Conception du système de refroidissement du moule d’injection
Lors de la conception du moule d’injection, le système de refroidissement assure un refroidissement uniforme et une régulation efficace de la température. Il influe non seulement sur la qualité de la pièce moulée, mais aussi de façon importante sur le temps de cycle et l’efficacité du refroidissement. Les chicanes, les fontaines et les broches thermiques sont des solutions spécialisées qui optimisent la répartition de la température dans les moules, notamment dans les zones difficiles à atteindre par des canaux percés classiques. Elles améliorent l’évacuation de la chaleur en augmentant la surface de contact avec le fluide de refroidissement ou en utilisant le transfert thermique par changement de phase. Une conception adaptée de ces éléments est essentielle pour obtenir un refroidissement uniforme de la pièce et réduire les temps de cycle. Examinons leurs fonctions respectives :
Chicanes
- Une chicane est un canal de refroidissement percé perpendiculairement à une conduite principale. Une lame le divise en deux passages semi-circulaires.
- Le fluide de refroidissement circule d’un côté de la lame depuis la conduite principale, contourne son extrémité, puis revient vers la conduite principale par l’autre côté.
- Les chicanes augmentent la surface accessible au fluide dans les zones qui seraient normalement dépourvues de refroidissement.
- Pour les diamètres de 12 à 50 mm, la tôle formant la chicane peut être vrillée en hélice afin d’obtenir une répartition plus homogène de la température.
- Les noyaux à spirale simple ou double constituent une autre évolution des chicanes.
Fontaines
- Une fontaine fonctionne comme une chicane, mais la lame est remplacée par un petit tube.
- Le fluide entre par le bas du tube, remonte et jaillit par le haut, puis redescend le long de la paroi extérieure du tube pour rejoindre le canal principal.
- Les fontaines assurent le refroidissement le plus efficace des noyaux élancés.
- Pour obtenir la même résistance à l’écoulement, le rapport entre les diamètres intérieur et extérieur de la fontaine doit être de 0.707.
- Les fontaines peuvent également refroidir des sections plates du moule qui ne permettent pas de percer des canaux.
Broches thermiques
- Une broche thermique est une solution de remplacement des chicanes et des fontaines. Elle se présente sous la forme d’un cylindre étanche rempli de fluide.
- Le fluide se vaporise en absorbant la chaleur du moule, puis se condense en la transférant continuellement au fluide de refroidissement.
- Le rendement de transfert thermique des broches thermiques est près de 10 fois supérieur à celui des inserts en cuivre ou en alliage de cuivre.
- Pour assurer une conduction thermique optimale, évitez les jeux d’air entre la broche thermique et le moule ou comblez-les avec un mastic hautement conducteur.
Différents types de systèmes de refroidissement des moules d’injection
Un système de refroidissement adapté assure une répartition uniforme de la température, limite le gauchissement et le retrait, et améliore l’efficacité énergétique ainsi que l’efficacité du refroidissement.
Systèmes refroidis à l’eau
Les systèmes refroidis à l’eau sont les plus couramment utilisés en moulage par injection en raison de leur efficacité d’évacuation de la chaleur. Ils font circuler de l’eau refroidie dans des canaux à l’intérieur du moule, où elle absorbe la chaleur du moule et du plastique fondu. Cette méthode convient particulièrement aux moules complexes et aux matériaux sensibles à la température, car elle permet une excellente régulation thermique et une forte capacité d’absorption de la chaleur.
Systèmes refroidis à l’air
Les systèmes refroidis à l’air utilisent des ventilateurs ou des soufflantes pour dissiper la chaleur de la surface du moule par convection. Leur mise en œuvre est plus simple et moins coûteuse que celle des systèmes refroidis à l’eau. Le refroidissement par air convient aux moules moins complexes et aux matériaux moins sensibles aux variations de température. Il absorbe toutefois moins efficacement la chaleur et régule moins bien la température que le refroidissement par eau.
Systèmes refroidis à l’huile
Les systèmes refroidis à l’huile sont utilisés lorsqu’un refroidissement très rapide est nécessaire. L’huile circule dans le système et évacue la chaleur plus efficacement que l’air. Le refroidissement à l’huile coûte généralement plus cher que les solutions à l’eau ou à l’air, mais il est privilégié dans les grandes opérations de moulage par injection ou pour les matériaux qui doivent passer très rapidement d’une température élevée à une température basse.
Systèmes de refroidissement cryogénique
Les systèmes de refroidissement cryogénique utilisent des substances à très basse température, comme l’azote liquide, pour refroidir rapidement le moule. Cette méthode avancée peut réduire fortement le temps de refroidissement et la consommation d’énergie, mais elle reste généralement réservée à des applications particulières en raison de sa complexité et de son coût.
Systèmes de refroidissement à fluides mixtes
Pour adapter la gestion thermique, on peut recourir à des systèmes de refroidissement à fluides mixtes combinant différents milieux, par exemple l’air et l’eau. Ces systèmes hybrides cherchent à réunir les avantages de chaque milieu, comme le refroidissement rapide de l’eau et la simplicité des systèmes à air, afin d’optimiser l’efficacité pour des applications précises de moulage par injection.
Incidence du refroidissement du moule d’injection sur les produits moulés
La phase de refroidissement du moulage par injection joue un rôle déterminant dans la qualité, l’efficacité et la réussite globale des produits moulés. Elle influe directement sur plusieurs aspects du produit fini, notamment le cycle de moulage, son aspect, sa précision dimensionnelle et ses propriétés mécaniques.
Cycle de moulage
Le refroidissement représente une part importante du cycle de moulage par injection, soit environ 50 à 80 % de sa durée totale. Un refroidissement efficace est essentiel pour réduire le temps de cycle et ainsi accroître la productivité et le volume de production. Un système bien conçu peut raccourcir considérablement le refroidissement sans compromettre la qualité du produit moulé, ce qui accélère la production et réduit les coûts de fabrication.
Aspect
L’aspect d’un produit moulé désigne ses caractéristiques physiques et esthétiques, notamment l’état de surface, le gauchissement et la présence de défauts comme les retassures ou les lignes de soudure. Le refroidissement influe sur ces caractéristiques en déterminant la façon dont le matériau se solidifie dans le moule. Un refroidissement uniforme et maîtrisé prévient les défauts et garantit un état de surface de qualité. À l’inverse, un refroidissement irrégulier peut provoquer du gauchissement et d’autres défauts qui nuisent à l’apparence et à la fonctionnalité du produit.
Précision dimensionnelle
La précision dimensionnelle est essentielle aux performances et à l’assemblage des pièces moulées par injection. Le refroidissement influe directement sur le retrait et le gauchissement du matériau, qui déterminent à leur tour la précision dimensionnelle du produit fini. Un refroidissement adapté assure un retrait uniforme et limite le gauchissement, afin d’obtenir des pièces conformes aux spécifications dimensionnelles précises. La température du moule, la conception des canaux de refroidissement et le fluide utilisé peuvent être optimisés pour atteindre la précision voulue.
Propriétés mécaniques
La phase de refroidissement influe également sur les propriétés mécaniques des produits moulés par injection, telles que la résistance, la rigidité et la résistance aux chocs. Un refroidissement trop rapide ou irrégulier peut créer des contraintes résiduelles dans le matériau, réduire sa résistance et accroître sa sensibilité aux fissures ou aux ruptures sous charge. Un refroidissement maîtrisé favorise une cristallisation uniforme des polymères semi-cristallins et limite les contraintes résiduelles, améliorant ainsi les propriétés mécaniques du produit fini.
En conclusion, la phase de refroidissement du moulage par injection est essentielle pour l’efficacité du cycle, la qualité et l’aspect des produits moulés, leur précision dimensionnelle et leurs propriétés mécaniques. Un système de refroidissement bien conçu, adapté aux exigences particulières du matériau et de la pièce, est indispensable pour fabriquer des produits de haute qualité répondant aux normes de performance et d’esthétique, voire les dépassant.
