutale de pression. Pour la conception, l’idée essentielle est simple : si la géométrie exige encore une très forte pression juste pour finir de remplir, le compactage part déjà dans de mauvaises conditions.

Indicateurs à observer

Méthode à appliquer dans chaque essai intégré. 1) Observer. 2) Expliquer physiquement. 3) Identifier le paramètre géométrique ou le seuil responsable. 4) Modifier ce paramètre dans l’activité. 5) Comparer immédiatement le nouvel effet.

Deux exemples complets d’optimisation

Optimisation de la pièce

Repérez la modification géométrique et le défaut qu’elle cherche à réduire.

Optimisation du moule

Observez le changement apporté à l’outillage ou à l’alimentation.

Pendant les vidéos intégrées. Mettez sur pause avant chaque modification, prévoyez son effet, puis relancez la vidéo pour confronter votre hypothèse au résultat.

J’ai identifié le défaut initial.
J’ai distingué l’action sur la pièce de l’action sur le moule.
J’ai formulé un critère de validation mesurable.

7. QCM de conception

Objectif : mobiliser les règles de conception directement dans le didacticiel, sans autre outil.

Vues de la pièce supérieure et de la pièce inférieure du TD de mise en dépouille — Utilisez la géométrie représentée comme support d’analyse ; les règles évaluées sont celles expérimentées dans le parcours.