Moules d’injection des MP-TP Conception des moules 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Rappel du principe L’injection consiste à introduire rapidement ( 1s) et sous pression (40 à 100 MaP) la matière thermoplastique à l’état pâteux (maxi 300°) dans l’empreinte d’un moule métallique. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

L’injection un travail d’équipe La qualité d’un objet injecté dépend de trois critères : La conception des formes de la pièce La conception et la qualité de réalisation du moule Les conditions et les paramètres de moulage. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Rappel des règles de conception Dépouille Prototype fraisage CN Adaptation au procédé de fabrication Dépouille Nervures Dépouille Dépouille Dépouille Nervures Toile constante 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Mise au point (CIM-ERO) Moule de validation. Son rôle de limite à produire quelques centaines de pièces afin de valider le produit ou une fonction du moule. Dans se contexte il est possible d’utiliser les techniques de prototypage rapide (silicone, résine). Toutefois les techniques de réalisation par enlèvement de copeaux sont toujours d’actualité (fraisage, UGV, tournage, électroérosion, …). STS CIM Moule de production. Son rôle et de produire en continu des série importantes de produits (million). Ce sont des outillages multi-empreintes où les éléments ont subi des traitements thermiques. La réalisation s’approche plus de la productique puisque tout retard compromet la commercialisation du produit final. Les techniques d’usinage sont classiques (fraisage, UGV, tournage, électroérosion, …). STS ERO 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Moules d’injection des MP-TP Fonctions du moule Matière (granulés) Alimenter Positionner Maintenir Fixer Presse à injectée Guider Réguler Mettre en forme Ejecter 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Maintenir La fonction « maintenir » est assurée par un ensemble de plaques, positionnées et fixées entre elles. La « carcasse » est achetée et permet l’assemblage de tous les éléments qui composent le moule. Plaque de fixation supérieure (PFS) Plaque de fixation inférieure (PFI) Plaque porte empreinte supérieure (PPES) Plaque porte empreinte inférieure (PPEI) Plaque d’appui (PA) Tasseau (T) Plaque d’appui d’éjecteur (PAE) Plaque porte éjecteur (PPE) 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Maintenir La fonction « maintenir » est assurée par un ensemble de plaques, positionnées et fixées entre elles. La « carcasse » est achetée et permet l’assemblage de tous les éléments qui composent le moule. Semelle partie fixe Semelle partie mobile Plaque porte empreinte partie fixe Plaque porte empreinte partie mobile Plaque d’appui (PA) Tasseau (T) Plaque d’appui d’éjecteur (PAE) Plaque porte éjecteur (PPE) 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Moules d’injection des MP-TP Maintenir (PA) Le rôle de la plaque d’appui est de s’opposer à la déformation du plan de joint lors de l’injection. 1°) Joindre la distance entre tasseau (l) à la largeur de la plaque d’appui (b) ; 2°) Joindre le point 1 à la valeur de l’effort F résultant de la pression d’injection ; 3°) Lire la valeur minimale de l’épaisseur (h) de la plaque d’appui. CALCULS DES CONTREPLAQUES DE MOULE L La pression qui s'établit dans l'empreinte tend à déformer la contre plaque. On supposera cette plaque reposant sur deux appuis ( pont ) et uniformément chargée. Pour déterminer l'épaisseur de la contre plaque, on pourra considérer l'épaisseur de cette plaque : * en fonction de la contrainte max. admise dans le métal ( 90 daN/mm2 ) ou * en fonction de la flèche tolérée de 0.01 mm pour 100 mm entre appuis ( Voir abaques pages suivantes ) 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Positionner La fonction « positionner » a pour rôle d’aligner l’axe de la buse d’injection de la presse et celui de la buse d’injection du moule pour garantir le remplissage. Liaison bague-buse Bague de centrage Liaison Buse-ES FONCTION MISE EN POSITION DU MOULE SUR LA PRESSE: Les plateaux de la presse comportent des alésages, dont le centre est parfaitement aligné avec l'axe de la buse du groupe d'injection, ( Ex : diamètre 110 H7 sur presse Arburg ). Il suffit donc de fixer une rondelle de centrage normalisée, coté bloc fixe du moule pour assurer une mise en position correcte de celui-ci. Cette rondelle comporte un alésage qui permet de la centrer sur la buse d'injection du moule. Le rôle de cette rondelle est extrêmement important puisqu'elle va garantir une parfaite coïncidence de l'axe de la buse du moule avec celui de la buse montée sur le groupe d'injection. Le diamètre extérieur est fonction de la presse à injecter (110H7). Le diamètre intérieur est fonction de la buse d’injection choisie. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Positionner La fonction « positionner » a pour rôle d’aligner l’axe de la buse d’injection de la presse et celui de la buse d’injection du moule pour garantir le remplissage. Bague de centrage Liaison bague-buse Liaison Buse-ES Le diamètre extérieur est fonction de la presse à injecter (110H7). Le diamètre intérieur de guidage est fonction de la plaque de fixation supérieure. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Liaison PPES-PPEI (ouverture) Guider (cylindrique) La fonction « guider » a pour rôle de positionner les différentes parties de la carcasse les unes par rapport aux autres. Attention bien que précis le montage se fait avec jeu. PFS PPES PPEI PA T PFI Colonne Liaison PFS-PPES Liaison PPES-PPEI (ouverture) Plan de joint Douille Liaison PPEI-PA Douille Liaison PA-T-PFI 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Moules d’injection des MP-TP Guider (cylindrique) La fonction « guider » a pour rôle de positionner les différentes parties de la carcasse les unes par rapport aux autres. Attention bien que précis le montage se fait avec jeu. PFS PPES PPEI PA T PFI H7e7 H7k6 H7g6 H7k6 H7e7 H7g6 H7g6 H7k6 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Guider (conique) Dans les cas où d’une mise en position très rigoureuse, on a recourt à un emboîtement conique. Les cônes de centrage permettent un alignement sans jeu des 2 moitiés d’un moule. Il est indispensable que les logements soient parfaitement exécutés (si possible débouchant) Fixation dans la carcasse Portée conique (centrage) Epaulements obtenu grâce à une rondelle 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Moules d’injection des MP-TP Fixer Brides Vis FONCTION LIAISON MOULE/ PRESSE Les plateaux de la presse comportent une série de trous taraudés ( voir notice machine ). Ces trous vont permettre de fixer chaque partie du moule sur son plateau correspondant. Fixation par brides et vis, ou par vis suivant le type de carcasse et ses dimensions. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Moules d’injection des MP-TP Mettre en forme La fonction « mise en forme » est directement liée au produit à injecter, fonctions et règle de conception, ainsi qu’aux contrainte de réalisation du moule, usinage des éléments et nécessité de maintenance. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Mettre en forme (retrait) L’empreinte du moule doit tenir compte du retrait de la matière au refroidissement, elle est donc créée plus grande que la pièce à produire en fonction de la matière utilisée et des formes de la pièce. Représentation des zones de contraintes Attention : La valeur du retrait est donnée en %, elle est différente pour chaque matière. La structure influe directement sur le retrait : Amorphe : 0,2 à 1% et homogène ; Cristalline : 1 à 4% et différentiel. Diminution des dimensions due à la contraction de la matière. Déformations dues au post retrait (refroidissement hors du moule) et aux conditions de moulage. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Mettre en forme (ligne de joint) Déterminer une (des) ligne(s) de séparation qui permettra (ont) de déterminer la (les) limite(s) de séparation au niveau de la pièce. Cette (ces) ligne(s) ne doit (vent) pas faire apparaître de contre dépouille et garantir le maintien de la pièce coté éjection. Coté alimentation Direction d’ouverture Pièce Coté éjection Ligne de joint 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Mettre en forme (surface de joint) Déterminer une surface (gauche ou non) réalisable, liée à la (aux) ligne(s) de joint permettant l’extraction sans dommage (produit et moule) de la pièce. Dans certains cas cela c’est impossible, il faut donc utiliser des moules spécifiques (à tiroirs, à dévissage, …) Exemples Matérialisation de la surface de joint. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Mettre en forme (décomposition) La finalité de cette décomposition en éléments rapportés est de prendre en compte ou simplifier la conception, la réalisation ou la maintenance de l’outillage. Attention un trop grand nombre d’éléments simplifie la fabrication mais complique la conception et la maintenance (positionnement, ajustement, …). + Attention : Les éléments rapportés doivent être positionnés, arrêtés en translation, en rotation et fixés. = (11,36-8)/2 = 1,7 mm Avec une dépouille interne. La difficulté de réalisation est réelle, il convient de concevoir un éléments rapporté. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Mettre en forme (exemples) 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Buse d’injection (presse) Alimenter Carotte Buse d’injection (presse) Pièce Canal d’alimentation Seuil d’injection Arrache-carotte LA CAROTTE Elle conduit la matière depuis l'orifice d'entrée du moule jusqu'au plan de joint et est formée par la buse d'injection du moule. - Le diamètre de base "D " sera fonction du matériau et de la longueur du flux. On prendra en général un diamètre égal ou supérieur à la largeur du canal primaire, ou à l'épaisseur de la pièce pour une alimentation en carotte directe. Dans le cas de plusieurs canaux secondaires il faudrait que le diamètre de base de la buse soit toujours supérieur aux sections des canaux secondaires. La conicité : elle est fonction de la nature du matériau moulé. Matières cristallines : 2 à 4 degrés soit une conicité d'environ 5% Matières amorphes : 4 à 6 degrés soit une conicité d'environ 8%. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Alimenter (écoulement) Au cours du cheminement de la matière, une pellicule (gaine) se forme au contact des parois du moule (T° moule < T° matière) à l’intérieure de laquelle la matière plastique continue de se déplacer à une vitesse maximum au centre et nulle à la périphérie. Veine fluide Front matière Gaine solide Il y a glissement entre les filets mobiles du canal, cela engendre du cisaillement donc des contraintes. V maxi V nulle T° matière T° moule Il y a glissement entre les filets mobiles du canal, cela engendre du frottement donc un échauffement qui modifie la viscosité de la matière. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Alimenter (carotte) Son rôle est d’alimenter la (les) pièce(s) en matière, elle permet de traverser la partie fixe (supérieure) du moule jusqu’au plan de joint grâce à un élément standard, la « buse d’injection ». Arrêt en rotation Le diamètre d’entrée est lié au volume de matière à injecter, la conicité favorise le démoulage donc sa valeur est liée au retrait de la matière. Bague de centrage Buse d’injection Plaque de fixation supérieure Rondelle d’appui LA BUSE C'est la pièce standard qui produit la carotte. Cette partie du moule est fortement sollicitée, la buse sera donc réalisée en acier pour traitements thermiques trempé et revenu (ex :35NC 15 ). La buse de la presse d'injection vient en contact avec la buse du moule en exerçant une pression importante pour éviter les fuites. Cette zone de contact sera plane ou sphérique. A chaque injection, le contact est interrompu pour éviter un refroidissement total de la buse de presse qui risquerait de former un bouchon de matière solide à son orifice d'entrée. Choisir la buse dans les catalogues d'éléments standards. ( Rabourdin à titre d'exemple). L'usinage de l'extrémité de la buse qui produit la carotte doit être très soigné afin d'éviter toute contre dépouille dans l'alésage. ( bavures ). Un polissage dans le sens axial est également très important. ( facilité de démoulage ) Raccordement: pour réduire les risques de rupture et de dégradation de la matière, un rayon de raccordement de 0,2 à 0,3 mm (voir 1 à 2mm) est souhaitable à la jonction carotte pièce ou canaux. Les éléments qui permettent de définir une buse sont Le diamètre d'entrée qui doit être supérieur de 0,5 à 1 mm au diamètre de sortie de la buse montée sur le nez du groupe d'injection de la presse. La distance entre la face extérieure de la buse et le plan de joint du moule. Longueur totale. La matière injectée, son écoulement pour le choix de la conicité. Vérifier que le diamètre de sortie soit compatible aux dimensions canaux ou à l'épaisseur de pièce. Plaque porte empreinte supérieure Colonne Empreinte fixe 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Alimenter (arrache-carotte) Son rôle est d’extraire la carotte lors de l’ouverture du moule et ainsi de maintenir la « grappe » de pièce du coté du système d’éjection grâce à un élément standard, l’ « arrache-carotte ». Arrêt en rotation La contre dépouille garantie L’arrachement de la carotte Lors de l’ouverture du moule Buse d’injection Arrache carotte Empreinte inférieure Plaque porte empreinte inférieure Ejecteur de carotte 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Alimenter (canal d’alimentation) Son rôle est d’acheminer la matière dans le plan de joint jusqu’au seuil d’injection. Le tracé doit faciliter l’écoulement et garantir une distribution homogène et suffisante. Elle doit la plus courte possible pour limiter les pertes de pression température et matière. Longueur du canal Elle doit permettre une alimentation suffisante des pièces injectées et la gaine doit permettre d’assurer l’application de la pression de maintien. Section du canal LE CANAL Il relie la carotte au seuil d'injection de l'empreinte. Chaque empreinte doit être alimentée sous la même pression et la même température. Un bon état de surface permet de réduire les pertes de charge. Les économies de matière voudraient la longueur de ces canaux la plus courte possible et de faible section. Les contraintes d'écoulement les préfèrent de forte section. Section du canal : dans la majorité des cas, c'est le canal circulaire ou trapézoïdal qui seront utilisés. ( meilleurs compromis entre la section du canal et sa surface de contact. Par ailleurs, il faut tenir compte de la facilité de réalisation. ) Section trop petite : pertes de charge importantes durant le cheminement de la matière, ainsi qu'un risque de refroidissement trop rapide. Section trop importante : pourcentage de déchets élevé, augmentation de la durée du cycle. Il faudra donc dimensionner les canaux en fonction de viscosité de la matière. longueur du cheminement. nombre d'empreintes. Pratiquement, nous utiliserons une section de canal = 4 mm. Répartition du canal Elle doit permettre une alimentation équilibrée des pièces injectées, éviter les changements brusques de direction. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Alimenter (section canal) Canal circulaire Petite surface en contact avec le moule par rapport à la section, ce qui limite le frottement et le refroidissement. Bonne transmission de la pression de maintien, mais usinage dans les 2 parties du moule. D = Smax + 1,5 S = épaisseur paroi Canal parabolique Usinage dans l’empreinte inférieure seulement avec une fraise de forme. Compromis intéressant. D = Smax + 1,5 W = 1,25 D Smax = épaisseur max paroi de la pièce Canal trapézoïdal Usinage dans l’empreinte inférieure seulement avec une fraise de forme. D = Smax + 1,5 W = 1,25 D 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Alimenter (répartition canal) Remplir les pièces simultanément Adoucir les changements de direction A > B ; B > C Réduire la section Répartition (étoile, symétrique, en double râteau) : Doit permettre de remplir les empreintes en même temps pour assurer une homogénéité des pièces Piège à goutte froide permet : d’arrêter les impuretés du front de matière Assure un matelas isolant favorable à l’écoulement de matière Puits à gouttes froide 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Alimenter (seuil d’injection) La section de passage est donnée par la matière et la forme de la pièce injectées. Attention au passage du seuil, la vitesse de déplacement de la matière est augmentée il y a donc risque de brûlure de celle-ci (détérioration). La forme du seuil peut permettre la séparation de la pièce et de l’alimentation. Cône Le seuil doit se situer près des zones massives afin d’améliorer l’effet de la pression de maintien. Empreinte Canal d’alimentation LE SEUIL Il établit la relation entre le canal d'alimentation et l'empreinte. Il doit être le plus faible possible afin de ne pas laisser de trace sur la pièce et permettre la séparation de la pièce et de son canal, d'une manière automatique, manuelle, ou par usinage. Choix de l'emplacement Le choix de l'emplacement du point d'injection peut résulter de 3 types de considérations • Le point d'injection laisse toujours une marque qui peut être gênante pour des pièces de présentation et d'aspect. • Mécanique : le point d'injection et les ressoudures de matière résultant du contournement de noyaux, sont des points de fragilité. Il est donc conseillé de les disposer dans des parties de la pièce qui ne sont pas sollicitées mécaniquement, • Le point d'injection doit être disposé de façon à ce que le remplissage de l'empreinte se fasse de manière la plus homogène et que l'évacuation de l'air emprisonné dans l'empreinte soit bien assurée. L'emplacement du seuil détermine la direction d'écoulement de la matière dans l'empreinte, donc l'orientation des molécules, " fibrage ". L'orientation des molécules agit également sur le retrait qui n'est pas toujours identique par rapport au point d'injection ( risques de gauchissement). Compte tenu de ces considérations le point d'injection est en général placé • Sur un des axes de la pièce ou sur le point de symétrie. • Dans les parties massives de la pièce. Placer le seuil sur la plus grande section de la pièce, favorisant un sens d'écoulement de la paroi la plus grande à la plus petite. • Déterminer le seuil d'après la direction principale de la charge ( plus grande résistance à la traction et aux chocs dans le sens de l'écoulement). • Ne pas le situer sur une zone visible. • L'emplacement du seuil doit conduire à réduire au minimum les lignes de soudure. • Tenir compte du retrait et de la viscosité de la matière. II faut également tenir compte du retrait différentiel résultant de la différence entre le retrait suivant le sens de l'écoulement et le retrait suivant le sens perpendiculaire à l'écoulement. Le retrait différentiel risque de conduire à des pièces déformées, donc non conformes. Seuil trop petit Risque de mauvais remplissage de l'empreinte, difficultés de maîtriser le retrait ( tolérances incertaines,éformations, retassures ). Risques de dégradation de la matière ( chute des caractéristiques, décoloration, brûlures ). Dimensions des seuils En pratique on prévoit un seuil plus petit et on l'élargit jusqu'au remplissage correct de l'empreinte, ou remplissage simultané de toutes les empreintes lors des essais en présérie. Dans le sens de l'écoulement L = 0,5 à 2,5 mm Diamètre ou section = 1 à 4 mm ( suivant le volume de la pièce injectée ). Injection capillaire ( tête d'épingle ou pin point ) Diamètre = 0,5 à 1,5 mm ( cette faible section nécessite un canal d'attaque très court. Les différents types de seuils - Alimentation avec déchets, nécessitant une reprise pour dégrappage. Carotte directe Seuil latéral Seuil en nappe Seuil annulaire - Alimentation avec déchets, produisant un dégrappage automatique. Seuil sous marin ( ou Américain ) Seuil capillaire ( ou pin point ) Seuil en courge ( ou type Bayer) Voir schémas Le seuil laisse obligatoirement une trace. Il faut donc éviter les zones fonctionnelles ou d’aspect Le seuil doit garantir un remplissage homogène sans soudure froide 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Alimenter (section seuil) Sections rectangulaire ou demi-lune Matières amorphe : h = 0,4 à 1,2 mm Matière semi-cristalline : h = 0,5 à 0,7 S B max. = 0,75 D S = épaisseur de la paroi de la pièce Section circulaire Matières amorphe : d = 0,6 à 2,5 mm Matière semi-cristalline : d = 0,5 à 0,7 S 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Alimenter (forme seuils) Seuil capillaire Seuil en nappe Seuil indirect 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Alimenter (seuil sous-marin 1) Canal Pièce Esquisse du seuil Séparation de la pièce et de l’alimentation à l’éjection 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Alimenter (seuil sous-marin 2) Electrode pour réaliser le seuil 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Alimenter (seuil tunnel) Pour cacher le seuil. Matières suffisamment souples. Séparation de la pièce et de l’alimentation à l’éjection 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Alimenter (seuil Pin-point) Utilisé dans le cas d’une injection perpendiculaire au plan de joint (moule à 3 plateaux). 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Alimenter (canaux chauds) Matière à l’état pâteux 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Moules d’injection des MP-TP Ejecter Après solidification la pièce doit être extraite de l’empreinte. Pour remplir cette fonction, plusieurs solutions techniques sont envisageables : éjecteurs, plaque dévêtisseuse, …. Pour garantir l’éjection, les pièces doivent impérativement se situer dans la partie mobile du moule lors de l’ouverture et la batterie d’éjection doit pouvoir être manœuvrée. Ejecteur de rappel Course maxi Ejecteur PPE PAE Plot d’appui Passage commande éjection 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Ejecter (règles) Maximiser la surface de contact pièce éjecteur (limite les traces Eviter les zones fonctionnelles Orienter ou décaler en cas de forme en bout d’éjecteur. Positionner près de zone de retenue (carotte, broche, …) 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Moules d’injection des MP-TP Ejecter (montage) PJ J=0,2 à 0,5 Ajustement H/h Limiter guidage J=0,2 à 0,5 Passage J=0,2 à 0,5 J=0 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Ejecter (cylindre) L’éjection par des éjecteurs cylindrique est la plus courante. Pour les petites dimensions afin de limiter les risque de flambage, on utilise des éjecteurs épaulés. La surface de frottement avec l’empreinte doit se limiter à 2 fois le diamètre de l’éjecteur. Il est possible de contre Percer les passages d’éjecteurs. Attention aux dégagements 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Ejecter (tube) Fixation de la broche centrale Toutes les plaques de la carcasse doivent être positionnées les unes par rapport aux autres Attention le coût des éjecteurs tubulaires est loin d’être négligeable. Ejecter (tube) L’éjection par des éjecteurs tubulaire permet l’éjection autour d’une broche. Ce sont des éléments standard et la dimension ne convient pas toujours à l’application que l’on veut en faire. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Moules d’injection des MP-TP Ejecter (lame) L’éjection par des éjecteurs en forme de lame correspond à l’éjection tubulaire, mais le risque de traces d’éjection est important . Ce sont des éléments standard et la dimension ne convient pas toujours à l’application que l’on veut en faire. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Moules d’injection des MP-TP Ejecter (plaque) L’éjection par plaque dévêtisseuse correspond à l’éjection par lame, mais limite considérablement les traces d’éjection. La conception du moule est légèrement différente, une plaque d’éjection est insérée entre les plaques porte-empreintes. Cette plaque est manœuvrée grâce à des vis épaulées qui transmettent le mouvement donné par la presse. 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Moules d’injection des MP-TP Réguler Entrée Bouchon Dérivation Joints Circulation 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Moules d’injection des MP-TP En résumé (1) 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP

Moules d’injection des MP-TP En résumé (2) 2004/2005 Moules d’injection des MP-TP