OXYLANE DECATHLON – Tricycle pour enfant

APPLICATION  DE  L’INJECTION  ASSISTEE  PAR  GAZ  POUR  LE  DEVELOPPEMENT  D’UN  TRICYCLE  POUR  ENFANT  POUR  LA  SOCIETEOXYLANE  (DECATHLON)

 

La société Oxylane est l’entité chargée des programmes de Recherche-Développement pour les filiales dépendant de la société Decathlon. Oxylane développe ainsi les produits pour B’Twin, Wedze, Tribord, Quechua, Artengo, etc…

B’Twin a ainsi chargé Oxylane de développer le tricycle-trotteur Threasy, produit composé de multiples pièces plastiques dont cinq réalisées en injection assistée par gaz. Comme les équipes d’Oxylane n’avaient que très peu d’expériences dans ce domaine, il avait été décidé de travailler très en amont avec des prestataires extérieurs spécialisés dans ce procédé. C’est ainsi, qu’après avoir participé à un séminaire de formation en 2010, Oxylane a chargé Simplast de la totalité des calculs d’analyses numériques tant en mécanique qu’en rhéologie.

Autant pour la partie mécanique, les onzes pièces principales ont été modélisées et les liaisons reproduites autant pour la partie rhéologie les pièces ont été traitées de façon indépendante.

 

Calculs en mécanique

Pour cette première partie, les pièces ont été validées en statique mais aussi en dynamique.

 

  1.   Poids d’un enfant                                                                    statique, flexion
  2.   Bras de levier arrière                                                              statique, flexion
  3.   Bras de levier avant                                                                statique, flexion
  4.   Poids d’un enfant + passager                                                statique, flexion
  5.   Repose pied                                                                              statique, flexion
  6.   Torsion guidon                                                                         statique, torsion
  7.   Suspension vélo complet                                                       statique
  8.   Descente de trottoir marche avant                                      dynamique
  9.   Descente de trottoir marche arrière                                    dynamique
  10. Descente de trottoir + torsion                                                 dynamique
  11. Tenue au choc plan incliné                                                      dynamique
  12. Tenue au choc plan incliné, roue en torsion                        dynamique
  13. Tenue au choc plan incliné, choc sur roues arrières          dynamique
  14. Tenue au choc plan incliné, choc sur une roue arrière      dynamique
  15. Tenue au choc plan incliné, choc sur une roue avant        dynamique

Matériau

La matière retenue est un polypropylène de Lyondell Basell, le PPU 1752 S1

Propriétés mécaniques

Module de Young                  E         = 1340 MPa

Limite élastique                      σe      =     23 MPa

Coefficient de Poisson           v        =   0,392

Masse volumique                   ρ          =   0.9 x 10-9 T/mm3

Module de cisaillement          G         =   481 MPa

Propriétés rhéologiques

Courbes de viscosité - Loi de Cross-WLF                      Courbes PVT

 

Capacité calorifique                                       3100 J/kg-C  à 254.5°C

Conductivité thermique                                 0.16 W/m-C à 215°C

 

Pièces de structure

Train Arrière

L’ensemble train arrière + assise

 

Pièces tubulaires

         La poignée canne                     Le dossier                                         Le guidon

  

Threazy, validation mécanique

Le tricycle-trotteur répond au cahier des charges d’une multitude de cas de charge tant en statique qu’en dynamique.

Pour augmenter la tenue à la flexion d’une pièce, la solution la plus simple est de positionner des nervures perpendiculairement à la surface principale. Le paramètre le plus influent est alors la hauteur de la nervure car intervenant au degré 3 dans le calcul du moment quadratique.

Augmenter la hauteur d’une nervure favorise la résistance à la flexion mais pose un problème de démoulage ; en effet, il est indispensable d’affecter un angle de dépouille significatif. Mais cela s’accompagne d’une augmentation de l’épaisseur au pied de la nervure et donc un risque important de retassure.

Threazy, validation rhéologique

Les trois pièces tubulaires: la poignée canne, le dossier et le guidon présentent la particularité d’être parfaitement symétriques. Avec l’équipe projet d’Oxylane nous avons décidé de mettre en œuvre le procédé de remplissage partiel et donc de reproduire le même phénomène observé sur la poignée Malice injectée par ROVIP (Le Plastilien N°82 page 38).

Pour ces 3 pièces, nous obtenons une ligne de recollement des fronts matières au milieu de la zone tubulaire et donc une soudure chaude. La conséquence en est une connexion des bulles de gaz dans cette même zone, connexion obtenue en phase de compactage.

Ces 3 pièces sont réalisées en PP en injection assistée par gaz en remplissage partiel. Par ailleurs, nous avons eu la possibilité de tester presque toutes les combinaisons possibles.

  • 1 pt d’injection matière 1 pt d’injection gaz                poignée canne
  • 2 pts d’injection matière 2 pts d’injection gaz               le dossier
  • 2 pts d’injection matière 1 pt d’injection gaz                le guidon

 

Quelle que soit la configuration, le phénomène de connexion arrive à se produire. Pour qu’une bulle réussisse à percer le front matière, il faut que l’épaisseur du matelas soit la plus faible possible. Ensuite, il faut que le débit soit suffisant pour traverser cette limite. Autant le niveau de pression détermine la possibilité de terminer le remplissage, autant le débit semble influencer la vitesse d’avancée de la bulle. Le débit est essentiellement donné par la géométrie du circuit et des accessoires. Même si le jeu dans un injecteur gaz est garanti par le fabricant et que la longueur de deux flexibles est théoriquement la même, il subsistera toujours l’intervalle de tolérance. Il semblerait que cet intervalle de tolérance soit suffisant pour provoquer un effet très visible au niveau de la pièce. Si le jeu dans un injecteur gaz est de l’ordre de 0.02 mm2, une variation minime pourra modifier la position de la bulle et la différer de plusieurs centimètres. C’est là qu’interviennent les propriétés d’écoulement des polymères à l’état fondu. Pour analyser plus finement le phénomène, il faudrait équiper un moule de capteur de pression et suivre les variations de pression dans le temps.

2 pièces de structure

 

 

 

Pour renforcer mécaniquement ces pièces, il y avait plusieurs options :

  • rigidifier la pièce par une réseau complexe de nervures
  • augmenter le taux de charges
  • rigidifier en combinant des nervures et un effet tube