Injection des thermoplastiques : les moules

1 - Écoulement dans un moule : caractéristiques

• 1.1 - Généralités
• 1.2 - Gradients transversaux de température et de vitesse
  Figure 1 - Gradient de température d’un polymère amorphe dans la section d’un canal non isotherme Figure 2 - Gradient de vitesse pour le polymère de la figure  Figure 3 - Remplissage d’un canal non isotherme : évolution du front d’écoulement et formation d’ondulations Figure 4 - Sillons photographiés à la surface d’un objet incomplet (PS)
• 1.3 - Variation de la pression dans le moule
  Figure 5 - Traces colorées à l’intérieur d’une barrette injectée en bout : chaque trace correspond à un granulé coloré Figure 6 - Variation des pressions en différents points d’une presse et d’un moule Figure 7 - Diagramme P, v, T d’un polymère (PS)
• 1.4 - Orientation moléculaire
  Figure 8 - Contraction contrôlée d’un objet en polymère amorphe injecté et chauffé au‐dessus de la température de transition vitreuse
• 1.5 - Autres conséquences de l’écoulement
  Figure 9 - Objet choisi pour présenter les trois types de défauts que l’on peut craindre de rencontrer dans un objet injecté
• 1.6 - Prévision ou connaissance a posteriori des directions d’écoulement
  Figure 10 - Fissures observées sur un objet injecté transparent soumis à des efforts ponctuels de flexion répétés, qui renseignent sur la direction de l’écoulement

2 - Conception générale des moules : classification

• 2.1 - Introduction
• 2.2 - Description de l’empreinte
  Figure 11 - Différentes configurations des moules d’injection selon la direction d’injection par rapport à leur plan de joint Figure 12 - Éléments constitutifs d’un moule
• 2.3 - Constitution de la carcasse
  Figure 13 - Différents usinages des bords de plaques : fraisures dans le plan de joint, facilitant le démontage des plaques Figure 14 - Exemple de carcasse coulée en alliage d’aluminium (d’après document Lugand) Figure 15 - Assemblages et centrages des plaques Figure 16 - Différents types de fixation des moules Figure 17 - Exemples de fixations de colonnes et de douilles de guidage, avec quelques tolérances dimensionnelles Figure 18 - Goujon de centrage conique Figure 19 - Centrage à l’aide d’un anneau conique Figure 20 - Exemples d’entraînement de plaques flottantes Figure 21 - Blocage d’un plateau flottant
• 2.4 - Alimentation de l’empreinte
  Figure 22 - Différents types d’alimentation
• 2.5 - Normalisation d’un moule et de ses éléments
  Figure 23 - Éléments normalisés d’un moule(document Groupe Rabourdin 

3 - Empreinte : problèmes techniques

• 3.1 - Structure de l’empreinte
  Figure 24 - Poinçons et matrices usinées directement dans les blocs des moules Figure 25 - Poinçons rapportés et immobilisés Figure 26 - Matrices rapportées avec deux exemples d’immobilisation Figure 27 - Poinçon composé de pièces rapportées Figure 28 - Moule à tiroir pour une pièce comportant des contre-dépouilles extérieures Figure 29 - Ouverture d’un moule à segments pour une pièce comportant des contre-dépouilles intérieures Figure 30 - Moule à coquilles pour une pièce comportant des contre-dépouilles extérieures Figure 31 - Différents plans de joints de moule Figure 32 - Évacuation de l’air dans le plan de joint de l’empreinte Figure 33 - Évacuation de l’air dans le plan de joint et dans les canaux d’alimentation de pièces d’optique en PMMA Figure 34 - Mécanismes d’entraînement des éléments moulant définissant un filetage extérieur Tableau 1 Tableau 2
• 3.2 - Matériaux constitutifs de l’empreinte
  Figure 35 - Empreinte en polyester revêtue d’une couche d’alliage pulvérisé Tableau 3
• 3.3 - Dimensionnement de l’empreinte
  Figure 36 - Variations des dimensions utilitaires L U et de leurs tolérances TU en fonction du temps, du retrait secondaire, de l’humidité et de la température (d’après ) Figure 37 - Comparaison des dilatations thermiques linéiques des métaux utilisés pour la réalisation des moules et de quelques plastiques Figure 38 - Dimensions intérieures et extérieures de l’empreinte Figure 39 - Méthode de détermination des cotes de l’empreinte Figure 40 - Correction possible de l’empreinte à partir des valeurs maximales pour la cote du poinçon (L E ext) et minimales pour la cote de la matrice (L E int) Figure 41 - Exemple de calcul des cotes techniques, que doit effectuer le mouliste à partir des cotes fournies par le concepteur Figure 42 - Profils d’élément moulant correspondant au « négatif » de deux profils d’un filetage moulé (vis ou écrou) Figure 43 - Correction additionnelle 2 y envisagée pour les filetages mixtes de longueur supérieure à 1,5 d

4 - Modes d’alimentation de l’empreinte

• 4.1 - Injection à canaux froids
  Figure 44 - Ajustage de la busette au profil de la buse de la presse Figure 45 - Diamètre d’entrée d du canal de la busette en fonction de la masse G de la moulée et de l’épaisseur maximale e de la pièce Figure 46 - Cuvette plate compensant la retassure dans la zone de la carotte Figure 47 - Sections des canaux de distribution SL3777612-web Figure 49 - Alimentations en nappe de pièces planes Figure 50 - Alimentation en nappe de pièces tubulaires Figure 51 - Différents profils du seuil d’écoulement Figure 52 - Entrées rétrécies : différents modes d’alimentation latérale des empreintes Figure 53 - Alimentation « sous-marine » cisaillée pendant l’éjection Figure 54 - Sections et modes d’alimentation en tunnel sur une surface latérale Figure 55 - Différents modes d’alimentation en tunnel sur une surface frontale Figure 56 - Moule mono-empreinte à décarottage automatique Figure 57 - Canaux d’alimentation d’un moule multi-empreinte à deux plans de joint Figure 58 - Détails de construction d’un moule à deux plans de joint Figure 59 - Différentes formes des orifices pour une alimentation capillaire Figure 60 - Alimentation en plusieurs points de petites pièces Figure 61 - Moule pour cadres de diapositives en polystyrène avec dispositif de décarottage automatique Figure 62 - Vue schématique de moules à empreintes multiples Tableau 4
• 4.2 - Injection à canaux chauds
  Figure 63 - Correction de l’alimentation d’un moule à empreintes multiples Figure 64 - Différentes progressions du polymère dans les empreintes, dues uniquement à des défauts de régulation thermique du moule Figure 65 - Moule mono-empreinte avec busette à préchambre Figure 66 - Moule multi-empreinte à canaux « canadiens » Figure 67 - Moule à empreintes multiples à canaux canadiens et à torpilles chauffantes Figure 68 - Détails de construction d’un moule à empreintes multiples à canaux chauffés Figure 69 - Moule mono-empreinte à busette chauffée Figure 70 - Comparaison thermo-rhéologique des deux systèmes de chauffage des canaux Figure 71 - Buse d’admission chauffée par conduction thermique à partir du bloc de distribution (doc. BASF) Figure 72 - Buse d’admission chauffée par conduction thermique avec participation d’une torpille en bronze au béryllium Figure 73 - Moule à canaux chauds à obturateur mécanique Figure 74 - Différents types de buses à canaux chauds (doc. Mold Masters)
• 4.3 - Injection sans canaux
  Figure 75 - Prolongateur de buse à obturateur automatique Tableau 5

5 - Problèmes thermiques

• 5.1 - Généralités
• 5.2 - Refroidissement contrôlé des moules
• 5.3 - Bilan thermique du moulage
  Figure 76 - Courbes enthalpiques de différents polymères Figure 77 - Gradients de température dans les canaux de refroidissement et dans l’épaisseur du moule, pour différents métaux constitutifs
• 5.4 - Échanges thermiques dans le moule
  Figure 78 - Abaque relatif aux échanges thermiques dans le moule
• 5.5 - Temps de refroidissement
  Figure 79 - Abaque permettant une détermination rapide du temps de refroidissement à partir des caractéristiques thermiques et géométriques de l’objet Tableau 6
• 5.6 - Réalisations techniques
  Figure 80 - Influence de la position des canaux par rapport à la surface de l’empreinte sur la température Tp Figure 81 - Réalisation de canaux de refroidissement d’un moule utilisant des bouchons d’arrêt Figure 82 - Solutions utilisées pour le refroidissement des poinçons Figure 83 - Solutions utilisées pour le refroidissement des matrices
• 5.7 - Dispositifs auxiliaires
  Figure 84 - Dispositif de régulation thermique d’un moule par circulation de fluide

6 - Systèmes de démoulage

• 6.1 - Généralités
• 6.2 - Dégagement de la moulée dans l’empreinte avant éjection
  Figure 85 - Moulage d’un objet nécessitant un démoulage progressif (doc. BASF) Figure 86 - Moulage d’un objet avec une contre-dépouille interne démoulé en deux étapes Figure 87 - Course minimale h min de l’éjecteur nécessaire pour libérer le poinçon du serrage provenant du retrait Figure 88 - Mécanisme d’entraînement de tiroirs par colonnes obliques Figure 89 - Entraînement de tiroirs par cames (d’après ) Figure 90 - Entraînement de noyaux par crémaillères (doc. Montecatini) Figure 91 - Mécanisme de translation à vis tangentes avec éléments standards Hasco Figure 92 - Moule avec tiroirs en forme de croissants Figure 93 - Moule pour raccords de tubes de grand diamètre, avec vérins hydrauliques entraînant les noyaux (doc. Hüls) Figure 94 - Moule à coquilles pour surmoulage de manches de tournevis (doc. Hœchst) Figure 95 - Entraînement d’une coquille à l’aide d’un vérin oblique incorporé dans la frette (d’après ) Figure 96 - Dégagement de contre-dépouilles internes à l’aide d’un poinçon comportant deux parties mobiles déplacées par des colonnes obliques (d’après ) Figure 97 - Noyau éclipsable permettant le démoulage des filetages internes sans rotation (doc. DME) Figure 98 - Configuration et emplacement des orifices filetés sur différentes pièces injectées Figure 99 - Dispositif d’éjection utilisant le filetage interne de l’objet Figure 100 - Dispositif utilisant un noyau dévissé pour libérer la pièce Figure 101 - Dispositif dans lequel l’objet est dévissé du noyau immobile Figure 102 - Répartition des forces sur le filetage pendant le dévissage Figure 103 - Mécanismes d’entraînement par broches de dévissage Figure 104 - Mécanismes d’entraînement par crémaillères de dévissage Figure 105 - Moule à plusieurs empreintes avec dispositif de dévissage à pas rapide (doc. Hoechst) Figure 106 - Mécanisme de dévissage de noyaux filetés à crémaillères (d’après ) Figure 107 - Partie d’un moule à noyau démontable Figure 108 - Moule de combiné téléphonique (doc. BASF)
• 6.3 - Éjection
  Figure 109 - Calcul de la force Fe nécessaire à l’éjection de différentes pièces Figure 110 - Calcul de la force d’extraction axiale F e de différentes pièces démoulées par arrachage Figure 111 - Détails de la fixation d’éjecteurs et de colonnes de rappel dans une plaque d’éjection Figure 112 - Éjecteur en forme de soupape Figure 113 - Éjecteur annulaire (doc. Engel) Figure 114 - Plaque de dévêtissage Figure 115 - Éjecteur central à double action (doc. Hoechst) Figure 116 - Soupapes d’admission d’air Figure 117 - Différentes étapes de la commande hydraulique de l’éjecteur central (doc. Sustan) Figure 118 - Fonctionnement du mécanisme de recul Figure 119 - Mécanisme augmentant la précision du mouvement de recul d’éjecteurs Figure 120 - Différents types d’arrache-carotte et détails de l’éjecteur qui leur est associé Figure 121 - Mécanisme de cisaillement des alimentations capillaires Figure 122 - Cisaillement d’une alimentation sous-marine Figure 123 - Enlèvement automatique de la carotte dans le moule à plateau flottant à l’aide d’une contre-dépouille Figure 124 - Enlèvement de la carotte dans le moule à plateau flottant pour les matières injectées cassantes Tableau 7

7 - Moules spéciaux

• 7.1 - Moules à grand rendement
• 7.2 - Moules pour injection de produits spéciaux
  Figure 125 - Comparaison des temps élémentaires (en secondes) de deux cycles d’injection de récipients en polypropylène (d’après ) Figure 126 - Schéma d’un moule à deux étages (d’après Hoechst) Figure 127 - Exemple de fixation de connections d’une fiche dans l’empreinte avant enrobage (presse spéciale, doc. Engel) Figure 128 - Vue partielle d’une empreinte d’un clavier de machine à écrire, moulé en deux étapes, avec la même matière de deux couleurs différentes (d’après ) Figure 129 - Injection simultanée de la même matière de deux couleurs différentes (doc. Engel) Figure 130 - Moule à deux alimentations indépendantes pour un anneau d’étanchéité injecté en PUR de deux duretés différentes Figure 131 - Insufflation de gaz à travers une partie mobile Figure 132 - Différentes étapes de l’injection-compression

8 - Analyse technico-économique

• 8.1 - Prix des pièces
• 8.2 - Nombre d’empreintes
  Figure 133 - Calcul du prix de revient en fonction du nombre d’empreintes

9 - Périphériques

• 9.1 - Généralités
• 9.2 - Matériel de robotique, manipulateurs
  Figure 134 - Exemple d’un robot-manipulateur pendulaire : courses verticale et horizontale, angles de rotation, gabarits (doc. SEPRO robotique, modèles PIP 65, 75 et 85 ) Figure 135 - Intervention d’un robot-manipulateur léger pour l’enlèvement des carottes (doc. Farpi France) Figure 136 - Architecture d’un robot d’accès latéral (doc. SEPRO robotique)
• 9.3 - Matériel de montage, connexion, démontage et stockage des moules
  Figure 137 - Architecture d’un robot d’accès axial (doc. SEPRO robotique) Figure 138 - Dispositif de bridage rapide (doc. Hasco) Figure 139 - Montage d’un moule à l’aide du système rapide hydraulique QMC et du raccordement QMC Enerpac (d’après catalogue Enerpac) Figure 140 - Systèmes rapides de changement de moule (doc. QMC, catalogue Enerpac)