La technique du moulage par injection est utilisée pour fabriquer des moules d'injection destinés à recevoir des pièces identiques, appelées composants moulés. Ce procédé nécessite une pression élevée ; le plastique fondu, ou un autre matériau, est injecté dans la cavité d'un moule.
La deuxième étape se déroule à l'intérieur du moule, où la matière refroidit et se solidifie, épousant les contours de la cavité. La pièce moulée est ensuite démoulée. L'opération est répétée plusieurs fois pour créer de nombreuses pièces identiques.
De plus, on utilise couramment un acier extrêmement résistant pour les moules d'injection, conçus pour supporter la haute pression et la chaleur générées lors du processus de moulage par injection. Pour obtenir des pièces précises et uniformes, les moules doivent être d'une grande précision.
La qualité du produit fini est fortement influencée par la conception du moule, qui peut s'avérer complexe en raison de considérations telles que le type de matériau moulé, la forme souhaitée de l'article fini et les procédures de production impliquées.
Les pièces moulées sont utilisées dans une grande variété de produits, allant des articles ménagers courants aux pièces mécaniques complexes employées dans des secteurs tels que l'automobile, l'électronique et les dispositifs médicaux. Le moulage par injection est une méthode de production très appréciée pour de nombreux produits grâce à sa flexibilité et son coût abordable.
Produits moulés par injection : équipements et procédés
Le procédé industriel de moulage par injection, qui utilise des machines spécialisées, permet de créer des pièces moulées à partir de matériaux thermoplastiques ou thermodurcissables. Les composants suivants sont essentiels à la fabrication de produits moulés par injection :
Équipement
L'équipement suivant est utilisé lors du processus de moulage par injection :
- Machine de moulage par injection: Cette machine comprend des composants tels qu'une trémie, un cylindre de chauffe, une vis sans fin et un dispositif de serrage du moule, qui constituent la partie principale du procédé de moulage par injection. Les granulés de plastique sont fondus par la machine et injectés sous forte pression dans le moule pour former une pièce moulée.
- Cavité du moule : Cet instrument, souvent en acier ou en aluminium, donne sa forme à la matière plastique. Deux parties du moule sont assemblées lors du moulage par injection.
- Trémie de matériau: Avant d'être introduites dans le cylindre chauffant de la machine à mouler par injection, les granulés de plastique sont stockés ici.
- Canon chauffant : Dans cette étape du processus de moulage par injection, les granulés de plastique sont fondus afin d'être prêts à être injectés dans le moule.
- Vis alternative : Cette partie de la machine de moulage par injection chauffe le plastique avant de le diriger vers le moule.
- Pince de moule : Ce système applique la pression nécessaire pour injecter le plastique fondu dans le moule tout en maintenant ce dernier fermé pendant le processus de moulage par injection.
- Système de refroidissement: Ce système sert à refroidir les pièces moulées par injection une fois qu'elles sont fabriquées. Ce refroidissement peut être réalisé en refroidissant le système à l'air, à l'eau ou à une combinaison des deux.
Voici les éléments essentiels d'une installation de moulage par injection. Selon les besoins spécifiques du procédé, des équipements auxiliaires supplémentaires peuvent être utilisés, tels que des granulateurs, des séchoirs à matériaux et des unités de contrôle de la température.
Unité d'injection plastique
En moulage par injection, la fusion et l'injection du matériau plastique dans la cavité du moule sont réalisées par l'unité d'injection plastique. Le matériau plastique est fondu et injecté dans le moule à l'aide d'un cylindre chauffé, d'une vis et d'une buse.
La matière plastique est ensuite introduite dans le cylindre, où la vis sans fin la chauffe et la mélange. Une fois la température et la consistance adéquates atteintes, la buse injecte la matière plastique dans la cavité du moule, où elle refroidit et durcit pour obtenir le résultat souhaité.
Pour maintenir une production constante et de haute qualité, l'unité d'injection plastique, qui est un élément crucial du processus de moulage par injection, doit être gérée de manière appropriée.
Unité de serrage de moule
Lors du moulage par injection, les deux demi-moules doivent être parfaitement serrés et maintenus ensemble par le dispositif de serrage. Ce dernier applique et maintient la force de serrage nécessaire pour assurer la bonne adhérence des demi-moules et empêcher toute fuite de matière plastique hors de la cavité du moule.
L'unité de serrage du moule est composée d'un plateau fixe et d'un plateau mobile, reliés par un système hydraulique ou mécanique. Lors de la mise en place du moule dans la machine, les deux plateaux sont rapprochés, puis une force de serrage est appliquée pour maintenir le moule fermé.
La force de serrage nécessaire varie en fonction de la taille, de la complexité et du type de plastique utilisé, ainsi que du moule. Pour garantir une fabrication sûre et efficace, le système de serrage du moule, élément crucial du processus de moulage par injection, doit être surveillé de près.
Procédés : Moulage par injection de polymères thermoplastiques
Le procédé de moulage par injection des polymères thermoplastiques comprend généralement les étapes suivantes :
Le moule
Le moulage par injection des polymères thermoplastiques dépend fortement du moule d'injection. Ce dispositif sert à mouler le plastique fondu pour obtenir la pièce finie souhaitée. La cavité et le noyau, les deux principaux composants du moule, sont généralement conçus pour s'emboîter parfaitement et créer une forme tridimensionnelle.
Après avoir été injectée dans la cavité du moule, la matière plastique refroidit et durcit pour prendre la forme de celui-ci. La forme et la taille finales du produit sont déterminées par la conception du moule, ce qui en fait un élément essentiel du processus de moulage par injection.
Le moule doit être conçu avec soin afin de garantir un remplissage aisé des cavités par la matière plastique et un refroidissement rapide et uniforme. De plus, il doit être fabriqué à partir de matériaux capables de résister aux hautes températures et pressions du procédé de moulage par injection.
Le moule étant réutilisable lors de l'injection, il permet de fabriquer de nombreuses pièces identiques. Afin de le maintenir en bon état et de garantir la production de pièces de haute qualité, un nettoyage et un entretien réguliers peuvent s'avérer nécessaires.
Moule à deux plaques
En injection de polymères thermoplastiques, le moule à deux plaques est un modèle courant. Il se compose de deux parties fixées sur les deux plateaux de la presse à injecter : la cavité et le noyau. Ce moule est ainsi nommé car il est constitué de deux parties séparées par une ligne de séparation.
Le rôle du moule à deux plaques est de donner à la matière plastique fondue la forme finale souhaitée. La matière plastique est injectée dans la cavité du moule par un orifice situé sur la ligne de séparation. La cavité se remplit de matière plastique, qui refroidit et se solidifie. La pièce finie est démoulée une fois les deux moitiés du moule séparées.
Ne nécessitant que deux plaques et quelques composants simples, le moule à deux plaques est une solution relativement facile et économique. Il convient parfaitement aux pièces de géométrie simple, y compris les courbes plates ou arrondies.
Cependant, ce procédé peut ne pas convenir aux pièces aux géométries complexes, car le remplissage de la cavité avec du plastique peut s'avérer difficile dans ces cas-là. En moulage par injection, le moule à deux plaques est polyvalent et fréquemment utilisé, notamment pour les pièces simples et les petites séries.
Moule à trois plaques
Le moule à trois plaques est un type de moule utilisé pour le moulage par injection de polymères thermoplastiques. Comparé au moule à deux plaques, il offre davantage de fonctionnalités et de polyvalence grâce à ses trois plaques : deux mobiles et une fixe.
Le moule à trois plaques sert à donner aux pièces moulées par injection plastique la forme finale requise. La matière plastique est injectée dans la moitié de la cavité du moule par un orifice situé sur la ligne de séparation.
Une fois le plastique fondu dans la cavité du moule, les deux plaques mobiles se détachent de la plaque fixe, permettant ainsi l'éjection de la pièce en plastique. La troisième plaque du moule à trois plaques, intercalée entre la cavité et le noyau, est appelée plaque d'alimentation ou sous-plaque.
Grâce à cette plaque, il est possible de créer un système de canaux unique permettant de diriger le flux de matière plastique vers différentes cavités ou zones à l'intérieur d'une même cavité. Le processus de moulage par injection s'en trouve ainsi enrichi et optimisé.
Pour la production de pièces de grande taille, où l'utilisation d'un moule à deux plaques engendrerait un moule plus volumineux ou nécessiterait l'ajout d'éléments tels que des éjecteurs, on emploie fréquemment le moule à trois plaques. Grâce à ses nombreuses cavités, ce dernier permet de fabriquer différentes pièces en un seul cycle.
Le moule à trois plaques est un type de moule polyvalent et efficace, fréquemment utilisé dans le processus de moulage par injection, notamment pour les pièces de grande taille et les séries de production.
Réutilisation du canal d'alimentation et de la carotte dans les moules à deux et trois plaques
Le matériau utilisé, la géométrie de la pièce et les qualités recherchées pour le produit fini influent sur la quantité de carottes et de canaux d'alimentation réutilisables en moulage par injection. La réutilisation des carottes et des canaux d'alimentation est une pratique courante dans l'industrie du moulage par injection car elle permet de réduire les coûts et les déchets.
De plus, dans un moule à deux plaques, le canal d'alimentation et la carotte sont généralement fixés à la pièce moulée, et l'ensemble est éjecté du moule. La pièce peut ensuite être détachée manuellement du canal d'alimentation et réutilisée pour d'autres cycles de moulage.
La réutilisation des canaux d'alimentation peut nécessiter des traitements supplémentaires, tels que le broyage ou la refusion, afin de garantir que le matériau soit en état d'être réutilisé. Dans un moule à trois plaques, l'éjection sépare les canaux d'alimentation de la pièce moulée, et les canaux sont souvent réutilisés lors de cycles de moulage successifs.
La plaque d'alimentation est généralement amovible, ce qui facilite l'accès au système d'alimentation et la réutilisation du canal d'injection et du canal de coulée. Il est essentiel de noter que la réutilisation du canal d'injection et du canal de coulée peut avoir un impact significatif sur la régularité et la qualité du produit final.
Cependant, les matériaux réutilisés peuvent contenir des impuretés ou présenter des problèmes de consistance qui influent sur la résistance ou la durabilité du plastique. Afin d'obtenir des produits homogènes et de haute qualité, un contrôle continu du processus de moulage et de la qualité du matériau recyclé est indispensable.
En général, l'industrie du moulage par injection réutilise les canaux d'alimentation et les carottes dans les moules à deux et trois plaques, ce qui permet de réduire les coûts et les déchets. Garantir la qualité du produit final exige une réflexion et une gestion rigoureuses.
Machines de moulage par injection
Les machines utilisées pour le processus de moulage de l'infection comprennent les suivantes :
Unités d'injection
L'unité d'injection, qui fait fondre et injecte la matière plastique dans le moule, est un élément essentiel d'une machine de moulage par injection. Ses composants typiques sont le cylindre, le dispositif de chauffage, la vis ou le piston, la trémie et l'unité d'injection.
Avant d'être introduite dans le cylindre, la matière plastique est d'abord acheminée vers la trémie où elle est stockée. La vis ou le piston, en mouvement, et la chaleur du dispositif de chauffage font fondre et homogénéisent le plastique à l'intérieur du cylindre. Au fur et à mesure de sa progression, la matière plastique fondue est injectée dans le moule par un orifice grâce à la vis ou au piston.
L'unité d'injection a pour but de réguler avec précision la température, la pression et le débit de la matière plastique tout au long du processus de moulage par injection. Ceci garantit une homogénéisation uniforme, une fusion correcte et une injection optimale de la matière plastique dans le moule.
Il est également possible de modifier la vitesse, la pression et le volume de l'unité d'injection, ce qui est essentiel pour le moulage d'objets aux géométries complexes ou aux tolérances très serrées. Selon l'application précise, le type et la taille de l'unité d'injection peuvent varier ; certaines machines sont conçues pour la production en grande série, d'autres pour le moulage de précision ou à petite échelle.
L'unité d'injection est essentielle à la production de produits en plastique de haute qualité et constitue souvent l'un des composants les plus importants pour définir les performances et les capacités d'une machine de moulage par injection.
Machine à vis alternative
Une presse à injection, ou machine à vis sans fin, fond et injecte du matériau plastique dans le moule grâce à une vis sans fin. De par son adaptabilité, son efficacité et sa capacité à produire des articles en plastique de haute qualité, cet équipement est fréquemment utilisé dans le secteur du moulage par injection.
Idéalement, le moulage par injection consiste à faire fondre et à injecter des matériaux thermoplastiques dans un moule à l'aide d'une machine à vis sans fin. Les granulés de plastique sont acheminés dans le cylindre de la machine par la vis sans fin et fondus, ce qui génère pression et chaleur.
Après avoir été fondu, le plastique est injecté dans le moule à l'aide d'une vis sans fin sous haute pression afin de donner au produit fini la forme souhaitée.
Machine à préplastifier à vis ou machine à deux étages
La machine à deux étages est une machine de moulage par injection qui utilise deux unités d'injection indépendantes : l'une pour faire fondre la matière plastique et l'autre pour l'injecter dans le moule.
La fusion et la préparation à l'injection du matériau plastique constituent la première étape, ou « plastification ». À ce stade, une vis sans fin alternative produit de la chaleur et de la pression qui font fondre le plastique lorsqu'il est acheminé vers l'unité d'injection principale de la machine.
Lors de la deuxième étape, également appelée « dosage », la matière plastique fondue est pompée dans le moule. Cette étape consiste à transférer la matière plastique fondue de l'unité d'injection primaire à l'unité d'injection secondaire, où elle est injectée sous pression dans le moule.
Les pièces de grande taille et complexes sont fréquemment produites à l'aide de machines à deux étapes, car elles offrent un contrôle supérieur du processus de moulage et permettent une injection plus précise de la matière plastique dans le moule.
Unités de serrage
Les dispositifs de serrage suivants sont utilisés pour fabriquer des pièces moulées par injection :
Pinces à bascule
Pour maintenir les deux parties du moule ensemble pendant le processus d'injection, on utilise des pinces à genouillère. Ces pinces sont conçues pour générer une force de serrage importante afin de garantir que le moule reste fermé et correctement orienté tout au long de l'injection du matériau plastique fondu.
Les pinces à genouillère augmentent la force de serrage appliquée au moule grâce à un système de liaison. Ce système génère un avantage mécanique lors du serrage, accroissant ainsi la force exercée sur le moule. De ce fait, les pinces peuvent appliquer une force importante avec une faible force d'entrée.
De plus, les pinces à genouillère sont privilégiées en moulage par injection car elles offrent une force de serrage robuste et fiable, adaptable aux besoins spécifiques du processus. Leur mise en place et leur retrait rapides, ainsi que leur simplicité d'utilisation, contribuent à réduire le temps de cycle global du moulage.
Pinces hydrauliques
Les pinces hydrauliques sont fréquemment utilisées en moulage par injection pour maintenir les deux moitiés du moule assemblées pendant le processus d'injection. Afin d'exercer une force de serrage importante sur le moule et de le maintenir fermé et aligné pendant l'injection du matériau plastique fondu, les pinces hydrauliques utilisent la pression hydraulique.
Une pompe hydraulique, des distributeurs et des vérins constituent le système hydraulique classique utilisé dans le mécanisme de serrage. Lorsque le système hydraulique est activé, les vérins déplacent le plateau de serrage ou la plaque de montage du moule, appliquant ainsi une pression sur ce dernier.
Pinces hydromécaniques
Pour maintenir les deux parties du moule ensemble pendant le projet de moulage par injection, on utilise des pinces hydromécaniques, également appelées pinces à genouillère.
En combinant un système hydraulique pour démarrer le processus de serrage et un mécanisme à bascule mécanique pour augmenter et maintenir la force de serrage, les pinces hydromécaniques combinent les avantages des méthodes de serrage hydrauliques et mécaniques.
Un vérin hydraulique, déplaçant le plateau de serrage vers le plateau fixe, génère la force de serrage. Une fois une force de serrage prédéfinie atteinte, le vérin hydraulique se bloque et le mécanisme à genouillère prend le relais pour assurer la poursuite du serrage.
