Qu’est-ce qu’un moule d’injection ?

Introduction : dans le moulage par injection, la résine plastique est le principal matériau des pièces. Le plastique fondu s’écoule entre les deux moitiés du moule et remplit l’empreinte afin de prendre la forme souhaitée.

Différentes matières plastiques et méthodes de moulage par injection de caoutchouc peuvent répondre aux besoins de diverses applications et garantir la qualité et la performance du produit fini.

Que signifie le terme “moule d’injection” ?

Un moule d’injection est un outil permettant de fabriquer des produits en plastique. C’est également un outil qui donne aux produits en plastique une structure complète et des dimensions précises. Comme la principale méthode de production consiste à injecter du plastique fondu à haute température dans le moule par le biais d’une pression élevée et d’un entraînement mécanique, il est également appelé moule à injection de plastique.

Quels sont les matériaux utilisés pour les moules à injection ?

Il existe un grand nombre de métaux et d’alliages différents que vous pouvez utiliser pour fabriquer des moules d’injection, comme l’acier au carbone, l’acier inoxydable, l’aluminium, le titane, le cuivre au béryllium, etc. Mais vous pouvez également utiliser des moules en céramique pour les matériaux dont le point de fusion est très élevé.

Le matériau utilisé pour votre moule dépend d’un certain nombre de facteurs, comme le nombre de pièces à fabriquer, le type de plastique utilisé, la complexité de la pièce, la facilité d’usinage et l’étendue des tolérances.

Par exemple, l’acier inoxydable peut supporter jusqu’à un million de cycles, tandis que l’aluminium ne supporte que quelques milliers de cycles. En résumé, l’exigence minimale pour les matériaux de moulage est que leur point de fusion soit plus élevé que celui du plastique d’injection.

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

L’acier est un matériau idéal pour la fabrication de moules car il est résistant. Il peut résister à 5 000 cycles et fonctionne avec l’ABS, le nylon, le PP, le PC, l’acrylique et de nombreux autres plastiques. Vous pouvez utiliser l’acier A-2, D-2 et M-2 pour fabriquer des noyaux, des cavités et d’autres pièces de moules d’injection.

L’ajout de chrome et de carbone améliore la résistance à la corrosion, à l’usure et à l’abrasion. Ainsi, les qualités d’acier inoxydable telles que 420, 316-L, 174-PH permettent de fabriquer des moules plus complexes et plus durables. Cependant, comme le taux de décomposition thermique est faible, la durée du cycle peut être plus longue.

L’acier à outils est un alliage de fonte qui contient du carbone et d’autres éléments d’alliage. Les différents alliages et qualités d’acier à outils confèrent aux moules des machines des propriétés personnalisées. Les aciers à outils H-10, H-13, T-15, A6 et M2 en sont des exemples.

L’aluminium ne peut pas supporter plusieurs tirs, mais c’est un matériau populaire pour l’outillage rapide. Cela signifie que vous pouvez fabriquer des moules d’injection en aluminium rapidement et à moindre coût, car ce matériau est bon marché et facile à usiner. En outre, la conductivité thermique élevée des matériaux 6061 et 7075 permet de réduire le temps de cycle.

Cet alliage de cuivre est connu pour son excellente conductivité thermique et sa résistance à la corrosion, ce qui en fait un excellent matériau de moulage pour les pièces plastiques de haute précision. Les fabricants utilisent ce métal pour les canaux chauds, les inserts de moules, les noyaux, etc.

Quels sont les principaux éléments d’un moule d’injection ?

Tout moule à injection comporte deux parties fondamentales : le côté A de la cavité (stationnaire) et le côté B de la cavité (mobile). La partie fixe définit le contour extérieur de la pièce et forme la cavité pour remplir le matériau, tandis que le côté B se déplace jusqu’au plan de joint.

Côté A de la cavité (côté stationnaire)

Le côté A de la cavité est attaché à la plaque fixe de la machine de moulage et ne bouge pas pendant le processus de moulage. Elle abrite le système de canaux et est maintenue dans un alignement précis avec le côté mobile B à l’aide de goupilles de guidage et de bagues. Par conséquent, ce côté contient également des canaux de refroidissement pour faire circuler le liquide de refroidissement pendant la solidification.

Côté B de la cavité (côté mobile)

La face B du moule est importante pour l’ouverture et la fermeture du moule. Il est généralement équipé d’un système d’éjection et d’un moyen de maintenir l’insert. Le plateau mobile de la machine de moulage se connecte également à ce côté pour faciliter l’ouverture et la fermeture du moule. Il est important que ce côté bouge et s’aligne correctement pour que la pièce soit de la bonne taille et sorte facilement du moule.

Que comprend le moule d’injection par fonction ?

Après les composants de base, voici les différents composants du moule d’injection, classés selon leurs fonctions. Certains de ces composants transportent la matière plastique brute, guident l’ouverture et assurent le refroidissement. Cela signifie qu’un ensemble spécifique de composants remplit des fonctions spécifiques pour obtenir le résultat souhaité.

Système de coureurs

Imaginez le fonctionnement ainsi : le fourreau expulse la matière par la buse et des canaux l’acheminent jusqu’au seuil d’injection. Le système de canaux conduit la matière au seuil et, dans un moule multicavité, peut comporter plusieurs ramifications pour la répartir.

Bague de carotte : canal conique ou cylindrique qui transfère le plastique fondu de la buse jusqu’à l’entrée du canal. Dans un moule à une empreinte, la carotte principale se prolonge directement jusqu’au seuil.

Réseau de canaux : la carotte principale répartit la matière fondue vers les seuils des empreintes au moyen d’un réseau de canaux. 

Seuil : le réseau de canaux alimente le seuil, petite ouverture donnant sur l’empreinte. Il peut être latéral, capillaire, en éventail ou d’un autre type.

Lorsque vous évoquez ces composants du système d’alimentation des moules d’injection, vous pensez à la pression et à la température. La buse elle-même maintient une pression d’injection élevée. Le matériau s’écoule ainsi uniformément au niveau de viscosité souhaité.

Les canaux se répartissent en deux catégories : les canaux froids et les canaux chauds. Les canaux chauds sont chauffés pour empêcher la solidification prématurée de la matière. Les canaux froids ne comportent aucune source de chauffage supplémentaire.

Système de refroidissement

La phase de refroidissement est responsable de 50% à 80% de la durée du processus de moulage par injection, vous pouvez donc imaginer à quel point il est important de produire des pièces en plastique sans défaut.

Fondamentalement, un système de refroidissement est un réseau de conduites d’eau autour de l’assemblage du moule d’injection, principalement autour de la cavité principale où la matière première en fusion est moulée. Si l’eau est le liquide de refroidissement le plus courant, le glycol ou d’autres huiles circulent dans les moules à haute température.

Le système de refroidissement régule et ajuste la température et le débit, ce qui permet de mieux contrôler l’opération. Ainsi, un refroidissement adéquat évite l’enchevêtrement, augmente l’efficacité de la production et ralentit l’usure des moules.

Pour les moules de grande taille et complexes (par exemple, des noyaux de 50 mm ou plus), la circulation de l’eau est conforme et non linéaire. Voici les composants du moule d’injection qui font partie du système de refroidissement ;

Déflecteurs : ils redirigent le liquide de refroidissement vers les canaux secondaires et prennent généralement la forme de lames métalliques.

Tubes fontaines : tubes creux qui relient les circuits à l’intérieur des perçages.

Caloducs : cylindres remplis de liquide qui absorbent et dissipent la chaleur grâce à une circulation continue.

Pompe externe : elle fournit une pression suffisante pour le débit défini et maintient le cycle de refroidissement.

Système de composants de moulage

Ce sont les pièces principales du moule d’injection et elles sont responsables de la forme finale, de la taille, de l’ajustement et de la précision. Comme leur nom l’indique, ils façonnent les pièces en leur donnant les détails de la surface de la cavité et des caractéristiques internes. Les composants de moulage comprennent les noyaux, les cavités, les barres de moulage, les releveurs, etc.

Vous pouvez rapidement repérer ces pièces. Chaque pièce qui touche le matériau d’alimentation une fois qu’il est entré dans la cavité par la porte.

Voici les éléments communs du système de pièces moulées ;

Empreinte du moule : elle reste fixe sur la machine et supporte la pression d’injection exercée par le piston.

Noyau : moitié mobile qui se verrouille avec l’empreinte pendant le cycle afin de former les détails intérieurs.

Broche de moulage : broche de noyau utilisée pour former des détails fins et allongés, comme des axes ou des trous.

Éjecteurs inclinés : ils maintiennent les angles de dépouille de certaines géométries pour faciliter l’ouverture et la fermeture du moule.

Système de ventilation

Lorsque le plastique s’écoule, il fait entrer de l’air dans la cavité. Lorsque le plastique se solidifie, il produit des gaz de moulage. Ces gaz peuvent provoquer des vides, des bulles, des points faibles, des marques de brûlure et un remplissage incomplet.

C’est pourquoi le système de ventilation du moule d’injection et du moule est important pour éliminer l’air emprisonné et résoudre ces problèmes. En outre, l’évent permet de limiter la pression d’injection excessive.

Dans les petits processus de moulage standard, les trous d’aération sont placés sur la ligne de placage du corps de la cavité centrale avec la goupille d’aération, mais à mesure que le moule devient plus complexe, les pièces du système du moule à injection deviennent de plus en plus complexes.

Parmi les autres systèmes de ventilation typiques, on peut citer

Rainures et canaux : canaux ou rainures étroits situés sur le plan de joint, ainsi qu’au niveau des broches et des points d’évent :

Évacuation de l’air : l’air est extrait au moyen d’une pompe à vide externe avant l’injection.

Soupapes d’évent : des micro-soupapes sont placées à l’intérieur comme à l’extérieur de l’empreinte.

Évents autour des composants : des évents sont généralement disposés sur les éléments associés à l’écoulement chaud, comme la carotte, les canaux et les seuils.

Système de guidage

Les composants du système de guidage veillent à ce que les deux moitiés du moule et les autres composants soient alignés lors de l’ouverture et de la fermeture du moule. Ils sont donc importants pour garantir la précision et la cohérence de chaque cycle.

De ce fait, la force de serrage peut se déplacer au fil du temps. Les composants du système de guidage tels que les axes de guidage, les bagues et les plaques de guidage peuvent aider à éviter ce problème.

Colonnes et bagues de guidage : ces éléments guident le mouvement des deux moitiés. Les colonnes sont des tiges métalliques qui dépassent d’une moitié et s’engagent dans les bagues de l’autre.

Système d’éjection

Une fois le temps de refroidissement écoulé, le moule s’ouvre et le système d’éjection aide à faire sortir la pièce et les coulisses en toute sécurité et en douceur. Des broches d’éjection sont généralement utilisées à cette fin. Ces fines goupilles cylindriques sont fixées dans la plaque d’éjection attachée au côté mobile. Le point de contact de la broche est la surface plane, de sorte que la force est uniformément répartie et que la pièce n’est pas endommagée.

Les autres composants sont les suivants :

Broches de rappel : elles contribuent au positionnement et à la stabilisation du moule lors de son ouverture et limitent l’effort de la broche d’éjection du côté fixe.

Douilles d’éjection : elles extraient les pièces des empreintes cylindriques. La douille fine recouvre la surface du moule et la force de rappel éjecte la pièce.

Que comprend le moule d’injection selon la classification structurelle ?

La classification des composants des moules à injection se divise en bases de moules, noyaux de moules et divers pièces et systèmes auxiliaires.

Base du moule

C’est la base de toutes les autres parties du moule. La base du moule est généralement constituée d’un matériau dur et rigide, tel que l’acier trempé. Toutefois, le terme “base” ne désigne pas un composant unique. Au contraire, différents types de plaques sont combinés en une seule plaque dotée de diverses fonctions d’assemblage, telles que le perçage de trous.

Les différentes plaques sont serrées entre les plaques de serrage supérieure et inférieure. La plaque de serrage inférieure relie le moule à la machine de moulage par injection : plaque du moule, plaque de l’éjecteur, plaque de fixation de l’éjecteur, etc., en fonction des caractéristiques spécifiques du moule.

Noyau du moule

Le noyau du moule se combine avec la cavité pour former une cavité à géométrie interne et creuse. Il fournit une structure et supporte une certaine partie de la pression de serrage. La forme du noyau comprend généralement des filets et des arêtes avec des angles de dépouille appropriés. Lorsque le noyau et la cavité sont correctement alignés, ils forment un espace ou une cavité permettant d’aspirer le plastique fondu.

Après le moulage, le noyau est retiré et le système d’éjection retire la pièce de la cavité statique. Les mécanismes de tirage du noyau les plus courants sont le tirage mécanique, le tirage hydraulique et le tirage pneumatique.

Pièces auxiliaires

Les pièces auxiliaires sont des pièces de support qui ne sont pas montées sous la structure du moule. Elles sont assemblées temporairement pour faciliter le fonctionnement des pièces du moule d’injection fermé. Bien que les pièces auxiliaires ne jouent aucun rôle dans la forme et la géométrie, elles sont essentielles pour maintenir les tolérances serrées, l’intégrité structurelle et la qualité globale des pièces en plastique moulées par injection.

Bague de centrage : bague ronde du côté mobile qui guide le moule et le fixe à la machine. Elle aligne la buse, la bague de carotte et les autres éléments de positionnement.

Bague de carotte : petit canal entre l’extrémité de la buse et l’entrée du canal d’alimentation.

Broches d’éjection : elles assurent une extraction sûre de la pièce finale.

Dispositif d’alimentation en matière : élément qui retient et guide les granulés vers le fourreau de la machine.

Colonnes de support : éléments verticaux massifs entre la plaque de serrage avant et la plaque supérieure du moule. Ils soutiennent l’ensemble et répartissent la pression.

Plaque d’éjection : plaque inférieure supportant les broches d’éjection.

Colonnes et bagues de guidage : la longue colonne d’une moitié s’engage dans la bague de l’autre afin d’assurer l’alignement.

Broches d’éjection : elles maintiennent l’ensemble d’éjection pendant que les broches extraient la pièce.

Systèmes auxiliaires

Les systèmes auxiliaires sont comme des composants auxiliaires. Les exemples typiques du moulage par injection sont les canaux, les systèmes d’éjection et de refroidissement, dont nous avons parlé plus haut dans cet article.

Réglages auxiliaires

Les deux principaux dispositifs auxiliaires des moules à injection sont les trous pour boulons à œil et les trous KO. Ces dispositifs vous permettent de déplacer ou de repositionner le moule et vous aident à sortir la pièce.

Trous pour anneaux de levage : ces trous taraudés reçoivent les anneaux utilisés pour déplacer les grands moules avec une grue ou un palan.

Trous KO : situés sur la plaque de serrage arrière, ils permettent à la plaque d’éjection et à la pièce de reculer lorsque la tige d’éjection les pousse.

Structures de manutention en angle mort

Tout d’abord, les angles morts sont des zones ou des angles difficiles à atteindre pour le traitement (remplissage, refroidissement, etc.). Les exemples incluent les contre-dépouilles, les angles aigus, les rainures profondes, etc. Les structures telles que les éjecteurs d’angle, les cylindres hydrauliques et les glissières peuvent aider à résoudre cette complexité.

Le tiroir : Le tiroir se trouve du côté de la contre-dépouille. Son insert et le mécanisme à boulon soutiennent la contre-dépouille pendant la solidification et permettent de démouler cette zone sans l’endommager.

Vérin hydraulique : Vérin fournissant la force nécessaire au déplacement du tiroir.

Éjecteur incliné : Broche d’éjection se déplaçant selon un angle précis pour extraire la pièce du moule dans les zones complexes ou difficiles d’accès.

Quels sont les types de moules à injection ?

Il existe de nombreux types de moules d’injection, chacun possédant des capacités de production propres ainsi que des structures d’assemblage particulières pour les composants et systèmes qu’il comprend. Voici quelques types courants de moules d’injection.

Moules familiaux

Comprenons d’abord les moules à cavité unique et les moules à cavités multiples. Les moules à cavité unique produisent un produit en un seul cycle de production, tandis que les moules à cavités multiples produisent plusieurs produits identiques.

En outre, les moules familiaux ont des cavités multiples avec des géométries différentes. Cela signifie que plusieurs conceptions sont réalisées sur un seul moule, par exemple pour mouler le boîtier, le bouton et le support interne d’un dispositif de diagnostic médical en utilisant le même matériau.

La conception et le fonctionnement des moules peuvent être complexes, ce qui signifie qu’il y a un risque de certains défauts, comme une solidification inégale et des dimensions incohérentes.

Moules à deux plaques

Il s’agit d’une forme de moule simple qui ne comprend qu’une moitié de moule mobile et une moitié de moule fixe, qui se rejoignent au niveau du plan de joint. La principale caractéristique des moules à deux plaques est qu’un seul plan de joint facilite l’ouverture directe de la cavité du moule d’injection et du noyau pour éjecter la pièce solidifiée.

Si le moule comporte plusieurs cavités, les glissières et les portes sont maintenues près du plan de joint. Les fabricants utilisent ces moules pour produire de petites pièces sans caractéristiques complexes à un faible coût. Cependant, la pression élevée provoque des éclats et la structure simple limite la flexibilité de la conception des moules.

Moules à trois plaques

Les moules à trois plaques ont deux ou plusieurs lignes de séparation ; il ne suffit pas d’ouvrir la cavité et le noyau pour obtenir la pièce finale. Au lieu de cela, la plaque de coulée supplémentaire sépare la coulée et la porte, de sorte que vous pouvez retirer la pièce moulée de la coulée par elle-même.

La section ou la plaque d’alimentation n’exige pas que l’emplacement de la coulisse et du portillon soit situé près du plan de joint de la cavité et du noyau, de sorte que le portillon peut être placé séparément de la coulisse. Ces types de moules conviennent aux formes complexes et aux exigences d’obturation en plusieurs points. Toutefois, les coûts d’outillage et de production des moules à injection sont relativement élevés.

Moules empilés

On prend plusieurs moules et on les empile. La cavité est donc plus grande qu’un moule à injection classique. Lorsqu’un moule éjecte la pièce, l’autre moule injecte la pièce et le cycle se déroule en même temps.

C’est ainsi que l’on peut doubler le nombre de pièces en un seul cycle. En outre, il n’est pas nécessaire que la cavité ait la même forme ou la même taille de tous les côtés. C’est très utile lorsque vous avez différents composants de moules à injection qui doivent être assemblés.

Les moules à étages sont un excellent moyen d’améliorer l’efficacité de la production, en particulier pour le moulage de gros volumes. Grâce à des machines de pointe, vous pouvez automatiser le processus de moulage par injection de plastique et maintenir des tolérances serrées.

Moule Twist-Out

Les moules à torsion sont utilisés pour fabriquer des surfaces filetées, comme les bouchons de bouteille. Ils sont dotés d’un noyau fileté qui pousse la pièce solide vers l’extérieur au cours du cycle de torsion. Dans le même temps, un mécanisme de crémaillère et de pignon aide le noyau interne à se tordre.

Si vous avez besoin d’un grand nombre de pièces filetées de précision présentant des caractéristiques de surface similaires, le moule à torsion est le meilleur choix.

Moule d’insertion

Ces moules spéciaux comportent des pièces métalliques à l’intérieur de la pièce en plastique. Le plastique entoure les pièces métalliques et les maintient en place lorsqu’il refroidit. Le moulage par insertion est utilisé pour les vis dans les pièces en plastique et les pièces métalliques pour l’électronique.

L’insert est placé et fixé à l’intérieur du moule par des moyens manuels ou automatiques. Dans ce dernier cas, il est placé dans le moule à la main. L’alignement et le positionnement correct sont réalisés à l’aide de goupilles, de fentes ou de supports magnétiques. Par ailleurs, des systèmes robotisés ou des dispositifs d’alimentation effectuent automatiquement les insertions avant chaque cycle de moulage.

Moule à projectiles multiples

Ce moule est utilisé pour fabriquer des pièces de couleurs et de matériaux multiples. Le moule est équipé de plusieurs machines d’injection qui peuvent injecter simultanément de la matière en fusion dans la cavité. Une fois la première injection réalisée, d’autres injections sont effectuées par-dessus. Pour faciliter les injections multiples, le moule est relié à un mécanisme de retour rotatif, mobile ou à noyau.

Les moules à tirs multiples sont parfaits pour combiner les matériaux thermodurcissables et les matériaux thermoplastiques. Vous pouvez combiner plusieurs matériaux thermoplastiques en une seule pièce ou plusieurs matériaux thermoplastiques en une seule pièce. Par exemple, vous pouvez les utiliser pour ajouter des poignées aux manches d’outils thermodurcissables, des poils de brosse à dents, des joints, des garnitures, des joints toriques, etc.

Résumé

Les moules à injection sont des outils utilisés pour fabriquer des produits en plastique. Ils déterminent la forme et la taille du produit et comportent un grand nombre de pièces et de systèmes. Les principales pièces sont les bases de moules, les noyaux de moules, les systèmes de refroidissement, les systèmes de canaux, les systèmes d’éjection et les systèmes de guidage.

Il existe de nombreux types de moules d’injection plastique, notamment les moules à deux plaques, à trois plaques, à étages, à dévissage et multi-injection, adaptés à différents besoins de production. Chaque type possède des caractéristiques structurelles et des capacités de production propres.

Le matériau du moule d’injection est généralement choisi parmi les métaux à haute résistance pour répondre aux exigences de la production de produits plastiques durables et précis.

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