1. Utiliser le prototypage rapide et un logiciel de conception 3D pour définir une géométrie de pièce moulée adaptée, puis déterminer une première version du plan de joint, de l’emplacement du système de coulée et du système d’équilibrage thermique du moule. À partir du plan 2D de la pièce, créer les données volumiques 3D requises. Définir un taux de retrait adapté à la complexité et à l’épaisseur des parois de la pièce (généralement 0.05%~0.06%), puis déterminer la position et la forme du plan de joint. En fonction des données de la machine de moulage sous pression, choisir la position et le diamètre du piston d’injection ainsi que le nombre de pièces moulées par cycle. Organiser les pièces de manière rationnelle, puis modéliser en 3D le système de coulée et le système de débordement.
2. Simuler l’écoulement et le champ thermique afin d’optimiser davantage le système de coulée et l’équilibrage thermique du moule. Après avoir traité les données de la pièce, du système de coulée et du système de débordement, saisir les conditions aux limites, notamment les paramètres du procédé de moulage sous pression et les propriétés physiques de l’alliage. Le logiciel de simulation peut alors modéliser le remplissage et l’écoulement de l’alliage liquide dans l’empreinte. Il peut également simuler la solidification et le champ thermique afin d’optimiser le système de coulée et de déterminer l’emplacement des points de refroidissement du moule.Les résultats de simulation représentent sous forme d’images l’orientation de l’alliage liquide et la répartition des températures pendant toute la phase de remplissage. Leur analyse permet de repérer les zones susceptibles de présenter des défauts. Lors de la conception suivante, des mesures comme le changement de position et d’orientation de la porte d’injection ou l’ajout d’un puits à laitier peuvent améliorer le remplissage et prévenir ou éliminer les défauts de moulage.
3. Concevoir la structure générale du moule à partir du modèle 3D. Pendant la simulation, il est possible d’établir l’agencement général du moule, en tenant compte des points suivants :
(1) Concevoir l’agencement général du moule en fonction des données de la machine de moulage sous pression.
La première tâche de cette conception consiste à déterminer la position d’injection et le diamètre du piston. La position d’injection doit placer la pièce au centre du plateau de la machine sans que les quatre tirants interfèrent avec le mécanisme de tiroir. Elle détermine également si la pièce peut être éjectée sans difficulté de l’empreinte. Le diamètre du piston influe directement sur le rapport d’injection et, par conséquent, sur la force de fermeture nécessaire au moule de moulage sous pression. Ces deux paramètres constituent donc le point de départ de la conception.
(2) Concevoir les inserts de formage et les noyaux.
Il faut principalement tenir compte de la résistance et de la rigidité des inserts de formage, des dimensions des surfaces d’étanchéité, de l’assemblage entre les inserts, ainsi que de la disposition des tiges d’éjection et des points de refroidissement. Leur combinaison rationnelle est indispensable à la durée de vie du moule. Pour les grands moules, il faut notamment définir l’ajustement des pièces vulnérables et des surfaces d’étanchéité. C’est essentiel pour éviter une détérioration prématurée du moule et les bavures d’aluminium pendant le moulage sous pression. Ces choix doivent également répondre aux besoins d’évacuation de l’air et aux exigences d’usinage des grands moules.
(3) Concevoir la base du moule et le mécanisme de tiroir.
Les moules de petite et moyenne taille pour le moulage sous pression peuvent être équipés directement de bases standard. Pour les grands moules, il faut calculer la rigidité et la résistance de la base afin d’éviter qu’une déformation élastique ne nuise à la précision dimensionnelle de la pièce. La conception du mécanisme de tiroir doit notamment définir le jeu d’ajustement et le positionnement entre les composants mobiles. Comme la dilatation thermique influe sur le jeu de glissement pendant le fonctionnement de la base, le jeu d’ajustement des grands moules doit être compris entre 0.2~0.3mm et le jeu d’assemblage des éléments de formage entre 0.3~0.5mm, selon les dimensions du moule et les conditions de chauffe. Une clavette carrée sert à positionner le tiroir formé par rapport à son support. La lubrification du mécanisme de tiroir est également essentielle à sa conception, car elle influe directement sur la fiabilité du fonctionnement continu du moule. Un système de lubrification performant contribue à améliorer la productivité du moulage sous pression.
(4) Disposer les circuits de chauffage et de refroidissement et choisir les composants d’équilibrage thermique.
Le métal liquide à haute température pénètre rapidement dans l’empreinte sous forte pression et transmet une quantité importante de chaleur aux inserts du moule. L’évacuation de cette chaleur est un enjeu essentiel de la conception, en particulier pour les grands moules de moulage sous pression. Le système d’équilibrage thermique influe directement sur les dimensions et la qualité interne de la pièce. Les systèmes modernes privilégient une installation rapide et un contrôle précis du débit. Avec les progrès de l’industrie de l’usinage, les composants d’équilibrage thermique sont de plus en plus souvent sélectionnés à partir de modèles de conception prêts à l’emploi : les fabricants fournissent directement leurs données 2D et 3D, et le concepteur les choisit selon ses besoins. Cette approche garantit la qualité des composants tout en raccourcissant le cycle de conception.
(5) Concevoir le mécanisme d’éjection.
Le mécanisme d’éjection peut être mécanique ou hydraulique. L’éjection mécanique utilise le mécanisme intégré à la machine, tandis que l’éjection hydraulique est assurée par le vérin monté sur le moule. Lors de la conception, il faut autant que possible aligner le centre de la force résultante d’éjection sur celui de la force résultante de démoulage. Le mécanisme doit donc offrir un guidage efficace, une bonne rigidité et une stabilité de fonctionnement fiable. Dans les grands moules, le mécanisme d’éjection est relativement lourd. Le poids du moule peut fléchir ses composants et le bâti, puis dévier la tige d’éjection et provoquer un blocage. La dilatation thermique du moule a également une incidence importante. Il est donc essentiel de positionner correctement les éléments d’éjection par rapport au bâti et de fixer les colonnes de guidage des poussoirs. Sur ces moules, les colonnes sont généralement fixées au plateau. Le plateau, l’entretoise et le bâti sont positionnés à l’aide d’une goupille ronde ou d’une clavette carrée de grand diamètre, ce qui limite l’effet de la dilatation thermique sur le mécanisme d’éjection. Si nécessaire, des roulements et des plaques de guidage peuvent soutenir l’élément d’éjection. Il faut aussi prévoir la lubrification entre les composants. Les concepteurs de moules d’Amérique du Nord ajoutent généralement une plaque de graissage spéciale à l’arrière du bâti mobile pour lubrifier les tiges d’éjection. Une plaque de lubrification est installée au bas du bâti mobile et reliée aux trous traversants des tiges par un canal d’huile. L’ajout d’huile pendant le fonctionnement lubrifie le mécanisme d’éjection et évite les blocages.
(6) Concevoir les mécanismes de guidage et de positionnement.Dans la structure globale du moule, les mécanismes de guidage et de positionnement influent le plus sur sa stabilité et ont également une incidence directe sur la précision dimensionnelle de la pièce moulée sous pression. Le guidage comprend principalement le guidage à la fermeture du moule, celui des tiroirs et celui du mécanisme d’éjection. Les éléments de guidage doivent généralement former des couples de frottement dans des matériaux spécifiques afin de limiter l’usure. Une bonne lubrification est également indispensable : chaque couple de frottement doit disposer du circuit d’huile nécessaire. Il convient de noter que les très grands tiroirs utilisent généralement des douilles de guidage en cuivre et des colonnes de guidage trempées. Un positionnement adapté garantit le déplacement régulier et le positionnement précis du tiroir.Le mécanisme de positionnement du moule comprend notamment le positionnement entre les parties mobile et fixe, le positionnement du retour des éjecteurs, celui du tiroir par rapport à son support et celui du bâti d’éjection par rapport au bâti du moule. Le positionnement entre les parties mobile et fixe est mobile et exige une grande précision d’ajustement. Sur les petits moules, les surfaces mâles et femelles des inserts de formage peuvent suffire. Les grands moules de moulage sous pression nécessitent des mécanismes dédiés pour compenser la dilatation thermique. D’autres structures assurent le positionnement fixe entre les composants, généralement au moyen de goupilles rondes ou de clavettes carrées. Le positionnement des surfaces mâles et femelles entre les inserts garantit l’alignement précis des parties mobile et fixe et évite les décalages du moule.
(7) Prévoir d’autres systèmes, notamment le vide, l’extrusion et l’évacuation de l’air.Outre les structures mentionnées ci-dessus, certains moules nécessitent un système de mise sous vide, un mécanisme d’extrusion ou une évacuation de l’air par plaque ondulée. La conception du système de vide porte principalement sur l’étanchéité. Pour conserver une bonne étanchéité entre les éléments de formage à la température normale de fonctionnement du moule, on utilise généralement du caoutchouc silicone. Le mécanisme d’extrusion doit être conçu de manière à contrôler son moment d’activation et sa course afin d’obtenir l’effet souhaité. L’évacuation par plaque ondulée est une méthode centralisée, couramment utilisée notamment pour les pièces moulées sous pression en alliage d’aluminium à parois minces, les pièces résistantes à la pression exigeant une forte compacité et les pièces en alliage de magnésium. Le jeu de la plaque doit être suffisamment important sans toutefois laisser l’alliage liquide éclabousser pendant le moulage sous pression ; il est généralement compris entre 0.3~0.6mm.
