Essentiel Moulage par injection[^1] Connaissances en matière de processus que tout nouvel arrivant devrait connaître**

Le processus de moulage par injection de pièces en plastique comprend quatre étapes principales : remplissage, garniture (pression de maintien), refroidissement, et éjection. Ces étapes sont étroitement liées et déterminent collectivement la qualité finale de la pièce moulée. Il est important de noter qu'elles forment un cycle unique et continu, chaque phase influençant la suivante.

1. Phase de remplissage

L'étape de remplissage est la première étape du cycle d'injection. Elle commence lorsque le moule se ferme et que l'injection commence, et se termine lorsqu'environ 95% de la cavité est remplie de plastique fondu.

Si, en théorie, des temps de remplissage plus courts améliorent la productivité, les contraintes du monde réel - notamment les propriétés des matériaux, la géométrie des pièces et les capacités des machines - limitent la vitesse à laquelle l'injection peut être réalisée.

Remplissage à grande vitesse

À des vitesses d'injection élevées, les taux de cisaillement augmentent de manière significative. En raison de la cisaillement (une propriété non newtonienne de la plupart des thermoplastiques), la viscosité diminue, ce qui réduit la résistance globale à l'écoulement. En outre, le chauffage visqueux localisé amincit la couche de peau solidifiée près de la paroi du moule. Dans les sections à parois minces, les effets de refroidissement sont relativement faibles, de sorte que les avantages de la vitesse élevée sont prédominants.

Remplissage à faible vitesse

En revanche, le remplissage à faible vitesse entraîne des taux de cisaillement plus faibles, une viscosité locale plus élevée et une plus grande résistance à l'écoulement. Le transfert de chaleur vers les parois froides du moule devient dominant, solidifiant rapidement la surface de la matière fondue. Avec un chauffage visqueux minimal, une couche gelée plus épaisse se forme, ce qui augmente encore la résistance, en particulier dans les régions les plus fines.

Lignes de soudure (lignes de tricot)

En raison de débit de la fontaine, Les chaînes de polymères du front de fusion qui avance s'alignent parallèlement à la direction de l'écoulement. Lorsque deux fronts de fusion se rencontrent (par exemple, autour d'inserts ou à partir de plusieurs portes), leurs chaînes alignées ne peuvent pas s'enchevêtrer complètement, en particulier si les zones de rencontre diffèrent en termes de température, de pression ou de temps de séjour. Cela crée une faiblesse microstructurale, visible sous la forme d'un ligne de soudure sous un éclairage approprié.

La résistance de la ligne de soudure dépend fortement de la température :

• Soudures à haute température: Une meilleure mobilité de la chaîne permet une interdiffusion plus profonde et une liaison plus forte.
• Soudures à basse température: Un mauvais enchevêtrement des chaînes conduit à des joints faibles et fragiles, susceptibles de se fissurer sous l'effet des contraintes.

2. Étape de conditionnement (pression de maintien)

Après le remplissage de la cavité, l'étape de conditionnement applique une pression soutenue pour compacter la matière fondue, compenser le retrait volumétrique et augmenter la densité de la pièce.

Caractéristiques principales :

• La cavité est déjà pleine ; la contre-pression est élevée.
• Le mouvement de la vis est minime et l'écoulement lent est négligeable par rapport au remplissage.
• Lorsque la matière fondue se refroidit et se solidifie rapidement, la viscosité augmente fortement, ce qui rend la résistance de la cavité très élevée.
• Le remplissage se poursuit jusqu'à ce que la vanne se fige, c'est-à-dire jusqu'à ce que la pression la plus élevée soit atteinte dans la cavité.

Pendant l'emballage :

• Le plastique présente une légère compressibilité sous haute pression → des régions plus denses se forment là où la pression est la plus élevée.
• La matière fondue en cours de solidification agit comme un moyen de transmission de la pression, en générant force d'ouverture des moules (également appelé force de gonflement).
• Une force de serrage adéquate est essentielle pour contrebalancer cette force et éviter les bavures, la déformation des pièces, voire la séparation du moule.

💡 Conseil pratique: Choisissez toujours une machine de moulage par injection dotée d'une force de fermeture suffisante, non seulement pour maintenir le moule fermé, mais aussi pour permettre un emballage efficace sans compromettre l'intégrité de la pièce.

3. Phase de refroidissement

Le refroidissement est sans doute la phase la plus critique et celle qui prend le plus de temps. 70-80% de la durée totale du cycle. Un refroidissement efficace a un impact direct sur la productivité, les coûts et la qualité des pièces.

L'importance du refroidissement

• Les pièces doivent se solidifier suffisamment pour conserver leur forme lors de l'éjection.
• Un refroidissement inadéquat ou irrégulier provoque des déformations, des marques d'enfoncement, des contraintes internes et une instabilité dimensionnelle.

Voie d'évacuation de la chaleur

• ~95% de chaleur est conduite de la matière fondue dans le moule.
• Depuis le moule, la chaleur est transférée par conduction à travers l'acier du moule vers les canaux de refroidissement, puis évacuée par le liquide de refroidissement par convection.
• Seuls ~5% se dissipent directement dans l'air ambiant (par rayonnement/convection).

Facteurs affectant le taux de refroidissement

Principes de conception des systèmes de refroidissement

• Assurer un refroidissement uniforme et rapide sur l'ensemble de la pièce.
• Utilisez des trous de refroidissement de taille standard pour faciliter l'usinage et l'entretien.
• Optimisez la disposition des canaux en fonction de la géométrie de la pièce : épaisseur de la paroi, volume et caractéristiques critiques.
• Équilibrer le débit, la perte de charge et la performance thermique.

⚠️ Une mauvaise conception du refroidissement = des cycles plus longs, des coûts plus élevés et des pièces défectueuses. Investissez du temps en amont - vous en tirerez des dividendes en termes d'efficacité de la production.

4. Phase d'éjection

L'éjection est l'étape finale, mais elle est loin d'être anodine. Même après une solidification complète, une éjection incorrecte peut entraîner des déformations, des marques de surface ou des ruptures.

Méthodes d'éjection courantes

1. Goupilles d'éjection (Pushpins)

   • Idéal pour les pièces à structure robuste et les surfaces non cosmétiques.
   • Les goupilles doivent être placées uniformément, de préférence dans les zones à forte résistance (par exemple, les nervures, les bossages) et là où la rigidité de la pièce est la plus grande.
   • Évitez de placer des épingles sur des traits fins ou délicats.

2. Plaque d'éjection (Stripper Plate)

   • Idéal pour les contenants à emboutissage profond et à parois minces ou les pièces transparentes pour lesquelles les marques d'épingles sont inacceptables.
   • Permet d'obtenir une force d'éjection importante et uniforme, avec un mouvement régulier et sans marques visibles.

Conseil de conception : simulez toujours les forces d'éjection lors de la conception du moule. Tenez compte des angles de dépouille, des contre-dépouilles et de la flexibilité des pièces pour minimiser le collage et assurer un démoulage propre.

Réflexions finales

La maîtrise du cycle de moulage par injection en quatre étapes - remplissage, emballage, refroidissement et éjection - est fondamentale pour quiconque se lance dans la fabrication de matières plastiques. Chaque étape fait appel à des principes physiques complexes (rhéologie, transfert de chaleur, mécanique), et de petites modifications des paramètres peuvent avoir des effets considérables sur la qualité et l'efficacité.

Pour les nouveaux venus : Commencez par observer des cycles réels, en analysant les défauts des pièces (lignes de soudure, marques d'enfoncement, déformation) et en les mettant en corrélation avec les paramètres du processus. Au fil du temps, vous développerez votre intuition et c'est à ce moment-là que commence la véritable maîtrise du processus.