Qu'est-ce que le moulage par injection de plastique ? Le guide complet

Le moulage par injection de plastique est l'un des procédés de fabrication les plus courants aujourd'hui. Des pièces de votre voiture aux appareils médicaux en passant par l'électronique grand public, les composants en plastique moulés par injection constituent une grande partie des produits que nous utilisons tous les jours.

Mais qu'est-ce que le moulage par injection plastique ? Et comment ce processus fonctionne-t-il pour créer les pièces en plastique qui nous entourent ?

Dans ce guide complet, en tant que professionnel moulage par injection de plastique nous aborderons tout ce que vous devez savoir, y compris.. :

• Qu'est-ce que le moulage par injection de matières plastiques ?
• Le processus de moulage par injection étape par étape
• Les différents types de moulage par injection
• Machines de moulage par injection de matières plastiques
• Avantages et inconvénients
• Considérations et limites de la conception
• Défauts courants dans les pièces moulées par injection

Si vous voulez comprendre exactement ce qu'est le moulage par injection de plastique et comment il fonctionne, continuez à lire.

Qu'est-ce que le moulage par injection de matières plastiques ?

Le moulage par injection de plastique est un processus de fabrication à grand volume dans lequel du plastique liquide est injecté sous des pressions extrêmement élevées dans un moule. Le plastique se refroidit ensuite et se solidifie pour former la pièce finale.

Voici un bref aperçu du processus de base du moulage par injection :

1. Les granulés de plastique sont introduits dans la machine de moulage par injection par l'intermédiaire d'une trémie
2. Les granulés sont progressivement déplacés vers l'avant par une longue vis rotative
3. Le frottement et la chaleur ramollissent les granulés au fur et à mesure qu'ils sont poussés.
4. Lorsque les granulés atteignent l'extrémité de la vis, ils sont en plastique fondu (environ 450oF).
5. Le plastique liquide est injecté sous une pression intense dans un moule en acier.
6. Il se refroidit rapidement et se solidifie lorsqu'il touche les parois du moule.
7. Le moule s'ouvre et la pièce finie est éjectée.
8. Des opérations de flashage et de finition sont souvent nécessaires

Ce processus rapide et hautement automatisé rend le moulage par injection extrêmement rentable pour la production en grande quantité. Le processus de moulage par injection offre également une cohérence et une répétabilité extrêmes d'une pièce à l'autre lorsqu'il est réalisé correctement.

Le processus de moulage par injection étape par étape

Détaillons à présent le processus de moulage par injection. Nous allons suivre le parcours d'un composant de chaise en plastique, des granulés de plastique à la pièce finie.

1. Serrage

Notre machine de moulage par injection contient deux moitiés d'un moule en acier, fixées en position verticale. La moitié fixe est solidement serrée contre la moitié mobile du "noyau".

Ces deux moitiés de moule forment toutes les caractéristiques extérieures de notre composant de chaise en plastique. Elles restent hermétiquement fermées sous pression tout au long du cycle d'injection afin d'éviter les fuites du plastique fondu à haute pression.

Il n'y a de petits espaces que pour les portes d'injection et les orifices d'aération. Nous aurons besoin de tonnes de pression pour injecter le plastique liquide dans la petite cavité du moule.

2. L'unité d'injection

Les granulés de plastique descendent alors en cascade d'une trémie aérienne vers l'unité d'injection, composée d'un tonneau chauffé et d'une vis à mouvement alternatif.

Lorsque la vis tourne et recule, les granulés tombent dans l'espace vide à l'avant de la vis. La chaleur de friction du canon et le cisaillement entre les granulés les ramollissent.

3. Chargement du tir

Les granulés de plastique s'accumulent devant la vis, fondant davantage sous l'effet de la chaleur conduite. Le volume de la grenaille de plastique liquide augmente...

Finalement, la vis s'arrête de tourner et injecte vers l'avant pour délivrer la dose. À ce stade, le plastique a atteint une température d'environ 500oF et est presque entièrement fondu.

La course d'injection doit être rapide pour éviter une solidification précoce. Le volume d'injection est soigneusement planifié juste à l'avance.

4. Injection dans le moule

Lorsque le plastique fondu pénètre dans le moule par les carottes et les canaux, l'air de la cavité s'échappe. La pression d'injection atteint plus de 15 000 PSI !

Le moule reste serré pour éviter les bavures pendant que la cavité se remplit. Nous passons brièvement du contrôle de la vitesse au contrôle de la pression au moment du remplissage volumétrique 95% afin de vider le moule.

La matière fondue se refroidit rapidement au contact des parois du moule à température contrôlée. Lorsqu'elle se solidifie, son volume diminue légèrement. Une pression supplémentaire comprime le matériau pour compenser.

5. Refroidissement et solidification

Maintenant que le produit est entièrement emballé, la pression se maintient pendant quelques secondes encore, le portail se fermant hermétiquement. Après cette phase de maintien, la vis d'injection relâche complètement sa pression.

Notre pièce en plastique se solidifie à l'intérieur du moule tandis que des canaux de refroidissement font circuler de l'eau, évacuant ainsi la chaleur. Le temps de refroidissement dure au moins quelques secondes, mais généralement quelques minutes, en fonction de l'épaisseur de la pièce et du type de plastique.

6. Ejection de pièces

Enfin, les deux moitiés du moule se séparent, libérant le composant de la chaise en plastique solide pour l'éjection. Des broches d'éjection le poussent hors de la surface fixe du moule. Un léger rognage permet d'enlever les carottes ou les patins.

Et le tour est joué ! Notre composant de chaise en plastique terminé tombe, prêt pour les opérations secondaires, l'emballage et l'expédition.

Le moule se referme rapidement et le plastique en fusion est injecté à nouveau, ce qui relance le cycle de moulage par injection. L'automatisation de la production permet de produire des volumes importants.

Les différents types de moulage par injection

Bien que le processus standard de moulage par injection constitue la grande majorité de la production, certaines applications requièrent des techniques modifiées :

1. Moulage multi-composants

La production de pièces en plastique à partir de matériaux multiples peut offrir des avantages considérables en termes de performances. Le moulage multicomposant combine des matières plastiques différentes en un seul processus d'injection.

Un exemple courant est l'encastrement d'inserts métalliques à l'intérieur d'un moulage en plastique, ce qui élimine l'assemblage secondaire. Le moulage multi-matériaux nécessite toutefois un outillage plus complexe.

2. Moulage par injection assisté par gaz

L'injection d'azote gazeux sous pression dans la matière fondue crée des canaux internes creux dans les pièces moulées. Le gaz déplace le plastique, élargissant les espaces intérieurs.

L'assistance au gaz est utile pour réduire les marques d'enfoncement dans les sections de plastique très épaisses. Elle permet également d'alléger considérablement les pièces. Le gaz sous pression comprime le plastique, ce qui améliore également sa résistance.

3. Décoration dans le moule

La décoration dans le moule applique directement une décoration imprimée à la surface de la pièce en plastique pendant le moulage, éliminant ainsi le traitement secondaire. Les techniques courantes comprennent l'étiquetage, les revêtements ou les films dans le moule.

Étant donné que la décoration est intégrée et scellée sous une couche de plastique transparent, la décoration dans le moule permet d'obtenir des graphismes de surface très durables, résistants à l'usure, à l'écaillage ou au décollement.

Machines de moulage par injection de matières plastiques

Des machines sophistiquées sont nécessaires pour les pressions élevées et le contrôle précis du moulage par injection. Voici les principaux types de machines de moulage par injection que vous rencontrerez :

Machines de moulage par injection hydraulique

Les presses hydrauliques dominent depuis les débuts du moulage par injection. Un fluide hydraulique pousse un piston pour générer une force de serrage. Un moteur électrique à vis fait directement tourner la vis d'injection.

Bien que robustes et fiables, les systèmes hydrauliques sont coûteux en raison de l'inefficacité des pompes et des moteurs. Il est également difficile d'imiter un modèle entièrement électrique.

Machines de moulage par injection hybrides

Les machines hybrides utilisent la force hydraulique pour l'unité de fermeture, combinée à un entraînement électrique de la vis. Cela permet d'améliorer considérablement l'efficacité énergétique et le contrôle de l'injection.

Les hybrides comblent le fossé entre les systèmes hydrauliques et les systèmes entièrement électriques. Leur adoption est plus abordable que celle des machines entièrement électriques, tout en permettant de réduire les coûts d'exploitation.

Machines de moulage par injection entièrement électriques

Comme leur nom l'indique, les machines de moulage par injection entièrement électriques utilisent des moteurs électriques pour 100% de leurs fonctions motrices - serrage, plastification et injection.

Les machines électriques permettent de programmer avec précision pratiquement tous les mouvements. Des accélérations rapides, des changements de direction instantanés et un contrôle précis de la température du plastique fondu sont tous possibles.

Bien que très efficaces, les machines de moulage par injection entièrement électriques ont des coûts initiaux beaucoup plus élevés. La précision du contrôle du processus doit justifier le supplément de prix dans votre application.

Avantages du moulage par injection de matières plastiques

Voici quelques-uns des principaux avantages qu'offre le moulage par injection plastique par rapport à d'autres méthodes de fabrication, notamment Usinage CNC ou l'impression 3D :

Des vitesses de production extrêmement rapides - Une fois qu'une machine de moulage par injection produit des pièces, elle peut générer des centaines, voire des milliers d'unités par heure. L'automatisation permet une production en continu.

Rapport résistance/poids élevé - Le choix de résines plastiques chargées de verre ou de carbone permet de créer des pièces très rigides et légères, dont la résistance rivalise avec celle de l'aluminium usiné.

Grande précision et homogénéité des pièces - Des machines de moulage par injection correctement entretenues produisent des résultats extrêmement constants. Des contrôles de processus rigoureux permettent d'obtenir des pièces de dimensions identiques.

Gamme de plastiques disponibles - Des centaines de matières plastiques vont du nylon rigide rempli de verre aux vinyles souples et flexibles. Le moulage par injection s'adapte à toutes ces matières.

Baisse des coûts aux volumes de production - Alors que les moules à injection sont très coûteux (souvent des montants à cinq chiffres), le coût différentiel des pièces est extrêmement faible. Les coûts fixes sont rapidement amortis sur le volume de production.

Opérations secondaires minimales - Les opérations post-moulage telles que le perçage ou le taraudage des trous deviennent inutiles. Au lieu de cela, le moule crée toutes les caractéristiques nécessaires.

Variété de finitions de surface - Qu'il s'agisse de poignées texturées ou d'instruments très brillants, l'injection dans de l'acier moulé poli ou du nickel permet d'obtenir de belles apparences.

Inconvénients et limites

Bien entendu, le moulage par injection n'est pas non plus une solution de fabrication universelle. Voici quelques inconvénients à prendre en compte :

Coûts d'outillage très élevés - Comme nous l'avons déjà mentionné, les moules d'injection sont souvent vendus à des prix à cinq chiffres. L'augmentation du volume de production est le seul moyen d'y remédier.

Géométries limitées - Les surfaces en contre-dépouille et les variations extrêmes de l'épaisseur de la paroi doivent être évitées. Les évidements profonds nécessitent des noyaux pliables, ce qui augmente considérablement les coûts d'outillage.

Les tolérances supérieures à +/- 0,005 pouce sont difficiles à respecter - L'usinage des pièces plastiques après moulage devient nécessaire pour les applications de précision telles que les roulements, les bagues ou les pièces médicales.

Certaines limites de détail - Les nervures étroites d'une épaisseur inférieure à 0,015 pouce ou les rayons plus serrés que 0,010 pouce ne se remplissent pas de manière fiable. Ces détails fins nécessitent des considérations supplémentaires.

Dégradation moléculaire potentielle - Les cycles de traitement répétés et le rebroyage des matériaux peuvent diminuer les performances mécaniques au fil du temps, car les chaînes de polymères se raccourcissent.

Les changements de couleur nécessitent une purge - Le changement de résine plastique ou de couleur nécessite une purge complète du tonneau pour éviter toute contamination. Ce temps d'arrêt réduit la production jusqu'à ce que la couleur se stabilise.

Considérations et règles de conception

Une planification minutieuse de vos pièces en plastique et de vos moules d'injection dès le départ vous permettra d'éviter des problèmes ultérieurs.

Voici quelques lignes directrices sur les meilleures pratiques en matière de conception pour permettre un moulage par injection efficace :

Épaisseurs de paroi uniformes - Comme nous l'avons mentionné plus haut, les changements d'épaisseur radicaux entraînent un refroidissement inégal et une contraction problématique. L'épaisseur des parois et des nervures ne doit pas dépasser 0,125 pouce pour obtenir des temps de cycle courts.

Coins à rayon généreux - Les angles vifs agissent comme des concentrateurs de contraintes et des inhibiteurs de remplissage. Tous les angles doivent présenter des dimensions de rayon au moins égales à 10% de l'épaisseur de la paroi.

Angles d'étirage pour une éjection plus facile - Les surfaces verticales nécessitent un angle de dépouille d'au moins 1 à 2° pour être démoulées proprement. Des dépouilles plus importantes améliorent encore les performances du moule et le gauchissement des composants.

Éviter les variations supérieures à +/- 0,003 pouce - Des dimensions cohérentes permettent un remplissage complet de la cavité. Les contours et les parois doivent rester conformes à la géométrie de la pièce.

Minimiser les contre-dépouilles - Les géométries rentrantes nécessitent l'effondrement des composants du noyau pour libérer la pièce en plastique, ce qui augmente considérablement le coût de l'outillage.

Localiser les portillons pour faciliter le remplissage - L'emplacement des vannes influe grandement sur les schémas de remplissage. Le fait de placer les vannes au niveau de l'élément le plus épais permet d'obtenir la vitesse d'injection la plus rapide sans gel précoce.

Défauts courants dans les pièces moulées par injection

Malgré tous les efforts déployés, les composants moulés par injection présentent encore souvent des défauts mineurs. Voici quelques-uns des plus courants :

Flash - Excès de matière s'échappant le long du plan de joint du moule avant un serrage correct. Le flash indique un tonnage insuffisant ou des problèmes d'alignement.

Marques d'évier - Dépressions localisées dues à la contraction du refroidissement dans les sections plastiques plus épaisses. Les creux apparaissent là où le volume du matériau diminue à mesure que la densité augmente.

Les pages de guerre - Déformation par torsion causée par une contraction inégale de la géométrie de la pièce moulée par injection pendant le refroidissement. Une épaisseur de paroi non uniforme est un facteur clé.

Lignes de soudure - Marque témoin visible le long des fronts d'écoulement de la matière fondue à partir de deux points d'injection. Les lignes de soudure ont un aspect différent des zones environnantes mais ont rarement un impact sur les performances.

Jetting - Ondes visibles du front d'écoulement causées par des vitesses d'injection plus élevées. Le jet se produit lorsque le métal s'écoule dans un espace vide soudain à l'intérieur du moule.

Marques de brûlure - Taches décolorées ou carbonisées dues à un plastique trop chaud. La décomposition suggère des températures de tonneau trop élevées pour une résine donnée.

Coup court - Remplissage incomplet du moule. Les pièces court-circuitées exposent la ligne de soudure et indiquent une pression d'injection ou une force de serrage inadéquates.

Une conception soignée des moules et des composants permet de minimiser ces défauts. Mais lorsque des problèmes surviennent inévitablement, la modification des pressions d'injection, des taux de remplissage et des températures des moules peut corriger de nombreux problèmes.

Conclusion

Le moulage par injection plastique offre une efficacité de fabrication inégalée pour des volumes de production extrêmement élevés. Il permet la fabrication rapide et rentable de composants en plastique avec un contrôle dimensionnel étroit sur des millions de cycles.

Bien qu'il ne soit certainement pas adapté aux petites séries, le moulage par injection offre à la fois précision et économie à grande échelle. Il suffit de tenir compte des limites de votre conception pour que les pièces moulées par injection répondent parfaitement à votre application !

Le processus de moulage par injection utilise des machines spécialisées pour faire fondre et injecter des thermoplastiques dans un moule en acier à haute pression. Ce processus automatisé et continu permet d'obtenir des pièces en plastique dont les dimensions sont précises et qui sont produites en grandes quantités.

J'espère que ce guide vous a permis de mieux comprendre ce qu'est exactement le moulage par injection de plastique et comment il est devenu une technologie de fabrication essentielle dans le monde entier. Si vous avez d'autres questions sur le moulage par injection auxquelles je peux répondre, n'hésitez pas à m'en faire part !