Optimisation du procédé de fabrication d'isolateurs vibratoires en polychloroprène

Ce projet de maîtrise a été mis en place dans le but de répondre à une problématique rencontrée dans l'industrie des véhicules récréatifs. Le moteur de ce type de véhicule est source de vibrations qui peuvent être inconfortables tant pour l'utilisateur que pour les autres éléments mécaniques du véhicule. Dans le but de réduire les effets nocifs de ces vibrations, des isolateurs viscoélastiques sont montés entre le moteur et la structure. Certains isolateurs sont fabriqués à base de Polychloroprène qui un élastomère offrant une combinaison de propriétés mécaniques et résistances particulièrement intéressante pour une application d'isolation vibratoire dans des environnements difficiles. Cependant, ces pièces présentent des variabilités notables et inexpliquées de leurs propriétés mécaniques suite à leur fabrication. L'objectif de ce projet de recherche est donc d'investiguer les différentes sources éventuelles de variabilité intervenant lors du procédé de fabrication des supports, et ainsi d'évaluer leur impact sur les propriétés mécaniques de ces pièces. Il s'agit de regarder l'ensemble du procédé de fabrication des supports de moteur, de la préparation du mélange d'élastomère, au moulage des pièces puis de leur conditionnement après moulage jusqu'à la livraison au client. Le travail de recherche effectué a été divisé en deux volets. Tout d'abord, l'effet des différents aspects externes au procédé central de moulage des pièces a été analysé: le mélangeage (en amont), la thermique du moule (pendant), et le refroidissement des pièces (en aval). Ensuite, les paramètres intervenant lors du processus de moulage par injection des pièces ont été considérés. Pour mener à bien ces deux points, l'homogénéité du mélange brut a tout d'abord été vérifiée à l'aide de mesures expérimentales du module élastique. Ces mesures ont été réalisées à l'aide d'un tensiomètre sur des éprouvettes du mélange étudié. Par la suite, afin de vérifier l'uniformité de la distribution de température dans un moule à injection, un modèle thermique par éléments finis d'un moule de production a été développé et validé par des mesures expérimentales réalisées à l'aide d'un thermocouple. Cela a permis d'acquérir une première idée de la distribution de température dans un moule, en dépit du fait que les conditions aux limites appliquées se soient avérées insuffisantes pour reproduire fidèlement la réalité. Néanmoins, un moule permettant de mouler plusieurs pièces à la fois a été investigué. Et l'effet de la position de la cavité de cuisson sur les propriétés a pu être analysé. Les supports ont été expérimentalement caractérisés à l'aide d'une machine servo-hydraulique de traction permettant d'évaluer leurs propriétés statiques et dynamiques. Deux modes de refroidissement après cuisson ont été comparés, le refroidissement en condition normale de production, et le refroidissement à l'air ambiant. Il s'est avéré que le premier mode était trois fois plus préjudiciable que le second et n'autorisait pas un refroidissement uniforme adéquat des pièces.

Abstract

The project presented in this thesis was established as a means to find answers to issues encountered in the recreation vehicule industry. Recreation vehicule engine generates vibration that can lead to passenger incomfort or to mechanical failure. The reduction of such vibration has been a major focus for the industry. As a means to overcome this problem, passive isolators are generally placed between the engine and the structure. However, engine mounts made of Polychloroprene rubber present abnormal variability in their mechanical properties. The main purpose of this research project was to investigate the possible sources of variability occuring during the manufacturing process of isolators, and thus evaluate their impact on parts mechanical properties. The work consisted to look at the global manufaturing process, namely elastomer mixture preparation, parts molding and cooling. As such, the research work was divided in two major stages. First of all, external aspects to the main molding process were considered, including mixture preparation, mold thermal variations and parts cooling. Then the parameters directly involved during the injection molding process were investigated. The homogeneity of the raw mixture was analized through experimental measurements of the elastic modulus. Tests were done with a tensiometer on dumbbells. Subsequently, as a means to verify the uniformity of the temperature distribution in a mold, a thermal finite element model was developped based on a production mold geometry. The model was validated through experimental measurements using a thermocouple. Comparison with experiment confirmed that the model gives a first good idea of the temperature distribution in the mold. But some adjustments of the boundary conditions are still needed to accurately reproduced the reality. Nevertheless, as the mold produces several parts at a time, a comparison between cavity locations was done in order to assess their effect on properties. Engine mounts were experimentally characterized using a servo-hydraulic uniaxial load machine to evaluate their static and dynamic properties. Thereafter, two different cooling operation procedures were compared, namely the production cooling method, and the ambiant air cooling method. It was found that the production cooling method was three times more detrimental than the second method, and did not allow an adequate uniform cooling of molded parts. Finally, the design of experiments methodology was applied to identify the most influential parameters of the injection molding process. A relationship was established between those parameters and mechanical properties. It was found that temperature linked parameters had a predominant effect. Moreover, it was demonstrated that the variability decreased with a higher curing state of molded parts. Keywords: Elastomers, vibration, isolation, manufacturing process, injection molding.