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Les composants clés d'un moule à injection expliqués – Un guide complet

L'outillage de moulage est un aspect essentiel de tous les projets de moulage par injection plastique, déterminant la forme finale et la qualité des pièces ou des produits conçus. Cependant, un moule à injection n’est pas un simple élément qui prend les flux de plastique fondu et les solidifie. Au lieu de cela, divers composants d'un moule à injection remplissent des fonctions distinctes dans une structure de conception compacte tout au long du processus.

Cet article abordera les différents systèmes et composants et leur impact sur la structure globale et la fonctionnalité de l'outillage de moule. De plus, il décrira brièvement les défauts possibles et les matériaux pour la fabrication des moules afin d'aider les lecteurs à prendre de meilleures décisions.

Passons en revue !

Types de moules à injection

Avant les moules et leurs types, qu’est-ce que le moulage par injection ? Il s'agit d'un processus de mise en forme de pièces thermoplastiques par injection et solidification de la matière liquide à l'intérieur du moule. Les cavités dans les moules imitent la géométrie négative de la géométrie prévue de la pièce.

Ensuite, le moule à injection comporte plusieurs variantes, chacune avec des capacités de production et des structures d'assemblage uniques pour les composants et les systèmes inclus. Voici quelques types populaires de moules à injection ;

Moules familiales

Tout d’abord, comprenons les moules à une et plusieurs empreintes. Une seule cavité produit un seul article dans un cycle de production, tandis qu'une multi-cavité produit plusieurs articles identiques. De plus, les moules familiaux comportent de multiples cavités aux géométries distinctes. Cela signifie fabriquer plusieurs modèles sur une seule configuration de moule, par exemple le moulage du boîtier, des boutons et des supports internes d'un outil de diagnostic médical avec le même matériau.

La complexité de la conception et du fonctionnement des moules présente un risque de certains défauts, tels qu'une solidification inégale et des incohérences dimensionnelles.

Moules à deux plaques

Il s'agit d'une forme simple de moule qui comprend uniquement une moitié mobile et une moitié fixe, toutes deux se rencontrant au niveau d'une ligne de joint. La principale caractéristique des moules à deux plaques est que la ligne de joint unique facilite l'ouverture simple de la cavité de moulage par injection et du noyau pour éjecter la pièce durcie.

Si le moule comporte plusieurs cavités, le canal d'alimentation et les portes restent à proximité de cette ligne de joint. Les fabricants utilisent ces moules pour de petites pièces sans fonctionnalités complexes et à faible coût. Cependant, des pressions élevées peuvent provoquer des bavures et la structure simple limite la flexibilité de la conception du moulage.

Moules à trois plaques

Trois moules à plaques contiennent deux lignes de joint ou plus ; les pièces finales ne peuvent pas être obtenues par simple ouverture de la cavité et du noyau. Au lieu de cela, la plaque de glissière supplémentaire sépare la glissière et le portail afin que vous puissiez retirer séparément l'objet moulé de la glissière.

La section ou la plaque ajoutée n'a pas besoin de la position de la glissière et de la porte à proximité de la ligne de joint de la cavité et du noyau, vous pouvez donc placer les portes séparément des glissières. Ces types de moules conviennent aux formes complexes et aux exigences de portes multipoints. Cependant, les coûts d'outillage de moulage par injection et de production sont relativement élevés.

Moules empilés

Les multiples moules se combinent dans un alignement précis avec une seule face pour former un moule empilé. Ainsi, les cavités sont doubles ou plus hautes que celles d’un moule à injection standard. Pendant qu'un moule éjecte les pièces, l'autre moule est injecté, et ce cycle fonctionne simultanément ; c'est ainsi qu'un seul cycle double le nombre de pièces. De plus, la forme ou la taille des cavités ne doivent pas nécessairement être les mêmes de tous les côtés. Ceci est très avantageux lorsque différents composants de moule à injection sont requis pour l'assemblage.

Les moules empilés augmentent l’efficacité de la production et rendent le moulage de gros volumes plus fluide. Les machines avancées peuvent automatiser les processus d'injection et maintenir une précision stricte.

Dévisser les moules

Les moules de dévissage sont principalement appréciés pour réaliser des surfaces à vis comme des robinets de bouteilles. Il s'agit d'un noyau fileté qui repousse les pièces solidifiées grâce à des cycles de dévissage. Pendant ce temps, un mécanisme à crémaillère et pignon prend en charge le dévissage du noyau interne.  

Si vous avez besoin de grands volumes de pièces filetées précises avec des caractéristiques similaires sur leur surface, le dévissage des moules est la meilleure option.

Insérer des moules

Ces moules spécialement conçus intègrent des inserts métalliques à l’intérieur des pièces moulées par injection. La matière injectée s'écoule autour de ces inserts et s'encapsule lors de la solidification. Le moulage par insertion est principalement populaire pour l'insertion de composants filetés et de connecteurs métalliques électroniques dans des pièces en plastique.

Des mécanismes manuels ou automatiques placent et maintiennent l'insert à l'intérieur du moule. En maintien manuel, il est placé à l'intérieur du moule avec une main. Des broches, des fentes ou des supports magnétiques assurent l'alignement et le positionnement correct.  D'autre part, les systèmes robotisés ou les alimentateurs exécutent automatiquement l'insertion avant chaque cycle de moulage.

Moules multi-shots

Cet outillage permet de réaliser des pièces multicolores et multi-matériaux. Le moule implique plusieurs injecteurs qui peuvent injecter simultanément le matériau fondu dans la cavité. Une fois le premier plan pris forme, des plans successifs se construisent dessus. Pour faciliter l'injection multi-injections, le moule est fixé à un mécanisme de rotation, de déplacement ou de retour de noyau.

Les moules multi-shots conviennent pour combiner des matériaux thermodurcissables et thermoplastiques en une seule pièce et des pièces contenant plusieurs matériaux thermoplastiques en un seul article. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour ajouter des poignées sur des manches d'outils thermodurcissables, des joncs de dents, des joints, des joints toriques, etc.

Les composants essentiels des moules à injection

Deux sections fondamentales de tout moule à injection sont le côté de la cavité A (stationnaire) et le côté de la cavité B (en mouvement). La section stationnaire définit les profils extérieurs de la pièce et forme la cavité pour remplir le matériau, tandis que le côté B se déplace vers la ligne de joint.

Côté A de la cavité (côté stationnaire)

Le côté A de la cavité est fixé à la plaque fixe de la machine de moulage et ne bouge pas pendant le processus de moulage. Il abrite le système de glissières et maintient l'alignement précis avec le côté mobile B à l'aide de broches de guidage et de bagues. Par conséquent, ce côté intègre également les canaux de refroidissement pour faire circuler les liquides de refroidissement pendant la solidification. 

Côté B de la cavité (côté mobile)

La face B de la cavité joue un rôle crucial dans l’ouverture et la fermeture du moule. Souvent, il contient un système d'éjection et un mécanisme de maintien de l'insert. De plus, le plateau mobile de la machine à mouler relie ce côté et facilite l’ouverture et la fermeture du moule. Le mouvement et l'alignement de cette cavité sont essentiels pour des dimensions précises et une libération en douceur des pièces finales.

Composants par fonction

Après les composants principaux, voici les composants d'un moule à injection en fonction de leur fonctionnalité. Certains d'entre eux transfèrent la matière première, guident l'ouverture et la fermeture et assurent le refroidissement. Cela signifie qu'un ensemble spécifique de pièces remplit certaines fonctions spécifiques pour obtenir les résultats souhaités.

Système de coureurs

Comprenons ceci de cette façon :le baril injecte le liquide fondu à travers une buse, et certains canaux sont nécessaires pour transférer le flux de la buse du baril à la porte d'injection, d'où le matériau entrera dans une cavité. Ici, le système de coulisses facilite cette transformation matérielle du portail. De plus, le système de canaux peut disposer d'un réseau de canaux pour la distribution dans le cas de moules multi-empreintes.  

Les pièces typiques du système de canaux d'un moule à injection sont :  

Vous pensez peut-être à la pression et à la température en discutant de ces composants de canal d'un moule à injection. La buse elle-même maintient la pression d'injection élevée. Ainsi, le matériau s'écoule uniformément dans le niveau de viscosité souhaité.

De plus, les canaux peuvent être de deux types :les canaux froids et les canaux chauds. Le canal chaud contient un canal haute température avec des dispositifs de chauffage supplémentaires et maintient la température de départ pour éviter une solidification prématurée. D'un autre côté, le canal froid fournit simplement le débit d'admission sans chauffage supplémentaire.

Système de refroidissement

L’étape de refroidissement représente 50 à 80 % du temps du processus de moulage par injection. Vous pouvez donc imaginer à quel point il est important de produire des pièces en plastique sans défauts. Essentiellement, le système de refroidissement est un réseau de conduites d’eau à proximité des composants du moule à injection, entourant principalement la cavité principale qui façonne la matière fondue. Bien que l'eau soit plus connue comme liquide de refroidissement, l'éthylène glycol ou d'autres huiles circulent dans le moulage à haute température.

Un système de refroidissement offre plus de contrôle sur les opérations car il peut réguler et ajuster la température et le débit. En conséquence, un refroidissement adéquat empêche l'emballage, augmente l'efficacité de la production et ralentit l'usure du moule.

La circulation de l'eau est conforme au lieu de lignes droites pour les moules complexes et de grande taille (par exemple, noyau d'une taille de 50 mm ou plus). Voici les parties d'un moule à injection qui relèvent du système de refroidissement ;

Système de composants de moulage  

Ce sont les composants centraux d'un moule à injection responsables de la géométrie finale, des dimensions, de l'alignement et de la précision. Comme leur nom l’indique, ils moulent (façonnent) les pièces, leur donnant les détails de la surface et des caractéristiques internes des cavités. Les composants de moulage comprennent un noyau, une cavité, une tige de moulage, un élévateur, etc.

Vous pouvez identifier rapidement ces composants. Chaque composant qui est en contact avec les matières premières une fois entré dans la cavité depuis la porte.

Voici les points communs du système de composants de moulage ;

Système de ventilation

Le flux de fusion peut amener l'air à l'intérieur de la cavité et les processus de solidification produisent des gaz de moulage. Ces pièges peuvent provoquer des vides, des bulles, des points faibles, des marques de brûlure et un remplissage incomplet. Par conséquent, un système de ventilation dans les moules et les matrices d’injection est essentiel pour éliminer l’air emprisonné et résoudre ces problèmes. De plus, les évents aident à limiter la pression d'injection excessive.

Dans le processus de moulage petit et standard, les évents sont placés dans la ligne de placage avec les broches d'évent sur le corps de la cavité centrale. Cependant, les éléments du système d'un moule à injection deviennent plus complexes avec la complexité du moule.

Certains autres systèmes de ventilation typiques sont :

Système de guidage

Les pièces du système de guidage assurent l'alignement des deux moitiés du moule et des autres composants lors de l'ouverture et de la fermeture. Leur rôle est donc crucial pour garantir la précision et la cohérence tout au long de chaque cycle. Par la suite, les forces de serrage lors de cycles répétitifs peuvent faire dévier la position. Par conséquent, les composants du système de guidage tels que les broches de guidage, les bagues et les plaques fonctionnent pour éviter cela.

Goupilles et bagues de guidage :  Ces deux composants agissent ensemble pour guider le mouvement des moitiés de moule. Les broches de guidage sont des extensions cylindriques fixées à une moitié qui s'emboîtent avec les bagues homologues (manchons) sur une autre moitié et maintiennent l'alignement.

Système d'éjection

Une fois la période de refroidissement terminée, le moule s'ouvre et le système d'éjection facilite le retrait sûr et en douceur des pièces et des glissières. Généralement, des éjecteurs sont utilisés à cette fin. Ces fines broches cylindriques sont fixées dans une plaque d'éjection fixée au côté mobile. Les points de contact des broches sont des surfaces planes, de sorte que la force est uniformément répartie et n'endommage pas la pièce.

Les autres composants incluent :

Composants par structure

La catégorisation de la structure des composants du moule à injection comprend la base du moule, le noyau et diverses pièces et systèmes auxiliaires.

Base du moule

C'est la base sur laquelle tous les autres composants d'un moule à injection sont construits ou posés. La base du moule est généralement fabriquée avec des matériaux solides et rigides comme l'acier trempé. Cependant, le terme « base » en moulage par injection ne fait pas référence à une seule pièce. Au lieu de cela, différents types de plaques sont combinés en une seule plaque avec diverses caractéristiques d'assemblage telles que des trous percés.

Différentes plaques sont prises en sandwich entre les plaques de serrage rares et supérieures. La rare plaque de serrage relie le moule à la machine de moulage par injection :plaque de moule, plaque d'éjecteur, plaque de rétention d'éjecteur, etc., en fonction des caractéristiques particulières du moule.

Noyau du moule

Un noyau de moule forme les cavités pour les géométries creuses et internes tout en se combinant avec la cavité. Il fournit la structure et résiste à une partie de la pression de serrage. La forme du noyau implique généralement des coins et des bords arrondis avec des angles de dépouille appropriés. Lorsque vous verrouillez le noyau et la cavité avec un alignement correct, ils forment un vide ou une cavité pour absorber l'alimentation en plastique fondu.

Après le moulage, le noyau est retiré et le système d'éjection retire la pièce de la section de cavité fixe. Les mécanismes de traction de base courants sont la traction mécanique, hydraulique et pneumatique.

Pièces auxiliaires

Les pièces auxiliaires font référence aux éléments de support non installés sous la structure du moule. Ils sont temporairement assemblés pour faciliter la fonction des pièces fermées du moule à injection. Bien que les pièces auxiliaires n'aient aucun rôle dans la forme et la géométrie, elles sont cruciales pour maintenir des tolérances serrées, l'intégrité structurelle et la qualité globale des pièces en plastique moulées par injection.

Systèmes auxiliaires

Tout comme les pièces auxiliaires, les systèmes auxiliaires sont les systèmes de support du processus de moulage par injection. Des exemples typiques sont les systèmes d'alimentation, d'éjection et de refroidissement, dont nous avons parlé plus tôt dans cet article.

Configurations auxiliaires

Les deux principales configurations auxiliaires dans le moulage par injection sont les trous de boulons à œil de levage et les trous KO. Ces configurations offrent le mécanisme de transfert ou de déplacement du moule et facilitent la procédure d'éjection.

Structures de manutention des coins morts

Premièrement, les coins morts font référence à des zones ou des coins difficiles à atteindre pour le traitement (remplissage, refroidissement, etc.). Les exemples incluent les contre-dépouilles, les angles vifs, les canaux profonds, etc. Ici, des structures telles que les éjecteurs d'angle, les vérins hydrauliques et les glissières s'opposent à cette complexité.

Défauts courants et méthodes d'ajustement pour les moules à injection

La structure complexe et l'assemblage des pièces du moule risquent également de présenter certains défauts dans les pièces finales. Ces défauts sont principalement associés à un alignement, une configuration et un fonctionnement incorrects des différents composants d'un moule à injection. Cependant, la prise en compte des éventuels défauts lors de la conception et de la fabrication permet de procéder à des contre-ajustements.

Le tableau ci-dessous montre les défauts courants, les causes possibles et les méthodes de contre-ajustement ;

Défaut 1 :les actions d'ouverture, de fermeture, d'éjection et de réinitialisation du moule ne sont pas fluides

Cause :

Solution :

  1. Réparez ou remplacez la goupille de guidage et la bague de guidage. 
  2. Inspectez et réparez l'ajustement du curseur et de la goupille d'éjection. 
  3. Augmentez ou remplacez le ressort.

Défaut 2 : inadéquation entre le moule et la machine d'injection

Cause :

Solution :

  1. Remplacez la bague de positionnement ; ajustez la taille et la position de la bague de positionnement. 
  2. Utilisez une machine d'injection de tonnage plus élevé ; augmenter l'épaisseur du moule. 
  3. Ajustez la position et la taille du trou d'éjection ; ajustez la position et la taille du trou de réinitialisation.

Défaut 3 :Difficulté à remplir et retirer les pièces

Cause :

Solution :

  1. Inspectez tous les segments du système de portail et des portails, et réparez les pièces concernées. 
  2. Vérifiez si les courses de limitation, d'extraction du noyau et d'éjection répondent aux exigences de conception, et ajustez les courses qui ne répondent pas aux exigences.

Défaut 4 :canaux d'eau de moisissure bloqués ou fuyant

Cause :

Solution :

  1. Inspectez la méthode de raccordement des joints des tuyaux d'entrée et de sortie d'eau du système de refroidissement et de tous les segments du canal d'eau, et réparez les pièces concernées. 
  2. Inspectez la bague d'étanchéité et le joint de la conduite d'eau, puis réparez ou remplacez les pièces concernées.

Défaut 5 :Mauvaise qualité de la pièce (Flash, tir court, marques d'éjection, traces de traînée, gauchissement important, tolérances excessives, lignes de soudure visibles)

Cause :

Solution :

  1. Ajustez le jeu de manière appropriée et meulez la surface de séparation des pièces de travail. 
  2. Ajoutez du matériel localement et améliorez la ventilation. 
  3. Augmentez la taille des éjecteurs et répartissez-les uniformément. 
  4. Réparez les bavures, augmentez l'angle de dépouille et effectuez une nitruration. 
  5. Ajustez la porte, assurez une pression uniforme et renforcez le produit. 
  6. Retravailler l'usinage. 
  7. Améliorez la porte et augmentez la température du moule.

Matériaux pour la production de moules à injection

L'acier au carbone, l'acier inoxydable, l'aluminium, le titane, le cuivre-béryllium et d'autres métaux et alliages sont des matériaux clés pour la production de moules à injection. Cependant, les moules en céramique sont également répandus pour les matières premières à point de fusion élevé.

Le matériau du moule pour tout projet spécifique ou pièce en plastique dépend du volume de production souhaité, du type de matériau d'injection, de la complexité, de l'usinabilité et des tolérances. Par exemple, l’acier inoxydable peut résister jusqu’à un million de cycles et l’aluminium convient à quelques milliers de cycles. Cela dit, l'exigence minimale pour le matériau du moule est qu'il ait un point de fusion plus élevé que le plastique injecté.

Voici une brève présentation des matériaux courants pour les moules à injection ;

Acier

L'acier est un matériau persistant pour le processus de fabrication de moules avec une excellente durabilité. Il peut résister jusqu'à 5 000 cycles et s'adapter à l'ABS, au nylon, au PP, au PC, à l'acrylique et à de nombreux autres plastiques. Les aciers A-2, D-2 et M-2 peuvent fabriquer le noyau, la cavité et d'autres composants d'un moule à injection.

Acier inoxydable

La composition de chrome et de carbone supplémentaires améliore la résistance à la corrosion, à l’usure et à l’abrasion. Ainsi, les nuances d'acier inoxydable 420, 316-L, 174-PH, etc. permettent de fabriquer des moules plus complexes et plus durables. Cependant, la durée du cycle peut être plus longue en raison d'un faible taux de dissociation thermique.

Acier à outils

Les aciers à outils sont des alliages de fonte contenant du carbone et d’autres éléments d’alliage. La variation des alliages et des nuances d'acier à outils permet de créer des moules machine avec des propriétés personnalisées. Des exemples sont les aciers à outils H-10, H-13, T-15, A6 et M2.

Aluminium

L'aluminium ne peut pas résister à plusieurs lots, mais il est réputé comme matériau d'outillage rapide. Cela signifie que les moules d'injection d'aluminium peuvent être préparés à faible coût et dans des délais courts en raison du coût des matériaux et de leur excellente usinabilité. Par conséquent, la conductivité thermique élevée des 6061 et 7075 réduit également considérablement le temps de cycle.

Cuivre-béryllium

Cet alliage de cuivre est connu pour sa conductivité thermique et sa résistance à la corrosion exceptionnelles, ce qui en fait un matériau de moulage avantageux pour les pièces en plastique de haute précision. Les fabricants utilisent ce métal pour les canaux chauds, les inserts de moule, les noyaux et d'autres pièces.

Conclusion

En plus du noyau et de la cavité, plusieurs autres systèmes et composants agissent ensemble pour façonner le matériau en fusion qui passe par la pointe de la buse du cylindre chauffé. Les composants du canal transfèrent le flux vers la porte et la cavité du moule, le système de refroidissement contrôle la solidification, les composants de guidage signent les moitiés du module, les broches d'éjection retirent les pièces de la cavité et plusieurs autres composants intégrés et auxiliaires exécutent des fonctions spécialisées.

La sélection appropriée des matériaux, la fabrication précise, la finition de la cavité et les alignements précis sont essentiels pour créer un moule capable de répondre à toutes les spécifications prévues. En plus de cela, l'expertise des ingénieurs et des opérateurs influence également la qualité finale.

Nos services complets de moulage par injection englobent tout, de l'usinage de moules avec CNC, EDM et d'autres méthodes jusqu'aux diverses options de pêche en surface pour les produits de moulage par injection. Nos ingénieurs experts vous aident également à optimiser diverses pièces et systèmes de la conception de votre moule à injection. Alors, téléchargez votre fichier de dessin sur notre plateforme en ligne dès aujourd'hui !

FAQ

Quelles sont les quatre étapes fondamentales du processus de moulage par injection ?

Les quatre étapes fondamentales du moulage par injection consistent à récupérer le moule dans la machine, à injecter la palette dans un fût chauffé et plus loin dans la cavité du moule, à contrôler le refroidissement et à l'éjection. Toutes ces étapes jouent un rôle essentiel dans le succès global du moulage du plastique.

Combien de cycles un moule à injection peut-il généralement supporter ?

La capacité du cycle de production d'un moule à injection dépend de facteurs tels que le matériau du moule, le type de plastique brut et les conditions de traitement. Par exemple, un moule rapide en aluminium peut durer quelques milliers de cycles, tandis qu'un moule en alliage d'acier traité thermiquement peut supporter jusqu'à un million de cycles.

Quelle est la température standard pour un moule à injection ?

Lors du moulage par injection, la température de fusion des palettes en plastique varie entre 204°C et 249°C (400 à 480°F), tandis que la température du moule varie entre 80°C et 90°C (176 à 194°F).

Dans quelle direction le plastique doit-il être injecté dans le processus de moulage ?

Le plastique doit être injecté dans une direction qui permet au matériau de s'écouler uniformément dans le moule, souvent à travers la section la plus épaisse en premier. Cela garantit un remplissage correct, minimise les pièges à air et réduit le risque de défauts.

Quelle est l'épaisseur maximale possible pour un moule à injection ?

L'épaisseur maximale d'une pièce moulée par injection varie généralement de 4 mm à 6 mm (0,16 à 0,24″). Cependant, selon le type de matériau et la conception de la pièce, cela peut aller jusqu'à 10 mm.


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