Directives de conception pour le moulage par injection : Le guide complet

Le moulage par injection est l'un des procédés de fabrication les plus polyvalents et les plus rentables pour produire des pièces en plastique à grande échelle. Des Legos aux étuis d'iPhone, d'innombrables produits que nous utilisons tous les jours sont nés de l'injection de plastique fondu dans des moules en acier usinés avec précision.

Toutefois, le moulage par injection n'offre son potentiel que si vous concevez des pièces spécifiquement pour ce processus. Contrairement à l'impression 3D ou au Usinage CNCLes composants moulés par injection doivent répondre à des exigences de conception très strictes pour remplir correctement les moules, éviter les défauts et s'éjecter proprement de l'outillage après refroidissement.

Ignorer les principes de conception du moulage par injection peut entraîner des retards importants et des coûts inutiles à pratiquement toutes les étapes, du prototypage à la production. Et comme le processus implique un outillage en acier coûteux, les modifications de conception après la fabrication du moule peuvent être extrêmement longues et coûteuses.

Tout au long de ce guide complet, en tant que professionnel fabricant de moulage par injectionDans ce numéro, je vous ferai part de mes meilleurs conseils et stratégies pour concevoir des pièces en plastique en vue d'un moulage par injection réussi. Vous découvrirez des aspects essentiels de la conception, tels que l'épaisseur uniforme des parois, les angles de dépouille, la conception des nervures et des bossages, le retrait du matériau, la finition de la surface, et bien plus encore.

Commençons par les bases du processus de moulage par injection lui-même. Comprendre précisément comment le plastique fondu s'écoule dans les cavités permet de donner du sens à de nombreuses lignes directrices en matière de conception.

Qu'est-ce que le moulage par injection et comment fonctionne-t-il ?

Les machines de moulage par injection chauffent des granulés de résine plastique pour les fondre en un liquide que les machines introduisent dans des moules en acier sous une pression hydraulique intense. Une fois le plastique refroidi et solidifié, le moule s'ouvre et éjecte robotiquement les pièces finies.

Les moules contiennent deux composants principaux en acier :

• Cavité : La moitié avant de l'outillage crée les caractéristiques visuelles extérieures des pièces. Il est courant de l'appeler le "côté A" de l'outil.
• Cœur de métier : La moitié arrière de l'outillage forme la géométrie intérieure et largement cachée, comme les nervures, les bossages, les inserts et d'autres caractéristiques fonctionnelles. Les mouleurs par injection l'appellent souvent la "face B".

L'endroit où les deux moitiés du moule se rejoignent forme le plan de joint, qui est une petite ligne témoin visible sur les composants après la fabrication.

Il est essentiel de comprendre les principes fondamentaux des machines de moulage par injection et de l'outillage pour concevoir des pièces avec succès grâce à ce procédé. Examinons les principales considérations de conception que tout ingénieur doit garder à l'esprit.

Principales lignes directrices pour le moulage par injection

Si les mouleurs par injection qualifiés peuvent fabriquer des pièces en plastique incroyablement précises et complexes, une grande partie du contrôle de leur processus consiste à perfectionner des paramètres tels que la température, la pression, la force de serrage et les durées de cycle.

En tant que concepteur de composants, votre responsabilité consiste à concevoir des produits adaptés aux réalités de l'écoulement de matières plastiques en fusion dans un outillage en acier dont le coût peut atteindre $100 000.

Voici mes meilleurs conseils pour tirer le meilleur parti du processus de moulage par injection :

Épaisseur de la paroi

La ligne directrice la plus importante en matière de conception de moulage par injection est le maintien d'une épaisseur de paroi uniforme sur l'ensemble de vos pièces. Lorsque le plastique se refroidit, il se rétracte. Des pièces non uniformes provoquent un refroidissement inégal, ce qui entraîne des déformations ou des fissures dans les composants.

Voici quelques règles importantes pour déterminer l'épaisseur des parois de votre programme :

• L'épaisseur cible se situe entre 2 et 4 mm pour la plupart des applications. Des pièces à parois ultra-minces inférieures à 1 mm sont possibles mais nécessitent une très grande précision.
• Ne jamais faire varier l'épaisseur des parois de plus de 15% sur une même pièce afin d'éviter un refroidissement inégal.
• Lorsque vous devez faire la transition entre des parois plus épaisses et plus minces, utilisez des chanfreins ou des congés graduels pour assurer un écoulement fluide.

En outre, les parois épaisses non seulement se rétractent davantage, mais retiennent la chaleur. Des parois plus fines et uniformes produisent moins de déchets en raison de problèmes de refroidissement. Des cycles plus rapides réduisent également les coûts de production.

Angles d'ébauche

Le plastique rétractable qui colle aux parois des moules en acier arrête les lignes de production, endommage l'outillage et augmente les taux de rebut. Alors que les surfaces texturées aident les pièces à se détacher de l'outillage, les angles de dépouille permettent une éjection robotisée sans effort des pièces.

L'ébauche consiste à amincir légèrement les parois verticales - généralement entre 1 et 5 degrés - afin d'empêcher les composants moulés de coller. En tant que lignes directrices :

• Ajouter un tirant d'air d'au moins 2 degrés sur toutes les parois verticales.
• Augmenter les angles de dépouille sur les éléments plus hauts du noyau/de la cavité ou sur les finitions de surface profondément texturées.

Il faut s'attendre à ce que les moules en acier nécessitent un entretien et un remplacement périodique au fil des cycles de production. Toutefois, des angles de dépouille efficaces augmentent la longévité globale de l'outil.

Conception des côtes et des bosses

Les nervures et les bossages renforcent les sections à parois minces susceptibles de fléchir ou de se déformer sous l'effet de la charge. L'intégration correcte de ces caractéristiques permet de réduire l'utilisation et les coûts des matériaux tout en évitant les défaillances.

Suivez ces règles de conception pour les côtes :

• Ajouter des filets à la base de toutes les côtes pour les renforcer.
• L'épaisseur des nervures doit être comprise entre 50 et 60% de l'épaisseur nominale de la paroi afin d'éviter l'enfoncement.
• Pour les pièces d'aspect, la hauteur des nervures doit être inférieure à 2,5 fois l'épaisseur afin d'éviter tout rétrécissement visible.

Les lignes directrices pour les patrons sont les suivantes :

• Dimensionner le diamètre extérieur du bossage à 2,5X le diamètre de la quincaillerie (vis, etc.).
• Limiter l'épaisseur du bossage à <60% des murs afin d'éviter les traces d'évier sur les surfaces extérieures visibles.
• Ajoutez des goussets entre les bossages et les murs adjacents pour assurer la rigidité.

Des nervures de renforcement et des bossages pour la quincaillerie bien conçus sont la marque de composants moulés par injection fonctionnels et durables.

Taux de rétrécissement des matériaux

Chaque matière plastique se rétracte de manière unique lorsqu'elle refroidit dans les moules d'injection. Toutefois, la plupart d'entre elles se rétractent entre 2 et 4%, ce qui doit être pris en compte dans vos conceptions.

Si l'on néglige le retrait, on obtient des pièces sous-dimensionnées incapables de s'assembler correctement avec les composants correspondants dans le produit fini. L'astuce consiste à compenser en concevant délibérément des pièces légèrement surdimensionnées.

Les techniques couramment utilisées par les fabricants de moules expérimentés sont les suivantes :

• Augmentation de l'épaisseur totale de la paroi.
• Ajout d'ajustements d'interférence comme des nervures d'écrasement sur les inserts.
• Conception de grands poteaux d'enfoncement au lieu de trous.

Examiner les données du fabricant sur le rétrécissement des moules lors de la sélection des matériaux. Il faut également prototyper le nouvel outillage pour confirmer que les stratégies de compensation de la contraction sont appropriées.

Une bonne maîtrise du retrait dès la phase de conception permet d'éviter les problèmes liés aux opérations secondaires de post-moulage.

Lignes de séparation

Précédemment, nous avons examiné les principes de base des moules d'injection multi-pièces et la manière dont ils forment les composants lorsque les moitiés se rencontrent le long du plan de joint.

En tant que ligne directrice de la conception, la localisation des plans de joint exige de trouver un équilibre esthétique/fonctionnel et de reconnaître leur impact sur la fabricabilité.

Pour des raisons esthétiques, nous cachons souvent les plans de joint le long d'arêtes vives non esthétiques ou nous les plaçons à l'arrière des composants. Les actions latérales et autres mécanismes complexes augmentent les coûts d'outillage lorsqu'il s'agit de sceller des surfaces courbes.

Un bon positionnement du plan de joint améliore également la résistance et la durée de vie du moule. Il suffit de faire attention aux points de remplissage, aux contre-dépouilles et à l'éjection pour éviter les éclaboussures.

Emplacement/type de la porte

La conception des portillons est directement liée à la réussite du moulage, car ils introduisent le plastique fondu dans les cavités. L'emplacement des trappes influe grandement sur la durée des cycles, les pressions d'injection requises et l'aspect esthétique des composants.

Les types de portails les plus courants sont les suivants :

• Portes de bord : Approche la plus populaire avec un profil rectangulaire le long du plan de joint.
• Les barrières de sécurité : L'injection d'une grille ronde à travers le toit de la cavité est la meilleure solution pour assurer la concentricité.
• Portes directes : Grandes portes pour un remplissage rapide des moules, mais nécessite le retrait d'une porte secondaire.

Au-delà du type, il convient de respecter les principes fondamentaux de l'emplacement du portail :

• Positionner les vannes de manière à remplir d'abord les sections les plus profondes du moule.
• Tenir à l'écart des surfaces cosmétiques ou des points de forte tension.
• Utiliser plusieurs portes pour faciliter le remplissage de géométries complexes.

Les portillons agissent essentiellement comme des "carottes" qui guident le flux de plastique dans les cavités du moule, comme pour le moulage. Pour un moulage par injection sans défaut et à haut rendement, il est essentiel d'accorder une attention particulière à la quantité, à la forme, à l'emplacement et à la taille des portillons.

Le bilan

Nous espérons que ce guide vous a fourni, en guise d'introduction, quelques lignes directrices de haut niveau en matière de conception de moulage par injection. Maintenant que vous comprenez les principales lignes directrices et que vous avez accès à des ressources supplémentaires, vous êtes prêt à concevoir d'incroyables pièces en plastique optimisées pour la fabrication par moulage par injection de précision.

La mise en œuvre de ces concepts permettra de rationaliser la préproduction, de prévenir les défauts et de mettre en place des lignes de production robustes produisant des produits irréprochables.

Quelles sont les questions de conception qui vous viennent à l'esprit lorsque vous vous aventurez dans votre prochain projet de composant moulé par injection ? N'hésitez pas à me contacter si vous souhaitez en discuter davantage. Je suis toujours heureux d'aider mes collègues à renforcer leurs capacités techniques et à partager les meilleures pratiques.