L'accumulateur est un organe très important de la machine à couler sous pression car il conditionne la bonne qualité et la régularité de l'injection. L'azote sous pression est l'élément moteur (fournisseur d'énergie) de l'accumulateur.

Principe de l’accumulateur
L’accumulateur a pour objectif de transformer une pression de gaz en pression d’huile.
- Le gaz utilisé est de l’azote
- L’huile est un fluide eau-glycol

Groupe hydraulique (exemple Weingarten) avec double accumulateur à piston (en haut)

Conception de l’accumulateur
Trois conceptions ont été utilisées dans les machines à couler sous pression.
En effet, la séparation azote/eau-glycol peut être :
- Une surface libre
- Une vessie
- Un piston

A- Surface libre
Dans cette conception très simple et ancienne (dite « open cylinder type »), il n’y a pas de séparation physique entre l’azote et l’huile machine.
On trouvait cette conception sur les premières machines. Elle conduisait souvent à un mélange sous forme d’émulsion du gaz et de l’huile et des fuites de gaz dans les circuits hydrauliques provoquant des dysfonctionnements machine et des injections peu répétitives.

Accumulateur à surface libre (pas de séparation entre huile machine et azote)

B - Accumulateur à vessie
Dans ce type de conception (dite « « bladder type »), l’azote est emprisonnée (et séparée du fluide hydraulique) dans une vessie. Des problèmes arrivaient avec la rupture de la vessie.

Accumulateur à vessie

C - Accumulateur à piston
La plus récente est la conception d'accumulateur à piston (dite « piston type ») qui sépare l’azote de l’eau-glycol. Ce type de conception nécessite une maintenance des joints et donne les meilleurs résultats. C'est le principe de conception des accumulateurs des machines actuelles. La (ou les) bouteilles d'azote sont séparées de l'accumulateur proprement dit, ce qui n'était pas le cas des conceptions précédentes.

Accumulateur à piston

Impact de l’accumulateur
L’accumulateur est utilisé en 2ème et 3ème phase uniquement et fournit donc une grande puissance lors de l’injection (en vitesse rapide dite V2) et en phase de compression (dite P3).
La pression d’azote dans l’accumulateur est l’un des paramètres importants pour garantir le bon fonctionnement de la machine.

Fonctionnement de l’accumulateur
L’accumulateur permet de délivrer une puissance importante dans un laps de temps très court lié à la très forte pression de l’azote (150 à 200 bars). La pression d’azote diminue alors.

Pendant le reste du cycle (poteyage, ….) le groupe hydraulique machine recharge en fluide hydraulique l’accumulateur permettant une remontée en pression de l’azote jusqu’à son niveau initial.
Les mouvements mécaniques de la machine (ouverture, fermeture moule, éjection, mouvements noyaux) sont réalisés uniquement par le groupe hydraulique de la presse.

Chez certains fournisseurs de machine existe un système de double accumulateur :
- Un accumulateur pour la vitesse de 2ème phase
- Un accumulateur pour la pression de 3ème phase

Un peu de théorie maintenant ?

Equation des gaz parfaits
L’azote obéit à l’équation des gazs parfaits:
PV = nRT où :
P est la pression
V est le volume occupé
T est la température (en Kelvin 1K = 1°C + 273)
n et R sont des constantes physiques

On peut déduire de cette équation qu’à volume constant (V), si la température augmente, la pression d’azote va augmenter proportionnellement.

Ainsi une augmentation de la température de l’atelier de 10°C à 30°C va faire passer :
- la pression d’azote de 150 à 166 bars
- la pression de multiplication P3 de 675 à 748 bars (s’il existe un rapport de multiplication de 4.5 par exemple sur une machine donnée entre le vérin et le piston d'injection)

Impact d'une augmentation de la température extérieure sur la pression d'azote bouteille

Notons que sur les machine récente (dite à temps réelle), Il y a une mesure en temps réel de la vitesse piston (et de la pression) qui sont donc indépendantes de la pression d'azote.

L'accumulateur , une réserve d'énergie potentielle
L'accumulateur est une réserve d'énergie. On parle alors d'énergie potentielle.

Il y a d'autres type d'énergie potentielle; celle contenue dans un ressort de montre ou dans l'eau d'un lac de barrage d'altitude (eau qui libérée va entraîner une turbine et produire de l'électricité). L'autre forme d'énergie est l'énergie cinétique qui traduit l'énergie contenue dans un corps en mouvement. Cette énergie est proportionnelle au carré de la vitesse et à la masse déplacée (1/2 m V2).

Le travail fourni par une machine (W) est égal à la différence d'énergie cinétique résultant (d Ec)

W = d Ec (travail de l'accumulateur égal à la différence d'énergie cinétique du piston machine) ou encore

P S dl = 1/2 m V2

où :
P est la pression (d'azote) de service
S est la surface de l'accumulateur
dl est le déplacement du piston accumulateur (durant la 2ème phase d'injection)
m est la masse en mouvement (vérin + piston + organe machine + tige + alliage liquide + ...)
V est la vitesse piston atteinte en fin d'accélération. (V2 est la vitesse au carré)

Là encore, une diminution de la pression d'azote va diminuer la vitesse piston (proportionnelement aux racine carré des écarts de pression).

Source : The diecasting book (Arthur C Street)
pour les 3 conceptions accumulateurs

Janvier 2009

Accumulateur à piston

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