Le moulage par injection est l'une des techniques les plus courantes utilisées dans la fabrication de plastiques, dans la mesure où les pièces sont « injectées » dans des moules pour former des pièces aux dimensions spécifiques. Ce processus dépend des considérations de conception des pièces en plastique pour atteindre l'efficacité dans la réalisation des objectifs de performance, l'esthétique et le coût de ces pièces. Cet article passe en revue les caractéristiques de conception fondamentales d'une pièce en plastique qui doivent être prises en compte lors du moulage par injection, telles que les nervures, les bossages, les portes, les rainures, la tolérance et leurs effets, le choix des matériaux et les coins arrondis.
Qu'est-ce que le moulage par injection plastique ?
La conception des pièces en plastique implique le dessin des caractéristiques des sous-ensembles et des pièces à fabriquer par moulage par injection, un processus de formation de pièces à partir de plastique fondu. Cela se caractérise par l'obtention de la meilleure conception qui rendra les pièces solides, opérationnelles et peu coûteuses à fabriquer.
Principes fondamentaux du processus de moulage par injection
Avant de comprendre la conception de la partie plastique, examinons les processus importants du moulage par injection de plastique. Ceux-ci peuvent inclure :
1. Fonte
Les granulés de plastique sont introduits dans la machine de moulage par injection, puis chauffés jusqu'à ce qu'ils atteignent leur température maximale. Les granulés se transforment alors en plastique liquide. Cela rend le plastique plus flexible et peut facilement être modelé sous différentes formes.
2. Injection
L'injection plastique consiste à injecter du plastique fondu dans la cavité du moule à l'aide d'une pression élevée. Le moule est fabriqué de manière à créer une certaine pièce. De plus, la pression garantit que le plastique épouse toute la forme du moule.
3. Refroidissement
Une fois le moule rempli de matière plastique, il faut le refroidir pour qu'il durcisse, puis le retirer. Le refroidissement peut être effectué à l'aide d'air de refroidissement ou d'eau pour le moule. Ce processus transforme le plastique en un matériau suffisamment dur pour qu'il puisse prendre la forme du moule.
4. Éjection
Il y a une autre opération qui consiste à pousser le plastique durci hors du moule si le moule est ouvert pendant le refroidissement. La pièce est retirée sans être détruite à l'aide de broches d'éjection ou d'autres méthodes. Ensuite, le moule se ferme pour recommencer pour la pièce en plastique suivante.
Clé Considérations sur Conception de pièces en plastique pour le moulage par injection
Lorsque vous travaillez avec le moulage par injection, la conception optimisée des pièces en plastique est importante pour réaliser un moulage par injection de haute qualité et compétitif. coût du moulage par injectionCi-dessous, nous discutons de la considération importante de la conception de pièces en plastique pour le processus de moulage par injection ;
1. Géométrie des pièces
La géométrie des pièces joue un rôle important dans le traitement des formes. Voyons donc les différentes considérations que nous pouvons prendre en compte pour augmenter l'efficacité du processus de moulage par injection.
I. Complexité :
Les conceptions sont plutôt simples ou complexes, ce qui implique que le coût d'un moule dépendra de la complexité de la pièce et de la conception du moule. De plus, la complexité de la conception se traduit par un grand nombre de pièces. Les pièces plates telles qu'un panneau plat sont moins chères et plus faciles à mouler que la conception d'une pièce avec de nombreuses contre-dépouilles ou caractéristiques. L'une des réalités de l'industrie est que les conceptions complexes nécessitent le développement de moules complexes, ce qui signifie à son tour des coûts plus élevés.
II. Épaisseur de paroi uniforme :
L'uniformité doit être respectée sur toutes les sections du travail de conception, car l'uniformité entraîne moins de problèmes de fabrication. Lorsqu'une pièce présente des parois fines et des parois épaisses, la cause est généralement la différence de vitesse de refroidissement que la pièce subit pendant le processus de moulage. Un tel refroidissement peut entraîner une déformation. Dans ce cas, le matériau se plie, se déforme ou forme des marques qui sont des bosses sur la surface, car les sections épaisses prennent plus de temps à refroidir et à se solidifier que les sections fines.
2. Angles de dépouille
Les angles de dépouille sont de légères élévations réalisées sur les côtés d'une pièce pour permettre sa séparation facile du moule. Sans angles de dépouille, la pièce en plastique pourrait se loger dans le moule, ce qui sera toujours difficile à retirer sans compromettre l'intégrité structurelle de la pièce et du matériau du moule. Il est habituel de régler l'angle de dépouille dans la plage de 1 à 3 degrés afin que la pièce puisse être facilement éjectée sans causer certains problèmes.
3. Tolérance et précision dimensionnelle
Les tolérances, en revanche, sont les limites acceptables d'écart en ce qui concerne les dimensions d'une pièce. Ces tolérances doivent être précises pour s'adapter parfaitement à la pièce et fonctionner correctement. Il existe bien sûr certaines limitations et exigences associées à cela, notamment la possibilité de tolérances plus strictes telles que de petites variations. Cependant, elles seront coûteuses à atteindre car les moules et le contrôle qualité ont une tolérance élevée. En revanche, les niveaux de tolérance inférieurs sont beaucoup plus faciles à maintenir mais en même temps, ils influencent probablement les performances ou les interférences de la pièce.
4. Nervures et bossages
I. Côtes
Les nervures sont des éléments de renforcement supplémentaires qui sont incorporés à l'intérieur d'une pièce pour augmenter sa résistance et sa rigidité, mais contribuent légèrement à la masse supplémentaire de la pièce. Elles sont utilisées de cette manière pour éviter la déformation de la pièce en apportant un soutien supplémentaire à la partie concernée. Les marques d'affaissement (ce sont des bosses là où la nervure rencontre la paroi principale) doivent être évitées en ayant des nervures qui doivent avoir la moitié de l'épaisseur des parois environnantes. Cet équilibre d'épaisseur facilite le refroidissement et réduit également les contraintes. Les nervures sont fabriquées à partir d'un matériau de qualité SS 304 pour minimiser l'affaissement et corriger les contraintes.
II. Les patrons
Les bossages sont des parties saillantes caractéristiques qui servent principalement de points d'ancrage pour fixer d'autres pièces. Ils doivent être rigidifiés, le plus souvent à l'aide de nervures, pour résister aux charges mécaniques sans se fissurer ni se déformer. Les bossages doivent également être étirés à une épaisseur adéquate pour être suffisamment solides pour résister à l'épreuve du temps.
5. Portes et grappes
I. Portes
Ce sont les points par lesquels le plastique fondu s'écoule ou entre dans le moule. Le placement et la conception des portes constituent un autre point important qui doit être correctement pris en compte pour garantir le remplissage du moule et, plus encore, pour réduire les défauts. Les portes généralement utilisées sont les portes de bord, qui sont positionnées sur les bords de la pièce, les portes à broches qui sont de petites portes placées à un endroit spécifique et les portes sous-marines qui sont positionnées à l'intérieur de la pièce. Ainsi, une conception appropriée de la porte garantit que les matériaux sont remplis uniformément, évitant ainsi le gaspillage et le développement de défauts.
II. Carottes
Le carottage est un système de canaux par lequel le plastique fondu est dirigé dans la cavité du moule. Le carottage est généralement plus épais que les autres canaux et il est souvent moulé séparément afin de pouvoir être facilement séparé du reste du moule lors de l'assemblage du moule. La conception d'un modèle de carottage simple et efficace permet de réduire la quantité de déchets utilisés, en plus d'un retrait facile du moule. Le carottage doit être bien conçu de manière à favoriser l'écoulement du plastique et à minimiser également la quantité de plastique à couper après le moulage.
6. Systèmes d'éjection
Fonction : Lorsque la pièce est solidifiée après le refroidissement, les broches d'éjection sont utilisées pour éjecter la pièce du moule. Chaque fois que la broche d'éjection est conçue, il est important de la placer autour de la pièce de manière à ne pas l'abîmer ou même à lui donner une mauvaise apparence. Un bon positionnement des broches d'éjection joue un rôle important dans l'éjection facile et correcte des pièces du moule.
| Considérations de conception | Lignes directrices/Valeurs importantes | Explication |
| Complexité | Géométries plus simples préférées | Les conceptions complexes augmentent le coût et la difficulté du moulage. |
| Épaisseur de paroi uniforme | 1,5 mm - 4 mm | L'épaisseur constante empêche les déformations et les affaissements. |
| Angle de dépouille | 1° - 3° | Permet une éjection facile du moule. |
| Précision dimensionnelle | ±0,1 mm - ±0,5 mm | Adapté aux capacités du processus pour un moulage rentable. |
| Épaisseur des côtes | 50% d'épaisseur de paroi | Il aide à prévenir les affaissements et améliore la résistance structurelle. |
| Épaisseur du bossage | 60% - 80% d'épaisseur nominale de paroi | Assure la résistance mécanique et la gestion des contraintes. |
| Emplacement de la porte | À proximité de sections épaisses, loin des surfaces visuelles | Assure un remplissage adéquat et réduit les défauts. |
| Diamètre de la carotte | 1,5 mm - 6 mm | Assure un écoulement fluide du plastique fondu. |
| Emplacement de la goupille d'éjection | Loin des surfaces cosmétiques | Assure une éjection en douceur des pièces sans dommage de surface. |
7. Ajustements d'interférence
Les ajustements serrés sont utilisés lorsque des trous et des arbres doivent être connectés de manière à pouvoir transmettre efficacement le couple et d'autres types de forces. Dans les ajustements serrés, les tolérances et la température de fonctionnement doivent être bien prises en compte pour permettre une connexion fiable sans trop d'efforts lors de l'assemblage.
Le niveau d'interférence peut être déterminé par des équations mathématiques précises qui prennent en compte la contrainte de conception, le coefficient de Poisson, le module d'élasticité et les coefficients géométriques. La force d'assemblage requise pour les ajustements avec interférence est également estimée par ces calculs.
8. Congés et coins arrondis dans la conception de pièces en plastique
Cela provoque une concentration de tension et des défauts sur les composants en plastique en cas d'utilisation d'angles vifs. Des valeurs plus élevées de taille de congé, c'est-à-dire des angles arrondis, réduisent le niveau de concentration de contrainte et permettent en même temps un écoulement libre et plus facile de la matière plastique pendant le processus de moulage. Il est essentiel de créer des principes de conception du rayon d'angle pour éviter les problèmes d'épaisseur de paroi uniforme ainsi que de retrait.
9. Trous
I. Trous traversants
Les trous qui traversent l'épaisseur de la pièce sont plus courants et plus faciles à réaliser que les autres types de trous. D'un point de vue structurel, ils sont plus faciles à contrôler lors de la conception du moule. Ils peuvent être produits en utilisant des noyaux fixes dans les parties coulissantes et fixes du moule ou en n'ayant qu'un seul noyau dans la partie coulissante et dans la partie fixe du moule. Le premier forme deux poutres en porte-à-faux avec des bras courts sous l'influence du plastique fondu, mais ne subit qu'un changement négligeable.
Ce dernier forme une poutre à appui simple avec une déformation négligeable. Pour éviter cette condition, le diamètre de l'un des noyaux doit être légèrement supérieur et celui de l'autre légèrement inférieur afin que toutes les faces d'accouplement soient aussi lisses que possible.
II. Trous borgnes
Les trous borgnes, c'est-à-dire les trous qui ne sont pas percés à travers la pièce, sont plus difficiles à mouler. Ils sont généralement construits à l'aide d'un noyau de poutre en porte-à-faux et le noyau a tendance à se plier sous l'impact du plastique fondu, produisant ainsi des trous de forme irrégulière. Les trous borgnes sont des trous qui se terminent brusquement et, en général, la profondeur du trou borgne ne doit pas dépasser le double du diamètre du trou.
Pour les trous borgnes d'un diamètre égal à 1, son épaisseur doit être de 5 mm ou moins et sa profondeur ne doit pas dépasser son diamètre. L'épaisseur de la paroi inférieure du trou borgne doit être au moins égale à un sixième du diamètre du trou pour éviter tout rétrécissement.
III. Trous latéraux
Les trous latéraux sont réalisés à travers les noyaux latéraux et cela entraîne des coûts de moulage et d'entretien du moule puisque la longueur des noyaux latéraux peut poser problème dans la mesure où ils peuvent se fendre. Pour relever ces défis, la conception peut être rendue efficace afin de corriger les inefficacités actuelles, d'où les coûts.
10. Connexions par encliquetage dans la conception de pièces en plastique
Les assemblages à encliquetage sont économiques et respectueux de l'environnement car aucune autre fixation n'est requise. Ils consistent à accrocher une partie en saillie au-delà d'une extension extérieure sur un autre élément dans lequel la déformation élastique des pièces permet la formation d'une clé de verrouillage. Il existe principalement trois types d'assemblages à encliquetage, à savoir les formes en porte-à-faux, annulaires et sphériques.
Deux angles critiques sont impliqués dans la conception de l'encliquetage : le côté de rétraction et le côté d'entrée. Le côté de rétraction doit normalement être plus long que le côté du joint pour obtenir une meilleure performance de verrouillage. La déflexion admissible de la structure peut être trouvée par des équations spécifiques pour un encliquetage donné en utilisant les constantes du matériau et les coefficients géométriques.
11. Finition de surface et textures
Les méthodes suivantes peuvent nous aider à obtenir des finitions de surface et des textures efficaces pour le produit final ;
- Obtenir l'esthétique souhaitée : La finition de surface d'une pièce détermine non seulement son apparence, mais également la sensation au toucher de la pièce. Le concepteur définit la texture ou la finition en fonction des besoins esthétiques, comme le mat ou le brillant.
- Impact de la texture sur le démoulage : Il est évident que la nature de la texture de surface joue un rôle important dans la détermination de la facilité avec laquelle la pièce peut être démoulée. Des formes complexes peuvent poser certains défis supplémentaires qui devraient être extérieurs à la conception pour faciliter le démoulage.
- Techniques de finition de surface : Un traitement supplémentaire comprenant le polissage, le ponçage ou l’application d’une couche finale peut être utilisé pour obtenir une finition optimale.
12. Tolérances et stabilité dimensionnelle
Ainsi, les considérations suivantes contribueront également à accroître l’efficacité des conceptions de pièces en plastique.
- Conception pour des tolérances serrées : Les composants avec des niveaux de tolérance plus stricts constituent un environnement difficile pour la conception de moules avec des problèmes de contrôle accrus du processus de moulage réel. Certains points importants doivent être pris en compte pour tenir compte des différences de flux de matériaux et de refroidissement.
- Comptabilisation des pertes de matériaux : Pour contrôler le retrait du matériau, les concepteurs doivent définir une taille de cavité de moule légèrement plus petite. L'utilisation de ce format permet de garantir que la pièce finale répond aux dimensions nécessaires requises.
- Considérations relatives à l’outillage : L'outil doit donc être précis dans les dimensions et bien entretenu pour améliorer la stabilité dimensionnelle des pièces moulées.
13. Sélection des matériaux
Les utilisateurs sont donc encouragés à s'assurer qu'ils sélectionnent le matériau approprié qui leur permettra d'obtenir les performances requises des pièces moulées. Tous les thermoplastiques, y compris les variétés amorphes et semi-cristallines, ont leurs propres caractéristiques. Les facteurs incluent la résistance mécanique des matériaux à incorporer et leur cristallisation ainsi que leur hygroscopicité.
14. Analyse de l'écoulement du moule
La partie conception comprend également l'analyse du flux du moule. Nous pouvons donc l'optimiser en utilisant le processus suivant :
- Importance de la simulation du flux de matériaux : L'analyse de l'écoulement du moule vise à déterminer la manière dont le plastique fondu devrait s'écouler dans le moule. Elle peut ainsi aider à identifier les zones de pièges à air, les lignes de soudure et l'écoulement irrégulier.
- Identifier les problèmes potentiels:Il peut être démontré que la simulation peut identifier certains problèmes avant la fabrication, que les concepteurs peuvent corriger au niveau de la conception du moule.
- Optimisation de la conception des pièces pour le flux de moulage : Les modifications qui peuvent être apportées en fonction du flux du moule contribuent à améliorer la qualité des pièces et à minimiser les taux de défauts.
15. Prototypage et tests
Voici donc quelques techniques de prototypage et de test que nous pouvons utiliser pour l’efficacité de la partie conception.
- Utilisation de techniques de prototypage rapide : Des techniques telles que le prototypage rapide aident les concepteurs à construire des prototypes de la pièce de rechange et à tester et évaluer la pièce physique avant de l’adopter pour la fabrication.
- Réalisation de tests physiques : Les prototypes soumis à des tests intégrant cette pièce permettent d'évaluer la performance de la pièce, sa durabilité et sa capacité à remplir la fonction prévue. Cela apporte une valeur ajoutée car cela donne une idée des améliorations qui peuvent être apportées à sa conception.
- Itération des conceptions avant la production finale : Sur la base des résultats des tests, il pourrait être possible d'ajuster la conception de la pièce et de travailler sur ses problèmes ainsi que d'améliorer ses performances.
Erreurs de conception courantes et comment les éviter lors de la conception
Voici quelques erreurs importantes à éviter lors de la conception de pièces en plastique.
- Mauvaise sélection de matériaux : Le choix d'un matériau inapproprié nuit aux performances de la pièce et à sa fabricabilité. Il est donc nécessaire de choisir les bons matériaux qui répondront aux besoins de la pièce.
- Ignorer les angles de dépouille : Par exemple, des angles de dépouille faibles peuvent entraîner des problèmes d'éjection des pièces et d'usure du moule. Assurez-vous que les angles de dépouille sont inclus dans la configuration.
- Géométrie des pièces trop compliquée : De telles formes compliquent le moule et sa fabrication et augmentent le coût du moule. Réduisez autant que possible la complexité des conceptions pour augmenter leur fabricabilité.
- Épaisseur de paroi inadéquate : La porosité, l'incohérence de l'épaisseur ou les variations d'épaisseur des parois peuvent avoir un effet négatif sur le produit et entraîner des problèmes tels que des déformations et des affaissements. Il est important de maintenir constante l'épaisseur des parois de la pièce pour éviter les variations d'épaisseur des parois.
Conclusion
En conclusion, plusieurs facteurs doivent être pris en compte lors de la conception d'une pièce en plastique destinée au moulage par injection, à savoir les types de trous, les bossages, les emboîtements ou les emboîtements serrés, ainsi que de nombreux autres facteurs tels que les tolérances, les matériaux requis et les rayons d'angle. En tenant compte de ces principes, les concepteurs peuvent développer des pièces moulées de bonne qualité, durables et peu coûteuses à fabriquer. La conception des modèles en fonction des caractéristiques du projet et des conditions environnementales garantit les meilleurs résultats et la meilleure stabilité.
Questions fréquemment posées
Q1. Pourquoi la conception des pièces est-elle importante dans le moulage par injection ?
Cela nous aidera à réaliser une efficacité procédurale et opérationnelle. En effet, la conception de la fabrication intègre des stratégies qui peuvent produire efficacement la pièce avec une grande précision, moins de défauts et une utilisation réduite de matière.
Q2. Que sont les trous traversants ?
Les trous traversants sont des trous qui traversent une pièce entière, ils sont relativement plus faciles à mouler et à contrôler.
Q3. Que sont les trous borgnes ?
Les trous borgnes ne traversent pas une pièce et peuvent être plus difficiles à mouler car le trou peut se plier et se déformer.
Q4. À quoi font référence les trous latéraux dans le moulage par injection ?
Les trous latéraux sont réalisés avec des noyaux latéraux qui peuvent ajouter à la complexité du moule et donc à la coût du moule d'injection.
Q5. Comment les boss doivent-ils être conçus ?
Il devrait également y avoir des congés au niveau des connexions et des raccords appropriés. épaisseur des parois de moulage par injection. Ainsi, ils peuvent aider à résister aux contraintes de la pièce. De plus, les bossages doivent également être inclus dans la structure de la pièce.
Q6. Que signifie une connexion par encliquetage ?
Dans la connexion par encliquetage, une pièce est déviée élastiquement pour s'emboîter dans une autre, de sorte qu'aucune fixation mécanique directe n'est utilisée.
Q7. Comment calculons-nous l'interférence à produire ?
L'interférence est obtenue par la contrainte de conception, le coefficient de Poisson et les coefficients géométriques.
Q8. Quels sont les niveaux de tolérance dans le moulage par injection des plastiques ?
Les limites de tolérance comprennent des tolérances à usage général, moyennes et très précises, qui déterminent la qualité et les prix des moulage par injection produits.