Moules en aluminium en trois semaines ou moins

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Un constructeur de moules expérimenté de Phoenix Proto Technologies explique les différences de conception entre un moule en aluminium pour les prototypes et un moule en aluminium pour la production.

Phoenix Proto Technologies (www.phoenixproto.com) a ouvert une boutique il y a un an et demi dans le but de produire rapidement des moules en aluminium pour les clients ayant besoin de prototypes. Constatant l'utilisation continue de l'outillage de pont en aluminium et un intérêt croissant pour les moules en aluminium pour les applications de production (grâce en partie à de meilleurs alliages et à des cycles de conception de produits plus courts), il a depuis travaillé pour ces trois scénarios de fabrication de moules. Cela dit, son approche pour créer tous les types de moules en aluminium est la même que son délai de livraison garanti de trois semaines ou moins.

Robert Lammon est le directeur des ventes de la société Centreville, Michigan. Dès le début, explique M. Lammon, PPT a cherché à réduire le temps consacré à tous les aspects du processus de construction de moules, du devis à l'usinage en passant par la production de pièces en plastique. Il dit que ce qui soutient cette stratégie du côté de l'usinage est la standardisation des principaux composants et équipements du moule qui offre à la fois un usinage à grande vitesse et une production fiable et sans interruption. Lors d'une récente visite, il a expliqué comment l'atelier de 15 personnes perdait du temps sur les différentes phases du processus de fabrication de moules en aluminium.

Processus de prototypage instantané

PPT appelle son approche de fabrication de moules Instant Prototype Processing. Son objectif est de créer des moules en aluminium sans limiter la conception d'un client, et il garantit le délai d'exécution rapide de l'outillage susmentionné pour des pièces aussi grandes que 12 x 12 x 4 pouces. En plus de ses cinq centres d'usinage CNC, la société dispose de cinq presses à injecter Niigata allant de 85 à 330 tonnes pour les clients souhaitant qu'elle produise des échantillons de pièces en plastique en plus de l'outillage en aluminium.

La plupart des travaux de l'entreprise proviennent des marchés des produits médicaux et de consommation. Les devis pour chaque nouveau travail sont fournis au client en moins d'une heure après réception d'une demande de prix. Dès que l'entreprise reçoit un bon de commande, les programmeurs et les outilleurs se réunissent pour discuter des spécificités de conception du moule telles que la ligne de séparation, l'emplacement de la porte et de l'évent. Dans les 24 heures suivant la réception de ce bon de commande, il procède à une revue de conception avec le client (souvent via l'application de conférence Web GoToMeeting), puis finalise le nouveau travail en interne avec une réunion pré-outil. Un système de serveur informatique récemment intégré fait du partage de fichiers entre toutes les parties un simple processus de glisser-déposer, accélérant et simplifiant considérablement les transferts de fichiers qui étaient auparavant effectués par e-mail.

Les programmeurs FAO de PPT, qui sont également des concepteurs de moules, commencent ensuite à déterminer la meilleure façon d'usiner les caractéristiques du noyau et de la cavité, soit par EDM, soit par fraisage. La société stocke des inserts noyau/empreinte de taille standard ainsi que des bases de moules universelles. De cette façon, il peut planifier et configurer immédiatement les travaux d'usinage d'inserts dès que la programmation est terminée.

Le VMC utilisé pour 80 % des travaux de fraisage de l'entreprise est un Mikron HSM 600, disponible auprès de GF AgieCharmilles (Lincolnshire, Illinois). PPT a choisi cette machine pour deux raisons principales. Tout d'abord, sa broche de 42 000 tr/min offre la vitesse nécessaire pour couper rapidement à la fois l'aluminium 7075 que l'atelier utilise généralement (parfois à l'état durci) et les électrodes en graphite pour son EDM à piston. La machine Mikron est équipée d'un système d'évacuation des poussières pour éliminer les particules générées lors de l'usinage du graphite. Cependant, l'entreprise choisit le fraisage plutôt que l'EDM dans la mesure du possible pour éliminer l'étape de fraisage d'électrode requise avant la gravure.

La deuxième raison pour laquelle l'atelier a opté pour la machine à grande vitesse était qu'elle offrait un changeur de palettes compact et intégré. Cela permet d'effectuer des configurations sur plusieurs palettes en dehors de l'environnement de travail de la machine pendant que la machine exécute une autre tâche. Cela permet également une production en continu, ce qui minimise les temps d'arrêt des broches et élimine le besoin de doter en personnel trois équipes. PPT installe généralement plusieurs étaux sur chaque palette et a également créé un dispositif pouvant contenir de nombreuses électrodes pour maximiser le nombre de travaux que le VMC peut effectuer sans intervention de l'opérateur.

De nombreuses opérations de fraisage sur la machine à grande vitesse nécessitent des outils de petit diamètre. Bien que peu fréquent, le bris d'outil est possible lors de la coupe de l'aluminium. Pour éviter la découpe à l'air pendant la nuit résultant d'un outil cassé, les programmeurs de machines demandent généralement des changements d'outils plus fréquents que d'habitude, même si la durée de vie effective d'un outil n'a pas été approchée.

Les moules prototypes stimulent l'achat de nouvelles machines

Les moules en aluminium que PPT crée pour les prototypes et les applications de production diffèrent dans la manière dont les contre-dépouilles et autres caractéristiques des pièces sont exécutées à l'intérieur des moules. Dans presque tous les cas, les moules prototypes utilisent des charges manuelles pour créer ces caractéristiques plutôt que les glissières mécaniques communes aux moules de production. Les charges manuelles sont des composants usinés qui sont insérés manuellement dans le côté éjecteur d'un moule avant chaque tir. Une fois le tir terminé, les charges manuelles s'éjectent avec la pièce en plastique moulée. Un opérateur enlève les charges manuelles de la pièce et les réinstalle dans le moule pour le coup suivant.

Cette intervention manuelle est justifiée car la taille des lots de prototypes est très faible. De plus, les moules utilisant des charges manuelles peuvent être conçus plus rapidement et coûtent moins cher que ceux utilisant des actions mécaniques ou hydrauliques. Une sélection de chargements manuels est illustrée sur une photo à droite. Ce prototype de moule crée un interrupteur d'allumage qui nécessite 15 contre-dépouilles.

PPT a récemment acheté un tour à cinq axes Captain d'Okuma (Charlotte, Caroline du Nord) dans le but d'usiner des charges manuelles et d'autres petits composants de moules en une seule configuration. Cela libérera le Mikron VMC pour fraiser principalement des électrodes et des inserts de noyau/cavité. Le tour est bien adapté pour compléter de tels composants qui peuvent avoir des dépouilles et des dépouilles à la fois rectangulaires et rondes.

L'autre image de moule à droite est un moule de production que PPT a créé pour produire une couverture à partir de nylon non chargé. Ce moule en aluminium particulier utilise des composants en acier doux tels que des cales et des plaques de fond. Cependant, PPT fabrique régulièrement des moules entièrement constitués de composants en aluminium. Dans ces cas, les composants en aluminium qui glissent les uns contre les autres seront recouverts d'un revêtement dur pour améliorer la résistance à l'usure et la longévité de l'outil.

M. Lammon pense que la demande de moules en aluminium pour les applications de prototypage restera forte. Il s'empresse de souligner, cependant, qu'un nombre croissant de grands fabricants commencent à réaliser que, par rapport à l'acier, les moules en aluminium peuvent être créés plus rapidement, coûtent moins cher et permettent des temps de cycle de moulage par injection plus rapides grâce à de meilleures caractéristiques thermiques.

Il n'est pas rare que les moules en aluminium d'aujourd'hui délivrent 1 million de coups, dit M. Lammon, ce qui pourrait être suffisant pour satisfaire les exigences de production d'une entreprise qui met continuellement à jour ses produits ou en introduit de nouveaux. Il parie que cela entraînera un travail supplémentaire pour PPT, car ces entreprises réalisent les avantages qu'offrent les moules en aluminium pour les prototypes et la production.