[PDF] Ressources injection La conception et la qualité

FichedeConnaissancesInjectionInnovationTechnologiqueetEcoConceptionRessources:InjectionPage1Laqualitéd'unobjetinjectédépenddetroiscritères:1. Laconceptiondesformesdelapièce.2. Laconceptionetlaqualitéderéalisationdel'outillage(lemoule).3. Lesconditionsetlesparamètresdemoulage(injection).Seuluntravailcollaboratifentrelesdifférentsspécialistesdecestroisdomainespermetd'optimiserlafonctionnalitédelapièce.I. Le procédé d'obtention par moulage Ceprocédéd'obtentionpermetdeproduiretrèsrapidement(enuneseuleopération)desobjetsdequalitéengrandequantité,mêmesilesformessontcomplexes,dansdesgammesdepoidsallantdequelquesgrammesàplusieurskilogrammes.Onutilise l'injectionplastique dansdetrèsnombreuxdomaines:l'au tomobile,lejouet,l'électronique,larobotique,l'aéronautique,l'aérospatial,lemédical...Téléphones,seringues,parechocs,capots,carters,boîtes...1. Déroulement du cycle d'injection FourreauPlastification et Dosage : fusion du volume de matière nécessaire à la prochaine mouléeLa trémie est alimentée en granulés Fermeture et verrouillage du mouleInjection de la matière fondue et maintien sous pressionRefroidissementOuverture du mouleEjection des piècesNouveau cycle Avance du groupe de plastification

Ressources:InjectionPage2 BLamatièreplastique(exemple:PP,PE,ABS,...)seprésentesousformedegranulésdanslatrémie.Celle-cidoitsu birunepre mièretransformation,elleestchauffée àl' intérieurdufourreaupuismalaxéeparunevis.Cettepremièreétapes'appellelaplastification.Alasuitedecetteopérationlamatièrevisqueuseestpousséedanslemouleparunpiston.C'estl'injection.Pourquelamatièrepuissesesolidifier,ilestensuitenécessairedethermorégulerlemoule.Lapiècemouléepeutalorsêtreéjectéeaprèsouverturedumoulegrâceàunsystèmed'éjection.2. Les matièresinjectables Lespolymères(thermoplastiquesetthermodurcissables)etlesélastomèrespeuventêtremoulésparinjection.LesThermo plastiquessedéform entetsontfaçonnablessousl'ac tiondelachaleur.Ilsreprennentleurformeinitialeenrefroidissantsaufdanslecasderéchauffementsrépétés. Lesmoléculesdecespolymèressontconstituéesdelongueschaînesseulementreliéespardesliaisonsfaibles.Lorsquelesthermoplastiquessontchauffés,lesliaisonspeuventêtrerompues.Lesmoléculespeuventglisserlesunessurlesautres,lesthermoplastiquesdeviennentdoncsouples.Leschaînesmoléculairessemodifientpourprendreuneformedifférente.Quandlamatière refroidi t,lesliaisonsserefo rmentetlesthermoplastiquesga rdentleurnouvelleformetoutenconservantleurspropriétésplastiques.LesthermodurcissablesCesontdesplastiquesquiprennentleurformedéfinitiveaupremierrefroidissement,laréversibilitéestimpossible. Lesmoléc ulesdecespolymèressontor ganisées endelongu eschaînescomprenantungrandnombredeliaisonschimiquessolidesentreelles.Lesliaisonssontsisolidesqu'ellesnepeuventpasêtrerompuesquandleplastiqueestchauffé.Lesélastomères:Ilsprésententlesmêmesqualitésélastiquesquelecaoutchouc.Ilssontemployésdanslafabricationdescoussins,decertainsisolantsoudespneus. Ilssont constituésdelongues chaînesmoléculai resrassemblées,au repos,en"pelotes»etreliéesentreellespardesnoeudsdereseau.FigA.Lorsquelepolymèreestsoumisàunecontraintedetraction,leschainesseréarrangentpermettantainsidegrandesdéformationsavantrupture.FigB.Quandlacontrainteserasupprimée,ilreprendsaconfigurationinitiale.Laco-injectionpermetlemoulagedepiècesavecdesmatériaux,descouleursoudescaractéristiquesdifférentes.

Ressources:InjectionPage33. La presse à injecter Elleestconstituéedetroisparties.II. L'outillage d'injection 1. Extrait du cahier des charges de l'outillage d'injection "Requirement»ObtenirdespiècesmouléesText="L'outillaged'injection(moule)permetunefoi spositionnésurlapresse d'obtenirlespiècesmoulées.»Id=1e"FunctionallRequirement»TraverserlapartiefixeText="Lamat ièredoittraverserlapartiefixe(supérieure)dumouledelabuse d'injectionjusqu'auplandejoint».Id=1.2e"Block»Outillaged'injection"FunctionalRequirement» limenterText="Lech eminementdelamatièreplastiqueàl'étatvisqueuxentrelabu sed'injectionetl'empreintedoit êtrepossible..»Id=1.7e"FunctionalRequirement» cheminerlamatièreversl'empreinteText="Lamat ièredoitêtreacheminéversl'empreinte.»Id=1.4e"FunctinalRequirement»RefroidirText="Lamatièredoitensuiteêtrerefroidiafindesesolidifier.»Id=1.6e"FunctinalRequirement»MettreenformeText="L'obtentiond'unepièceplastiquen'estpossiblequeparlebiaisd'uneempreint ecreusédansunblocdemétal.»Id=1.1e"FonctionalRequirement»Permettrel'extractiondelagrappeText="Lorsdel'ouve rturedumoul e,la"grappe»de piècedoitêtremaintenuducôtédusystèmed'éjection».Id=1.3e"FunctinalRequirement»EjecterText="Lapi ècemouléedoit êtreévacuéedel'outillage.»Id=1.5e"Block»Blocempreintemobileetblocempreintefixe"FunctinalRequirement»PositionnerText="Lesdiff érentespartiesdumoulesdoiventsepositionnerparfaitementlesunesp arrapportaux autres.»Id=1.6e"Block»Carotte"Block» rrachecarotte"Block»Canaletseuild'alimentation"Refine»"Refine»"Refine»"Block»Ejecteurs,plaqued'éjection,R Zetqueued'éjectionUnitédeplastificationetd'injectionUnitédefermetureUnitéderefroidissement

Ressources:InjectionPage4Lamiseenadéquationdecesdifférentesfonctionsestlerésultatdel'étudedemoulageetdépendfortementdescompétencesduconcepteurd'outillage.Pournousaffranchirpartiellementdecescompétences‟métier",unoutillagemodulaireaétécréé:Lemouleàcassette.Ilvanouspermettrederéaliserrapidementdespiècesplastiqueslorsdesprojetsoudesactivitéspratiques.2. Structure du moule à cassette Queued'éjectionPlaqued'éjectionRappelsd'éjection(RaZ)PartiemobilePartiefixePlaquedesupportd'effortsBlocempreintemobileBlocempreintefixeCoursed'éjectionmaxi:8mmVolume‟capable"delapièceinjectable:34x43x24(12empreintefixe+12empreintemobile)Volumematièreinjectable:4cm3Reçudebusepositioncentréeoubasse

Ressources:InjectionPage5SeuilCarottePlandejointEmpreinteCanalsecondaire3. Les fonctions de l'outillage a) La fonction : Mettre en forme Laformedelapièceestcreuséedanslesélémentsappelésblocempreintefixeetblocempreintemobile.Ellesesépareauniveauduplandejoint.b) La fonction : Alimenter Lamatièreplastiquedanssonétatvisqueuxdoitêtreacheminéedepuislabusejusqu'àl'empreinte.(Lemouleàcasettepermetunealimentationcentréoubasse).Lecanald'alimentationpermetd'acheminerlamatièreplastiquedepuislabusemachinejusqu'àlapièceàmouler.Ilestconstituéde2partiesprincipales:- La‟carotte"permetdetraverse rleblocempreintefixe jusqu'auplandejoint.Saconicitéfavoriseledémoulage.- Lecanalsecondairepermetd'acheminerlamatièredepuislacarotteauplandejointjusqu'auseuild'injection.Sontracédoitfaciliterl'écoulementetgarantirunedistributionhomogèneetsuffisante.Ildoitêtrelepluscourtpossiblepourlimiterlespertesdepressionetdetempératureetdematière.Sectionducanal:Lerefroidissementdanslescanauxestdirectementproportionnelaupérimètredelasectionducanal.-Lasectioncirculaireestlagéométrieoptimaleàprivilégiermaisétantpartagéeentrelapartiefixeetlapartiemobile,elleestcontraignanteàusiner.(Privilégierlessectionsparaboliqueettrapézoïdale).-Lessectionssemicirculaireetcarrésontàproscrire.Leseuild'in jectionétablitlarelationent relecan ald'alimentationetl'emp reinte.Sasec tiondoitêtreminimumafindelaisserpeudetracesurlapièce.Laséparationdelapièceetdudéchetd'alimentation(carotte+canaux)estainsifacilitée.Laréductionimportantedelas ectiond'entréeimposeàl amatièreu neaccélé rationviolenteetunréchauffementconsidérable.Onlimiteralalongueurduseuilà0,5-1,5mm.Lapositionduseuilinfluesurleremplissagedelacavité.Ildoit: assurerlacon tinuitéd'alimentationdelapièc emouléependantladuréede solidi ficationdelamatière plastique dansl'emprei nte.Lapres siondemaintienpermetcettealimentation.Ildoitdoncêtresituéàproximitédeszonesmassives. permettreledégrappagedespiècesmoulées. déterminerleremplissagecorrectetladirectiondel'écoulementdelamatièreplastiquedansl'empreinte.

Ressources:InjectionPage6ArrachecarotteL'arrachecarottefavorisel'extractiondelacarottelorsdel'ouverturedumouleetpermetainsidemaintenir la"grappe»de pièceducôtédusystèmed'éjection.Lamatièreplastiquecontenuedanslacarotteetlescanauxsesolidifieàchaquecycle.Elledoitêtredémoulée,dégrappéepuisrebutéeourecyclée(broyée). Ilexisteaussiunealimentationsansdéchetsparcanauxchaudsmaisnousnel'utiliseronspasenSTi2Dc) La fonction : Ejecter Lorsdel'ouverturedumouleaprèssolidificationdelamatièreinjectée,lapièceforméedoitêtreéjectée.LeséjecteursemployéssonticidestigescylindriquesdeØ2.Ilsdoiventêtresituésjudicieusementsurlapièceetennombresuffisant(2à3),defaçonàéjecterlapiècesansdommagenidéformation,nirupture.Ilssont positionnésdan slesrailsdelaplaqued'éjection.Pourreculerlaplaqued'éjection,ilfautpositionnerdesrappelsd'éjections(RAZ).Cesontdesélémentsstandards..d) La fonction : Réguler Larégulationthermiquedel'outillagepermetdecontrôlerlasolidificationdupolymèreafind'obtenirunestructureoptimalavecuntempsdecycledeproductionminimum.Lamatièrequiaremplil'empreinteapporteunegrandequantitédechaleurauxélémentsmoulantsqu'ilfautdissiperafindemainten ircesé lémentsàunetempératureop timalepourun bonremplissageetunebonnequalitédepièce. EnSTI2D, nousneréalisons quedesproto types,letem psdecycleneseradoncpasun paramètreprimordial.Nousnenousattacheronspasàlamiseenoeuvredecettefonction.EjecteursLeurpositio nvarieenfonctiondelapositiondel'alimentationmatièreRappelsd'éjection(RaZ)AlimentationcentréeAlimentationbasse

Ressources:InjectionPage7e) La fonction : Positionner Cettefonction estréaliséeparlemoule àcasette.Ilpermetde positionner:• Leblocempreintefixefaceàlabuse,• Lesdeuxblocsempreintesfixeetmobileenfacel'undel'autre.Laplaquedesupportd'effortpermetd'assurerlarésistanceàlaflexiondel'empreintmobilequidoitrésisterauxeffortsimportantsgénérésparlapressiond'injection.4. La conception des éléments du moule à cassette Lematériauutilisépourlafabricationdesempreintesdoitêtrerésistantàl'érosiondelamatièreplastiqueetauxchocsthermiques(températured'injection:230°C).a) Le bloc empreinte mobile b) Le bloc empreinte fixe CarottePartiefixePartiemobilePassaged'éjecteurEmpreinteArrachecarotte,canaletseuild'alimentationPassagedurappeléjecteursPassaged'éjecteurPassagedurappeléjecteursLesfonctionsàassurer:• Mettreenforme lapièceaveclebloc empreinte fixe.• Alimenterl'empreinte.• Ejecterlapièce.• Positionnementparrapportaublocempreintemobile(sinécessaire).Lesfonctionsàassurer:• Mettreenformelapièceavecleblocempreintefixe.• Alimenterl'empreinte.• Positionnementparrapportaublocempreintemobile(sinécessaire).L'empreintesinécessaireElementassurantlepositionnementL'empreintesinécessaireCarotte

Ressources:InjectionPage8c) La plaque de support d'efforts (passages d'éjecteurs à percer) Ilfautpermettrelepassagedeséjecteurs.(Perçage)5. Méthode d'obtention des empreintes - Réalisationparusinage(Enlèvementdematière).- Réalisationparcouléesousvide.- Réalisationparfonteàcireperdue.- Réalisationparajoutdematière.III. Etude de moulage Laconceptiondepiècesdestinéesàl'injectiondoitrespecterdesrèglesdeconception. 1. La direction de démoulage Dansl'outillag elapiècedoitêtreorientéepo urqueledémoulageparl'intermédiairedeséjecteurssoitpossible.Lorsdel'ouverturedumoule,lapiècedoitrestersurlapartiemobileavantd'êtreéjectée.Lespartiescreusesserontdoncpréférentiellementorientéesducôtédublocempreintemobile.2. Le plan de joint Sonemplaceme ntnedoitpasfaireapparaîtrede co ntredépou illeetgarantirlemaintiendelapiècecotééjection.Exemple:Pourinjecterlapièceci-contreplusieurspositionsdeplandejointsontpossibles. Position 1 : Position 2 : PlandejointBlocempreintefixeBlocempreintemobileAvantagesInconvénientsL'empreintedanslapartiefixeestrelativ ementsimpleL'éjectiondelapièceestfacilitéeUsinagedesdeuxcotédumouleLepo sitionnementdesdeuxblocsempreintes doitêtreassuré.AvantagesInconvénientsL'empreintedanslapartiefixeestrelativ ementsimpleApparitiond'unelignedejointsurlapièceUsinagedes deuxcotédumouleLepo sitionnementdesdeuxblocsempreintesdoitêtreassuré.Difficultéd'éjectiondelapièce.BlocempreintefixeBlocempreintemobile

Ressources:InjectionPage9MatièreRetraiten%PMMA0.3à0.6PS0.5à0.6ABS0.3à0.6PVC0.4à0.5PC0.5à0.7PA61.5PA111à2.5POM1.6à3.6PEhd2.1à4.5PEbd2PP1à2.5Position 3 : Position 4 : Onprivilégielaposition1.3. Retrait Lorsdurefroidissementdelapiècedansl'outillage,unretraitdelamatièreapparait.Ils'agitd'unecontractionvolumique.Pourobtenirunepiècemouléedebonnedimension,ilfautdoncappliqueruneanamorphoseàl'empreinte.Cotedel'empreinte=cotepiècexí µí µ!í µí µí µí µí µí µí µLavaleurduretraits'exprimeen%etdépend: Dupolymèreinjecté, Delastructuremacromoléculaire, Del'épaisseurdelapièce, Descondition sdemoulages(pressions,température,vitesse). Leretraitestditdifférentiellorsquelacontractiondiffèreselonleszonesdelapièce.Ilest génér alementdûàunrefroidissementdéséquilibré.Lastructuremacromoléculaireinfluedirectementsurleretrait:Amorphe:0,2à1%ethomogène;Cristalline:1à4%etdifférentiel. Lafonc tion"empreinte»deSolidworkspermetdegénérerl'empreinted'unepiècepréalablementmodéliséenfonctiondelavaleurduretraitdumatériau.AvantagesInconvénientsPartiefixedumoulenonusinée(=facemiroir)Pasdepositionnementdesdeuxblocsempreintesàassurer.EjectionencoreplusdifficileBlocempreintefixeBlocempreintemobileAvantagesInconvénientsPartiemobiledu moulenonusinée(=facemiroir)Lapièce restebloquéedanslapartiefixe.(doncpositionimpossible)BlocempreintefixeBlocempreintemobile

Ressources:InjectionPage10DépouilleLesfortesépaisseursentraînent:• Unprixdematièreélevé,• Uneaugmentationdesduréesdecycle,• Unretraiti mportantavecrisquesderetassures,porosités,souffluresLestropfaib lesépaisseur sprovoquent.• Unesolidificationtroprapide,• Desrisquesdefragilité.4. Règles de conception d'une pièce injectée Laconc eptiond'unepiècedestinéeàêtr emouléedoitprendreencomptedespar amètresspécifiquesàceprocédéd'obtention.a) Dépouille C'estuneinclinaisonprévuesurlespartiesverticalesdelapièce.Ladépouilleestindispensablepourpermettrel'extractiondelapiècedumoule.L'anglededépouilledépenddupolymèreetvarieentre0.5à2°. OnutiliseralafonctiondeSolidworks.b) Congés Onprivilégieradesrayonsde0,3à0,5.mmàlaplacedesanglesvifs. OnutiliseralafonctiondeSolidworks. c) Épaisseurs Lesépaisseurslespluscourantesvontde0,7à3mm.Onchoisiradesconceptionsàépaisseurconstante. OnutiliseralafonctiondeSolidworks.Lorsquedefortesépaisse urss'avèr entindispensablepoursatisfairen otammentdescaractéristiques mécaniques,desnervuressesubstitu erontàcessurépaisseurs. Ellesdoiventêtredeplusfaiblesépaisseurquelaparoiàrenforcer(0,3à0,6foisl'épaisseurdecetteparoi).OnutiliseralafonctiondeSolidworks.d) Localisation des traces de moulage : Lestracesdelignesdesoudure,seuilsd'alimentation,éjecteurs,sontàlocaliserdansdesendroitspeuvisiblespournepasnuireàl'aspectdelapièce.e) Tolérances Elledépenddelaprécisiondumouleetpeutallerjusqu'àunequalité8.Laconceptiond'unepiècedestinéeàêtremouléedoitaussiintégrerlescontraintesderéalisationdumoule,d'usinagedesélémentsetlanécessitédemaintenance. Directiondedémoulage

Ressources:InjectionPage11IV. L'injection de la matière plastique 1. Les défauts géométriques des pièces moulés Onobservefréquemmentdeuxtypesdedéfautsgéométriquessurlespiècesréaliséesparinjectionplastique:a) Retassures (Cavités inattendues) Àmesurequelepolymèresesolidifiedanslemoule,ilserefroiditàpartirdel'extérieurdelapièce(àproximitédelasurfacedumoule)versl'intérieur.Danslessectionsépaisses,cecisetraduitpardescontraintesquicausentdesmarquesappeléesretassuresàlasurfacedelapièce.b) Gauchissement Cesontdessurfacesréputéesplanesquinelesontpas.Commelessectionsplusmincessesolidifientplusrapidementquelessectionsplusépaisses,uneaccumulationdecontraintesentrele ssection sépaissesetfinespeutsetraduir eparungauchissementdelapièce.2. Les paramètres d'injections a) Injection moule fermé. Legroupedeplastificationdelapresseinjectelamatièreplastiquefluidifiéesouspression(40à100MPa)dansl'empreintedumouleàtraversleréseaud'alimentation.Cettepressiongénèreuneffortdeséparation proportio nnelàlasurfaceprojetéed elapiècedansleplandejoint.Leverrouillagedugroupedefermeturedoitsupporterceteffort(voir5.fermeture).Paramètres:vitessed'injection,pressionsd'injection.b) Refroidissement : Lemoulepossèdeuncircuitderégulationthermiquequipermetàlamatièreplastiquedesesolidifier.Paramètres:tempsdesolidification.c) Ouverture: Lemoules'ouvreauplandejointpardéplacementduplateaumobiledelapresse.Paramètres:vitessed'ouvertureetcourse.d) Ejection : Lapiècemouléeetsonréseaud'alimentation(déchets)sontévacuésparunsystèmed'éjection.Paramètres:nombredecoupsd'ejectionetcourse.e) Fermeture : Legrou pedefermeturedela pressefermeetverrouillelemoule.U nnouv eaucyclepeurecommencer.Paramètres:vitessed'ouvertureetcourse.