Support de cours
l'aspect constructif d'un moule pour l'injection des thermoplastiques
Préparé par Mohamed Wissem LANDOLSI Édition 0.2 - octobre 2016
Support de cours
L'aspect constructif d'un moule pour injection des thermoplastiques Spécialité Fabrication et Conception Moules et Outillages
Préparé par
Mohamed Wissem LANDOLSI
Édition 0.2 - Octobre 2016
Introduction Ce support de cours traite les différentes architectures des moules d'injection des thermoplastiques et les matériaux utilisés pour ces moules. C'est un recueil suite à une recherche bibliographique approfondie dans le domaine de conception des moules pour l'injection des thermoplastiques. Il est utile pour les étudiants, les enseignants, les techniciens, les ingénieurs dans les bureaux d'études, etc … Ce travail est réalisé au début comme un support de cours pour les techniciens supérieurs du centre de formation professionnelle en plasturgie de Sousse (Tunisie). * Mais son contenu est une introduction pour la conception des moule pour l'injection des thermoplastique. Il comporte essentiellement la technologie de base des moules
de l'injection des
thermoplastiques à savoir l'architecture, les éléments standard, les matériaux, et quelques calculs de base. Ce ci étant une édition 0.2 brouillon qui peut contenir des erreurs de calcul, de mise en page, de frappe ... et qui sera Incha-Allah révisée, améliorée au fur et à mesure. La version complète sera désigné par 1.0
*
Module 11 – Spécialité BTS en Fabrication et Conception Moules et Outillages
Remerciements Au début et avant tout, mes grand remerciement à Allah, qui nous soutient et nous facilite la vie. Je tient à remercier mes collègues du centre Sectoriel de formation en Soudure, Outillage et Plastique de Sousse et spécialement Mr Faiçal Bettaieb, Mr Rchid Bessaad, Mr Mohamed Kaïbi qui n'ont pas cessé de me fournir les ressources documentaires dans ce domaines et qui m'ont aidé pas mal de fois dans le contenue de cet ouvrage et je tient à mettre en valeurs leurs expérience dans ce domaine et dans la formation professionnelle.
Dédicaces à mes chers parents, à mes enfants, à ma femme, à mes collègues, à mes étudiants et apprenants, aux lecteurs de ce document, ma Omma Islamique dans l'espoir de l'évolution et la solidarité.
Note importante Les Mises à jour et les animations sont disponibles au site : www.conceptec.net Pour toute information ou remarque veuillez me contacter : •
par mail :
[email protected] • par tel : (+216) 97 40 36 96
Table des matières Ch1.Le procédé d'injection (Principe et terminologies)..........1 1.La technique de moulage............2 2.Principe du procédé d'injection....2 3.Le cycle de moulage par injection ........................................................3 4.La presse d'injection :..................5 5.Les différentes fonctions d’une presse..............................................5 6.Réglage de la machine à injection ........................................................6 7.Caractéristiques de la presse d'injection :......................................6 8. Capacités machine- choix de la presse :............................................7 9.L'outillage d'injection...................7 Ch2.Les moules d'injection des plastiques..................................9 1.La technique de moulage..........10 1.1.Le moule ....................................10 1.2.Les types de moules :.................10
2.Le moule standard d'injection plastique :......................................11 2.1.Nomenclature d'un moule standard :...........................................11
3.Rôle des éléments du moules :..12 4.Le circuit d'alimentation :..........13 5.Les empreintes .........................13 5.1.Emplacement des empreintes . . .14 5.2.Les noyaux .................................15 5.3.Nombre d'empreintes :...............15
6.Démoulage ...............................16 6.1.Batterie d'éjection ......................16 6.2.L’éjecteur de carotte...................16 6.3.Mécanisme d'éjection :...............16
7.Thermorégulation d'un moule :. 16 8.Caractérisation des moules d'injection......................................17 Ch3.Architectures des moules d'injection................................19 1.La structure de bases et les plaques :........................................20 1.1.La plaque porte empreinte supérieure :........................................20 1.2.La plaque porte empreinte inférieure :..........................................20 1.3.Plaque semelle supérieure :........20 1.4.Contre plaque, Plaque intermédiaire (Plaque support) :........21 1.5.Plaque d'éjection ........................21 1.6.Plaque porte éjecteurs :..............21 1.7.Plaque dévétisseuse :.................21
2.Les différentes architectures des
moules :.........................................21 2.1.Moule Standard 2 plaques (standard mold) :...............................22 2.2.Moule deux plans de joint (trois plaques) ............................................22 2.3.Moule à tiroir ou à came (slide mold)..................................................23 2.4.Moule à canaux chauffants.........24 2.5.Moule à coquilles .......................25 2.6.Moule à plaque de dévêtissage (stripper plate mold)..........................25 2.7.Moule à broches rotatives filetées. (Unscrewing mold) ............................26
Ch4. Les éléments standard.......27 1.Bague de positionnement :........29 2.La buse moule...........................30 3.Les colonnes de guidage : ........31 4.Douille de guidage.....................32 5.Les piliers d’entretoisement (Rabourdin)/ou Tasseaux cylindriques...................................33 6.Éjecteurs....................................34 7.Broche de remise à zéro............35 8.Plots de repos batterie...............36 9.Extracteur de carotte.................37 10.Les verrous / centreur :............38 11.Le boîtier d'éjection.................39 12.Les Entretoises /tasseaux/ des parallèles ......................................40 13.Ressorts...................................41 14.Trou fileté ................................42 15.Circuits de refroidissement......43 Ch5.Normes et Matériaux pour les moules.....................................45 1.Normes et constructeurs des éléments standards des moules (AISI,DIN,JIS)..................................46 2.Matériaux des composants du moule.............................................46 2.1.Généralités :................................46 2.2.Choix du matériau :....................48 2.2.1.La carcasse : .........................48 2.3. Les plaques porte empreintes : 48 2.4. Les empreintes : .......................49 2.4.1.Agressivité chimique des matières plastiques :........................49 2.4.2.Exemples d'aciers..................49
3.Propriétés des matériaux des moules ........................................50 Ch6.Calcul relatifs au moule d'injection................................52 1.Calcul du volume injecté ..........53 1.1.Pourcentage de déchet ..............53
2.Force de verrouillage minimale : ......................................................53 2.1.Surface projetée :.......................54 2.2.Force de verrouillage :................54
3.Nombre d'empreintes :..............54 3.1.Critère économique :..................55 3.2.Critères techniques : ..................59 3.2.1.Force de fermeture :...............59
3.2.2.Volume injecté minimale :......60 3.2.3.Volume injecté maximal.........60 3.2.4.Puissance de plastification : . .60 3.2.5.Critère de l'encombrement (machine) :.......................................60
4.Prix de revient d’une pièce........61 (1)Les unités de mesures et leurs conversions..............................63
La conception de la pièce et le choix de son type d'alimentation déterminent le choix de l'architecture du moule et les difficultés d'usinage et de moulage.
Ch1: Le procédé d'injection (Principe et terminologies)
Ch1. Le procédé d'injection (Principe et terminologies)
Introduction générale sur la technique de moulage et le cycle d'injection qui est l'environnement dans lequel sera utilsé le moule. Durée 4h p1 - oct./2016
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Ch1: Le procédé d'injection (Principe et terminologies)
1. La technique de moulage Le moulage est une technique de production de pièces en série par mise en forme de matière liquide ou pâteuse dans une empreinte (fermée ou ouverte). En industrie, elle est utilisée pour réaliser des pièces en polymères, en métaux, en céramiques et en composites. Comme on peut la trouver en industries alimentaires et autres. Le moule doit permettre la mise en forme de la matière, initialement à un état visqueux (liquide ou pâteux) qui après solidification (par refroidissement, chauffage ou par réaction chimique) on obtient la forme de la pièce voulue.
2. Principe du procédé d'injection Le procédé d’injection sous pression des résines thermoplastiques est un procédé industriel important : il intéresse en valeur, plus de 40% de l’industrie de transformation des matières plastiques. Les presses d’injection représente 60% du parc-machine des transformateurs de l'industrie plastique. L'injection permet de fabriquer des pièces de géométrie complexe en grandes séries, suivant un principe simple et précis de fonctionnement.
Figure 1: Vue en coupe d'une presse d'injection horizentale
En effet, le polymère utilisé est chauffé afin de lui donner un aspect visqueux. Cet état de matière permet ensuite l'injection dans le moule. Le polymère se refroidit jusqu’à l’état solide à la suite de quoi la pièce est extraite après ouverture de l’outillage. Une nouvelle injection est réalisée quand l’outillage est à nouveau fermé.
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Ch1: Le procédé d'injection (Principe et terminologies)
3. Le cycle de moulage par injection Le cycle de moulage simplifié d’une pièce injecté se décompose en plusieurs parties : •
Fermeture du moule
•
Avance du ponton
•
Injection
•
Maintien sous pression
•
Dosage et plastification (Préparation de la matière pour le cycle suivant)
•
Refroidissement
•
Recul ponton
•
Ouverture moule
•
Éjection
Figure 2: étape 1 – Injection et refroidissement
Figure 3: étape 2- Ouverture (arrachage de la carotte)
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Ch1: Le procédé d'injection (Principe et terminologies)
Figure 4: étape 3- Éjection
Figure 5: étape 4 - Mise à zéro du système d'éjection
Figure 6: étape 5 - Fermeture du moule
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Ch1: Le procédé d'injection (Principe et terminologies) Phases Fermeture Av Ponton injection Maintient Refroidissement Plastification Recul ponton Ouverture Éjection Entre-cycle
Figure 7: Diagramme du cycle d'injection
4. La presse d'injection : Une machine ou presse d’injection des thermoplastiques présente toujours l’architecture qui suit : •
Unité de commande (1)
•
Groupe de plastification et d’injection (2)
•
Ensemble de fermeture + moule (3)
Figure 8: Presse a injecter les polymères thermoplastiques
L'unité de commande gère l’ensemble des paramètres de réglage de la machine. De même, elle assure le séquencement des différentes opérations et le contrôle des sécurités qui sont installées sur la machine.
5. Les différentes fonctions d’une presse Le processus d’injection est un procédé de transformation discontinu et complexe faisant intervenir trois phénomènes :
•
la plastification du polymère
Elle est effectuée avec un système vis-fourreau. Ce dernier provoque la fusion du polymère en lui apportant les calories nécessaires par chauffage p5 - oct./2016
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Ch1: Le procédé d'injection (Principe et terminologies)
électrique du fourreau d’une part et par malaxage et cisaillement d’autre part. Le groupe de plastification prépare la dose de polymère qui est ensuite injectée.
•
l’injection du polymère
la vis (de l’ensemble de plastification) joue le rôle du piston d’une seringue. Le polymère fondu est injecté sous un débit élevé et une pression très importante dans le moule fermé et verrouillé.
•
la solidification du polymère
l’outillage présente une température faible par rapport à celle du polymère qu’il reçoit pendant son remplissage. Le polymère se refroidit alors pour retrouver un état solide et former la pièce.
6. Réglage de la machine à injection Le manipulateur de la machine à injection du plastique, appelé régleur, doit faire le réglage des paramètres nécessaire à fin d’assurer l’injection optimale de la matière et la production selon les exigence. Parmi les paramètres à régler nous citons : • le dosage de la quantité de matière (la course de dosage ou volume de dosage) • l'injection (pression, vitesse ...) • l'ouverture et la fermeture moule (des courses d'ouverture et d'éjection) • Les températures (fourreau, canaux, moule, matière ...) • Les pressions (pendant l'injection, le maintien) • la vitesse de rotation de la vis • la sécurité outillage • la force de fermeture …
7. Caractéristiques de la presse d'injection : Sont donnée par le constructeurs. Ces spécifications concernent l'unité de plastification et d'injection, l'unité de fermeture et des spécifications générales telles que les dimension globales, le poids, la technologies de verrouillage … Ces fiches sont généralement disponibles en Anglais. Ce tableau d'un constructeur de machines d'injection (DAKUMAR Turkie)
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Ch1: Le procédé d'injection (Principe et terminologies)
Un deuxième exemple d'une presse miniature ou micropress BABYPLAST de 62 k
8.
Capacités machine1- choix de la presse :
Il convient de vérifier si la presse d'injection est capable de produire les pièces. Pour cela il est nécessaire de faire les vérifications suivantes : •
calcul du volume de matière injectée, pourcentage de déchets (rentabilité).
•
calcul de la force de fermeture, d'injection page 52)
en tenant compte du calcul du
(Voir Ch6. Calcul relatifs au moule
9. L'outillage d'injection L'outillage est l'élément le plus important dans la transformation des matières plastiques. On désigne par outillage le moule utilisé pour :
1
•
alimenter
•
mettre en forme
•
refroidir
•
et éjecter
Microtechnique (injection plastique.pdf) P24
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Ch1: Le procédé d'injection (Principe et terminologies)
la pièce à partir la matière plastifiée dans le fourreau de la presse et obtenir la pièce finale. L'aspect con constructif du moule est le sujet de ce module dont on va détailler pour comprendre son fonctionnement et son architecture en liaison avec la presse d'injection.
Figure 9: l'outillage (moule) d'injection plastique
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Ch2: Les moules d'injection des plastiques
Ch2.Les moules d'injection des plastiques
Description générales de la technique de moulage, des éléments du moule d'injection et caractérisation selon les techniques utilisées. Durée : 4 heures
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Ch2: Les moules d'injection des thermoplastiques
1. La technique de moulage Le moulage est une technique de production de pièces en série par mise en forme de matière liquide ou visqueuses dans une empreinte (fermée ou ouverte) . En industrie technique, elle est utilisée pour réaliser des pièces en polymères, en métaux, en céramiques et en composites. 1.1. Le moule c'est l’élément qui permet la mise en forme de la matière, initialement à un état visqueux (liquide ou pâteux) qui après solidification (par refroidissement, chauffage ou par réaction chimique) on obtient la forme de la pièce voulue. L'empreinte est la forme conjugué de la pièce à obtenir. Elle peut être divisée en plusieurs parties, selon : •
la complexité de la forme de la pièce
•
la matière à mouler
•
la technique démoulage ...
La structure la plus simple d'un moule présente une empreinte mâle et une empreinte femelle.
Figure 10: Moulage
Ce type de moule peut être rencontré en industrie de béton, en caoutchouc, en alimentaire ... 1.2. Les types de moules : Plusieurs techniques de moulage sont utilisés en industrie comme par exemple : •
moulage par coulée en moule ouvert (Béton, résines, Polyuréthanes, alimentaire ...)
•
moulage par injection (plastiques, zamak, aluminium …)
•
moulage par compression (caoutchouc, composites...)
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Ch2: Les moules d'injection des plastiques
•
moulage par transfert (caoutchoucs, silicones …)
•
moulage par contact (stratification verre résine)
•
rotomoulage : moulage par rotation.
2. Le moule standard d'injection plastique : 2.1. Nomenclature d'un moule standard :
Figure 11: Les différents éléments d'un moule d'injection
Un moule est composé de 2 parties bien distinctes : •
Une partie mobile
•
Une partie fixe
Ces appellations sont faites en fonctions de leurs utilisations sur une presse à injecter. La partie fixe, ou se situe la buse moule, ne se déplace pas. Elle va être en contact avec le ponton lors de chaque cycle. La partie mobile, ou se situe l’éjection, va subir un déplacement en translation, d’où leurs nominations. La zone marquée en rouge est appelé « plan de joint» (pdj, C’est toute la surface où les deux parties citées précédemment sont en contact).
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Ch2: Les moules d'injection des thermoplastiques
3. Rôle des éléments du moules : •
La buse moule : (ou buse d'injection) permet le passage de la matière du fourreau vers les canaux ou l'empreinte. Elle assure aussi le contact étanche entre le moule et le fourreau.
•
La bague ou rondelle de centrage: Permet le centrage du moule sur les plateaux de la machine (presse), dans le but de centrer la buse moule à la buse machine.
•
Plaque (ou semelle) arrière (côté injection): Permet de supporter la rondelle de centrage, la buse moule et les colonnes de guidage, ainsi que le bridage (fixation du moule sur le plateau de la presse) et contient le circuit de régulation de température.
•
Bague de guidage : Permettent de guider les colonnes de guidages
•
Plaque porte empreinte fixe (côté injection) : Elle contient la partie femelle de l'empreinte. Permet la fixation des colonnes de guidage, contient le circuit de régulation de température.
•
Colonnes de guidage : Permet de guider en translation la partie mobile sur la partie fixe pour aligner parfaitement l’empreinte.
•
Plaque porte empreinte mobile (côté éjection) : Elle contient le noyau (partie mâle de l'empreinte) et permet la fixation des douilles de centrage et contient le circuit de régulation.
•
Éjecteurs : Permettent d’éjecter la pièce quand le moule est ouvert.
•
Éjecteur de rappel (broche de remise à zéro) : ce sont des éléments cylindriques permettant la remise à zéro de la batterie d’éjection à sa position initiale à fin d'éviter la détérioration de l'empreinte par le contact éjecteur-empreinte et le flambage des éjecteurs lors de la fermeture du moule, dans le cas d’une éjection non-attelé.
•
Arrache de carotte (ou extracteur de carotte) : Permet l’extraction de la carotte, ainsi lors de l’ouverture, la moulée (grappe) ne reste pas bloqué dans la partie fixe.
•
Plaque arrière / semelle inférieure (côté éjection) : Permet le blocage en translation de la batterie d’éjection, permet le bridage du moule sur le plateau mobile, permet également la fixation des tasseaux.
•
Batterie d’éjection : Elle est composé de la plaque porte éjecteurs et de la contre plaque d’éjection. Elle permet la translation de l'arrache-carotte, les éjecteurs de rappel et des éjecteurs. ◦
la plaque porte-éjecteurs : supporte les éjecteurs
◦
contre plaque porte-éjecteurs : elle immobilise en translation les éjecteurs.
•
Circuit de régulation thermique : permet de réguler la température du moule et le refroidissement de la grappe (avec de l’eau).
•
Vis de fixations : Permet de fixer la plaque arrière côté fixe sur la
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Ch2: Les moules d'injection des plastiques
plaque porte empreinte côté injection. •
Rainures de bridage: Permettent la fixation du moule sur le plateau de la presse (par brides)
•
Entretoise (Tasseaux d’éjection) : Permet d’obtenir une course optimale de la batterie d’éjection.
•
Raccord rapide : Permet un raccord rapide du circuit d’eau.
4. Le circuit d'alimentation : L' alimentation est assurée par un système constitué de trois éléments : •
la carotte : située dans la plaque porte-empreintes fixe de la carcasse standard,
•
les canaux de répartition : situés dans les plaques porte-empreintes, on parle de canal primaire et canal secondaire en cas de ramifications.
•
les seuils : appelés aussi attaques. C'est le lieu de pénétration de la matière dans l'empreinte. Elle assure aussi la communication entre le canal et l’empreinte.
Figure 12: Les éléments de l'alimentation
5. Les empreintes Sur une pièce moulée tout ce qui est volume correspond à un vide dans les parties actives du moule, et tout ce qui est vide (perçage,rainure.…) correspond à un volume dans les parties actives du moule. Les moules simples sont constitués de deux parties, qui définissent en s'ouvrant le plan de joint de la pièce. Ces deux parties se repositionnent à chaque fermeture de façon précise grâce à la mise en position précise des deux parties sur les plateaux fixe et mobile de la p13 - oct./2016
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Ch2: Les moules d'injection des thermoplastiques
presse. L’empreinte peut être exécutée directement dans le bloc du moule dans la partie fixe et dans la partie mobile ou dans des éléments rapportés. Chacune des deux moitiés de l'empreinte peut être constituée d’un seul bloc de métal (cas rare) ou composée de pièces rapportées et immobilisées. L’empreinte peut avoir des éléments mobiles selon la complexité de la forme de la pièce moulé et le mécanisme de démoulage.2 5.1. Emplacement des empreintes
Figure 13: Disposition des empreintes
Du coté du plateau fixe (injection) est situé la plaque porte empreintes qui contient un élément rapporté ou non dans cette plaque, appelé « bloc empreinte fixe » qui supportera généralement la partie femelle des formes de la pièce à injecter (pour faciliter le démoulage). Sur le plateau mobile (coté éjection) est fixé la « partie mobile du moule » qui contient la plaque porte-empreintes mobile, dans laquelle est rapportée un élément appelé : « bloc empreinte mobile » qui supportera la partie mâle des formes de la pièce à injecter. Donc, la partie mâle du moule est réalisée dans le bloc empreinte mobile et la partie femelle est réalisée dans dans le bloc empreinte fixe. Il faut réaliser un évidemment, soit directement dans la masse, ou le plus souvent rapporté (cas des pièces complexes). La réalisation d'un ajourage de forme quelconque est assurée par un élément rapporté appelé noyau. La réalisation d'un trou cylindrique est assurée par un élément rapporté standard appelé broche. On parlera d'empreintes négatives pour les évidements ou les cavités empreinte positives pour les noyaux et et les broches. Ces éléments seront immobilisés en translation par le bloc contre plaque. 2
Selon TI - A 3 680- P15
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Ch2: Les moules d'injection des plastiques
5.2. Les noyaux •
Ils donnent les formes en creux (vide) de la pièce.
•
Ils doivent être solidement implantés et fixés dans l'empreinte, car ils sont très sollicités lors de l'injection et lors de l'éjection de la pièce.
•
Les noyaux ainsi que les broches ont l'inconvénient de diviser la matière ce qui entraîne des zones fragiles dites soudure et également des défauts d'aspect.
Figure 14: Le noyau
Comme pour les empreintes rapportées, les noyaux doivent être fixés soigneusement l'ajustement serré n'est pas autorisé. Pour certaines formes il est nécessaire de prévoir l'orientation du noyau.
5.3. Nombre d'empreintes : Le nombre d’empreintes est déterminé en fonction de critères techniques et économiques à savoir , le temps de cycle, la précision et la reproductibilité des empreintes, les tolérance de fabrication de la série de pièces, les capacités de la presse (force de verrouillage, dimension des plateaux …) et autres critères. Les problèmes financiers qui déterminent les critères économiques dépendent du temps d'occupation des machines, nombre de démontages du moule annuel ou hebdomadaires, des coûts de production (machine et main d’œuvre) et stockage des pièces.
Pour que toutes les pièces d'une même moulée soient identiques, il faut qu'elles se remplissent en parfait synchronisme, que le polymère subisse les mêmes pertes de charges, parcoure la même distance, change de direction le même nombre de fois. L'alimentation des empreintes deux par deux permet de résoudre le plus facilement ce problème.
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Ch2: Les moules d'injection des thermoplastiques
6. Démoulage 6.1. Batterie d'éjection Les éléments constituants le sous ensemble éjection est appelés batterie d’éjection. Elle permet d'éjecter la grappe en appliquant un effort uniformément répartit sur la surface de la pièce à démouler. Elle doit être placé du côté où la pièce sera susceptible de rester attaché à l'empreinte lors de l'ouverture du moule en se rétractant lors du refroidissement, on déterminera ainsi la partie mobile du moule. Les traces éjecteurs restent visibles sur les pièces démoulées. Les éjecteurs peuvent être cylindrique, tubulaire, plaque, etc.
6.2. L’éjecteur de carotte L'éjecteur de carotte, ou l'arrache-carotte, permet d’éjecter le système d’alimentation constitué par la carotte et les canaux pour éviter la détérioration de la grappe. 6.3. Mécanisme d'éjection : •
A l'ouverture du moule, l’arrache carotte garantie l’extraction du système alimentation de la partie fixe. (Voir Figure 3 Page 3)
•
Lorsque le moule est ouvert, le vérin d’éjection (de la presse) pousse sur la batterie d’éjection et éjecte la grappe (pièces + alimentation). (Voir Figure 4 page 4)
•
A la fermeture du moule les éjecteurs de rappels (remises à zéro), ont pour rôle de guider et de ramener la batterie d’éjection en position initiale. (voir Figure 5 page 4)
•
lorsque la pièce possède des formes compliquées, contre-dépouille par exemple, qui empêchent le démoulage et l'éjections de la grappe, d'autres techniques d'ouvertures de moule sont possibles. À savoir, les tiroirs, les coquilles et le dévissage contre-dépouilles, il faut prévoir un système convenable pour chaque conception.
7. Thermorégulation d'un moule :3 La thermorégulation doit faire partie importante de la conception du moule. La température du moule a une incidence sur les propriétés mécaniques de la pièce, sa précision dimensionnelle, sa stabilité de forme (déformation) et la durée de vie ... Pour obtenir une température de surface uniforme, le moule doit comporter un circuit de régulation thermique assurant un chauffage et un refroidissement adéquats. 3
RYNMGf.pdf
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Ch2: Les moules d'injection des plastiques
8. Caractérisation des moules d'injection Un moule thermoplastique peut-être défini ou décrit par : •
la structure ou la carcasse : on dit moule à deux plaques (ou à un plan de joint), ou à trois plaques (ou deux plans de joints),
•
le nombre d'empreintes (1,2,4,8,16,32 … empreintes)
•
le système d'alimentation: à carotte perdue ou avec rebuts (déchets), canaux chauffants sans rebuts.
•
le type d'alimentation des empreintes : à carotte directe, en nappe, sousmarine, en ligne, en plusieurs points, etc….
•
le système d'éjection et de démoulage des pièces : à tiroirs, à coquilles …
•
la régulation de la température.
•
la durée de vie (choix des matériaux).
En fonction du type de pièce, du nombre d’empreintes, de la position du point d’injection, du type d’injection, des contre-dépouilles, nous aurons des outillages différents :
Type d'ouverture
Système d'éjection Technique d'Alimentation
•
Standard : (2plaques)
•
3 plaques
•
A dévissage
•
A tiroir
•
Éjecteurs
•
Plaque dévêtisseuse
•
Air comprimé
•
Avec déchets
•
Sans déchets
• Exemple : Moule à trois plaques : c'est moule à deux plans de joints. Moule à tiroirs, Moule à plaque dévêtisseuse, Moule à éjecteurs tubulaires sans déchets ... La conception et le dimensionnement de l’outillage sera fonction de : •
la forme et les dimensions de la pièce (dessin de définition)
•
la matière de la pièce
•
les tolérances de la pièce
•
la capacité de la machine (pression)
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Ch2: Les moules d'injection des thermoplastiques
•
cadences de production
•
budget La conception de la pièce et le choix de son type d'alimentation déterminent le choix de l'architecture du moule et les difficultés d'usinage et de moulage.
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Ch 3: Architecture des moules d'injection
Ch3.Architectures des moules d'injection
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Ch 3: Architecture des moules d'injection
1. La structure de bases et les plaques : La structure ou carcasse du moule comporte plaques de base qui constituent un moule d'injection plastique . On va présenter les fonctions principales des plaques du moule et où ils se trouvent les unes par rapport aux autres.
1.1. La plaque porte empreinte supérieure : Cette plaque comporte la cavité ou l'empreinte dans le moule. Son épaisseur est normalement défini par la "hauteur" de la pièce. Le système d'alimentation canaux et seuils sont parfois usinées (ou en moitié) à la surface de la plaque. Cette surface est aussi la surface de la ligne de joint qui doit assurer une étanchéité. 1.2. La plaque porte empreinte inférieure : Cette plaque supporte le noyau dans moule. Son épaisseur est normalement défini par la "rigidité" recommandée du moule. Le système d'alimentation est normalement usinée dans cette plaque. Le mécanismes d'éjection (broches) traverse et glisse dans cette plaque pour appliquer une force sur la pièce. Elle contient aussi l'autre surface du plan de joint qui doit assurer l'étanchéité nécessaire. 1.3. Plaque semelle supérieure : Cette plaque assure le recouvrement de la plaque porte empreinte et c'est la plaque frontale. p20 - oct./2016
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Ch 3: Architecture des moules d'injection
Celle-ci est une plaque extérieure sur le moule qui est fixé (côté de l'injection) sur plateau fixe de la presse. Sa fonction principale est d’assurer la rétention (Maintient). La buse moule traverse cette plaque pour communiquer vers le plan de joint. 1.4. Contre plaque, Plaque intermédiaire (Plaque support) : Située au dessous de la plaque porte empreinte inférieure (et dans le cas de moule à tiroirs on la trouve aussi au dessus de la plaque porte empreinte supérieure). La fonction principale de la plaque intermédiaire est de rigidifier le moule pendant l'injection. C'est généralement une plaque épaisse qui ne fléchit pas au cours de la phase d'injection du processus de moulage. Le mécanisme d'éjection (broches) glisse à travers la plaque de support. 1.5. Plaque d'éjection La plaque d'éjection est la plaque flottante dans le système d'éjection. Son épaisseur est définie par la quantité de force nécessaire pour éjecter la pièce ainsi que la taille de la pièce/moule. Cette plaque permet également de verrouiller le mécanisme d'éjection (broches ou plaque) dans la plaque porte éjecteurs.
1.6. Plaque porte éjecteurs : La plaque porte-éjecteurs est utilisé dans un moule pour fixer le mécanisme d'éjection (broches d'éjection, remises à zéro, etc.) à la plaque d'éjection. La plaque porte-éjecteur est en fraisée selon les dimensions de la tête de chaque broche. Les fonds des éjecteurs sont affleure avec le dos de la plaque et la plaque d'éjection se fixe ensuite directement à la plaque porte-éjecteurs. Lors de l'éjection, la plaque porte-éjecteur "tire" le mécanisme d'éjection (broches) en arrière. 1.7. Plaque dévétisseuse : La plaque dévétisseuse est un élément du mécanisme d'éjecteur utilisé pour aider à l'enlèvement de la pièce. Cette plaque est fixée sur les tiges d'éjection actionnée de façon classique. L'épaisseur de la plaque est définie par la force requise pour retirer la pièce. Le profil de la cavité doit être usinée avec précision dans la plaque de démoulage pour éviter une usure excessive de l'outil et permettre à la plaque dévétisseuse à s’emboîter bien quand elle est rentrée.
2. Les différentes architectures des moules : La conception de la pièce, le choix de son type d'alimentation et les difficultés de démoulage et d'usinage déterminent le choix de l'architecture du moule.
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2.1. Moule Standard 2 plaques (standard mold) :
Figure 15: Moule à un plan de joint (2 plaques)
• Caractéristiques: Simplicité de conception Un seul plan de joint Ouverture dans une seule direction Démoulage par gravité, avec broches ou douille d’éjecteur. Injection directe ou par les cotés de la pièce au niveau du plan de joint. 2.2. Moule deux plans de joint (trois plaques) Permet le dégrappage automatique des pièces injectées et des déchets (canaux, carotte) lors de l'ouverture du moule.
• Caractéristiques: Simplicité de conception Possède deux plans de joint Ouverture dans une seule direction Démoulage par gravité, avec broches ou douille d’éjecteur avec en plus, un plateau mobile pour séparer automatiquement au démoulage, la carotte et les canaux des pièces.
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Figure 16: Moule à deux plans de joints (3 plaques)
2.3. Moule à tiroir ou à came (slide mold) Ce moule permet de sortir des pièces ayant des formes en contredépouille ou des trous latéraux. Le tiroir se retire à l'ouverture de la partie supérieure pour permettre par la suite l'éjection de la pièce. Caractéristiques: Plus d’un plan de joint Ouverture dans une seule direction Déplacement du ou des cames/tiroirs perpendiculairement à la direction d’ouverture du moule afin de dégager les contre dépouille.
Figure 17: Moule à tiroirs fermé (injection)
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Figure 18: Moule à tiroirs en ouverture
Figure 19: Moule à tiroir ouvert
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Figure 20: Moule à tiroir fermé
Figure 21: Moule à tiroirs ouvert
2.4. Moule à canaux chauffants Cette conception permet de supprimer les carottes du circuit d'alimentation et d'économiser du temps de cycle et de la matière. Ces moules sont plus chers (du type 3 plaques), mais leur rentabilités s'explique par les gains de matière et de temps de cycle car la carotte n'a pas à solidifier.
• Caractéristiques: Système de canaux non conventionnel. La section des canaux est plus grande (≥ 30 mm), ce qui permet la formation d’un noyau chaud isolé par une mince couche de polymère refroidi. Cela implique un cycle rapide et très régulier pour remplacer le polymère dans les canaux et le maintenir chaud. Les polymères doivent être de type amorphe; Il constitue la configuration la plus simple de moule à canaux chauds. Cependant le nombre de cavités est limité à approximativement 16 comparativement à 96.
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Figure 22: Moule à canaux chauds
2.5. Moule à coquilles Ce moule permet de réaliser des contre-dépouilles extérieures. Toutefois, il faut soigner la fermeture du moule et surveiller la fermeture de la machine.
Figure 23: Moule à coquille (1)
Figure 24: Moule à coquilles (2)
2.6. Moule à plaque de dévêtissage (stripper plate mold)
Figure 25: Moule à plaque dévétiseuse
• Caractéristiques: p25 - oct./2016
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Simplicité de conception Un seul plan de joint Ouverture dans une seule direction Démoulage par gravité, avec plaque qui s’appuie sur tout le contour de la pièce pour faciliter le démoulage sans l’endommager ou faire de marques. 2.7. Moule à broches rotatives filetées. (Unscrewing mold)
Figure 26: Moule à dévissage / broche rotative
• Caractéristiques: Démoulage automatique d’un filet par la mécaniquement ou par d’autres techniques;
rotation d’organes activés
Coût élevé du moule.
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Ch 4 : Les éléments standards
Ch4. Les éléments standard
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Ch 4 : Les éléments standards
Les éléments standard des moules sont des pièces qui participent à la conception des moules mais qui se répètent dans la majorités des cas. Il ont des dimensions et des formes adaptés à leurs fonctionnement. Généralement il sont donnés par des fournisseurs. Leurs dimensions et leurs caractéristiques sont donnés par des catalogues. Leurs utilisations permet de gagner le coût de fabrication et d'améliorer la qualité du moule ainsi que des pièces moulés. Ça permet aussi de gagner du temps de fabrication du moule et par suite de minimiser les erreurs de fabrication.
Figure 27: Pièces standard du catalogue Rabourdin (www.rabourdin.fr)
Chaque constructeur possède son propre catalogue. Mais généralement les p28 - oct./2016
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Ch 4 : Les éléments standards
pièces ont des dimensions normalisés surtout celles qui sont en contact avec la machine. On peut utiliser, à titre d'exemple, les pièces standard du constructeur Rabourdin (www.rabourdin.fr)
1. Bague de positionnement : Description : Une bague de positionnement (Registre Ring) est utilisé pour localiser le moule sur le plateau fixe (côté de l'injection) assurant que la buse de la machine de moulage aura une interface avec la buse moule permettant l'écoulement de la matière plastique dans le moule. Il y a beaucoup de tailles standard. Le plus commun est la bague de 3.990 pouces, tandis que les grands moules utilisent couramment une bague de 5.990 pouces. Emplacement : Sur plaque semelle supérieure coté injection.
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2. La buse moule Description : La buse moule conduit la coulée de matière plastique vers le canal principal. Il y a un rayon sphérique (1/2 pouce ou 3/4 pouce.) sur le côté de la machine afin d'assurer un alignement de la buse de la machine et du moule. Cela assure des flux de plastique continue dans le moule. Emplacement : Inséré dans la bague de centrage, monté par serrage dans un lamage sur la plaque semelle supérieure. Situé sur le coté fixe du moule.
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3. Les colonnes de guidage : Description : Assurent que les deux moitiés « fixes et mobile » du moule s'alignent correctement alors que le moule se referme. En outre, ils protègent le moule des dommages (colonne décalée) causés lorsque les moitiés sont fermées et orientés de manière incorrecte. Emplacement : Elles se trouvent généralement dans les quatre coins du moule, sur la ligne de séparation. Remarque: la colonne décalé assure que le moule ne se ferme pas correctement.
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4. Douille de guidage Description : Les douilles de guidage sont conçus dans un moule pour permettre le remplacement après usure. La douille de guidage est typiquement la position la plus sollicitée à l'usure sur le moule. Comme les bagues sont usés, ils sont remplacés, ce qui prolonge la durée de vie du moule. Emplacement : Typiquement situé dans les quatre coins du moule et sur la ligne de séparation. Remarque: la bague décalée est celle dont la colonne décalée passe à travers.
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5. Les piliers d’entretoisement (Rabourdin)/ou Tasseaux cylindriques Description : Assiste la plaque de support à résister à la flexion lors de l'injection. Aide à rendre le moule plus rigide. Disponible en plusieurs tailles et longueurs. Localisation : Des piliers d’entretoisement sont situés dans la batterie d'éjection et fixés sur la plaque de fixation CM, normalement en direction du centre du moule au-dessous des empreintes et c’est dans le but de contrer les déformations dues aux efforts d’injection. Une ou plus peuvent être utilisés.
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6. Éjecteurs Description : Les éjecteurs, broches ou knock-out, sont utilisés pour éjecter la pièce moule. Sur Les dessins d'ensemble, (plans) les éjecteurs sont normalement identifiés comme un cercle qui a une croix à l'intérieur avec deux quadrants diagonaux "noircies" Emplacement : Les éjecteurs sont situés sur la plaque porte-éjecteur et traversent la plaque de support et la plaque porteempreinte inférieure.
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7. Broche de remise à zéro Description : Les broches de remise à zéro assurent le retour de la batterie d’éjection et sont de plus grands diamètre que les éjecteurs. Ils sont placés (localisées) à l'extérieur de la zone de la cavité (empreinte) à la ligne de séparation (plan de joint). Ils assurent que les éjecteurs rentrent dans le moule pendant la fermeture. Ceci empêche les éjecteurs de détériorer la cavité/empreinte ou se casser pendant la fermeture du moule. Emplacement : Les broches de remise à zéro sont placées sur la plaque porte éjecteur et traversent la plaque intermédiaire (contre plaque) et la plaque porte-empreinte touchant la surface de la partie fixe du moule (pdj) en dehors des zones des empreintes. Remarque : Une broche est décalée pour éviter le montage incorrect de la batterie
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8. Plots de repos batterie Description : Cet article de taille standard empêche la batterie d'éjection de se rentrer complètement donc ne se repose pas contre la plaque de fixation mobile PFM. Ceci évite la déformation des plaques dues à la surface de contact importante avec la plaque de fixation et par suite la détérioration des éjecteurs la formation de rouille entre les deux plaques pendant le stockage. Les plots de repos ne sont pas toujours utilisés dans la conception de moule (en cas d’éjection avec plaque de dévétissage, moule à dévissage) Emplacement : Typiquement quatre plots de repos ou plus sont utilisées entre la plaque arrière et la batterie d'éjection. Le plus sont sur les plaques de fixation arrière et sont typiquement placé dans la même position que les broches de remise à zéro.
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9. Extracteur de carotte Description : L'axe extracteur de la carotte est une broche plus large situé juste en face de la carotte. Sa fonction principale est d'assurer l'extraction de la carotte lors de l'étape d'ouverture de moule. Lors de l'éjection, l’extracteur sort et se rétracte avec le reste du mécanisme d'éjection. Emplacement : En face de la carotte sur le côté mobile du moule. La broche extracteur de carotte est installée dans le moule de la même façon que les éjections. Il est désigné de la même manière que les éjecteurs (un anneau avec une croix noirci à l'intérieur).
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10. Les verrous / centreur : Description : Ce sont des verrous de ligne de joint sont utilisés pour assurer l'alignement lors de la fermeture du moule. Ils sont généralement utilisés lorsque les noyaux et les cavités sont conçus dans le moule ; les serrures assurent l'emplacement et éviter les dommages. Cas d’empreinte asymétrique. (Efforts de pression parallèle au pdj.) Emplacement : Les verrous de ligne de joint sont normalement appliqués sur deux ou plusieurs côtés du moule.
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11. Le boîtier d'éjection Description : Le boîtier d'éjection est une unité d'une seule pièce en cas de moule cylindrique à éviter pour des raison de perte de matière(ou ensemble constitué par la plaque de serrage arrière, deux rails et 6 boulons d'assemblage), ce qui forme l'espace ou se situe la batterie d'éjection. Le boîtier (hauteur des entretoises) définit le maximum de la course d'éjection. Emplacement : Au dessous du moule (coté mobile).
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12. Les Entretoises /tasseaux/ des parallèles Description : Les entretoises ou tasseaux sont des blocs de l'acier qui supportent la plaque support et forment un vide derrière la plaque support pour le mécanisme d'éjection. La hauteur des entretoises définit la course d'éjection maximale du moule. Emplacement : Sur le côté mobile, généralement situé le long du côté le plus long du moule.
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13. Ressorts Description : Les ressorts sont utilisés pour assurer un rendement positif (de localisation). Ils sont généralement placés autour des broches de remises à zéro. Au cours de l'éjection, ils sont comprimés, une fois que la force d'éjection est relâchée des ressorts s'étendent et forcent le mécanisme d'éjection (batterie d'éjection) à revenir en arrière. En cas de vérin d’éjection simple effet. Emplacement : En règle générale, les ressorts sont utilisés sur les quatre broches de remise à zéro (retour) qui sont situés dans les quatre coins du moule. Le plus souvent utilisé est un ressort de rappel sur la queue d’éjection.
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14. Trou fileté Description : Ceci est un trou fileté sur le côté du moule pour permettre l'insertion anneau de levage. L'anneau de levage permet la manutention et la manipulation soient du moule complet soient des composant par un pont roulant ou d'un chariot élévateur. Emplacement : Typiquement au plus près du centre de masse du moule ou sur une plaque que possible. Souvent, les trous de l'anneau de levage sont placés dans deux côtés adjacents afin de garantir que le moule peut être placé et retiré de la machine.
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15. Circuits de refroidissement Description : Les conduites d'eau sont utilisés pour réguler la température du moule. Les fluides couramment utilisées sont l'eau, l'eau-glycol, et de l'huile. Emplacement : Les conduites d'eau sont généralement situés dans le centre du moule et aussi le plus près que possible de la cavité et du noyau pour obtenir un transfert de chaleur efficace.
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Ch 4 : Les éléments standards
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Ch 5 : Normes et Matériaux pour les moules
Ch5.Normes et Matériaux pour les moules
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Ch 5 : Normes et Matériaux pour les moules
Cette leçon traite les éléments standard de base du moule à part les plaques de moule. Ces éléments sont soit «standard» sur un moule ou peuvent être achetés.Les emplacements de ces composants dans le moule seront également déterminés.
1. Normes et constructeurs des éléments standards des moules (AISI,DIN,JIS) US (AISI)Inch
EUROPE/(DIN)Metric
LOCAL/Japan(JIS)Metric
Projection
Third angle
First angle
Both
unité
IN/LB
MM/KG
MM/KG
Carcasse moule
DME
HASCO
Futaba/LKM
Acier
H13 420 P20 D2
1040 0-1 S-7 A2
1.2344 1.2083 1.2311 1.2739
1.2343 1.1730 1.2510 1.2767
P5 NAK55 NAK80
Éléments standards
DME
HASCO
Dadio/minglee
Queue d'éjection
7” ,4 x16”, 6 x2 8”
200,100 x 400
200,100 x 400
Raccord de flexibles
NPT
MM/BSP
MM/BSP
Anneau de centrage
4.000INCH”
100/110/125MM
100/110/125MM
Buse moule
R1/2”, R3/4”
R10,R15,R40,90
R10,R15,R40,90
vis
UNC
MM
MM
Broches d’éjection
DME
HASCO
HASCO
Colonnes de guidage
DME
HASCO
HASCO
Ressorts
ASSOCIATE
DAIDO,HASCO
DAIDO,HASCO
Canaux chauds
INCOE,DME,KONA, MOLDMASTER,YUDO
HASCO, Synventive, Mold-Master
HASCO, Synventive, Mold-Master
2. Matériaux des composants du moule 2.1. Généralités : Le choix des matériaux des moules dépend de leurs destinations. Pour les p46 - oct./2016
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moules de grandes séries, les critères de longévité sont pris en compte en priorité avant ceux des coûts de la matière première et de son usinage. Les moules expérimentaux ou ceux destinés à la fabrication de très petites séries peuvent, par contre, être réalisés avec des matériaux moins résistants, si les conditions de fonctionnement des moules (surtout lorsqu’il s’agit d’essais) sont sensiblement identiques à celles du moule de production.
Figure 28: Caractéristiques des aciers pour les moules
(4) Ces matériaux doivent avoir :
4
•
une bonne résistance à l’abrasion causée par le frottement des charges contenues dans la matière injectée et le mouvement des éléments mobiles de l’empreinte.
•
une bonne usinabilité et une bonne aptitude au polissage, indispensables pour faciliter le respect du cahier des charges concernant l’état de surface des éléments moulants et la réalisation de formes complexes.
•
une précision et une stabilité dimensionnelles correctes après les traitements thermiques dont il faut connaître les effets, compte tenu des dimensions et des tolérances de l’outillage dont dépend l’un des éléments de calcul du retrait de la pièce injectée.
•
une résistance à la corrosion chimique indispensable à cause des produits dégagés par l’injection de certaines matières plastiques (PVC, acétate de cellulose, PTFE...).
•
une bonne conductivité thermique : cas des métaux, contrairement
Buderus Edelstahl GmbH , www.buderus-steel.com
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aux résines thermoplastiques chargées avec lesquelles on observe des cycles d’injection très longs malgré l’incorporation de circuits de refroidissement. Le mode de fabrication de moule oblige les moulistes à choisir des aciers faciles à usiner et à polir, en tenant compte, pour le choix et l’usinage, des traitements thermiques envisagés. Ce qui permet d'obtenir des éléments résistant à la fatigue et aux contraintes mécaniques, ainsi que des surfaces polies et dures s’opposant très bien à l’abrasion. 2.2. Choix du matériau :
2.2.1.La carcasse : Regroupe un empilage de plaques qui donne la structure du moule et qui est constitué de : •
Deux plaques semelles
•
Deux tasseaux
•
Batterie d’éjection
•
Rondelle de centrage
•
Queue d éjection
L’acier utilisé pour ces éléments est le C45 (XC 48). Acier non allié utilisé généralement pour la fixation de l’outillage, se caractérise par la facilité de l’usinage. Composition du XC 48 : C : 0.48%
Si : 0.30%
Mn : 0.70%
2.3. Les plaques porte empreintes : Ce sont les plaques utilisées comme support pour les empreintes. Elles sont construites en 40CMD8. Acier faiblement allié pré traité. Bonne tenue de dureté à température élevé, usinage favorable. Composition du 40CMD8 : Carbone : 0.40%
2% Chrome
+ Quelque trace de Molybdène et manganèse.
• État de livraison : Trempé et revenu 280 à 32 5 HB de 950 à 1100 N/mm2 Recuit sur demande
• Désignation: ◦
SEL 40CrMnMo7
◦
DIN EN ISO 4957 40CrMnMo7
◦
AFNOR 40CMD8
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2.4. Les empreintes : C’est la partie qui est en contact direct avec la matière plastique chaude et sous pression, alors il faut qu’elles soient d’une bonne résistance thermique et mécanique surtout quand elle est destinée à une production de grandes séries.
2.4.1.Agressivité chimique des matières plastiques : Lors de la transformation d’aminoplastes et d’alliages de chlorure de polyvinyle, des produits fortement agressifs peuvent se générer et se dégager, comme de l’acide chlorhydrique HCL. Des températures de travail excessives (>160°) peuvent provoquer des attaques corrosives sur la surface des moules. Aucun acier pour moules ne peut y résister. C’est pourquoi la température de production ne devrait pas dépasser 160°C. Il faut, pour éviter l’apparition de corrosions fissurantes (corrosion superficielle et corrosion perforante) tenir compte du type de matière plastique, de la température d’utilisation et du caractère corrosif du fluide de refroidissement.
2.4.2.Exemples d'aciers • X36CrMoV5 (Z36CDV5) : Acier fortement allié, excellente résistance et dureté. Composition : C : 0.36%
Cr : 5%
Trace de molybdène et vanadium
Cet acier pour travail à chaud fortement allié s’est imposé au cours des dernières années pour les moules de transformation des matières plastiques particulièrement sollicités. Outre son aptitude à la trempe à cœur jusqu’à 52 HRC, l’acier X36CrMoV5 (ISO) se distingue aussi par sa très grande résistance à l’usure par abrasion et à la compression. Il convient donc aux duroplastiques et thermoplastiques avec additifs et liants et aux matériaux composites. La forte dureté de travail de l’acier assure une bonne aptitude au polissage.
• X36CrMo17 (Z35CD17) Convient parfaitement à la transformation de matières plastiques chimiquement corrosives des acides comme le chlorure de polyvinyle (PVC), les aminoplastes et les additifs ignifuges halogénés. Acier modifié pour moules, usinage économique, résistant à la corrosion, apte au polissage et au grainage. L’acier X36CrMo17 (Z35CD17) s’usine et se travaille à l’état trempé et revenu. Il a une surface résistante à l’usure, à la pression, une bonne ténacité et de part sa composition chimique spécifique, il peut être trempé.
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• Récaptulatif : Élément du moule
Matériaux
Traitement
Résistance ou Dureté
Observation
Carcasse et cales diverses
XC 38 XC 48
Trempe ou revenu
85-105 daN/mm²
Traité pour les plaques formant le plan de joint et grandes séries.
Empreintes
40CMD8 35NCD16 Z50CDV5 Z200C12
Trempe Cémentation
80-180 daN/mm²
Tiroirs
Z50CDV5 80Mn8 55Ni Cr7
Trempe
80-180 daN/mm²
Ou acier sulfurisé Pré-traité
Plaques porte empreintes Plaques dévétisseuses
40CMD8 42CD5
Trempe Revenue
100-120 daN/mm²
Pré-traité
Éléments mobiles
16NC6 100 C 6 40Ni Cr15 45Si Cr Mo6 35Ni Cr 6
Trempe Nitruration Cémentation
100-200 daN/mm²
Pièce de commerce Bonne résistance à l’usure
Bonne résistance Haute limite élastique
Tableau 1: Matériaux pour la fabrication des moules
3. Propriétés des matériaux des moules Les tableaux suivant donnent les aciers les plus utilises pour la fabrication des moules d’injection. La désignation des aciers est selon la norme AFNOR et DIN avec des références de constructeurs en première colonne.
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Ch 6 : Calcul relatifs au moule d'injection
Ch6.Calcul relatifs au moule d'injection
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Ch 6 : Calcul relatifs au moule d'injection
1. Calcul du volume injecté Il est nécessaire de déterminer le volume de matière total à injecter. Il s’agit de vérifier si la presse dont on dispose est capable d’injecter un tel volume de matière. 1.1. Pourcentage de déchet Le pourcentage de déchet est le rapport entre le volume de déchets (carotte et canaux) et le volume total injecté. Ce nombre caractérise la quantité de matière utilisé qui part sous forme de déchet. Il faut veiller à avoir un pourcentage de déchet le plus faible possible (notamment en utilisant des moules multi empreintes).
%Déchet = Volume déchet / Volume injecté x 100 avec
Volume déchet = Volume des canaux +volume de la carotte
• Application : (1) Calculer le volume de matière injecté dans l’exemple suivant,sachant que les dimensions de la pièce finie sont donnés par la Figure 30
Figure 29: Exemple d'application
Figure 30: Douille en plastique injecté
(2) Calculer le pourcentage de déchet dans l’exemple détaillé précédemment. (3) Quelle est la machine de plus petite puissance sur laquelle on peut produire ce type de pièce ?
2. Force de verrouillage minimale : L’étanchéité du moule, lors de sa fermeture doit être totale. La pression d’injection de la matière dans les empreintes exerce des efforts sur les parois du moule dans toutes les directions, et a donc tendance à ouvrir le moule. La force minimum de verrouillage est proportionnelle au produit de la pression p53 - oct./2016
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Ch 6 : Calcul relatifs au moule d'injection
d’injection et de la somme des surfaces injectées projetées sur le plan de joint. Serrer trop fort ne nuit pas au moule, mais engendre des dépenses d’énergies inutiles.
2.1. Surface projetée :
Figure 31: Surface projetée de la grappe
La surface à prendre en compte, est la projection (l’ombre de l’empreinte) sur le plan de joint, sans oublier de compter les canaux, la carotte, et de déduire les trous. Dans certains cas, la surface de la grappe d’alimentation est négligée. 2.2. Force de verrouillage :
Fver= force de verrouillage mini Pinj= pression d’injection en bars ou en MPa 5 , (ex. presse Arburg : 1600 bars mini= 160 MPa)
Sproj= somme des surfaces « Grappe » projetées en cm², k = pertes de charge dans les divers canaux (20 à 50% de pertes)= 0,8 à 0,5 Fver= Pinj x Sprojx k • Application : Calculer la force de verrouillage mini dans l’exemple détaillé précédemment. On se placera dans le cas ou la pression d’injection est de 800 bars
3. Nombre d'empreintes : Le nombre d'empreintes recommandé doit être 2n (1,2,4,8,16,32 …). 5
1 bar=0,1 N/mm² =1daN/cm² = 10⁵Pa
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Ch 6 : Calcul relatifs au moule d'injection
Ce nombre est imposé par des contraintes •
•
techniques comme ◦
caractéristiques de la presse d'injection
◦
la précision et reproductibilité des empreintes,
◦
tolérance de fabrication de la série de pièces.
financières (Rentabilité) et dépendent aussi de plusieurs facteurs ◦
temps d'occupation des machines / la durée du cycle
◦
le coût du moule (éléments standard, carcasse, empreinte ...)
◦
le coût horaire de production (machine d'injection et main d’œuvre)
◦
le nombre total de pièces à fabriquer (nombre d'amortissement du moule)
3.1. Critère économique : Le calcul est nécessaire chaque fois que l'on aura le choix du nombre d'empreintes à disposer dans un moule d'injection sans que celui-ci modifie notablement l’architecture générale de l'outillage ou le choix de la presse. Il faudra au préalable estimer ou connaître les valeurs suivantes : •
X : le coût du moule avec une seule empreinte (éléments standard, carcasse, une empreinte ...)
•
Y : le coût de l'empreinte additionnelle
•
Q : le coût horaire de la machine d'injection
•
S : le coût horaire de la main d’œuvre (salaire)
•
N : le nombre total de pièces à fabriquer (nombre d'amortissement du moule)
•
t : la durée du cycle en secondes
Soit n le nombre d'empreintes optimal à chercher soient → Cn le coût du moule pour n empreintes : Cn = X+Y.(n-1) = (X-Y) + Y.n → Qu le coût de fonctionnement de la presse par pièce : Qu = Q.t / (3600.n) → Su : le coût des salaires par pièce : Su= S.t/(3600.n) → Cu : le coût du moule par pièce : Cu = Cn/N en remplaçant Cn par sa valeur p55 - oct./2016
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Ch 6 : Calcul relatifs au moule d'injection
Cu = ( (X-Y) +Y.n ) / N Coût de moulage d'une pièce : Cum = Qu + Su + Cu en remplaçant Qu, Su, Cu par leurs valeurs : Cum = Q.t/(3600.n) + S.t/(3600.n) + (X-Y)/N + Y.n/N Cum = t(Q+S) / (3600.n) + (X-Y) / N + Y.n / N =
( X−Y ) t×(Q+ S) Y ×n+ + N N 3600. n
( X −Y (n−1)) (Q+ S)×t + N 3600 . n
=
C'est une expression de la forme Cum = A.n + B + C n-1 Nous cherchons à déterminer la valeur de « n » optimale qui donne le meilleur coût : Mathématiquement parlant, il faut savoir quand est ce que cette fonction de variable « n » Cum = A.n + B + C n-1 est minimale ? Donc il suffit de dériver cette fonction par rapport à « n » et voir pour quelle valeur cette dérivée s'annule. Cum' (n) = A – Cn-2 elle s'annule pour n =(C/A )1/2 donc pour
n=
√
t (Q+ S) . N 3600 .Y
Remarque : la valeur X a disparu dans la dérivation. Ceci paraît normal puisque le calcul n'a d’intérêt qu'à partir de la 2ème empreinte.
• Application : ◦
Exemple 1 :
On veut réaliser un moule pour une série de 400 000 pièce, le coût horaire de de la main d’œuvre est 25 DT / heure, et le coût horaire de la presse est de 50 DT / Heure. Une empreinte additionnelle coûte 2000 DT. La pièce doit rester 20s après injection pour pouvoir la démouler. Quel est le nombre optimal d'empreintes ? Réponse n = 9
• Exemple 2 : Méthode graphique :
p56 - oct./2016
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Ch 6 : Calcul relatifs au moule d'injection
Figure 32 abaque de calcul de nombre d'empreintes selon le critère économique
p57 - oct./2016
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Ch 6 : Calcul relatifs au moule d'injection
• Application :
Figure 33
Sur la ligne (1) choisir la Série : 400 000 pièces Coût horaire machine+salaire : 25 DT/h Coût pour une empreinte : 1250 DT Temps de cycle 15s Nombre d'empreintes optimal : 6 p58 - oct./2016
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Ch 6 : Calcul relatifs au moule d'injection
• Explication Sur la ligne (1) choisir la Série : 400 000 pièces et sur la ligne (2) mettre le coût horaire (machine+salaire) : 25 DT/h. Puis lier les deux points par une ligne. Cette ligne intercepte la ligne pivot I (3). puis sur la ligne (4) choisir coût pour une empreinte : 1250 DT. Faire une ligne qui passe par le point de la ligne (4) et le point le ligne pivot I (3). jusqu'à la ligne pivot II (5). Choisir le temps de cycle sur la ligne (6) (Temps de cycle 15s). Faire une ligne droite qui passe par les points de la ligne 6) et le point de la ligne pivot II (5). Cette ligne traverse la ligne (7) au point déterminant le nombre d'empreintes. Le nombre d'empreintes optimal est donc 6.
◦
Exemple 3 :
Un moule comporte 12 empreintes est monté sur une machine dont le coût horaire total est de 60 DT (machine et main d’œuvre). Le temps de cycle est de 10 s. Le coût de l’empreinte supplémentaire est de 1500 DT. Déterminer le nombre N de pièces à réaliser qui permet l'amortissement du moule. Réponse N= 1 296 000 pièces.
◦
Exemple 4 :
Soient N = 10⁶ pièces à réaliser, X= 1500 DT, Y = 350DT, Q=10DT, S= 3DT, tc= 5s. (1)Calculer le nombre n optimal d'empreintes à réaliser. (2)Sachant que la pièce à réaliser est en PE et pèse de 1,3 g , le prix du PE est CMP=1,700 DT le kilo, déterminer le coût de fabrication d'une pièce Cp. (3)Refaire le même calcul pour une série de 100 000 pièce. On suppose que le moule est amorti sur la quantité à réaliser dans chaque cas.
• Réponses : (1) n=
√ ((10+3)×5×10 6) (3600×350)
= 7,1 soit n= 8 empreintes
(2)Cp= amortissement moule / pièce + coût MO / pièce + coût machine / pièce + coût MP/ pièce = (X −Y (n−1)) (Q+ S)×t + + coût MP/ pièce = 8 millimes N 3600 . n (3)n = 2 ; Cp= …..... millimes 3.2. Critères techniques :
3.2.1.Force de fermeture : La force de fermeture F (verrouillage) doit être supérieure ou égale à force p59 - oct./2016
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due à la pression d'injection pour ne pas ouvrir le moule. F ≥ P. Aproj.tot . s s : coefficient de sécurité pour éviter l'ouverture moule (entre 1,2 et 1,5) Aproj.tot : la surface projetée totale de toutes les pièces et canalisations associées. Aproj.tot : nt1 x Aproj Aproj : section de la pièce et canaux (système d'alimentation) nt 1 ⩽
F A proj×P×s
nt1 : le nombre à chercher selon le critère de la force de fermeture. F : force de fermeture maximale Aporj : section de la pièce et canaux (système d'alimentation) P : pression d'injection maximale de la presse
3.2.2.Volume injecté minimale : nt 2=0,4×
V fp V fa
Vfp : volume injectable par l'unité de plastification Vfa : volume de la grappe (pièce, canaux et carotte).
3.2.3.Volume injecté maximal nt 3 =0,8×
V fp V fa
Vfp volume injectable par l'unité de plastification Vfa : volume de la grappe (pièce, canaux et carotte). Ce critère garantit que la matière fondue est homogène aussi bien thermiquement que mécaniquement.
3.2.4.Puissance de plastification : nt 4=
t .L 1 × cy p 3,6 V fa . ρ M
tcy : le temps de cycle en secondes Lp : la capacité de plastification en kg/h Vfa : volume de la pièce + carotte ρM : poids spécifique de la matière (fiche fournisseur)
3.2.5.Critère de l'encombrement (machine) : En tenant compte de la disposition des empreintes, leur nombre se calcule d’après les distances entre les colonnes de la machines choisie pour l'injection, elle déterminent le nombre d’empreintes qui pourront être projetées sur la surface de la plaque de montage. p60 - oct./2016
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Ch 6 : Calcul relatifs au moule d'injection
4. Prix de revient d’une pièce Le prix des outillages est élevé : il est indispensable de le prendre en compte dans le calcul du prix de revient d'une pièce moulée : Le prix d'une pièce issue d'une série finie, pour laquelle on a acheté un moule s'écrit : P = Pm + Pf + (P0 / NP) avec : •
Pm : prix de la matière,
•
Pf : prix de la production d'une pièce : main-d'œuvre, presse, énergies, automatisation de la presse...,
•
P0 : prix de l'outillage,
•
NP : nombre de pièces à mouler.
Pour de faibles séries, le prix du moule est le facteur prédominant. Pour optimiser les coûts, on peut simplifier au maximum la réalisation du moule.
p61 - oct./2016
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Annexes
Annexe 1 : Caractéristiques techniques des matières plastiques
(1) Les unités de mesures et leurs conversions
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Annexe 4 : Les défauts d'injection
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Annexe 5 : Les Unités de mesure
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Annexe 4 : Les défauts d'injection
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Annexe 5 : Les Unités de mesure
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Annexe 4 : Les défauts d'injection
Résumé
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Index lexical A
G
Ajourage..............................................14 Ajustement..........................................15 Alimentation.................13, 15pp., 21, 60 Architecture........................5, 18, 21, 55 Attaques..............................................13
Grappe..........................................12, 16 Guidage...............................................12
B
L
I Injection 2p., 5p., 10, 12pp., 17, 55p., 60
Batterie......................................12p., 16 L'ajustement.......................................15 Batterie d’éjection......................12p., 16 L'éjection.......................................15, 23 Buse moule......................................11p.
M
C Canaux....................6, 12p., 16p., 22, 60 Carcasse.......................................13, 55 Carotte..................12p., 16p., 22, 24, 60 Carotte)...............................................60 Carottes..............................................24 Contre-dépouille..................................23 Critères économiques.........................15 Critères techniques.............................15 Cycle de moulage.................................3
Mise en forme.................................2, 10 Moulée.......................................12p., 15
N Noyau.........................................12, 14p. Noyaux................................................15
P
Plan de joint............................11, 13, 17 Plaque.............................12pp., 16p., 60 D Plaques...................................13, 17, 24 Dégrappage........................................22 Plastification.............................3, 5p., 60 Dépouille.............................................23 Presse.....................5, 8, 11pp., 55p., 60 Dépouilles.....................................17, 25 Problèmes...........................................15 Dévissage...........................................17
R
É
Régulation..................................12, 16p. Éjecteurs....................................12, 16p. Résines............................................2, 10 Éjection.........................3, 5p., 11pp., 23
S
E
Série.................................2, 10, 15, 55p. Empreinte.............2, 10, 12pp., 55p., 59 Solidification...............................2, 6, 10 Soudure...............................................15
F
T
Fonction..................................15, 17, 56 Fonctions.............................................11 Technique d'........................................17 Formes.......................................14p., 23 Temps de cycle.....................15, 24, 59p. Fusion....................................................5 Thermorégulation................................16 Tiroir..............................................17, 23
0 69
Index des illustrations Figure 1: Vue en coupe d'une presse Figure 14: Le noyau.............................15 d'injection.............................................2 Figure 15: Moule à un plan de joint (2 Figure 2: étape 1 – Injection et plaques)..............................................18 refroidissement.....................................3 Figure 16: Moule à deux plans de joints Figure 3: étape 2- Ouverture (arrachage (3 plaques)..........................................18 de la carotte).........................................3 Figure 17: Moule à tiroir ouvert...........19 Figure 4: étape 3- Éjection....................3 Figure 18: Moule à tiroirs fermé Figure 5: étape 4- Mise à zéro du (injection)............................................19 système d'éjection................................3 Figure 19: Moule à tiroirs en ouverture Figure 6: étape 5 - Fermeture du moule3 ............................................................19 Figure 7: Diagramme du cycle Figure 20: d'injection.............................................4 Figure 21: Figure 8: Presse a injecter les polymères Figure 22: thermoplastiques..................................4 Figure 23: Figure 9: l'outillage (moule) d'injection plastique...............................................7 Figure 24: Figure 10: Moulage................................9 Figure 25:
Moule à tiroir fermé............19 Moule à tiroirs ouvert.........19 Moule à canaux chauds......20 Moule à coquille (1)............20 Moule à coquilles (2)..........20 Exemple d'application........48
Figure 11: Les différents éléments d'un Figure 26: Surface projetée de la grappe moule d'injection.................................10 ............................................................49 Figure 27.............................................52 Figure 12: Les éléments de l'alimentation......................................13 Figure 28.............................................53 Figure 13: Disposition des empreintes 14
