Étude d’une mousse métallique associée à un réseau de caloducs pour améliorer le contrôle thermique de moules d’injection

Dans le domaine de l’injection des pièces en polymère, la régulation thermique des moules est un enjeu fondamental dans le sens où la qualité des pièces ainsi que leur fréquence de production en dépend. Ainsi, la température de la surface moulante doit être la plus uniforme possible. En outre, une réduction de l’inertie thermique du moule est souhaitable afin de raccourcir la durée des cycles de moulage. Actuellement le refroidissement du moule est effectué à l’aide d’une circulation d’eau qui permet une excellente efficacité thermique. Cependant, cette technologie induit une inhomogénéité de température de la surface moulante et la détérioration des canaux par encrassement et corrosion. La solution proposée consiste à insérer dans le moule une mousse métallique refroidie par air.

Les mousses métalliques sont utilisées dans de nombreuses applications : elles contribuent à l’allègement des pièces métalliques, tout en leur assurant une grande rigidité mécanique. Cependant, par rapport à une pièce massive, l’efficacité du transfert de chaleur conductif est moindre. Nous avons pour objectif de la compenser par insertion des caloducs.

Dans ce but, un banc expérimental est mis en place. Les mousses sont percées selon leur hauteur de quatre trous cylindriques non débouchant, pour accueillir des caloducs. Elles sont chauffées sur leur paroi inférieure par un bloc en acier simulant le polymère à refroidir. Le refroidissement est effectué soit par convection naturelle, soit par convection forcée d’air au sein de la mousse. Des thermocouples placés sur les parois et autour de la mousse permettent de déterminer l’efficacité thermique du système ainsi que sa capacité à homogénéiser la température au sein de la mousse.

Un modèle nodal déterminant le champ de température dans le système mousse-caloducs est construit. L’inversion de ce problème par identification avec les résultats expérimentaux permet de retrouver les paramètres influant sur son efficacité thermique : conductivité thermique effective de la mousse, coefficients d’échange convectif, résistance de contact caloduc/mousse.

Cette étude expérimentale montre qu’un soufflage d’air au sein de la mousse peut permettre le refroidissement efficace du moule, si tant est que la vitesse d’air est suffisamment élevée. Lorsque la vitesse d’air est faible ou lorsque la convection est naturelle, les caloducs permettent alors une augmentation significative de l’efficacité du transfert de chaleur dans le bloc de mousse ou de l’homogénéité de sa température.