Déformations et contraintes résiduelles
Modélisation de l’injection - Compactage et contraintes résiduelles

2.1 Introduction

La déformation des pièces en sortie de moule est un des problèmes les plus difficiles à résoudre pour les concepteurs d’outillage. Ces déformations sont liées aux contraintes résiduelles. Elles affectent également les propriétés mécaniques et optiques des pièces moulées. Les contraintes résiduelles peuvent avoir deux origines :

• les contraintes dues à l’écoulement pendant le remplissage et le compactage. Elles ne se relaxent pas complètement avant la solidification, du fait du caractère viscoélastique du matériau (elles s’annuleraient à la fin de l’écoulement pour un comportement purement visqueux). La pression ne s’annule pas à la fin de l’écoulement, en raison du confinement du polymère dans la cavité. On parle de contraintes figées induites par l’écoulement ;

• le retrait thermique associé au refroidissement hétérogène. Il conduit aussi à des contraintes résiduelles appelées contraintes thermiques. On les retrouve dans bon nombre de procédés et de matériaux, comme le verre et les métaux.

Nous allons d’abord montrer les phénomènes physiques mis en jeu, puis nous présenterons les profils de contraintes mesurés, et enfin nous aborderons la modélisation. Nous ne traiterons pas ici de l’évolution des contraintes et déformations sur des durées longues pendant le vieillissement ultérieur de la pièce en service.

2.2 Phénomènes physiques principaux

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2.2.1 Retrait thermique

• Retrait en refroidissement libre

  Considérons d’abord les effets du retrait en trempe libre, c’est-à-dire sans prendre en compte l’incidence des parois métalliques sur le retrait. Ces conditions sont plus proches en fait de ce que subit un polymère en sortie d’une filière d’extrusion, hors calibrage. Supposons qu’en dessous de la température de solidification T_s, le polymère se comporte comme un solide élastique, avec un...