Injection

Moulage par injection (moulage par injection aux USA) est un procédé de fabrication permettant de produire des pièces par injection de matière dans un moule. Le moulage par injection peut être réalisé avec une multitude de matériaux, notamment des métaux (pour lesquels le processus est appelé moulage sous pression), des verres, des élastomères, des confiseries et, le plus souvent, des polymères thermoplastiques et thermodurcissables. Le matériau de la pièce est introduit dans un fût chauffé, mélangé et forcé dans une cavité de moule, où il refroidit et durcit selon la configuration de la cavité. Après la conception d'un produit, généralement par un designer industriel ou un ingénieur, les moules sont fabriqués par un mouliste (ou un outilleur) à partir de métal, généralement de l'acier ou de l'aluminium, et usinés avec précision pour former les caractéristiques de la pièce souhaitée. Le moulage par injection est largement utilisé pour fabriquer une variété de pièces, des plus petits composants aux panneaux de carrosserie entiers des voitures. Les progrès de la technologie d’impression 3D, utilisant des photopolymères qui ne fondent pas lors du moulage par injection de certains thermoplastiques à basse température, peuvent être utilisés pour certains moules d’injection simples.

Les pièces à mouler par injection doivent être conçues avec beaucoup de soin pour faciliter le processus de moulage ; le matériau utilisé pour la pièce, la forme et les caractéristiques souhaitées de la pièce, le matériau du moule et les propriétés de la machine de moulage doivent tous être pris en compte. La polyvalence du moulage par injection est facilitée par cet éventail de considérations et de possibilités de conception.

Applications

Le moulage par injection est utilisé pour créer de nombreux objets tels que des bobines de fil, l'emballage, capsules de bouteilles, pièces et composants automobiles, Gameboys, peignes de poche, certains instruments de musique (et leurs parties), chaises et petites tables d'une seule pièce, conteneurs de stockage, pièces mécaniques (y compris les engrenages) et la plupart des autres produits en plastique disponibles aujourd'hui. Le moulage par injection est la méthode moderne la plus courante de fabrication de pièces en plastique ; il est idéal pour produire de grands volumes du même objet.

Caractéristiques du processus

Le moulage par injection utilise un vérin ou un piston à vis pour forcer la fusion Plastique matériau dans une cavité de moule ; cela se solidifie en une forme qui s'adapte au contour du moule. Il est le plus souvent utilisé pour traiter des polymères thermoplastiques et thermodurcissables, le volume utilisé pour les premiers étant considérablement plus élevé. Les thermoplastiques sont répandus en raison de caractéristiques qui les rendent parfaitement adaptés au moulage par injection, telles que la facilité avec laquelle ils peuvent être recyclés, leur polyvalence leur permettant d'être utilisés dans une grande variété d'applications, et leur capacité à se ramollir et à s'écouler lors du chauffage. Les thermoplastiques ont également un élément de sécurité par rapport aux thermodurcissables ; si un polymère thermodurcissable n'est pas éjecté du cylindre d'injection à temps, une réticulation chimique peut se produire, provoquant le grippage de la vis et des clapets anti-retour et potentiellement endommageant la machine de moulage par injection.

Le moulage par injection consiste à injecter à haute pression la matière première dans un moule qui donne au polymère la forme souhaitée. Les moules peuvent être constitués d’une seule cavité ou de plusieurs cavités. Dans les moules à plusieurs cavités, chaque cavité peut être identique et former les mêmes pièces ou peut être unique et former plusieurs géométries différentes au cours d'un seul cycle. Les moules sont généralement fabriqués à partir d'aciers à outils, mais les moules en acier inoxydable et en aluminium conviennent à certaines applications. Les moules en aluminium sont généralement mal adaptés à la production de gros volumes ou de pièces avec des tolérances dimensionnelles étroites, car ils ont des propriétés mécaniques inférieures et sont plus sujets à l'usure, aux dommages et à la déformation pendant les cycles d'injection et de serrage ; cependant, les moules en aluminium sont rentables dans les applications à faible volume, car les coûts et les délais de fabrication des moules sont considérablement réduits. De nombreux moules en acier sont conçus pour traiter plus d’un million de pièces au cours de leur durée de vie et leur fabrication peut coûter des centaines de milliers de dollars.

Quand thermoplastiques sont moulés, la matière première généralement granulée est introduite à travers une trémie dans un baril chauffé avec une vis alternative. À l'entrée du canon, la température augmente et les forces de Van der Waals qui résistent au flux relatif des chaînes individuelles sont affaiblies en raison de l'espace accru entre les molécules à des états d'énergie thermique plus élevés. Ce processus réduit sa viscosité, ce qui permet au polymère de s'écouler sous la force motrice de l'unité d'injection. La vis fait avancer la matière première, mélange et homogénéise les répartitions thermiques et visqueuses du polymère et réduit le temps de chauffage requis en cisaillant mécaniquement le matériau et en ajoutant une quantité importante de chauffage par friction au polymère. Le matériau avance à travers un clapet anti-retour et est collecté à l'avant de la vis dans un volume appelé coup. Une grenaille est le volume de matériau utilisé pour remplir la cavité du moule, compenser le retrait et fournir un coussin (environ 10 % du volume total de la grenaille, qui reste dans le canon et empêche la vis de toucher le fond) pour transférer la pression. de la vis à la cavité du moule. Lorsqu'une quantité suffisante de matériau s'est accumulée, le matériau est forcé à haute pression et vitesse dans la cavité de formation de la pièce. Pour éviter les pics de pression, le processus utilise normalement une position de transfert correspondant à une cavité pleine à 95-98 % où la vis passe d'une vitesse constante à un contrôle de pression constante. Les temps d’injection sont souvent bien inférieurs à 1 seconde. Une fois que la vis atteint la position de transfert, la pression de compactage est appliquée, ce qui complète le remplissage du moule et compense le retrait thermique, qui est assez élevé pour les thermoplastiques par rapport à de nombreux autres matériaux. La pression de compactage est appliquée jusqu'à ce que la porte (entrée de la cavité) se solidifie. En raison de sa petite taille, le portail est normalement le premier endroit à se solidifier sur toute son épaisseur. Une fois la porte solidifiée, plus aucun matériau ne peut pénétrer dans la cavité ; en conséquence, la vis effectue un mouvement de va-et-vient et acquiert du matériau pour le cycle suivant tandis que le matériau à l'intérieur du moule refroidit afin qu'il puisse être éjecté et être dimensionnellement stable. Cette durée de refroidissement est considérablement réduite grâce à l'utilisation de conduites de refroidissement faisant circuler de l'eau ou de l'huile à partir d'un contrôleur de température externe. Une fois la température requise atteinte, le moule s'ouvre et un ensemble de broches, manchons, dévêtisseurs, etc. sont entraînés vers l'avant pour démouler l'article. Ensuite, le moule se ferme et le processus se répète.

Pour les thermodurcissables, deux composants chimiques différents sont généralement injectés dans le canon. Ces composants déclenchent immédiatement des réactions chimiques irréversibles qui finissent par réticuler le matériau en un seul réseau connecté de molécules. Au fur et à mesure que la réaction chimique se produit, les deux composants fluides se transforment définitivement en un solide viscoélastique. La solidification dans le canon d'injection et la vis peut être problématique et avoir des répercussions financières ; par conséquent, il est essentiel de minimiser le durcissement du thermodurci à l’intérieur du fût. Cela signifie généralement que le temps de séjour et la température des précurseurs chimiques sont minimisés dans l'unité d'injection. Le temps de séjour peut être réduit en minimisant la capacité volumique du fût et en maximisant les temps de cycle. Ces facteurs ont conduit à l'utilisation d'une unité d'injection froide et thermiquement isolée qui injecte les produits chimiques réactifs dans un moule chaud thermiquement isolé, ce qui augmente la vitesse des réactions chimiques et réduit le temps nécessaire pour obtenir un composant thermodurci solidifié. Une fois la pièce solidifiée, les vannes se ferment pour isoler le système d'injection et les précurseurs chimiques, et le moule s'ouvre pour éjecter les pièces moulées. Ensuite, le moule se ferme et le processus se répète.

Des composants prémoulés ou usinés peuvent être insérés dans la cavité pendant que le moule est ouvert, permettant ainsi au matériau injecté lors du cycle suivant de se former et de se solidifier autour d'eux. Ce processus est connu sous le nom Moulure d'insertion et permet à des pièces uniques de contenir plusieurs matériaux. Ce procédé est souvent utilisé pour créer des pièces en plastique avec des vis métalliques saillantes, permettant de les fixer et de les desserrer à plusieurs reprises. Cette technique peut également être utilisée pour l'étiquetage In-Mold et des couvercles en film peuvent également être fixés sur des récipients en plastique moulés.

Une ligne de joint, une carotte de coulée, des marques de grille et des marques d'éjecteur sont généralement présentes sur la pièce finale. Aucune de ces fonctionnalités n’est généralement souhaitée, mais elles sont inévitables en raison de la nature du processus. Les marques de porte se produisent au niveau de la porte qui relie les canaux d'alimentation en matière fondue (buse d'injection et canal) à la cavité de formation de la pièce. Les marques des lignes de joint et des broches d'éjection résultent de minuscules désalignements, de l'usure, des évents gazeux, des jeux pour les pièces adjacentes en mouvement relatif et/ou des différences dimensionnelles des surfaces de contact en contact avec le polymère injecté. Les différences dimensionnelles peuvent être attribuées à une déformation non uniforme induite par la pression pendant l'injection, aux tolérances d'usinage et à une dilatation et une contraction thermiques non uniformes des composants du moule, qui subissent un cycle rapide pendant les phases d'injection, d'emballage, de refroidissement et d'éjection du processus. . Les composants du moule sont souvent conçus avec des matériaux présentant différents coefficients de dilatation thermique. Ces facteurs ne peuvent être pris en compte simultanément sans une augmentation astronomique des coûts de conception, de fabrication, de traitement et de contrôle de la qualité. L'habile concepteur de moules et de pièces positionnera ces inconvénients esthétiques dans des zones cachées si possible.

Histoire

L'inventeur américain John Wesley Hyatt et son frère Isaiah ont breveté la première machine de moulage par injection en 1872. Cette machine était relativement simple par rapport aux machines utilisées aujourd'hui : elle fonctionnait comme une grosse aiguille hypodermique, utilisant un piston pour injecter du plastique à travers un tube chauffé. cylindre dans un moule. L'industrie a progressé lentement au fil des années, produisant des produits tels que des baleines de col, des boutons et des peignes à cheveux.

Les chimistes allemands Arthur Eichengrün et Theodore Becker ont inventé en 1903 les premières formes solubles d'acétate de cellulose, beaucoup moins inflammable que le nitrate de cellulose. Il a finalement été mis à disposition sous forme de poudre à partir de laquelle il a été facilement moulé par injection. Arthur Eichengrün a développé la première presse de moulage par injection en 1919. En 1939, Arthur Eichengrün a breveté le moulage par injection d'acétate de cellulose plastifié.

L’industrie s’est développée rapidement dans les années 1940 parce que la Seconde Guerre mondiale a créé une énorme demande de produits bon marché et fabriqués en série. En 1946, l'inventeur américain James Watson Hendry a construit la première machine d'injection à vis, qui permettait un contrôle beaucoup plus précis de la vitesse d'injection et de la qualité des articles produits. Cette machine permettait également de mélanger le matériau avant l'injection, de sorte que du plastique coloré ou recyclé puisse être ajouté au matériau vierge et soigneusement mélangé avant d'être injecté. Aujourd’hui, les machines d’injection à vis représentent la grande majorité de toutes les machines d’injection. Dans les années 1970, Hendry a développé le premier procédé de moulage par injection assisté par gaz, qui permettait de produire des articles creux complexes refroidissant rapidement. Cela a considérablement amélioré la flexibilité de conception ainsi que la résistance et la finition des pièces fabriquées tout en réduisant le temps de production, les coûts, le poids et les déchets.

L'industrie du moulage par injection plastique a évolué au fil des années, passant de la production de peignes et de boutons à la production d'une vaste gamme de produits pour de nombreuses industries, notamment l'automobile, le médical, l'aérospatiale, les produits de consommation, les jouets, la plomberie, l'emballage et la construction.

Exemples de polymères les mieux adaptés au procédé

La plupart des polymères, parfois appelés résines, peuvent être utilisés, notamment tous les thermoplastiques, certains thermodurcissables et certains élastomères. Depuis 1995, le nombre total de matériaux disponibles pour le moulage par injection a augmenté au rythme de 750 par an ; il y avait environ 18,000 XNUMX documents disponibles au début de cette tendance. Les matériaux disponibles incluent des alliages ou des mélanges de matériaux développés précédemment, afin que les concepteurs de produits puissent choisir le matériau présentant le meilleur ensemble de propriétés parmi une vaste sélection. Les principaux critères de sélection d'un matériau sont la résistance et la fonction requises pour la pièce finale, ainsi que le coût, mais chaque matériau possède également des paramètres de moulage différents qui doivent être pris en compte. Les polymères courants comme l'époxy et le phénolique sont des exemples de plastiques thermodurcissables, tandis que le nylon, le polyéthylène et le polystyrène sont des thermoplastiques. Jusqu'à récemment, les ressorts en plastique n'étaient pas possibles, mais les progrès réalisés dans les propriétés des polymères les rendent désormais très pratiques. Les applications incluent des boucles pour ancrer et déconnecter les sangles des équipements extérieurs.

Matériel

Les machines de moulage par injection se composent d'une trémie de matériau, d'un vérin d'injection ou d'un piston à vis et d'une unité de chauffage. Également appelées presses, elles maintiennent les moules dans lesquels les pièces sont façonnées. Les presses sont classées en fonction du tonnage, qui exprime la force de serrage que la machine peut exercer. Cette force maintient le moule fermé pendant le processus d'injection. Le tonnage peut varier de moins de 5 tonnes à plus de 9,000 1.8 tonnes, les chiffres les plus élevés étant utilisés dans relativement peu d'opérations de fabrication. La force de serrage totale nécessaire est déterminée par la surface projetée de la pièce moulée. Cette surface projetée est multipliée par une force de serrage de 7.2 à 4 tonnes pour chaque centimètre carré des surfaces projetées. En règle générale, 5 ou XNUMX tonnes/po² peut être utilisé pour la plupart des produits. Si la matière plastique est très rigide, il faudra plus de pression d’injection pour remplir le moule, et donc plus de tonnage de pince pour maintenir le moule fermé. La force requise peut également être déterminée par le matériau utilisé et la taille de la pièce ; les pièces plus grandes nécessitent une force de serrage plus élevée.

Moule

Moule or la sont les termes couramment utilisés pour décrire l'outil utilisé pour produire des pièces en plastique lors du moulage.

Étant donné que les moules étaient coûteux à fabriquer, ils n’étaient généralement utilisés que dans la production de masse où des milliers de pièces étaient produites. Les moules typiques sont construits en acier trempé, en acier pré-durci, en aluminium et/ou en alliage béryllium-cuivre. Le choix du matériau à partir duquel construire un moule est avant tout une question d’économie ; en général, les moules en acier coûtent plus cher à construire, mais leur durée de vie plus longue compensera le coût initial plus élevé dû à un nombre plus élevé de pièces fabriquées avant usure. Les moules en acier pré-trempé sont moins résistants à l'usure et sont utilisés pour des besoins en volume inférieur ou des composants plus grands ; leur dureté typique de l'acier est de 38 à 45 sur l'échelle Rockwell-C. Les moules en acier trempé sont traités thermiquement après usinage ; ceux-ci sont de loin supérieurs en termes de résistance à l’usure et de durée de vie. La dureté typique varie entre 50 et 60 Rockwell-C (HRC). Les moules en aluminium peuvent coûter beaucoup moins cher et, lorsqu'ils sont conçus et usinés avec un équipement informatisé moderne, ils peuvent s'avérer économiques pour le moulage de dizaines, voire de centaines de milliers de pièces. Le cuivre au béryllium est utilisé dans les zones du moule qui nécessitent une évacuation rapide de la chaleur ou dans les zones qui génèrent le plus de chaleur de cisaillement. Les moules peuvent être fabriqués soit par usinage CNC, soit en utilisant des procédés d'usinage par électroérosion.

Conception de moules

Le moule se compose de deux composants principaux, le moule d'injection (plaque A) et le moule d'éjection (plaque B). Ces composants sont également appelés mouleur et mouliste. La résine plastique entre dans le moule par un sprue or la porte dans le moule à injection ; la douille d'injection sert à sceller hermétiquement contre la buse du corps d'injection de la machine de moulage et à permettre au plastique fondu de s'écouler du corps dans le moule, également connu sous le nom de cavité. La douille d'injection dirige le plastique fondu vers les images de la cavité à travers des canaux usinés dans les faces des plaques A et B. Ces canaux permettent au plastique de circuler le long d'eux, c'est pourquoi on les appellecoureurs. Le plastique fondu s'écoule à travers le canal et entre dans une ou plusieurs portes spécialisées et dans la géométrie de la cavité pour former la pièce souhaitée.

La quantité de résine nécessaire pour remplir la carotte, le canal d'injection et les cavités d'un moule comprend une « dose ». L'air emprisonné dans le moule peut s'échapper par des bouches d'aération meulées dans la ligne de joint du moule, ou autour des broches d'éjection et des glissières légèrement plus petites que les trous qui les retiennent. Si l’air emprisonné ne peut pas s’échapper, il est comprimé par la pression du matériau entrant et refoulé dans les coins de la cavité, où il empêche le remplissage et peut également provoquer d’autres défauts. L’air peut même être tellement comprimé qu’il enflamme et brûle la matière plastique environnante.

Pour permettre le retrait de la pièce moulée du moule, les éléments du moule ne doivent pas se surplomber dans la direction d'ouverture du moule, à moins que les parties du moule ne soient conçues pour se déplacer entre ces surplombs lorsque le moule s'ouvre (à l'aide de composants appelés élévateurs). ).

Côtés de la pièce qui apparaissent parallèles à la direction d'étirage (l'axe de la position évidée (trou) ou de l'insert est parallèle au mouvement de haut en bas du moule lors de son ouverture et de sa fermeture) sont généralement légèrement inclinés, appelés dépouille, pour faciliter le démoulage de la pièce du moule. Un tirage insuffisant peut provoquer une déformation ou des dommages. Le tirage nécessaire au démoulage dépend principalement de la profondeur de la cavité : plus la cavité est profonde, plus le tirage nécessaire est important. Le retrait doit également être pris en compte lors de la détermination du tirant d’eau requis. Si la peau est trop fine, la pièce moulée aura tendance à se rétrécir sur les noyaux qui se forment lors du refroidissement et à s'accrocher à ces noyaux, ou la pièce peut se déformer, se tordre, se cloquer ou se fissurer lorsque la cavité est retirée.

Un moule est généralement conçu de manière à ce que la pièce moulée reste de manière fiable du côté éjecteur (B) du moule lorsqu'il s'ouvre et tire le canal et la carotte hors du côté (A) avec les pièces. La pièce tombe alors librement lorsqu'elle est éjectée du côté (B). Les portes de tunnel, également appelées portes sous-marines ou portes de moule, sont situées sous la ligne de joint ou la surface du moule. Une ouverture est usinée dans la surface du moule sur la ligne de joint. La pièce moulée est découpée (par le moule) du système de coulisses lors de son éjection du moule. Les broches d'éjection, également appelées broches défonçables, sont des broches circulaires placées dans l'une ou l'autre moitié du moule (généralement la moitié de l'éjecteur), qui poussent le produit moulé fini ou le système de glissières hors d'un moule. L'éjection de l'article à l'aide d'épingles, de manchons, de dévêtisseurs, etc. peut provoquer des impressions ou des déformations indésirables, il faut donc être prudent lors de la conception du moule.

La méthode standard de refroidissement consiste à faire passer un liquide de refroidissement (généralement de l'eau) à travers une série de trous percés dans les plaques du moule et reliés par des tuyaux pour former un chemin continu. Le liquide de refroidissement absorbe la chaleur du moule (qui a absorbé la chaleur du plastique chaud) et maintient le moule à une température appropriée pour solidifier le plastique au rythme le plus efficace.

Pour faciliter l'entretien et la ventilation, les cavités et les noyaux sont divisés en morceaux, appelés inserts, et sous-ensembles, également appelés inserts, blocsou chasser les blocs. En substituant des inserts interchangeables, un moule peut réaliser plusieurs variantes de la même pièce.

Des pièces plus complexes sont formées à l’aide de moules plus complexes. Ceux-ci peuvent comporter des sections appelées glissières, qui se déplacent dans une cavité perpendiculaire à la direction d'étirage, pour former des éléments de pièce en surplomb. Lorsque le moule est ouvert, les glissières sont retirées de la pièce en plastique à l'aide de « broches d'angle » fixes sur la moitié du moule fixe. Ces broches pénètrent dans une fente des coulisses et font reculer les coulisses lorsque la moitié mobile du moule s'ouvre. La pièce est ensuite éjectée et le moule se ferme. L'action de fermeture du moule fait avancer les coulisses le long des broches d'angle.

Certains moules permettent de réinsérer des pièces préalablement moulées pour permettre la formation d'une nouvelle couche de plastique autour de la première pièce. C'est ce qu'on appelle souvent le surmoulage. Ce système peut permettre la production de pneus et de roues d'une seule pièce.

Les moules à deux ou plusieurs injections sont conçus pour être « surmoulés » au cours d'un seul cycle de moulage et doivent être traités sur des machines de moulage par injection spécialisées dotées de deux unités d'injection ou plus. Ce processus est en fait un processus de moulage par injection effectué deux fois et présente donc une marge d'erreur beaucoup plus petite. Dans la première étape, le matériau de couleur de base est moulé dans une forme de base, qui contient des espaces pour le deuxième plan. Ensuite, le deuxième matériau, d’une couleur différente, est moulé par injection dans ces espaces. Les boutons-poussoirs et les touches, par exemple, fabriqués selon ce procédé comportent des marquages ​​qui ne s'effacent pas et restent lisibles en cas d'utilisation intensive.

Un moule peut produire plusieurs copies des mêmes pièces en un seul « tir ». Le nombre d’« empreintes » dans le moule de cette pièce est souvent appelé à tort cavitation. Un outil avec une seule empreinte sera souvent appelé moule à empreinte unique (empreinte). Un moule comportant 2 cavités ou plus des mêmes pièces sera probablement appelé moule à empreintes multiples (à cavités). Certains moules à très haut volume de production (comme ceux pour capsules de bouteilles) peuvent comporter plus de 128 cavités.

Dans certains cas, l'outillage à cavités multiples moulera une série de pièces différentes dans le même outil. Certains outilleurs appellent ces moules des moules de famille car toutes les pièces sont liées. Les exemples incluent les kits de modèles en plastique.

Stockage des moules

Les fabricants mettent tout en œuvre pour protéger les moules personnalisés en raison de leurs coûts moyens élevés. Le niveau parfait de température et d’humidité est maintenu pour garantir la durée de vie la plus longue possible à chaque moule personnalisé. Les moules personnalisés, tels que ceux utilisés pour le moulage par injection de caoutchouc, sont stockés dans des environnements à température et humidité contrôlées pour éviter toute déformation.

Matériaux d'outils

L'acier à outils est souvent utilisé. L'acier doux, l'aluminium, le nickel ou l'époxy ne conviennent que pour des prototypes ou des séries de production très courtes. L'aluminium dur moderne (alliages 7075 et 2024) avec une conception de moule appropriée peut facilement fabriquer des moules capables d'une durée de vie de 100,000 XNUMX pièces ou plus avec un entretien approprié du moule.

Usinage

Les moules sont construits selon deux méthodes principales : l'usinage standard et l'électroérosion. L'usinage standard, dans sa forme conventionnelle, a toujours été la méthode de construction de moules à injection. Avec le développement technologique, l’usinage CNC est devenu le moyen prédominant pour fabriquer des moules plus complexes avec des détails plus précis en moins de temps que les méthodes traditionnelles.

Le procédé d'usinage par électroérosion (EDM) ou d'érosion par étincelle est devenu largement utilisé dans la fabrication de moules. En plus de permettre la formation de formes difficiles à usiner, le procédé permet de façonner des moules pré-durcis de manière à ce qu'aucun traitement thermique ne soit nécessaire. Les modifications apportées à un moule durci par perçage et fraisage conventionnel nécessitent normalement un recuit pour ramollir le moule, suivi d'un traitement thermique pour le durcir à nouveau. L'EDM est un processus simple dans lequel une électrode façonnée, généralement en cuivre ou en graphite, est descendue très lentement (sur une période de plusieurs heures) sur la surface du moule, qui est immergée dans de l'huile de paraffine (kérosène). Une tension appliquée entre l'outil et le moule provoque une érosion par étincelle de la surface du moule dans la forme inverse de l'électrode.

Prix

Le nombre de cavités incorporées dans un moule sera directement lié aux coûts de moulage. Moins de cavités nécessitent beaucoup moins de travail d'outillage, donc limiter le nombre de cavités entraînera une baisse des coûts de fabrication initiaux pour construire un moule d'injection.

Le nombre d'empreintes jouant un rôle essentiel dans les coûts de moulage, la complexité de la conception de la pièce joue également un rôle essentiel. La complexité peut être intégrée à de nombreux facteurs tels que la finition de surface, les exigences de tolérance, les filetages internes ou externes, les détails fins ou le nombre de contre-dépouilles pouvant être incorporées.

D'autres détails tels que des contre-dépouilles ou toute caractéristique entraînant un outillage supplémentaire augmenteront le coût du moule. La finition de surface du noyau et de la cavité des moules influencera davantage le coût.

Le processus de moulage par injection de caoutchouc produit un rendement élevé de produits durables, ce qui en fait la méthode de moulage la plus efficace et la plus rentable. Des processus de vulcanisation cohérents impliquant un contrôle précis de la température réduisent considérablement tous les déchets.

Processus d'injection

Avec le moulage par injection, le plastique granulaire est introduit par un vérin forcé depuis une trémie dans un baril chauffé. Au fur et à mesure que les granulés avancent lentement par un piston à vis, le plastique est forcé dans une chambre chauffée, où il fond. Au fur et à mesure que le piston avance, le plastique fondu est forcé à travers une buse qui repose contre le moule, lui permettant de pénétrer dans la cavité du moule par un système de porte et de glissière. Le moule reste froid donc le plastique se solidifie presque aussitôt le moule rempli.

Cycle de moulage par injection

La séquence d’événements au cours du moulage par injection d’une pièce en plastique est appelée cycle de moulage par injection. Le cycle commence à la fermeture du moule, suivi de l'injection du polymère dans la cavité du moule. Une fois la cavité remplie, une pression de maintien est maintenue pour compenser le retrait du matériau. À l'étape suivante, la vis tourne, envoyant le coup suivant à la vis avant. Cela provoque la rétraction de la vis lors de la préparation du prochain coup. Une fois la pièce suffisamment refroidie, le moule s'ouvre et la pièce est éjectée.

Moulage scientifique versus moulage traditionnel

Traditionnellement, la partie injection du processus de moulage était réalisée à une pression constante pour remplir et compacter la cavité. Cette méthode permettait cependant une grande variation des dimensions d’un cycle à l’autre. Le moulage scientifique ou découplé est désormais plus couramment utilisé, une méthode lancée par RJG Inc. Dans cette méthode, l'injection du plastique est « découplée » en étapes pour permettre un meilleur contrôle des dimensions de la pièce et davantage de cycle à cycle (communément appelé shot-to). -shot dans l'industrie) cohérence. Tout d'abord, la cavité est remplie à environ 98 % en utilisant un contrôle de vitesse (vitesse). Bien que la pression doive être suffisante pour permettre la vitesse souhaitée, les limitations de pression pendant cette étape ne sont pas souhaitables. Une fois la cavité remplie à 98 %, la machine passe du contrôle de vitesse au contrôle de pression, où la cavité est « remplie » à une pression constante, où une vitesse suffisante pour atteindre les pressions souhaitées est requise. Cela permet de contrôler les dimensions des pièces au millième de pouce près ou mieux.

Différents types de procédés de moulage par injection

Bien que la plupart des processus de moulage par injection soient couverts par la description du processus conventionnel ci-dessus, il existe plusieurs variantes de moulage importantes, notamment :

• Coulée sous pression
• Moulage par injection de métal
• Moulage par injection à paroi mince
• Moulage par injection de caoutchouc de silicone liquide

Une liste plus complète des processus de moulage par injection peut être trouvée ici :

Dépannage des processus

Comme tous les processus industriels, le moulage par injection peut produire des pièces défectueuses. Dans le domaine du moulage par injection, le dépannage est souvent effectué en examinant les pièces défectueuses à la recherche de défauts spécifiques et en traitant ces défauts avec la conception du moule ou les caractéristiques du processus lui-même. Des essais sont souvent effectués avant les cycles de production complets afin de prédire les défauts et de déterminer les spécifications appropriées à utiliser dans le processus d'injection.

Lors du remplissage d'un moule nouveau ou inconnu pour la première fois, où la taille de la dose pour ce moule est inconnue, un technicien/installateur d'outils peut effectuer un essai avant un cycle de production complet. Il commence avec un petit poids de shot et se remplit progressivement jusqu'à ce que le moule soit rempli à 95 à 99 %. Une fois cet objectif atteint, une petite quantité de pression de maintien sera appliquée et le temps de maintien sera augmenté jusqu'à ce que la porte gèle (temps de solidification). Le temps de gel du portail peut être déterminé en augmentant le temps de maintien, puis en pesant la pièce. Lorsque le poids de la pièce n'évolue pas, on sait alors que le portail a gelé et qu'il n'y a plus de matière injectée dans la pièce. Le temps de solidification de la porte est important, car il détermine la durée du cycle ainsi que la qualité et la cohérence du produit, ce qui constitue en soi un problème important dans l'économie du processus de production. La pression de maintien est augmentée jusqu'à ce que les pièces soient exemptes d'éviers et que le poids de la pièce soit atteint.

Défauts de moulage

Le moulage par injection est une technologie complexe avec d'éventuels problèmes de production. Elles peuvent être causées soit par des défauts dans les moules, soit le plus souvent par le processus de moulage lui-même.

Des méthodes telles que la tomodensitométrie industrielle peuvent aider à détecter ces défauts en externe comme en interne.

tolérances

La tolérance de moulage est une tolérance spécifiée sur l'écart de paramètres tels que les dimensions, les poids, les formes ou les angles, etc. Pour maximiser le contrôle du réglage des tolérances, il existe généralement une limite minimale et maximale d'épaisseur, en fonction du processus utilisé. Le moulage par injection est généralement capable de tolérances équivalentes à un niveau informatique d'environ 9 à 14. La tolérance possible d'un thermoplastique ou d'un thermodurci est de ±0.200 à ±0.500 millimètres. Dans les applications spécialisées, des tolérances aussi faibles que ±5 µm sur les diamètres et les caractéristiques linéaires sont obtenues en production de masse. Des finitions de surface de 0.0500 à 0.1000 µm ou mieux peuvent être obtenues. Des surfaces rugueuses ou caillouteuses sont également possibles.

Puissance requise

La puissance requise pour ce processus de moulage par injection dépend de nombreux facteurs et varie selon les matériaux utilisés. Guide de référence des processus de fabrication indique que les besoins en énergie dépendent de « la densité spécifique, le point de fusion, la conductivité thermique, la taille de la pièce et la vitesse de moulage d'un matériau. » Vous trouverez ci-dessous un tableau de la page 243 de la même référence que celle mentionnée précédemment qui illustre le mieux les caractéristiques pertinentes à la puissance requise pour les matériaux les plus couramment utilisés.

Moulage robotisé

L'automatisation signifie que la taille réduite des pièces permet à un système d'inspection mobile d'examiner plusieurs pièces plus rapidement. En plus de monter des systèmes d'inspection sur des appareils automatiques, les robots à axes multiples peuvent retirer des pièces du moule et les positionner pour des processus ultérieurs.

Les cas spécifiques incluent le retrait des pièces du moule immédiatement après leur création, ainsi que l'application de systèmes de vision industrielle. Un robot saisit la pièce après que les éjecteurs aient été déployés pour libérer la pièce du moule. Il les déplace ensuite soit vers un lieu d'attente, soit directement vers un système d'inspection. Le choix dépend du type de produit, ainsi que de la disposition générale des équipements de fabrication. Les systèmes de vision montés sur des robots ont considérablement amélioré le contrôle qualité des pièces moulées par insert. Un robot mobile peut déterminer plus précisément la précision du placement du composant métallique et inspecter plus rapidement qu’un humain.

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