Le moulage par injection consiste à chauffer des granulés de plastique jusqu’à leur fusion, puis à injecter le plastique fondu dans un moule à l’aide d’une machine et à le laisser refroidir pour obtenir une pièce en plastique. Le moulage par injection est une bonne méthode de fabrication, car il est rapide et précis et permet de produire toutes sortes d’objets, comme des pièces automobiles, des coques de téléphone et des emballages alimentaires.
Ⅰ.Comprendre le moulage par injection
1.1 Définition du moulage par injection de matières plastiques
Le moulage par injection, également appelé moulage par injection, est une méthode de moulage qui associe injection et mise en forme. Cette méthode présente les avantages suivants : vitesse de production élevée et grande efficacité, automatisation possible du fonctionnement, grande variété de conceptions et de couleurs, formes allant des plus simples aux plus complexes, tailles allant des plus grandes aux plus petites et dimensions précises. Les produits sont faciles à remplacer et peuvent prendre des formes complexes. Le moulage par injection convient à la production de masse, aux produits de forme complexe et à d’autres domaines de transformation par moulage.
1.2 Contexte historique et processus d’évolution
En 1868, Hyatt mit au point un matériau plastique qu’il nomma celluloïd. Le celluloïd avait été inventé en 1851 par Alexander Parks. Hyatt l’améliora afin de pouvoir le transformer en formes finies. Hyatt et son frère Isaiah déposèrent en 1872 le brevet de la première machine d’injection à piston. Cette machine était relativement simple par rapport à celles utilisées au 20e siècle. Son fonctionnement ressemblait à celui d’une seringue hypodermique géante. Cette aiguille géante, ou fourreau de diffusion, injectait le plastique dans le moule à travers un cylindre chauffé. Dans les années 1940, la Seconde Guerre mondiale créa une forte demande de produits bon marché fabriqués en grande série. En 1946, l’inventeur américain James Watson Hendry construisit la première machine de moulage par injection permettant un contrôle plus précis de la vitesse d’injection et de la qualité des produits. Cette machine permettait aussi de mélanger les matières avant l’injection afin d’incorporer parfaitement les plastiques colorés ou recyclés à la matière vierge. En 1951, les États-Unis mirent au point la première machine d’injection à vis. Aucun brevet ne fut déposé et ce dispositif est toujours utilisé.
Dans les années 1970, Hendry a mis au point le premier procédé de moulage par injection assisté par gaz et a permis la production de produits complexes et creux qui se refroidissent rapidement. Ce procédé augmente considérablement la flexibilité de la conception ainsi que la résistance et les extrémités des pièces fabriquées, tout en réduisant le temps de production, le coût, le poids et les déchets.
Processus de moulage par injection de matières plastiques
2.1 Conception du moule
Le moule à injection est principalement composé de pièces de moulage (les pièces qui constituent la cavité dans les parties mobiles et fixes du moule), d’un système d’obturation (le canal par lequel le plastique fondu entre dans la cavité du moule à partir de la buse de la machine d’injection), de pièces de guidage (lorsque le moule est fermé, il peut être aligné avec précision), d’un mécanisme d’éjection (le dispositif qui pousse le plastique hors de la cavité après que le moule a été séparé), système de réglage de la température (pour répondre aux exigences de température du processus d’injection), système d’échappement (pour éliminer l’air dans la cavité pendant le moulage et les gaz volatils du plastique lui-même sont évacués hors du moule, souvent avec des rainures d’échappement sur la surface de séparation) et pièces de support (composants utilisés pour installer, fixer ou soutenir les pièces moulées et d’autres mécanismes), parfois avec un mécanisme de séparation latérale et de traction du noyau.
2.1.1 Étapes de conception d’un moule d’injection
**1. Travaux préparatoires avant la conception **(1) Cahier des charges de conception. (2) Comprendre les pièces plastiques, notamment leur forme, leur utilisation et les matières dont elles sont constituées. (3) Vérifier le mode de fabrication des pièces plastiques. (4) Connaître le modèle et les dimensions de la presse à injecter.
**2. Élaborer une fiche de réglage du moulage **(1) Connaître le produit : plan, poids, épaisseur, surface, dimensions et éventuelles caractéristiques ou pièces spéciales. (2) Connaître le plastique utilisé : nom, modèle, fabricant, couleur et nécessité éventuelle de séchage. (3) Connaître les principales caractéristiques techniques de la presse à injecter : dimensions de la machine et du moule, type de vis et puissance. (4) Connaître la pression et la course utilisées par la presse à injecter. (5) Connaître les conditions d’injection : température, pression, vitesse et force de fermeture.
3. Injection Mold Structure Design Steps (1) Figure out how many cavities you need. Tenez compte de la quantité de plastique injectable, de la force disponible pour fermer le moule, de la précision requise pour le produit et du budget prévu. (2) Decide where the mold will split. Le moule doit être simple, facile à démonter et ne pas altérer l’aspect ni le fonctionnement de la pièce plastique. (3) Figure out how to arrange the cavities in the mold. Essayez de l’équilibrer si possible. (4) Decide how the plastic will get into the mold. Cela comprend le canal principal, les canaux secondaires, les seuils et le puits à matière froide. (5) Decide how to get the plastic part out of the mold. Les différentes parties du moule emploient différentes méthodes pour extraire la pièce plastique.
(6) Decide how to control the temperature. Le système de contrôle de la température dépend du type de plastique que vous utilisez. (7) Figure out how to machine and install the die or core using an insert structure. Divisez les inserts en sections et mettez-les en place simultanément. (8) Figure out how to get rid of the air. En général, vous pouvez utiliser le plan de joint du moule et le jeu entre le mécanisme d’éjection et le moule. Mais pour les grands moules à injection rapide, il faut prévoir des moyens d’évacuer l’air. (9) Figure out how big the injection mold should be. Utilisez les formules pour déterminer les dimensions des pièces moulées, puis l’épaisseur de la paroi latérale et du fond de l’empreinte, l’épaisseur de la semelle du noyau, celle du plateau mobile, celle de la plaque d’empreinte modulaire et la hauteur du moule d’injection.
(10) Use a standard mold base. Utilisez les dimensions principales du moule conçu et calculé pour sélectionner une base standard, puis privilégiez des composants de moule standard. (11) Sketch out the mold structure. Il est important de dessiner une esquisse structurelle complète du moule d’injection ainsi que son schéma de structure. (12) Check the mold and injection machine dimensions. Vérifiez les paramètres de la presse à injecter utilisée : volume d’injection maximal, pression d’injection, force de fermeture, dimensions de la zone de montage du moule, course d’ouverture et mécanisme d’éjection. (13) Review the mold structure design. Effectuez une revue préliminaire et obtenez l’accord de l’utilisateur. Confirmez et modifiez simultanément ses exigences. (14) Create the mold assembly drawing. Indiquez clairement l’assemblage des pièces, les dimensions, références, nomenclatures, cartouches et exigences techniques de chaque élément du moule : construction et fonctionnement des éjecteurs et coulisseaux ; assemblage, ajustement du plan de joint et alignement des moitiés ; utilisation ; protection antirouille, numérotation, gravure, huilage et stockage ; ainsi que toutes les exigences d’essai ou de contrôle.
(15) Make drawings of mold parts. Démontez le moule et réalisez les plans des pièces dans cet ordre : commencez par l’intérieur, puis l’extérieur ; par les pièces complexes, puis les simples ; par les pièces qui donnent sa forme au produit, puis celles qui maintiennent l’ensemble. (16) Look at the design drawings. La dernière étape de conception d’un moule d’injection consiste à revoir les plans pour vérifier que les pièces sont fabricables.
2.2 Sélection des matériaux
2.2.1 Types de matières plastiques couramment utilisées dans le moulage par injection
**1. Polypropylène (PP) **Le polypropylène est une matière plastique courante, largement utilisée en moulage par injection. Léger, résistant aux acides et aux bases, il présente une faible densité ainsi qu’une excellente résistance à l’usure et aux chocs. Sa température de fusion étant relativement basse, il faut maîtriser la température de fusion et la pression d’injection pendant le moulage afin d’éviter les problèmes.
**2. Polyamide (PA) **Le polyamide est un plastique haute performance offrant une résistance mécanique, une ténacité et une résistance à l’usure élevées. Il est donc largement utilisé dans l’automobile, l’aérospatiale, l’électronique et d’autres secteurs. Son injection exige une température de fusion plus élevée ; il faut donc contrôler soigneusement la température et la durée d’injection afin d’éviter notamment la dégradation thermique de la matière.
**3. Polyuréthane (PU) **Le polyuréthane est une excellente matière plastique qui résiste très bien à l’usure, aux huiles, aux UV, etc. Il est donc largement utilisé dans l’industrie, la construction et d’autres secteurs. Pour le mouler par injection, il faut l’injecter à une température plus élevée et maîtriser la pression ainsi que le temps d’injection afin d’éviter les problèmes de séparation entre la matière et le moule. Outre le polypropylène, le polyamide et le polyuréthane, de nombreux autres plastiques se prêtent au moulage par injection, notamment le polyéthylène (PE) et le polycarbonate (PC). Chaque matière plastique impose des précautions particulières lors du moulage par injection ; les réglages doivent être adaptés à la situation.
2.2.2 Facteurs influençant la sélection des matériaux
Physical Properties. Les propriétés physiques d’un matériau, comme la résistance, la dureté, la ténacité ou la résistance à la corrosion, déterminent son comportement en service. Une pièce soumise à la chaleur ou aux chocs, ou exigeant une forte résistance, nécessite un matériau aux propriétés adaptées.
Chemical Properties. Les propriétés chimiques du matériau (sensibilité à la corrosion, résistance aux acides ou aux bases, etc.) sont également importantes, surtout si la pièce doit être exposée à un environnement où elle risque de réagir avec des produits chimiques.
Production Cost. Le coût de fabrication est également déterminant, notamment celui de la matière première et la difficulté de fabrication.
Eco-friendly. Lorsque vous réfléchissez à la durabilité et à la protection de la planète, il est important de choisir des produits respectueux de l’environnement.
2.3 Serrage du moule
La fermeture du moule est la première étape du procédé de moulage par injection. L’ouverture et la fermeture du moule de la presse à injecter sont assurées par le système de fermeture. Lors de la fermeture, celui-ci fournit au moule une force de serrage fiable afin de résister à l’importante force d’ouverture engendrée par l’injection et le remplissage sous haute pression du plastique fondu.
2.4 Moulage par injection (injection/remplissage)
Le processus d’injection comporte généralement trois étapes : l’alimentation, la plastification et l’injection. À une certaine température, la matière plastique entièrement fondue est mélangée par la vis et injectée dans la cavité du moule sous haute pression. (Remarque : contrôle de la température et de la pression).
2.4.1 Contrôle de la température
1. Barrel Temperature Pendant l’injection, les températures à maîtriser comprennent celles du fourreau, de la buse et du moule. Les deux premières influent surtout sur la plastification et l’écoulement ; la dernière sur l’écoulement et le refroidissement. Chaque plastique a sa propre température d’écoulement. Pour un même plastique, elle et la température de décomposition varient selon la source ou le grade, en raison des différences de masse moléculaire moyenne et de distribution. Elles varient aussi selon le type de presse. La plastification diffère donc d’une machine à l’autre, tout comme la température du fourreau.
**2. Température de buse **La température de la buse est généralement légèrement inférieure à la température maximale du fourreau. Cela évite le « bavage » possible avec une buse ouverte. Elle ne doit pas être trop basse, sinon la matière fondue se solidifie trop tôt et bouche la buse, ou de la matière solidifiée est injectée dans l’empreinte et détériore le produit.
**3. Température du moule **La température du moule influe fortement sur les performances intrinsèques et la qualité apparente du produit. Elle dépend de la cristallinité du plastique, des dimensions et de la structure du produit, des exigences de performance et d’autres conditions de procédé (température de fusion, vitesse et pression d’injection, cycle de moulage, etc.).
2.4.2 Contrôle de la pression
La pression au cours du processus de moulage par injection comprend la pression de plastification et la pression d’injection, et elle affecte directement la plastification du plastique et la qualité du produit.
**1. Pression de plastification (contre-pression) : **Sur une presse à vis, la pression exercée sur la matière au sommet de la vis lorsque celle-ci tourne et recule est appelée pression de plastification, ou contre-pression. Elle se règle au moyen de la soupape de décharge du système hydraulique. Pendant l’injection, la pression de plastification reste inchangée lorsque la vitesse de la vis varie. Son augmentation élève la température de la matière, mais réduit la vitesse de plastification. Elle permet aussi souvent d’uniformiser la température de la matière, de mélanger régulièrement les colorants et d’évacuer les gaz. En général, elle doit être réglée aussi bas que possible tout en garantissant une excellente qualité du produit. Sa valeur précise dépend du type de plastique utilisé, mais dépasse rarement 20kg/cm2.
**2. Pression d’injection **Dans la production actuelle, la pression d’injection de presque toutes les presses à injecter repose sur la pression exercée par le piston ou l’extrémité de la vis sur le plastique (convertie à partir de la pression du circuit d’huile). Le rôle de la pression d’injection dans le moulage par injection est de vaincre la résistance à l’écoulement du plastique entre le fourreau et l’empreinte, de donner au matériau fondu une vitesse de remplissage et de le compacter.
La pression d’injection est divisée en pression d’injection et pression de maintien, généralement de 1 à 4 niveaux de pression d’injection et de 1 à 3 niveaux de pression de maintien. En général, la pression de maintien est inférieure à la pression d’injection et doit être ajustée en fonction de la matière plastique utilisée pour obtenir le meilleur résultat, des propriétés physiques, de l’apparence et des exigences de taille.
2.5 Refroidissement et solidification
Dans le domaine du moulage par injection, le refroidissement de l’injection est l’un des facteurs les plus importants qui déterminent la qualité du moulage et l’efficacité de la production. Le principe du refroidissement du moulage par injection repose principalement sur l’effet du fluide de refroidissement sur les pièces en plastique. Le système de refroidissement du moulage par injection utilise généralement des fluides, tels que l’eau ou l’huile. Lorsque le fluide de refroidissement s’écoule dans le canal d’eau de refroidissement du moule d’injection, il évacue la chaleur dans le moule par transfert thermique, de manière à refroidir rapidement la pièce en plastique. Le système de refroidissement du moulage par injection peut également adopter différentes méthodes de refroidissement, telles que le chauffage horizontal et le chauffage oblique, en fonction de la forme et du matériau spécifiques du moule, afin d’obtenir le meilleur effet de refroidissement.
2.5.1 Le processus de refroidissement et son importance
1. Reduce the Temperature of Plastic Parts Les pièces plastiques sont fabriquées par injection de plastique chaud dans un moule. Lorsque la presse injecte le plastique, certaines zones du moule chauffent tandis que d’autres refroidissent, créant des points chauds à différentes températures. Sans refroidissement, le plastique sera trop chaud à certains endroits et pas assez à d’autres, entraînant retrait et gauchissement. Le refroidissement du moule ramène rapidement les points chauds à la bonne température, homogénéise le refroidissement du plastique et réduit les contraintes internes des pièces, ce qui laisse davantage de temps pour éviter leur gauchissement.
2. Speed Up Cooling Lorsque le plastique retourne dans le moule, la chaleur du moule d’injection se dissipe progressivement dans le sens de l’écoulement. Ainsi, la partie avant de l’écoulement ne s’ajuste pas le long de l’axe longitudinal. N’est-ce pas ? La partie arrière refroidit et se solidifie progressivement. Le système de refroidissement du moule peut accroître rapidement la diffusion de la température, uniformiser sa répartition et accélérer le refroidissement. Le plastique prend ainsi sa forme plus vite, le cycle d’ouverture du moule raccourcit et l’efficacité de la production augmente.
3. Avoid Deformation Si la pièce plastique refroidit de façon inégale après le moulage par injection, des contraintes internes apparaissent et peuvent provoquer une déformation, voire une rupture. Le refroidissement après injection uniformise la température interne et réduit ces contraintes, ce qui évite la déformation et améliore la stabilité et la fiabilité du produit.
2.5.2 Effet de la vitesse de refroidissement sur le produit final
Le refroidissement en moulage par injection permet de maîtriser la précision dimensionnelle des pièces injectées. Pendant le moulage, le plastique fondu refroidit et se solidifie rapidement après son injection dans le moule. Le refroidissement est essentiel à la stabilité dimensionnelle des pièces. Un système de refroidissement bien conçu assure un retrait uniforme pendant le refroidissement et garantit ainsi que la précision dimensionnelle du produit final satisfait aux exigences. Le refroidissement en moulage par injection influence fortement les performances et la qualité des pièces injectées.
Les performances des pièces moulées par injection sont souvent étroitement liées à des facteurs tels que la structure de cristallisation et l’orientation de la chaîne moléculaire, et ces facteurs sont liés à la vitesse de refroidissement des pièces moulées par injection. En contrôlant la vitesse de refroidissement des pièces moulées par injection, le degré de cristallisation et l’orientation de la chaîne moléculaire des pièces moulées par injection peuvent être ajustés, améliorant ainsi leurs propriétés mécaniques, leur résistance à la chaleur, leur résistance aux produits chimiques, etc.
2.6 Ejection des pièces moulées
Le principe d’éjection de la machine de moulage par injection consiste à éjecter les produits moulés par injection du moule par une force mécanique ou une pression d’air en vue d’un traitement ultérieur. Généralement, un mécanisme d’éjection mécanique est utilisé pour entraîner la plaque d’éjection à travers des billes d’acier, des ressorts ou des cylindres afin d’éjecter le produit.
2.6.1 Problèmes courants et solutions
**1. La force d’éjection est trop faible ou trop élevée **Si la force d’éjection est trop faible, le produit ne sortira pas du moule. Si elle est trop élevée, il risque d’être endommagé ou déformé. Il faut alors régler la force d’éjection, la pression d’air ou le mécanisme d’éjection.
**2. Pièce collée au moule **Si la pièce reste collée au moule, le refroidissement peut être insuffisant ou le temps d’éjection trop court. Il faut augmenter le temps d’éjection ou améliorer le refroidissement.
**3. Éjection incomplète du produit **Si seule une partie du produit est éjectée, augmentez la force d’éjection et vérifiez si la structure mécanique ou le vérin d’éjection fonctionne normalement.
Ⅲ.Application du moulage par injection
Le moulage par injection est une méthode courante de transformation des matières plastiques, largement utilisée dans divers domaines. Il permet de fabriquer des produits en plastique en injectant du plastique fondu dans un moule, puis en le refroidissant et en le durcissant pour lui donner la forme souhaitée. Le moulage par injection présente les avantages d’une vitesse de moulage rapide, d’une efficacité de production élevée et d’une grande précision des produits. C’est pourquoi il est largement utilisé dans l’automobile, l’électronique, l’électroménager, l’équipement médical et d’autres domaines.
1. Automotive Industry Le moulage par injection sert à fabriquer des pièces plastiques de forme complexe, comme les tableaux de bord, panneaux de porte et consoles centrales. Il répond aux exigences de l’industrie automobile en matière de qualité, d’aspect et de performances des pièces, tout en réduisant les coûts de production, d’où son adoption par les constructeurs.
2. Electronics Industry À mesure que les produits électroniques progressent, les exigences applicables à leurs boîtiers augmentent. Injection molding permet de fabriquer des boîtiers fins et très précis pour des produits électroniques comme les téléphones portables et les claviers d’ordinateur. Il répond aux exigences de l’électronique en matière d’aspect, de précision et d’efficacité de production, tout en favorisant l’amélioration continue des produits.
**3. Secteur de l’électroménager **Les appareils électroménagers doivent généralement être durables et esthétiques, ce que permet le moulage par injection. Celui-ci produit des formes et structures complexes, comme les coques de lave-linge ou les poignées de réfrigérateur. Il garantit la qualité et les performances des appareils tout en renforçant leur compétitivité.
**4. Industrie des dispositifs médicaux **Les dispositifs médicaux doivent être très sûrs et propres, ce que permet le moulage par injection. Il peut fabriquer des produits conformes aux normes des dispositifs médicaux, comme des seringues, des dispositifs de perfusion, etc. Le moulage par injection garantit la qualité et le bon fonctionnement des dispositifs médicaux, afin de protéger la santé des patients.
Ⅳ. Avantages et inconvénients du moulage par injection de matières plastiques
4.1 Avantages
**1. Haute efficacité de production **Le procédé de moulage par injection peut être fortement automatisé, ce qui réduit la dépendance à la main-d’œuvre et améliore l’efficacité de production.
**2. Haute précision et bonne répétabilité **Grâce au contrôle précis de paramètres tels que la température, la pression et la vitesse pendant le moulage par injection, le produit présente une grande précision dimensionnelle et une bonne répétabilité, ce qui le rend adapté à la production en série.
**3. Large applicabilité **Le moulage par injection convient à divers matériaux, notamment les thermoplastiques, les thermodurcissables et le caoutchouc, et permet de répondre à des besoins produits variés.
**4. Économies d’énergie et protection de l’environnement **Les équipements de moulage par injection fonctionnent généralement à l’électricité, ce qui les rend plus économes en énergie et plus respectueux de l’environnement que les machines traditionnelles ; les déchets de matière peuvent en outre être recyclés.
**5. Avantage économique **Le moulage par injection convient à la production de masse et peut réduire le coût unitaire du produit.
4.2 Inconvénients
**1. Les moules sont coûteux **Le moulage par injection exige des moules précis ; l’investissement initial est donc plus élevé.
**2. Cycle de traitement long **Le moulage par injection nécessite refroidissement et mise en forme, ce qui prend du temps. Cela réduit l’efficacité et allonge le procédé.
**3. Exigences techniques élevées **Le moulage par injection nécessite des opérateurs qualifiés et des connaissances techniques. Son entretien et sa réparation sont également difficiles.
4. Limitations on Scope of Applicatio Le moulage par injection ne peut pas fabriquer des objets complexes ou grands. Il convient mieux aux petits objets.
Conclusion
Yo, alors regarde ça. Le marché mondial du moulage par injection de plastique va croître. Elle devrait passer de 4,56 millions de tonnes en 2023 à 5,95 millions de tonnes en 2028. Les principales raisons pour lesquelles le injection molding market progresse parce que le moulage par injection est de plus en plus utilisé dans l’automobile et l’emballage. La demande de biens de consommation et d’électronique augmente aussi, ce qui stimule ce marché. Mais l’accès au moulage par injection est coûteux et d’autres procédés, comme l’impression 3D, permettent de fabriquer des produits. C’est pourquoi le marché ne croît pas aussi vite qu’il le pourrait.
Mais l’évolution vers la fabrication de véhicules plus légers et plus électriques et les nouvelles utilisations dans le domaine de la santé pourraient apporter d’autres points positifs à la croissance du marché de l’injection plastique. Le moulage par injection plastique offre une gamme de solutions, allant de l’emballage en vrac aux moules pour conteneurs et bouteilles à parois minces. Ces solutions sont largement utilisées dans diverses industries d’utilisateurs finaux à des fins d’emballage. En plus d’offrir une solution d’emballage polyvalente, il réduit également la consommation de plastique et s’avère idéal tant sur le plan économique qu’écologique.
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