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Concevoir un produit injecté Conception moules
Référence stage : 2029
(C)entre de (F)ormation de la (P)lasturgie 39, rue de la Cité – 69441 LYON CEDEX 03 Tél : 04.72.68.28.28 – Fax : 04.72.36.00.80 E-Mail :
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CONCEVOIR UN PRODUIT INJECTE
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SOMMAIRE
I. METHODOLOGIE DE CONCEPTION D'UN MOULE ............................................. 4 II. FACTEURS INFLUENÇANT LA CONCEPTION DU MOULE .............................. 7 III. CALCUL DU NOMBRE D'EMPREINTES OPTIMUM DANS UN MOULE D'INJECTION .............................................................................................................. 13 IV. LA CONCEPTION DES MOULES........................................................................ 18 V. ARCHITECTURE D’UN MOULE .......................................................................... 20 VI. LES ACIERS .......................................................................................................... 24 VII. LE CENTRAGE .................................................................................................... 32 VIII. LES TECHNIQUES D'ALIMENTATION ........................................................... 35 IX. LE MOULAGE SANS DECHET............................................................................ 49 X. EVENTATION DU MOULE ................................................................................... 63 XI. FONCTION MISE EN FORME ............................................................................. 64 XII. FONCTION REFROIDISSEMENT ...................................................................... 68 XIII. DEMOULAGE..................................................................................................... 80 XIV. EJECTION ........................................................................................................... 87 XV. RESUME (PRIX DE REVIENT PREVISIONNEL)............................................ 100
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I. METHODOLOGIE DE CONCEPTION D'UN MOULE A. CONTEXTE DE L'ETUDE D'UN MOULE Deux situations sont possibles : L'entreprise sous-traite le moule chez un mouliste après consultation à partir du dessin de définition. C'est le bureau d' étude mouliste qui exécute l'étude du moule et il doit intégrer toutes les fonctions dans sa réalisation : définition de l'alimentation, du bloc empreinte , de l'éjection, du refroidissement, de la cinématique, de l'adaptation à la machine et des fonctions sécurité et maintenance. Cette étude donne le plan d'ensemble, la nomenclature des éléments constitutifs avec les aciers et les traitements. Une validation par les spécialistes processus et production du donneur d'ordre donnent le visa bon pour exécution après avoir demandés les modifications ou améliorations dans la définition de l'étude. L'entreprise garde la maîtrise du processus de moulage et la définition des fonctions principales du moule : alimentation, bloc empreinte, refroidissement, éjection et cinématique des mouvements. Un dessin de définition et un cahier des charges concernant la définition des aciers, des traitements et des éléments standards est transmis soit à l'atelier moule intégré ou au mouliste extérieur qui exécutera les plans d'ensemble en complétant les fonctions non définies.
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B. LE GROUPE D'ETUDE MOULE L'équipe d' étude est modifiée pour faire appel à trois fonctions : - Concepteur moule : spécialiste des dessins d'étude moule (DAO ou autres), de l'organisation du moule, de sa cinématique et avoir une bonne connaissance des éléments standards et de leur utilisation. Il doit aussi maîtriser le choix des aciers et de leur traitement. - Le spécialiste processus qui va conseiller le concepteur dans le domaine des écoulements, de la thermique et des améliorations de l'aspect et des performances de la pièce injectée (tensions internes, ligne de soudure, brûlures, ....). - Le spécialiste de l' usinage adapté au moule : parcours d'outil en CN, faisabilité en électro érosion, ..... La définition par le dessin du moule se résume souvent à un plan d'ensemble et aux dessins de détails des blocs empreintes. Cette approche est rendu possible par le fait qu' un moule est un prototype et que les professionnels qui le réalisent sont capable d'extraire les dessins de détails du plan d'ensemble. Le plan d'ensemble du moule définit par 3 vues principales et des coupes complexes la structure de la carcasse, la disposition des empreintes de l'alimentation, des mouvements, de l'éjection et du refroidissement.
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C. METHODOLOGIE DE L'ETUDE D'UN MOULE La méthodologie d'étude du moule permet de définir par une succession d'étapes le déroulement et la validation : Des données économiques : - productivité du moule, c'est à dire le produit de la cadence prévisionnelle annuelle et la durée de vie du produit (nombre d'années de vie du produit). - optimisation du nombre d'empreintes : prix de revient de la pièce moulée (valeur ajoutée en fonction de la production horaire, du taux horaire de la presse à utiliser) avec part matière y compris alimentation (suivant possibilité de recyclage ou non). Ce prix de revient est à mettre en rapport avec l'amortissement moule dont le prix évolue lui aussi avec le nombre d'empreinte. Le nombre d'empreinte optimum sera ramené à un nombre pair, de préférence multiple de 2 pour des questions d'équilibrage de longueur de canaux d'alimentation. De l'optimisation des performances du moule par rapport au processus de moulage : - élimination des défauts liés à l'écoulement et à la thermique - optimisation des pertes de charges et des cisaillement matière - fiabilité par une cinématique adaptée et par un dimensionnement tenant compte de la fatigue du moule. -adaptation à plusieurs modèles de presse pour augmenter la flexibilité. Les phases de l'étude du moule sont décrites dans le diagramme cidessous
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II. FACTEURS INFLUENÇANT LA CONCEPTION DU MOULE Pièce : - Forme - Poids - Epaisseur - Nombre - Cadence
Le facteur humain : - Les idées de génie du concepteur - L'abominable homme des non
Matière : - Caractéristiques rhéologiques - Caractéristiques thermiques - Le retrait - Coloration - Nature - Prix
- Tolérances Le mouliste : - Le parc machine - La capacité des machines - Le savoir-faire
- Versions - Aspect
Délai
Conception du moule
Les facteurs économiques : - Investissement - Amortissement
Presse : - Parc disponible - IAG - Multi matières - Montage - Buse - Raccords - Caractéristiques - Courses - Puissance - Vitesses - Entre colonnes - Plastification
Accessoires : - Robot - Régulation - Eau - Huile - Puissance électrique Main d'œuvre : - Disponibilité - Qualification - Coût - Habitudes
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A. PIECE : 1. Formes : Moule à gauffre, à tiroirs, à dévissage… Injection déportée, injections multiples, séquencées… Mouvements à l’ouverture du moule, film charnière, pré fermeture ou pré enfonçage d’éléments… 2. Poids : Grosses pièces, très petites pièces (< à 1 gr) utilisation de ceintures anti statique… 3. Epaisseur : Parois très épaisses ou très minces (0,2 à 0,3 mm) Longueur d’écoulement, le nombre de points d’injection… 4. Nombre : Quantité de pièces à produire Petite quantité moule en PT, certaines fonctions en reprise (perçage, taraudage…). Moule prototype… Grande quantité (plusieurs millions, corps de stylo, rasoirs…) acier de grandes performances, études rhéologique et thermique très poussées. 5. Cadence : Nombre d’empreintes, moule à étage…
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6. Tolérances : Décompression, dévêtissage, ouvertures multiples, assistance par air comprimé Thermique du moule pilotée Equilibrage des injections, éléments rapportés… 7. Versions : Changement rapide des éléments 8. Aspect : Acier, états de surface (polissage, grainage…)
B. FACTEURS HUMAINS Les idées nouvelles : Il ne sera jamais garanti que la conception d’un moule est la meilleure. Il y a toujours moyen de trouver de nouvelles techniques, de nouveaux éléments standards plus performants, plus simples, plus fiables donc moins chères. On entend trop souvent dire : « On ne change pas quelque chose qui marche ».
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C. MATIERE 1. Caractéristiques rhéologiques : Section des canaux adaptés à la viscosité « pas » de canaux chauds pour les matières thermosensibles. 2. Caractéristiques thermiques : Moule isolé. 3. Coloration : Dégagement de gaz +- agressifs. 4. Nature : Matières corrosives (PVC) utilisation d’aciers inox. Matières allégées, moule en alliages légers avec une bonne éventation. 5. Prix : Matières chargées (Isxef 50 % FV moins cher qu’un Ixef).
D. LE MOULISTE 1. Le parc machine : Erosion à fil, rectifieuses de profil, presse d’enfonçage… 2. La capacité des machines : Faces d’appui fraisées ou bouchonnées mais pas rectifiées. Empreintes rapportée, dans la masse elle ne passerait pas dans le bac de l’érosion…
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E. LE DELAI Pour hier, utilisation de carcasse standard avec l’empreinte rapportée en prétraité.
F. LES FACTEURS ECONOMIQUES 1. L’investissement : Calcul du nombre d’empreintes économiques. 2. L’amortissement : Nombre de cycles pour amortir un bloc chaud, pour amortir un moule…
G. LA PRESSE 1. Le parc disponible : Force de fermeture, volume injectable, capacité plastification horaire, nombre d’asservissements,… 2. Montage : Fixation par brides, boutonnières, automatique,… Le centrage, l’appui de la buse, l’attelage d’éjection, les raccords,…
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H. LA MAIN D’ŒUVRE 1. Qualification : 2. Disponibilité : 3. Habitudes : 4. Coût : Moule exploité dans les pays où la main d’œuvre est bon marché (reprise d’usinage, ébavurage des pièces, pose d’inserts…)
I. LES ACCESSOIRES 1. Robots : 2. Tapis : 3. Convoyeur : 4. Régulateur : 5. Frigo :
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III. CALCUL DU NOMBRE D'EMPREINTES OPTIMUM DANS UN MOULE D'INJECTION
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 du moule ou le choix de la presse. X – le prix du moule à 1 empreinte en Francs Y – le coût de l'empreinte additionnelle en Francs Q – le coût horaire de la presse en Francs S – le coût horaire des salaires en Francs N – le nombre total de pièces à fabriquer t – la durée du cycle en minute Soit n le nombre d'empreintes recherché Coût du moule pour n empreintes : Cn = X + Y (n-1) = (X - Y)+ Yn Coût du fonctionnement de la presse : Qu =
Qt 60n
Coût du salaire par pièce : Su =
St 60n
Coût du moule par pièce : Cu =
Cn N
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En remplaçant Cn par sa valeur : Cu =
( X − Y ) + Yn N
Coût de moulage d'une pièce : Cum = Qu + Su + Cu En remplaçant Qu, Su et Cu par leurs valeurs Cum =
Qt St X − Y Yn + + + 60n 60n N N
Cum =
t X − Y Yn ( Q + S) + + 60n N N
Si l'on trace la courbe des points représentant le coût de moulage fonction du nombre d'empreintes, on s'aperçoit que cette courbe passe par un minimum. Pour trouver la valeur de ce nombre d'empreintes nous donnant le coût minimum, nous procédons à la dérivée de la fonction, puis nous égalons à zéro pour trouver son minimum. Rappel : dérivée de
x 3 = 3x 2
x 2 = 2x x =1
d'une constante = 0 1 x
de =
1 2 x
Ici la fonction est sous la forme de y = d'ou y ' =
a + bx + c x
a +b+0 x2
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Dérivons donc par rapport à n dCum −t = (Q + S) + Y 2 dn 60n N
Egalons à zéro −t (Q + S ) + Y = 0 2 60n N
d'ou n2 =
n=
(Q + S) t N 60
Y
(Q + S ) t 60
N Y
Nota : Nous remarquons que x a disparu dans la dérivée. Ceci paraît normal puisque le calcul n'a d'intérêt qu'à partir de la deuxième empreinte.
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NOMBRE OPTIMAL D'EMPREINTE
1 2 3 4 5 6 7
Série : 400 000 pièces Coût horaire machine+salaire : 250F/h Pivot I à relier avec point 4 Coût pour une empreinte : 12 500 F Pivot II à relier avec point 6 Temps de cycle 15s Nombre d'empreintes optimal : 6
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IV. LA CONCEPTION DES MOULES Le moule a plusieurs fonctions à remplir. 1. Fonction alimentation Le moule doit conduire la matière en fusion depuis la buse de presse jusqu'à l'empreinte. 2. Fonction mise en forme C'est la forme et les dimensions des parties moulantes qui déterminent la forme et les dimensions de la pièce plastique. 3. Fonction refroidissement La matière entre en fusion dans les parties moulantes. Il faut donc la refroidir pour qu'elle se solidifie. C'est souvent le refroidissement qui est le temps le plus important dans un cycle de moulage. 4. Fonction démoulage Pour démouler les pièces plastiques, il faut souvent faire des mouvements plus ou moins complexes avant de les éjecter. 5. Fonction sécurité Les pressions nécessaires pour le remplissage et le compactage sont considérables. Elles créent des forces pouvant atteindre plusieurs milliers de KdaN.
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Architecture générale d'un moule Dans un moule nous trouverons donc : un système d'alimentation des parties moulantes un système de refroidissement un système d'éjection En plus il devra être assez fort pour supporter les hautes pressions. Il doit aussi permettre une adaptation facile sur la machine, pour cela il correspond au cahier des charges du transformateur : identification du moule levage et manutention centrage sur la presse bridage du moule accouplements (attelage d'éjection, raccords des circuits de refroidissement, des circuits hydrauliques, pneumatiques, électriques thermocouples et puissances, les détecteurs de position, le contrôle de rentrée d'éjection,...)
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V. ARCHITECTURE D’UN MOULE La plupart des moules sont conçus selon ce schéma. Moule fermé pendant la phase d’injection et de refroidissement.
Ouverture du moule au plan de joint, 1ère phase du démoulage.
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Ejection de la pièce, 2ème phase du démoulage.
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V6 V5 V4 V3 V2 V1 Q P O N M L K J I H G F E D C B A 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
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Vis Chc Vis Chc Vis Chc Vis Chc Vis Chc Vis Chc Joint torique Anneau de levage Ressort de compression About de raccordement Bouchon Reçu de buse Repos de batterie Poussoir de remise à zéro Ejecteur Arrache carotte Goupille Bague de centrage Bague de guidage épaulée Colonne de guidage Douille de centrage Bague de guidage colonne de guidage Barrette de sécurité Attelage d'éjection Rondelle Plot de soutien Poinçon Empreinte Semelle Plaque d'éjection Contre plaque d'éjection Tasseau Contre plaque Plaque porte poinçon Plaque porte empreinte Semelle
Rep.
Désignation
Indice
2 2 6 2 4 4 16 1 4 4 2 1 6 4 4 1 8 1 2 2 4 4 4 1 1 1 1 4 4 1 1 1 2 1 1 1 1 Nb
J-Français Rabourdin " " " " " " " " " " " " " " Rabourdin
Matière
Modification
BOUCHON
Poids du moule : 37Kg Echelle : 1 Presse : Billion Matière : ABS
Date : 1 er Avril 2000 Retrait : 0,5%
1022 355 901 1203 619 608 628 628 628 501 617 1061 651 551 1071 651
Traitements
M6x20 M6x12 M8x18 M12x25 M10x25 M10x100 φ 25x2,5 M 16 φ 16x75 φ 1/4" φ 1/8" φ 20x63 φ 16x4 φ 8x100 (94,00) φ 6x160 (112,59) φ 4x100 (88) φ 4x12 φ 100 φ 12x10x25 φ 12x50x20 φ 16x90 φ 16x32 φ 16x40x32 30x5x110 φ 25x100 φ 22x3 φ 20x50,00 φ 38x50,59 φ 38x32,00 160x20x200 92x16x160 92x12x160 52x32x160 160x32x160 160x32x160 160x32x160 160x20x200 Cotes finies
Date Dessinateur CIRFAP 10 Bd Edmond Michelet 69008 LYON Tél: 04-78-77-05-35 Dessinateur : JPL Réf. N°3615
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VI. LES ACIERS Définition : C'est un alliage Fer Carbone 0%
1,7% 6,67% de Carbone Fer ß______ aciers _________àß________ fontes _________à
A. LA NORME AFNOR (AVANT 1995) 1. Les aciers fins non alliés d'une grande pureté chimique : (soufre+phosphore
