Conception de moules pour le moulage par injection

La première étape dans moule conception pour le moulage par injection Il s'agit d'obtenir les données nécessaires. Cela implique de déterminer le nombre de cavités à prévoir, de choisir le matériau du moule et de recueillir les informations pertinentes. Cela peut nécessiter de travailler avec des spécialistes tels que des ingénieurs en matériaux et des fabricants d'outils, des analystes de coûts. Même si le matériau de moulage n'est généralement pas choisi par le concepteur du moule, une conception de moule réussie nécessite la maîtrise de plusieurs facteurs importants. Vérifiez le Conseils de conception de nervures de pièces en plastique.

Choix des matériaux pour la conception des moules

Understanding the properties of the molding materials is essential when designing injection molds. varying materials and even grades have different shrinkage rate, so it is import to confirm this first thing before start mold design, because if the shrinkage have set in the mold design, later on you can not change to other shrinkage material, because that will change to the part dimensions. Some plastics are better at absorbing and dissipating heat, which affects how well the mold cools down. This may affect where the mold’s cooling channels are located, and gate, runner, and vent designs are greatly influenced by the plastic’s viscosity.

Considérations relatives au rétrécissement

Le taux de retrait, ou phase de contraction qui se produit dans les polymères, est un élément clé à prendre en compte dans la conception des moules. La quantité de retrait d'une pièce après avoir été retirée du moule est déterminée par le facteur de retrait attribué à chaque type de plastique. Les plastiques peuvent se rétracter de manière anisotrope ou isotrope. Comme les matériaux amorphes, les matériaux isotropes se rétractent uniformément dans toutes les directions. En revanche, les matériaux anisotropes, qui sont souvent cristallins, peuvent présenter un retrait plus important dans le sens de l'écoulement.

Par exemple, pour obtenir la taille nécessaire après rétrécissement, un produit de 6 pouces avec un facteur de rétrécissement de 0,010 po/po nécessite une cavité de moulage de 6,060 pouces. Les trois catégories de facteurs de rétrécissement sont les suivantes : faible, qui se situe entre 0,000 po/po et 0,005 po/po, moyen, qui se situe entre 0,006 po/po et 0,010 po/po, et élevé, qui se situe au-delà de 0,010 po/po.

Applying shrink factors to each inch of the product has an effect on all of its dimensions. Three categories of shrinkage—low, medium, and high—have an impact on the dimensions of the mold cavity. Shrinkage may be impacted by mold temperature fluctuations as well as modifications to the product’s wall thickness. It’s difficult to estimate shrinkage; material suppliers, moldmakers, and seasoned molders must all weigh in. if you are not know what shrinkage should you use, no need to worry, only need to tell us about the material you prefer to use for your project, and we will handle the rest for you.

Le tableau ci-dessous indique le taux de rétrécissement des matériaux les plus courants

Nom complet de Matériau	Nom abrégé du matériau	Du minimum au maximum Réduire les valeurs
Acrylonitrile Butadiène Styrène	ABS	.004 – .008
Acrylonitrile-Butadiène-Styrène/Polycarbonate	PC/ABS	.004 – .007
Acétal	POM	.020 – .035
Acrylique	PMMA	.002 – .010
Acétate d'éthylène-vinyle (	EVA	.010 – .030
Polyéthylène haute densité	PEHD	.015 – .030
Polyéthylène basse densité	PEBD	.015 – .035
Polyamide – Nylon (PA) Filled Fibre de verre 30%	PA+30GF	.005 – .007
Polyamide – Nylon (PENNSYLVANIE) Non rempli	Pennsylvanie	.007 – .025
Polytéréphtalate de butylène	PBT	.008 – .010
Polycarbonateet	PC	.005 – .007
Acrylonitrile styrène acrylate	ASA	.004 -. 007
Polyester		.006 – .022
Polyétheréthercétone	COUP D'OEIL	.010 – .020
Polyétherimide	Île-du-Prince-Édouard	.005 – .007
Polyéthylène	Éducation physique	.015 – .035
Polyéthersulfone	PSE	.002 – .007
Polyphénylène	PPO	.005 – .007
Sulfure de polyphénylène	PPS	.002 – .005
Polyphtalamide	PPA	.005 – .007
Polypropylène	PP	.010 – .030
Polystyrène	PS	.002 – .008
Polysulfone	Bloc d'alimentation	.006 – .008
Polyuréthane	PUR	.010 – .020
Chlorure de polyvinyle	PVS	.002 – .030
Élastomère thermoplastique	TPE	.005 – .020

Détermination des cavités dans la conception des moules pour le moulage par injection

Déterminer le nombre de cavités nécessaires est une première étape importante avant de discuter de la taille du moule et des besoins en équipements. Ce paramètre est essentiel pour déterminer la quantité pouvant être produite par le processus de moulage par injection dans un laps de temps spécifique, ainsi que la durée du cycle global.

Les objectifs de volume de production annuels pour un produit donné sont directement liés au nombre de cavités nécessaires. Par exemple, le calcul nécessite de connaître le temps de production annuel disponible si l'objectif est de créer 100 000 unités en moyenne par an. Cela correspond à 6 240 heures par an (52 semaines * 5 jours/semaine * 24 heures/jour), en supposant une semaine de travail typique de cinq jours et 24 heures par jour. Ensuite, chaque mois a une moyenne de 520 heures disponibles (6 240 / 12).

Estimation du temps de cycle

L'estimation du temps de cycle est essentielle pour déterminer le nombre de cavités nécessaires. La partie de paroi la plus épaisse de l'objet moulé a le plus grand impact sur le temps de cycle. Un guide pour cette estimation est présenté dans la figure 2-3, qui prend en compte les hypothèses d'une machine de moulage de taille appropriée et les temps de processus d'injection typiques. Bien que les temps de cycle puissent varier considérablement en fonction du matériau, le tableau fournit un point de départ utile.

Une fois le temps de cycle total estimé, le nombre de cycles par heure peut être calculé en divisant le temps de cycle estimé par 3 600, qui correspond au nombre de secondes dans une heure. Par exemple, 100 cycles de moulage sont produits par article si l'épaisseur de paroi maximale est de 0,100 pouce et que le temps de cycle est d'environ 36 secondes.

Cavités et échelle de production

Suppose we have an annual requirement of 100,000 units. To satisfy this criterion, a single-cavity mold would require about 1,000 hours, or 8.33 weeks. As an alternative, the production time might be cut in half to 4.16 weeks with a two-cavity mold. A two-cavity mold’s financial ramifications, however, must be carefully considered.

A single-cavity mold operating nonstop would not be feasible for larger manufacturing numbers, such 10 million units annually. In this instance, 624,000 units might be produced annually using a 16-cavity mold. Multiple molds with 16–32 cavities each might be considered, with production spaced out over three to six months, in order to reach 10 million pieces. However, it’s important to assess aspects like cost and the availability of molding equipment.

Sélection du bon matériau pour la conception d'un moule d'injection

Le choix du matériau approprié pour la conception du moule d'injection est un aspect essentiel qui influence considérablement l'efficacité du processus de moulage. Différents matériaux, allant des aciers aux alliages et même à l'aluminium, offrent des caractéristiques uniques répondant à différentes exigences de moulage.

Aciers

1. Acier au carbone 1020 : Idéal pour les plaques d'éjection et les plaques de retenue en raison de son usinabilité. Une carburation est nécessaire pour le durcissement.
2. Acier au carbone 1030 : Utilisé pour les bases de moules, les boîtiers d'éjecteurs et les plaques de serrage. Peut être facilement usiné et soudé, avec un potentiel de durcissement jusqu'à HRC 20-30.
3. Acier allié 4130 : Acier à haute résistance adapté aux plaques de maintien de cavités et de noyaux, aux plaques de support et aux plaques de serrage. Fourni de 26 à 35 HRC.
4. Acier à outils S-7 : Résistant aux chocs et à l'usure, utilisé pour les verrouillages et les loquets. Durci à 55-58 HRC.
5. Acier à outils P-20 : 4130 modifié, pré-durci pour cavités, noyaux et plaques de décapage. Fourni à HRC 28-40.
6. Acier inoxydable S136 : C'est l'un des meilleurs matériaux de durcissement pour les cavités, les noyaux, les inserts et autres composants de moules de formage, durci à 50-54 HRC.
7. Acier à polissage élevé NAK80 : utilisé pour les cavités, noyaux et autres inserts de moules à finition de surface en verre élevé, pré-durci à 38-42HRC.
8. Acier 1.2344 et 1.2343 ? Il s'agit d'acier trempé principalement utilisé pour les cavités, les noyaux et autres composants de moules, trempé à 50-54 HRC.

Aluminium

La nuance d'aluminium la plus courante pour les moules est 7075 (T6). Cet alliage de qualité aéronautique, une fois anodisé, atteint une dureté de surface allant jusqu'à 65 Rc pour une résistance à l'usure améliorée. Il peut être utilisé pour l'ensemble du moule et sa surface a tendance à s'auto-lisser, réduisant ainsi la durée de construction du moule et les temps de cycle de moulage par injection.

Alliages de béryllium et de cuivre

Ces alliages, tels que CuBe 10, CuBe 20 et CuBe 275, sont souvent utilisés comme composants montés sur des bases de moules en acier ou en aluminium. Ils contribuent à la dissipation de la chaleur, en particulier dans les zones où les canaux de refroidissement sont difficiles à placer. La dureté varie de Rb 40 à Rc 46.

Autres matériaux

Bien que moins courants, d’autres matériaux comme époxy, alliages aluminium/époxy, caoutchoucs de silicone et bois peuvent être utilisés pour les moules, principalement pour la production de petits volumes ou de prototypes (généralement moins de 100 pièces). Ces matériaux ne sont pas adaptés à la production en grande série en raison de leur durabilité limitée et peuvent être plus appropriés à des fins de prototypage.

Ces derniers temps, l'aluminium, notamment l'alliage 7075, est devenu une option viable même pour la production en grande série, remettant en cause la perception traditionnelle selon laquelle l'aluminium ne convient qu'aux moules à faible volume ou aux prototypes. Le choix du matériau du moule doit être conforme aux exigences de volume de production, à la compatibilité du matériau et aux caractéristiques spécifiques requises pour le processus de moulage.

Finition de surface et exigences particulières dans la conception des moules pour le moulage par injection

Lors de la conception de produits moulés, il est important d'obtenir un aspect de surface approprié, à la fois sur le plan esthétique et pour faciliter l'application de touches de finition telles que des logos de marque ou des motifs décoratifs. Les paramètres du processus d'injection et l'état de la cavité du moule ont un impact direct sur la qualité de la surface moulée. Les concepteurs de moules ne peuvent pas contrôler les paramètres de traitement, mais ils doivent spécifier des critères pour des apparences spécifiques afin de fabriquer des moules avec les bonnes conditions de surface.

Différentes techniques d'usinage produisent différents degrés de rugosité de surface sur les surfaces des moules, ce qui affecte la procédure de finition. Par exemple, les finitions courantes produites par Usinage par décharge électrique (EDM) varie de 10 à 100 micropouces (250 à 2 500 micromètres). Il suffit de moins de 1 micropouce (25 micromètres) pour obtenir une finition miroir, tandis qu'une lecture moyenne pour la plupart des pièces peut se situer entre 20 et 40 micropouces (500 à 1 000 micromètres).

Une finition de cavité plus lisse réduit les bosses et les creux produits pendant l'usinage, ce qui facilite généralement l'éjection des pièces moulées. L'effet de l'EDM sur la rugosité de la surface de la cavité est illustré à la figure 2-4, qui souligne la nécessité d'un lapidage et d'un polissage appropriés afin d'obtenir la douceur requise. Pour les finitions de surface de la cavité du moule, la Society of the Plastics Industry (SPI) a créé des normes. Il existe trois niveaux (1, 2 et 3) dans chaque catégorie (A, B, C et D), A-1 étant la finition la plus lisse et D-3 étant une finition grossière par sablage à sec.

Bien qu'une surface plane facilite l'éjection, des surfaces trop lisses peuvent générer un vide, en particulier lors de l'utilisation de résines rigides et dures. Dans ces situations, une petite quantité de rugosité de surface sur le métal aide à éliminer le vide et permet une éjection appropriée de la pièce.

If post-molding finishes are applied, the molded part’s surface requires preparation. For polyolefins, oxidation of the surface is necessary to facilitate the adhesion of paint, dye, hot-stamps, or other decorative finishes. Minimizing the use of mold release agents during moulage par injection il est conseillé d'éviter toute interférence avec l'adhérence, soulignant encore plus l'importance d'une surface de moule hautement polie.

Il est essentiel d'identifier les surfaces destinées à la décoration post-moulage sur les dessins de produits. Cette notification permet aux moulistes et aux mouleurs d'identifier les zones critiques nécessitant une attention particulière dans le processus de finition.

Flinguee Méthode et Localisation

The final quality, appearance, and physical attributes of a molded product are influenced by the gate’s location and the type of gating system employed. Ideally, the cavity should be gated so that the molten material enters the thickest section of the part first, as illustrated in below picture.

Ce concept est basé sur le comportement des molécules de plastique fondu, qui ont tendance à occuper l'espace disponible et à rechercher une répartition égale de l'air. Le fait de placer la porte dans la partie la plus épaisse de la cavité force les molécules à se rassembler, les comprimant au fur et à mesure qu'elles pénètrent dans la cavité. Ce compactage expulse l'air entre les molécules, ce qui donne une structure moléculaire dense et une pièce moulée avec une intégrité structurelle optimale.

Au contraire, la fermeture de l'extrémité fine permet aux molécules de se dilater, augmentant les espaces d'air entre elles et conduisant à une liaison moléculaire plus faible. Il en résulte une pièce moulée avec une faible intégrité structurelle.

Bien que l'emplacement et la conception idéaux des portes soient étudiés dans un chapitre ultérieur, il est essentiel de reconnaître les emplacements potentiels des portes à ce stade. L'identification de ces emplacements permet une communication proactive avec le concepteur du produit pour résoudre les problèmes éventuels. Les portes, quel que soit leur type, laisseront des traces, appelées vestige, dépassant ou s'insérant dans la pièce moulée. Elles ne seront jamais parfaitement alignées avec la pièce moulée. Si le vestige entrave la fonction, l'apparence ou l'utilisation prévue de la pièce moulée, la porte peut avoir besoin d'être déplacée, une décision dans laquelle le concepteur du produit doit être activement impliqué.

Éjectionr Méthode et emplacement

Une fois que le plastique fondu s'est solidifié dans le moule, le produit moulé final doit être éjecté du moule. La méthode prédominante pour cette tâche implique l'utilisation de broches d'éjection, qui sont utilisées pour pousser la pièce moulée hors de la cavité où elle a pris forme, comme illustré dans l'image ci-dessous.

Pour optimiser le processus d'éjection et minimiser les contraintes, il est conseillé d'utiliser des éjecteurs de plus grand diamètre. Cela garantit une répartition uniforme de la force d'éjection sur la pièce moulée, réduisant ainsi le risque de fissures ou de perforations causées par une surface d'éjection insuffisante. Idéalement, les éjecteurs doivent être positionnés de manière stratégique pour appliquer la force aux zones les plus résistantes de la pièce, telles que près des coins, sous les bossages et près des intersections des nervures. Bien que les éjecteurs ronds soient les plus courants et les plus rentables, les sections rectangulaires sont également viables.

Similar to gates, ejector pins leave traces on the molded part. Due to the continual expansion and contraction of various mold components during the molding process, achieving perfect flushness with the part’s surface is challenging. Consequently, if the pins are too short, they leave a protrusion or excess plastic pad, known as a witness mark, as illustrated in below picture. Conversely, if the pins are too long, they create impressions in the plastic part.

Il est essentiel de trouver un équilibre entre la longueur des broches. Des broches trop longues peuvent entraîner le maintien de la pièce moulée sur les broches d'éjection, ce qui présente un risque d'endommagement si le moule se ferme sur la pièce non éjectée. Par conséquent, il est prudent de garder intentionnellement les broches courtes, ce qui entraîne un mince tampon de matériau en excès. Les concepteurs de produits doivent être informés des emplacements prévus des broches d'éjection et des marques témoins qui en résultent pour prendre des décisions éclairées concernant l'acceptation.

Si les marques témoins sont jugées inacceptables pour des raisons fonctionnelles ou esthétiques, il peut être nécessaire d'envisager d'autres méthodes d'éjection, telles qu'une plaque de démoulage ou un système de soufflage d'air avancé. Alternativement, le repositionnement de la pièce dans le moule pour permettre le déplacement des broches d'éjection est une autre option, bien que celle-ci puisse entraîner des coûts de moulage plus élevés.

Localisationn de cavités et de canaux de refroidissement

Dans le cas d'un moule à empreinte unique, il est préférable de positionner l'empreinte au centre du moule. Cette configuration facilite l'injection du matériau, ce qui crée des conditions favorables au processus de moulage. L'injection du matériau se fait directement dans l'empreinte, ce qui minimise la distance de déplacement. Sans contrainte, la pression d'injection peut être réduite et les contraintes sont efficacement minimisées. Ces conditions sont recherchées même dans les moules à empreintes multiples.

Dans le cas de moules multi-empreintes, il est essentiel de placer les empreintes le plus près possible du centre du moule. Il faut cependant tenir compte de la nécessité d'éjecteurs pour les pièces et les canaux chargés de transporter le matériau vers les empreintes. De plus, des canaux de refroidissement doivent être placés de manière stratégique dans les plaques du moule pour amener le liquide de refroidissement, généralement de l'eau, le plus près possible des empreintes du moule sans compromettre l'intégrité de l'acier et provoquer des fuites d'eau.

Il est important de positionner soigneusement les cavités pour éviter toute interférence avec les boulons de montage et les broches d'éjection. À mesure que le nombre de cavités augmente, la disposition devient plus complexe, ce qui rend le processus plus difficile. En règle générale, les canaux de refroidissement ne doivent pas être situés à moins de deux fois leur diamètre de tout autre objet, comme illustré dans l'image ci-dessous. Cela garantit qu'il y a suffisamment de métal environnant pour minimiser le risque de percée.

La disposition idéale d'un moule multi-empreintes ressemble aux rayons d'une roue. Cette disposition permet de positionner les empreintes aussi près que possible du centre du moule et élimine les virages à angle droit dans le système de canaux. De tels virages entraînent une chute de pression de 20% à chaque virage, ce qui nécessite une augmentation du diamètre du canal pour maintenir un flux de matériau approprié. Cette augmentation entraîne des coûts de matériau plus élevés et des temps de cycle plus longs et doit être évitée autant que possible. L'image ci-dessous illustre une disposition typique des rayons pour un moule à huit empreintes.

Malgré les avantages du concept de rayon, il comporte une limitation du nombre total de cavités possibles dans une taille de moule donnée. Un motif carré, comme illustré dans la figure 10, peut accueillir plus de cavités. Cependant, les motifs carrés introduisent des virages dans le système de canaux, souvent représentés par des angles droits. Les virages à angle droit nécessitent une pression d'injection supplémentaire pour propulser le matériau, ce qui entraîne une augmentation de 20% du diamètre du canal primaire pour équilibrer les pressions. Si des motifs carrés sont nécessaires, il est préférable d'avoir des canaux avec des virages larges plutôt qu'à angle droit.

Regardless of the runner system employed, ejector pins are essential for ejecting both the runner system and the molded part. Therefore, the cavity layout must consider not only the proximity of cavities to the mold’s center for minimal material travel but also how to avoid placing ejector pins (and mounting bolts) in the middle of cooling channels.

Les éléments ci-dessus ne sont que des exigences générales concernant la conception du moule pour le moulage par injection, il y aura d'autres exigences, telles que les concepts de ventilation, le dimensionnement du moule, le curseur ou le poussoir du moule, etc. Concevoir un moule n'est pas une compétence facile. Si vous souhaitez avoir une conception de moule pour le moulage par injection, vous pouvez nous contacter pour un devis.

Étude de cas sur la conception de moules d'injection de Sincere Tech – DFM Anylisis

Afin de pouvoir penser de la même manière au sein de SinereTech et de pouvoir utiliser des dimensions adaptées à toutes les applications, nous avons créé les directives suivantes. Ces directives de conception de moules seront utilisées par les ingénieurs de calcul ainsi que comme base pour nos concepteurs en cas de problème. Moule à injection projet, et parfois nous pouvons appeler cela comme Rapport DFM l'analysie aussi.

1. Porte d'injection et disposition générale.

   1. En général, la porte d'injection sera placée le long du côté le plus long de la pièce et le cylindre de la porte d'injection sera à la distance la plus proche de ce côté (le canal ne fera normalement pas le tour de la cavité comme une banane).
   2. Si des curseurs sont utilisés ou si d'autres facteurs peuvent influencer le placement de la porte d'injection ou du canal d'injection, proposez une suggestion d'emplacement de porte et demandez au client quel emplacement de porte il préfère. Acceptez une solution avant la conception du moule. Ensuite, la disposition générale conviendra à presque tous les moules.

2. Distance entre les bords de la cavité et les bords de l'insert.

   1. Dans les cas normaux, à l'exception des moules d'injection avec des glissières plus grandes ou des pièces « profondes », utilisez la distance de 50 à 80 mm. La limite supérieure est utilisée pour les pièces « plus grandes » et la limite inférieure pour les pièces plus petites.
   2. Pour outil de moulage par injection de plastique avec des curseurs plus gros, la distance peut aller jusqu'à 90-100 mm, surtout lorsqu'il s'agit des deux côtés à droite et à gauche du côté du curseur.
   3. Pour les pièces vraiment profondes, la distance peut être supérieure à 100 mm, mais nous devons alors demander conseil au client si la machine de moulage par injection du client convient.
   4. Pour les très petites pièces, la distance minimale de 50 mm est utilisée.
   5. La distance pour le côté vers le cylindre d'injection est la même que pour les autres côtés, mais environ 10 à 15 mm de plus.
   6. Si nous souhaitons optimiser ces distances, cela peut être utilisé de préférence pour ce type d'outils de moulage sous pression

3. Distance entre les cavités.

   1. Généralement, entre chaque cavité, une distance de 30 à 50 mm est utilisée dans la plupart des cas.
   2. Pour les très petites pièces, la distance d'au moins 15 à 30 mm est utilisée.
   3. Pour les pièces vraiment profondes, la distance est généralement supérieure à 50 mm, mais nous devons alors demander conseil au client pour savoir si la taille du moule d'injection est adaptée à la machine du client.
   4. Pour les cas où le coureur est entre les cavités, la distance sera d'au moins 30 à 40 mm entre chaque cavité, utilisez une porte banane, puis la distance entre chaque cavité sera supplémentaire de 10 mm.

4. Distance entre le bord de l'insert et le bord de la base du moule.

   1. Généralement (pour les cas normaux) la règle est d'utiliser la même distance que celle utilisée pour moulage par injection (à condition que la pièce ne nécessite pas de gros curseurs). Cela inclut les pièces plus grandes, les pièces plus profondes et les pièces nécessitant des curseurs plus petits. Cela signifie qu'une distance de 60 à 90 mm convient à la plupart des moules.
   2. Pour les moules avec de grands curseurs hydrauliques, il est nécessaire d'augmenter la distance de 50 à 200 mm en plus de la distance normale (plus que ce qui aurait été nécessaire pour le moulage par injection). Cependant, dans ces cas, nous devons demander l'accord du client. Une autre question est de savoir dans quelle mesure le moule peut être asymétrique dans le cas où un grand curseur n'est utilisé que sur le côté droit ou gauche du moule.

5. L'épaisseur des plaques A/B et des inserts.

   1. L'épaisseur des inserts et des plaques A/B est principalement contrôlée par la surface projetée de la pièce. En règle générale, les épaisseurs spécifiées dans le tableau ci-dessous seront utilisées lors de la conception des moules de moulage sous pression. Les surfaces projetées sont spécifiées en cm². Pour les grandes surfaces projetées ou les moules profonds, il est recommandé de demander l'accord du client. Il peut y avoir des formules à utiliser au cas où ces dimensions seraient optimisées

Surface projetée (cm2)	L'épaisseur entre le bord de l'insert et l'arrière de la plaque A/B		L'épaisseur entre le bord de la cavité et l'arrière du bord de l'insert
	Plaque A	Plaque B	Insérer-A	Insertion-B
1-100	35-40	40-45	35-40	38-40
100-300	40-60	45-70	40-45	40-45
300-600	60-80	70-100	45-50	45-55
600-1000	80-110	100-130	50-60	55-65
1000-1500	110-140	130-160	60-65	65-70
>1500	≥140	≥160	≥65	≥70

Enfin, si vous n'êtes pas sûr de la meilleure solution de conception de moule pour votre moule d'injection, n'hésitez pas à nous contacter, nous vous proposerons conception de moule, service de production de moules et de fabrication de moulage par injection.