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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
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2013 par Thomas MUNCH
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8. Utilisation d'autres métaux
8.1 Optimisation de la conductivité thermique
Dans le cas où la conductivité thermique de l'acier est insuffisante, une solution consiste à utiliser un alliage très conducteur à base de cuivre.
En effet, la conductivité thermique des alliages à base de cuivre se situe dans une fourchette de 100 à 300 W.m−1.K−1, alors que celle d'un acier à outil pour travail à chaud est de l'ordre de 10 à 20 W.m−1.K−1.
Les propriétés mécaniques du cuivre pur, très bon conducteur thermique, sont très insuffisantes pour assurer la stabilité dimensionnelle et la longévité d'une empreinte d'injection. En effet la dureté du cuivre pur se situe entre 50 et 100 HV30, alors que la dureté couramment choisie pour la réalisation d'une empreinte est de 52 HRC, soit 580 HV30.
Certains alliages de cuivre permettent d'atteindre des duretés relativement élevées, jusqu'à 40 HRC, moyennant un traitement thermique adapté. C'est le phénomène de durcissement structural, présenté par les alliages de cuivre et de chrome, de cuivre et de nickel et de cuivre et de béryllium, par exemple.
Le traitement thermique permettant d'atteindre la dureté maximale consiste en une mise en solution solide de l'élément d'alliage, un refroidissement rapide pour empêcher la formation de précipités et conserver l'élément d'alliage en solution, puis, après mise en forme, à un palier en température permettant la formation plus ou moins complète des précipités assurant le durcissement structural.
L'alliage cuivre-béryllium (Cu-Be) a longtemps été la solution la plus performante en termes de conductivité thermique et de dureté, au prix de difficultés d'utilisation dues à la toxicité du béryllium. Il existe des alliages récents, sans béryllium, à base de cuivre, nickel, silicium et chrome, dont les propriétés mécaniques s'approchent, sans toutefois les atteindre, de celles de ces alliages : leur dureté atteint 30 HRC, pour une conductivité thermique supérieure de 50 % à celle de l'alliage Cu-Be.
Les alliages d'aluminium présentent une très bonne conductivité thermique. Cependant, leurs propriétés mécaniques sont très insuffisantes pour assurer la longévité d'un moule de production. Leur emploi, tout comme celui du Zamac, est limité à la réalisation...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BARRALIS (J.), MAEDER (G.) - Métallurgie. - AFNOR-Nathan (2005).
-
(2) - BERANGER et al - Les aciers spéciaux. - Tech et Doc Lavoisier (1989).
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(3) - GASTROW (H.) - Injection mold : injection mold : 130 Proven designs. - 3rd edition, Carl Hanser Verlag, Munich (2007).
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(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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