Exemple de calcul d’un moule
Exemple de calcul définissant la puissance à installer pour chauffer un moule en acier.
Objectif : Une presse à compression avec un moule en acier trempé est utilisée pour former des pièces plastiques.
- La quantité de plastique inséré dans le moule est de 50g à température ambiante.
- La cadence est de 30 pièces par heure.
- Les dimensions externes du moule sont : 150 x 250 x 150 mm.
- Le moule est placé entre 2 plateaux de presse de dimensions : 250 x 400 x 50 mm chacun.
- Les plateaux sont isolés de la presse au moyen d’une plaque isolante rigide de 15 mm d’épaisseur.
- Le moule doit être préchauffé à 200° C en 45 mn tout en étant fermé.
- La température ambiante est de 20° C.
Puissance nécessaire pour la mise en température du moule et des plateaux en 45 mn
= 3711 W
où :
M = masse du moule et des plateaux en kg
M = volume en dm3 x densité
M = [(1,5 x 2,5 x 1,5) + 2 x (2,5 x 4 x 0,5)] x 7,87
M = 122,9 kg
Cp = chaleur spécifique de l’acier
0,11 kcal/kg.K
= élévation de température
= 200 – 20 = 180°C
0,86 = coeff.de conversion kcal/h en Watt
ts = temps de mise en route = 0,75 heure
Puissance nécessaire pour le chauffage du plastique durant la phase de travail
2 = 94 W
où :
M = masse de plastique en kg
M = 0,050 kg
Cp = chaleur spécifique du plastique (polycarbonate)
Cp = 0,3 kcal/kg.K
= 180°C
ts = temps de cycle d’une pièce
ts = 1/30 = 0,0333 heure
Puissance nécessaire pour compenser les pertes de chaleur à la surface des plateaux, du moule et vers le bâti de la presse
Ces pertes sont par :
- conduction
- convection
- rayonnement
Pertes par conduction aux travers des surfaces isolées des plateaux
où :
= coefficient de conduction de l’isolant rigide
= 0,65 W/m.K
e = épaisseur de l’isolant
e = 0,015 m
S = surface totale isolée (plateaux sup. et inf.)
S = (0,25 x 0,4) x 2
S = 0,2 m²
= 180°C
Pertes par convection des surfaces latérales du moule et des plateaux
où :
h. = puissance dissipée par m² sur la surface métallique verticale multipliée par le DT (180°C).
h. = 900W/m²
S = surfaces verticale des plateaux et moule
S = (0,15 + 0,25) x 2 x 0,15 + (0,25 + 0,4) x 2 x 0,05 x2
S = 0,25 m²
Pertes par convection du dessous du plateau supérieur
où :
h. = 850W/m²
S = (0,25 x 0,4) – (0,15 x 0,25)
S = 0,0625 m²
Pertes par convection du dessus du plateau inférieur
où :
h. = 1650W/m²
S = 0,0625 m²
Pertes par rayonnement de toutes les surfaces du moule et des plateaux
où:
= coeff. d’émission de l’acier trempé légèrement oxydé
= 0,7
= constante de Stefan-Boltzmann
= 5,675 . 10-8 W/m².K4
K = Kelvin = degré Celsius + 273
T = Température des plateaux et moule en K
T = 200 + 273
T = 473 K
S = surface total du moule et des plateaux rayonnants
S = 0,375 m²
Total des pertes de chaleur par heures
| Conduction | a |
= 1560 W |
| Convection face latérale | b |
= 225 W |
| Convection face dessous | c |
= 53 W |
| Convection face dessus | d |
= 103 W |
| Rayonnement | e |
= 745 W |
|
|
||
| Total des pertes | 3 |
= 2686 W |
Détermination de la puissance à installer
Au démarrage
La puissance nécessaire au démarrage comprend :
– La puissance pour la mise en température du moule et des plateaux supérieur et inférieur. Cette puissance est d’autant plus importante que le temps de monté en température est court.
– La puissance pour compenser les pertes par conduction, convection et rayonnement. Lors de la mise en route, celle-ci est égale au 2/3 des pertes totales du régime permanent.
P = (1 + 2/3 3) 1,1
Avec : 1 = chaleur pour la mise en température
3 = total des pertes de chaleur
1,1 = coeff. de sécurité
P = (3711 + 2/3 x 2686) 1,1
Puissance au démarrage = 6052 W
Puissance de travail
La puissance de travail est égal à :
– La puissance pour chauffer le plastique
– La puissance pour compenser les pertes de chaleur.
P = (2 +3) 1,1
Avec :
2 = puissance pour chauffer le plastique
3 = puissance pour compenser les pertes de chaleur
1,1 = coeff. de sécurité
P = (94 + 2686) 1,1
Puissance de travail = 3058 W
