Directives de conception expertes pour un moulage par injection de haute qualité

Le processus de moulage par injection est largement utilisé en production de grands volumes car il produit relativement peu de rebuts et a une haute répétabilité. La polyvalence du processus de moulage par injection exige des considérations de conception beaucoup plus larges. La plupart des considérations de conception seront faites sur le moule après avoir défini les exigences du produit.

Certains des facteurs qui affectent la conception du moulage par injection incluent : comment la pièce sera utilisée (produit unique ou pour assemblage), ses exigences dimensionnelles et mécaniques, et sa capacité à résister à des éléments comme les produits chimiques ou la pression. Quelques conseils vitaux à considérer lors de la conception pour le moulage par injection sont explorés ci-dessous.

1. Choisir soigneusement les matériaux adaptés à votre conception

Différents matériaux de moulage par injection offrent des propriétés variables. Par exemple, certains matériaux offrent plus de stabilité dimensionnelle que d'autres. De même, certains collent mieux avec des adhésifs que d'autres. La conception matériau considère : température, pression, interactions biologiques et chimiques.

Les résines thermoplastiques peuvent être classées en amorphes et semi-cristallines. Alors que les thermoplastiques semi-cristallins offrent une meilleure résistance chimique et électrique, leurs homologues amorphes sont beaucoup plus stables dimensionnellement et plus résistants aux chocs. Le choix du matériau peut affecter le niveau de tolérance requis ou certaines caractéristiques, comme l'épaisseur de paroi.

	Résines semi-cristallines	Résines amorphes
Avantages	• Excellent pour applications portantes, usure et structurelles • Bonne résistance chimique et électrique • Coefficient de frottement plus faible	• Collent bien avec adhésifs • Haute stabilité dimensionnelle • Bonne résistance aux chocs
Inconvénients	• Difficiles à coller avec adhésifs • Résistance aux chocs moyenne	• Faible résistance à la fatigue et fissuration sous contrainte

2. Tenir compte de la tolérance de la pièce

Les tolérances sont affectées par le retrait qui se produit pendant le processus de refroidissement. Les matériaux amorphes comme le PLA ont généralement des tolérances plus serrées que les matériaux semi-cristallins comme le PEEK.

Des tolérances serrées rendent la production plus chère, mais elles peuvent être nécessaires pour que votre pièce s'ajuste ou fonctionne correctement, surtout si elle est utilisée dans un assemblage.

Nous recommandons de contacter votre fournisseur au stade de la conception pour discuter des normes de tolérance qu'ils utilisent.

Par exemple, la DIN 16901 contient un tableau de tolérance générale comme référence pour différents matériaux. Si votre fournisseur utilise cette norme et que vous avez besoin de tolérances plus serrées ou d'autres normes, ils vous demanderont de fournir des dessins 2D.

3. Choisir la bonne épaisseur de paroi

Il y a quelques points clés à considérer pour assurer le choix de la bonne épaisseur de paroi pour votre conception de moulage par injection :

• Des parois plus fines raccourcissent le temps de cycle et réduisent le coût de votre pièce. Pour beaucoup d'applications, une épaisseur de paroi de 1,5-2,5 mm est suffisante, mais vous pouvez aussi vous référer aux épaisseurs de paroi recommandées pour différents matériaux
• Contrairement aux pièces usinées CNC, les pièces moulées par injection plastique bénéficient d'une épaisseur de paroi constante. Si une pièce est plus épaisse dans une section qu'une autre, une marque de retrait apparaîtra à cet endroit.
• Des épaisseurs de paroi non uniformes mènent aussi au gauchissement (warping), car ces parois refroidissent et se rétractent à des taux différents. Si vous avez besoin d'une épaisseur non uniforme, le changement d'épaisseur ne doit pas dépasser 15 % de l'épaisseur nominale de paroi et doit toujours avoir une transition lisse ou conique pour obtenir une pièce de haute qualité.

Voici les épaisseurs de paroi recommandées pour différents matériaux :

Matériau	Épaisseur de paroi recommandée
ABS	1,143 mm – 3,556 mm
Acétal	0,762 mm – 3,048 mm
Acrylique (PMMA)	0,635 mm – 12,7 mm
Polymère à Cristaux Liquides	0,762 mm – 3,048 mm
Plastiques Renforcés Fibres Longues	1,905 mm – 27,94 mm
Nylon	0,762 mm – 2,921 mm
PC (Polycarbonate)	1,016 mm – 3,81 mm
Polyester	0,635 mm – 3,175 mm
Polyéthylène (PE)	0,762 mm – 5,08 mm
Polyphénylène Sulfure (PSU)	0,508 mm – 4,572 mm
Polypropylène (PP)	0,889 mm – 3,81 mm
Polystyrène (PS)	0,889 mm – 3,81 mm
Polyuréthane	2,032 mm – 19,05 mm

4. Ajouter des angles de dépouille à votre conception

De nombreux procédés d'enlèvement de matière comme l'usinage CNC peuvent produire des parois verticales. Cependant, créer une conception de pièce pour le moulage par injection avec des parois verticales causera le coincement de la pièce, particulièrement au niveau du noyau, car la pièce se contracte au refroidissement.

Si trop de force est appliquée pour éjecter la pièce, le risque d'endommager les goupilles d'éjection et même le moule devient très élevé. Concevez les parois des pièces avec une légère inclinaison pour éviter ce problème. Cette inclinaison s'appelle une dépouille.

En raison de la complexité élevée qu'elle crée dans la conception, la dépouille est généralement ajoutée aux étapes finales de la conception de la pièce. Différentes surfaces nécessitent des dépouilles variables. Les surfaces texturées nécessitent le plus de dépouille. Quelques surfaces courantes en moulage par injection et leurs angles de dépouille minimums sont les suivants.

• Pour exigences « quasi-verticales » : 0,5°
• Situations les plus courantes : 1 ~ 2°
• Toutes les surfaces de fermeture (shutoff) : 3°
• Faces avec textures légères : 1 ~ 3°
• Faces avec textures moyennes : 5°+

5. Ajouter des nervures et entretoises à certaines pièces

Certaines pièces nécessitent des nervures. Les nervures et entretoises donnent une résistance supplémentaire aux pièces et aident à éliminer les défauts esthétiques comme le gauchissement, les marques de retrait et les vides. Ces caractéristiques sont essentielles pour les composants structurels. Par conséquent, il est préférable de les ajouter aux pièces plutôt que d'augmenter l'épaisseur des pièces pour augmenter la résistance.

Cependant, si mal conçues, cela peut mener au retrait. Le retrait se produit quand le taux de refroidissement de certaines parties est beaucoup plus rapide que d'autres, résultant en la courbure permanente de certaines sections. Le gauchissement peut être efficacement réduit en gardant l'épaisseur de la nervure entre 50-60 % de celle du mur auquel elle est attachée.

6. Ajouter des rayons et congés à la conception de la pièce

L'application de rayons aux pièces, quand possible, élimine les angles vifs, ce qui améliore l'écoulement du matériau et l'intégrité structurelle de la pièce. Les angles vifs causent une faiblesse dans la pièce car le matériau fondu est forcé de s'écouler à travers le coin ou dans le coin. Les seuls endroits où les angles vifs sont inévitables sont les surfaces de joint ou surfaces de fermeture.

Les rayons et congés aident aussi à l'éjection de la pièce car les coins arrondis sont moins susceptibles de coincer pendant l'éjection que les coins vifs. De plus, les angles vifs ne sont pas non plus conseillés structurellement car ils mènent à des points de contrainte qui peuvent casser. Les rayons aident à lisser la contrainte sur les coins.

Aussi, inclure des angles vifs dans votre pièce augmentera exponentiellement le coût de production car cela nécessiterait que le moule ait des angles vifs qui ne peuvent être obtenus qu'avec des techniques de fabrication très coûteuses.

Ajoutez des rayons internes d'au moins 0,5 fois l'épaisseur du mur adjacent et des rayons externes 1,5 fois la taille.

7. Éviter les contre-dépouilles et prévoir des fentes quand possible

Les clips (snap fits) sont obtenus par des contre-dépouilles. Le moule à tirage droit, qui consiste en deux moitiés, et est le design le plus simple, n'est pas adapté pour fabriquer des pièces avec des caractéristiques de contre-dépouille. Cela est dû à la difficulté d'usiner un tel moule en CNC et à la tendance du matériau à coincer à l'éjection.

Les contre-dépouilles sont généralement créées en utilisant des noyaux latéraux. Cependant, les noyaux latéraux augmentent significativement les coûts d'outillage. Heureusement, il y a des astuces de conception pour obtenir la fonction d'une contre-dépouille sans utiliser de noyaux latéraux. Une façon de faire est d'introduire une fente à la place.

Ceci est aussi appelé noyau passe-plat. Une autre façon est d'ajuster ou déplacer la ligne de joint de la pièce. En faisant cela, ajustez aussi l'angle de dépouille en conséquence. Déplacer les lignes de joint est le plus adapté pour les contre-dépouilles qui sont à l'extérieur de la pièce.

Vous pouvez aussi utiliser des contre-dépouilles par dépouillement (stripping undercuts), aussi appelées bump-offs. Cependant, n'utilisez cette caractéristique que quand la pièce est assez flexible pour se déformer et s'étendre pendant l'éjection du moule.

Donnez aussi assez de dégagement : les bump-offs doivent avoir un angle d'attaque de 30° à 45° pour une éjection efficace. Toutes ces alternatives aux noyaux latéraux coûteux nécessitent une refonte significative de la pièce. Quand la refonte d'une pièce n'est pas possible en raison de la possibilité qu'elle affecte la fonctionnalité de la pièce, alors vous devez employer des actions latérales coulissantes et noyaux pour gérer les contre-dépouilles.

Ces caractéristiques coulissent quand le moule se ferme et coulissent hors quand il s'ouvre. Les noyaux latéraux doivent se déplacer perpendiculairement et avoir des angles de dépouille appropriés.

8. Fixer les bosses aux parois latérales ou nervures

Les bosses sont des entretoises cylindriques moulées dans une pièce plastique pour accepter un insert, une vis auto-taraudeuse, ou une goupille pour l'assemblage ou le montage de pièces.

Le diamètre extérieur (DE) de la bosse doit être 2,5 fois le diamètre de la vis pour les applications auto-taraudeuses.

Les bosses ne doivent pas être autonomes. Attachez toujours les bosses à une paroi latérale ou au fond avec des nervures ou entretoises. Leur épaisseur ne doit pas dépasser 60 % de l'épaisseur globale de la pièce pour minimiser les marques de retrait visibles à l'extérieur de la pièce.

Par exemple, une pièce avec un mur extérieur de 3 mm devrait avoir des nervures internes pas plus épaisses que 1,7 mm.

9. Point d'injection (Gating) : Mettre en évidence les surfaces visuellement importantes sur votre pièce où il ne doit y avoir aucune marque

Afin de correctement concevoir et fabriquer votre pièce en utilisant le moulage par injection, il est important pour le fabricant de comprendre dès le départ quelles sont vos exigences en termes d'apparence.

Un point clé pour le fabricant d'outils à considérer est la localisation du point d'injection. Les points d'injection sont les sections d'entrée par lesquelles le matériau fondu entre dans le moule. Le fabricant d'outils doit choisir le type de points d'injection et les positionner stratégiquement pour minimiser les problèmes de qualité potentiels.

Les points d'injection laissent aussi une trace de point d'injection ou une indication visuelle que la pièce a été injectée—même si elle est subtile.

C'est pourquoi nous recommandons de laisser votre fournisseur savoir vos exigences esthétiques et fonctionnelles et de définir où ne pas injecter.

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