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RÉSUMÉ
Le choix des aciers et de traitements thermiques adaptés pour la réalisation des moules pour l'injection des thermoplastiques est prépondérant pour la longévité des moules, elle-même fondamentale pour la performance économique et environnementale du process de production. Après avoir définis les performances attendues pour un acier de moule d’injection, nous passerons en revue les procédés métallurgiques, les traitements thermiques et les traitements de surface permettant d’obtenir ces performances. La dynamique économique et la pression normative ne pourront qu’amplifier ces exigences dans un contexte de compétition et d’émulation technologique globale.
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Thomas MUNCH : Ingénieur ENSAIS-EAHP - Agrégé en Mécanique - Ancien Responsable Injection de Hager, Obernai, France
INTRODUCTION
Les principaux facteurs intervenant dans la longévité des outillages d'injection plastique sont la conception, la réalisation mécanique et le choix des matériaux. Le coût d'outillage est souvent très élevé et constitué principalement par la fabrication des empreintes. Le coût des aciers est proportionnellement faible. C'est pourquoi le choix des aciers se fait principalement sur des critères techniques, le prix d'achat étant secondaire. Un choix judicieux permet d'agir efficacement pour augmenter considérablement la durée de vie des outillages.
Les besoins en termes de propriétés de matériaux sont spécifiques à la carcasse, aux empreintes et aux pièces mobiles du moule. Ils concernent la tenue aux chocs, la limite d'élasticité, la conductibilité thermique, la résistance chimique, la résistance à l'usure, ainsi que les aptitudes à l'usinage, aux traitements thermiques et au polissage.
Les propriétés des aciers dépendent avant tout de leur composition et du traitement thermique : la connaissance de l'influence de ces paramètres sur les besoins spécifiques liés à l'injection des matières plastiques permet d'optimiser la longévité des outillages. Cependant, la pratique des traitements thermiques présente des risques liés à la spécificité des aciers généralement choisis. La prise en compte de ces phénomènes permet de réduire considérablement le danger de détruire les empreintes lors des traitements.
Le procédé d'obtention de l'acier permet également d'optimiser de façon très conséquente certaines propriétés indispensables pour des applications spécifiques à la plasturgie.
Dans certaines situations, ces propriétés ne peuvent être obtenues avec des aciers. Le recours à d'autres matériaux permet de satisfaire des besoins parfois antagonistes.
Les contraintes mécaniques et chimiques auxquelles sont soumises les matériaux constitutifs du moule sont examinées. Les principaux effets du traitement thermique sur leurs propriétés physico-chimiques et les mécanismes structuraux qui leurs sont associés sont décrits en détail. Enfin, la sélection des matériaux et des traitements thermiques est spécifiée et étayée.
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MOTS-CLÉS
métallurgie des poudres traitement thermique traitement de surface procédés métallurgiques
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- Version archivée 1 de avr. 2013 par Thomas MUNCH
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7. Propriétés des aciers utilisés en plasturgie
7.1 Aciers pour carcasse
Les aciers choisis pour réaliser les carcasses sont généralement des aciers inoxydables martensitiques prétraités à une dureté de 30 à 35 HRC.
L'inoxydabilité garantit une grande longévité par rapport à la corrosion, même en l'absence de maintenance spécifique. Le niveau de dureté permet d'usiner facilement et procure une bonne résistance aux chocs. Le fait d'utiliser de l'acier prétraité permet, sous réserve du savoir-faire de l'aciériste, d'usiner jusqu'au niveau de la finition sans déformation.
Les aciers suivants offrent ces propriétés et sont souvent utilisés :
-
X33CrS16 ;
-
X36CrMo17 ;
-
X15CrMnSi12 ;
-
Ramax (X15CrMnSi12-1-1).
Pour des applications plus simples, comme des moules de petite et moyenne série, on peut utiliser un acier non allié, comme le C45 stabilisé à une dureté de 200 HV30, ou faiblement allié, comme le 40 CrMnMo 7, prétraité à 300 HV30. Ces aciers ne présentent pas de résistance à la corrosion et les carcasses doivent faire l'objet d'une maintenance spécifique.
Pour l'ensemble de ces aciers, les critères de qualités sont : la taille des grains, la taille et la répartition homogène des carbures, l'homogénéité chimique, la maîtrise des composants et surtout l'absence de contraintes résiduelles et d'austénite résiduelle après trempe, de façon à assurer la stabilité dimensionnelle lors de l'usinage et de l'utilisation et l'homogénéité des propriétés mécaniques.
Exemple de fournisseurs : Aubert et Duval, Uddeholm, Rabourdin, Hasco.
7.2 Aciers pour empreintes
On choisit un acier à outil pour travail à chaud, à grain fin et sans carbures de grande taille, avec traitement...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BARRALIS (J.), MAEDER (G.) - Métallurgie. - AFNOR-Nathan (2005).
-
(2) - BERANGER et al - Les aciers spéciaux. - Tech et Doc Lavoisier (1989).
-
(3) - GASTROW (H.) - Injection mold : injection mold : 130 Proven designs. - 3rd edition, Carl Hanser Verlag, Munich (2007).
-
(4) - MUNCH (T.) - Du process à la pièce : l’injection des plastiques. - KDP éditions (2015).
-
(5) - PICHON (J.-F.) - Aide-mémoire d'injection des matières plastiques. - Dunod (2005).
-
(6) - REES (H.) - Mold engineering. - 2nd edition, Carl Hanser Verlag, Munich (2002).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Forum International de la Plasturgie, a lieu tous les trois ans à Lyon :
K-Messe, salon européen de la Plasturgie de rang mondial, a lieu tous les trois ans à Düsseldorf :
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Aubert et Duval
https://www.aubertduval.com/fr/
Bodycote
Böhler
DME-EOC
Hasco
Rabourdin
Uddeholm
https://www.uddeholm.com/france/fr/
...
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