Tout savoir sur le refroidissement et le chauffage des moules d’injection

Les moules de moulage par injection sont des outils servant à donner forme aux pièces. Ils se composent de différents éléments, qui varient d’un moule à l’autre. Le procédé de moulage par injection comprend principalement la préparation des matières premières, l’alimentation, le chauffage et la fusion, l’injection, le refroidissement et la solidification, l’ouverture du moule et l’extraction, l’ébavurage, la finition et l’usinage, le contrôle et l’emballage.

Comment le système de chauffage influe-t-il sur un moule d’injection ?

1. Méthodes de chauffage des moules

Le chauffage à l’acier est une méthode de chauffage qui est presque obligatoire dans la conception de tous les moules de moulage en plastique. Il peut être conçu sous différentes formes, telles que le câblage monophasé, le câblage biphasé, etc. Il est possible d’utiliser des matériaux tels que des tuyaux sertis, des tuyaux sans soudure, des tuyaux en acier inoxydable, qui se caractérisent par une faible perte de chaleur, une efficacité thermique élevée, un câblage simple et des configurations de câblage flexibles en fonction des besoins, conçus pour 220V ou 380V. Toutefois, en raison des limites des matériaux et des techniques de traitement, il convient de prêter attention à ses caractéristiques uniques lors de la conception des moules.

Le noyau de fer à souder est souvent utilisé comme un type de tube chauffant pour les moules. Il a une puissance élevée par unité de longueur (généralement un diamètre de 10 mm, une longueur de 8 cm peut atteindre une puissance de sortie de 150 watts), une durabilité, une bonne sécurité, une résistance aux courts-circuits, peut être incorporé dans des trous borgnes, mais il est difficile de personnaliser la conception, sujet à la fragilité et à la rupture pendant le remplacement.

2. Facteurs influençant la vitesse de chauffe du moule d’injection

De nombreux facteurs influencent la vitesse de chauffage d’un moule d’injection. Voici quelques-uns de ces facteurs :

Le matériau et la structure du moule influent directement sur la vitesse de chauffage. Chaque matériau possède une conductivité thermique¹ et une capacité calorifique différentes, tandis que l’épaisseur et la conception du moule modifient également la vitesse de conduction de la chaleur.

Les moules d’injection sont chauffés à l’aide de systèmes de chauffage électrique ou de canaux chauds. Les différentes méthodes de chauffage ont des vitesses de chauffage et des capacités de contrôle différentes. Par exemple, le chauffage électrique permet de chauffer rapidement et de contrôler la température avec précision, tandis que les systèmes à canaux chauds peuvent transférer la chaleur directement à des parties spécifiques du moule, ce qui rend le chauffage plus efficace.

La température et le temps de chauffage sont les deux principaux facteurs qui influencent la vitesse de chauffage. L’augmentation de la température de chauffage et l’allongement de la durée de chauffage peuvent accélérer la vitesse de chauffage du moule, mais il faut veiller à ne pas endommager le moule ou à ne pas provoquer de stress thermique.

La vitesse de chauffage du moule est également influencée par les conditions environnementales telles que la température et l’humidité de la pièce. S’il fait très froid ou très humide, la vitesse de chauffage peut être légèrement affectée.

La vitesse de chauffe dépend de l’état et de l’entretien du moule. L’accumulation de cendres, l’oxydation ou l’endommagement de la surface du moule réduisent l’efficacité du chauffage et en prolongent la durée.

Les différents médiums de chauffage, tels que les fils chauffants électriques, l’huile thermique, etc., ont des caractéristiques de transfert de chaleur différentes, ce qui affecte la vitesse de chauffage. Le choix du bon médium de chauffage peut améliorer l’efficacité du chauffage.

Comment le refroidissement détermine-t-il le temps de cycle et la qualité des pièces ?

Dans les moules d’injection, la conception du système de refroidissement² est essentielle. En effet, les produits en plastique moulés doivent refroidir et se solidifier jusqu’à atteindre une rigidité suffisante avant le démoulage, afin d’éviter toute déformation sous l’effet de forces extérieures. Comme le refroidissement représente environ 70 à 80 % du cycle complet de moulage, un système bien conçu peut fortement raccourcir le temps de moulage, accroître la productivité et réduire les coûts. À l’inverse, un système mal conçu allonge le cycle et augmente les coûts ; un refroidissement inégal peut en outre provoquer le gauchissement et la déformation des produits en plastique.

D’après les expériences réalisées, la chaleur de la matière fondue entrant dans le moule s’évacue généralement de deux manières : 5% sont transférés dans l’atmosphère par rayonnement et convection, et les 95% restants sont conduits de la matière fondue au moule. En raison des tuyaux d’eau de refroidissement dans le moule, la chaleur est transférée du plastique dans la cavité du moule au tuyau d’eau de refroidissement par conduction thermique via la base du moule, puis évacuée par le liquide de refroidissement par convection thermique. Une petite quantité de chaleur non évacuée par l’eau de refroidissement continue à se propager dans le moule et se dissipe dans l’air au contact de l’extérieur.

Le processus de moulage par injection comporte cinq étapes : fermeture du moule, remplissage, maintien de la pression, refroidissement et démoulage. C’est le refroidissement qui prend le plus de temps, environ 70% à 80% du temps total. Le temps de refroidissement influe donc sur la durée du cycle et sur le nombre de pièces que vous pouvez fabriquer. Lorsque vous démoulez la pièce, elle doit être refroidie en dessous de la température de déformation thermique. Cela empêche la pièce de se détendre et de se déformer.

1. Méthodes de refroidissement des moules

Le refroidissement à l’eau est la méthode de refroidissement la plus couramment utilisée pour la plupart des moules, mais elle présente également des inconvénients : elle nécessite une bonne étanchéité des canalisations et des canalisations d’eau supérieures et inférieures non obstruées, ce qui entraîne un gaspillage d’eau important. Lorsque la température de refroidissement dépasse 100°C, des explosions de vapeur sont susceptibles de se produire. L’avantage est qu’il a une grande capacité thermique et qu’il permet un refroidissement rapide.

Le refroidissement par air est une méthode de refroidissement relativement idéale. Contrairement au refroidissement par l’eau, il ne nécessite pas d’étanchéité des canalisations, il n’y a pas de gaspillage de ressources, il peut refroidir les moules à des températures supérieures à 100°C et la vitesse de refroidissement peut être déterminée par le débit de gaz. En outre, il est simple et pratique d’obtenir des sources de gaz dans les ateliers de production d’une certaine envergure.

2. Facteurs influençant le taux de refroidissement du produit

L’élément principal est l’épaisseur de la paroi de la pièce en plastique. Plus la pièce est épaisse, plus le temps de refroidissement est long. En règle générale, le temps de refroidissement est proportionnel au carré de l’épaisseur de la pièce ou à la puissance 1,6 du plus grand diamètre de la porte. En d’autres termes, si l’on double l’épaisseur de la pièce, le temps de refroidissement est multiplié par quatre.

Le matériau du moule, y compris les matériaux du noyau et de la cavité du moule et le matériau du cadre du moule, a un effet important sur la vitesse de refroidissement. Plus la conductivité thermique du matériau du moule est élevée, meilleur est l’effet de transfert de la chaleur du plastique dans une unité de temps, et plus court est le temps de refroidissement.

Plus le tuyau d’eau de refroidissement est proche de la cavité du moule, plus son diamètre est grand et plus son nombre est élevé, plus l’effet de refroidissement est important et plus le temps de refroidissement est court.

Plus la quantité d’eau circulant dans le système est importante (un écoulement turbulent est préférable), plus l’eau sera en mesure d’évacuer la chaleur du moteur par convection.

La viscosité et la conductivité thermique du liquide de refroidissement affectent également l’effet de transfert de chaleur du moule. Plus la viscosité du liquide de refroidissement est faible, plus sa conductivité thermique est élevée, plus la température est basse et meilleur est l’effet de refroidissement.

La conductivité thermique d’un plastique est la vitesse à laquelle il déplace la chaleur d’un point chaud à un point froid. Plus la conductivité thermique est élevée, mieux il déplace la chaleur, ou plus la chaleur spécifique est faible, plus il est facile de changer de température, donc il se refroidit plus rapidement et déplace mieux la chaleur, donc il prend moins de temps à refroidir.

3. Règles de conception du système de refroidissement

3.1 Les canaux de refroidissement doivent être conçus pour refroidir le moule uniformément et rapidement.

3.2 L’objectif de la conception du système de refroidissement est de maintenir le moule froid et de le faire efficacement. Les trous de refroidissement doivent être de taille standard afin de pouvoir être usinés et assemblés facilement.

3.3 Lors de la conception du système de refroidissement, le concepteur du moule doit décider des paramètres de conception suivants en fonction de l’épaisseur de la paroi et du volume de la pièce en plastique : l’emplacement et la taille des trous de refroidissement, la longueur des trous, le type de trous à utiliser, la disposition et la connexion des trous, la quantité de liquide de refroidissement à utiliser et sa capacité à transférer la chaleur.

Pourquoi le contrôle de la température du moule est-il important en moulage par injection ?

Le contrôle de la température est essentiel en moulage par injection, car il influe directement sur la qualité, la régularité et le temps de cycle des pièces moulées. Le refroidissement et le chauffage jouent tous deux un rôle majeur dans ce mécanisme de régulation : ils garantissent que la matière fondue s’écoule correctement, se solidifie comme prévu et se démoule sans défaut.

1. Influence de la température du moule sur l’apparence du produit

Lorsque la température est plus élevée, la résine s’écoule mieux. Cela rend généralement la surface des pièces lisse et brillante, en particulier pour les pièces en résine renforcée de fibres de verre. Les lignes de soudure sont également plus solides et plus esthétiques.

Pour les surfaces texturées, si la température du moule est basse, la matière fondue ne peut pas remplir les racines de la texture, de sorte que la surface du produit est brillante et ne peut pas montrer la véritable texture de la surface du moule. Si vous augmentez la température du moule et la température du matériau, vous pouvez obtenir la texture que vous souhaitez sur la surface du produit.

2. Influence sur les contraintes internes des produits

Lorsque vous moulez quelque chose, il devient chaud et se refroidit. Lorsqu’il refroidit, il rétrécit. L’extérieur de l’objet rétrécit d’abord et devient dur. Ensuite, l’intérieur se rétracte et devient dur. L’intérieur et l’extérieur rétrécissent à des vitesses différentes, ce qui fait que l’intérieur et l’extérieur se battent l’un contre l’autre. Lorsque l’intérieur et l’extérieur se combattent trop, l’objet se fissure.

Lorsque l’intérieur de la chose lutte trop contre l’extérieur de la chose, la chose se fissure. Cela se produit lorsque l’intérieur de la chose se bat trop contre l’extérieur de la chose, et que l’intérieur de la chose est trop faible ou que l’extérieur de la chose est trop fort. Cela se produit également lorsque l’intérieur de la chose lutte trop contre l’extérieur de la chose, et que l’intérieur de la chose est trop faible ou que l’extérieur de la chose est trop fort, et que la chose est mouillée ou reçoit des produits chimiques. Lorsque l’intérieur de l’objet se bat trop contre l’extérieur, l’objet se fissure.

La contrainte de compression superficielle dépend des conditions de refroidissement de la surface. Les moules froids entraînent un refroidissement rapide de la résine fondue, ce qui se traduit par une contrainte interne résiduelle plus élevée dans le produit moulé. La température du moule est la condition la plus fondamentale pour contrôler la contrainte interne, et de légères variations de la température du moule peuvent modifier considérablement sa contrainte interne résiduelle. En général, chaque produit et chaque résine ont leur limite de température de moulage la plus basse pour une contrainte interne acceptable. Lors du moulage de pièces à parois minces ou à écoulement long, la température du moule doit être supérieure à la limite minimale fixée pour le moulage général.

3. Amélioration du gauchissement des produits

Si le système de refroidissement du moule est mal conçu ou si le contrôle de la température du moule est incorrect, un refroidissement insuffisant des pièces en plastique peut entraîner un gauchissement et une déformation des pièces.

Pour le contrôle de la température du moule, la différence de température entre les moules mâle et femelle, le noyau et la cavité, le noyau et la paroi du moule, et la paroi et les inserts doit être déterminée en fonction des caractéristiques structurelles du produit. En utilisant les différents taux de rétrécissement par refroidissement des différentes parties du moule pour compenser la différence de rétrécissement par orientation après le démoulage, le produit a tendance à se plier vers le côté ayant une température plus élevée après le démoulage, compensant ainsi la déformation du produit selon la loi d’orientation.

Pour les pièces en plastique dont la structure est totalement symétrique, il convient de maintenir la température du moule constante afin de s’assurer que toutes les parties du produit refroidissent de manière homogène.

4. Impact sur le taux de rétrécissement des produits

Des températures de moule plus basses font que les molécules gèlent plus rapidement, que la couche gelée de la matière fondue dans la cavité est plus épaisse et que la croissance des cristaux est plus difficile, de sorte que le produit rétrécit moins. Des températures de moule plus élevées ralentissent le refroidissement de la matière fondue, allongent le temps de relaxation, abaissent le niveau d’orientation et facilitent la formation de cristaux, de sorte que le produit rétrécit davantage.

5. Influence sur la température de déflexion thermique du produit

Pour les plastiques cristallins, si vous moulez le produit à une température basse, l’orientation moléculaire et la cristallisation se figent immédiatement. Lorsque vous placez le produit dans un environnement à température plus élevée ou dans des conditions de traitement secondaire, les chaînes moléculaires se réarrangent partiellement et cristallisent, entraînant la déformation du produit, même à des températures bien inférieures à la température de déflexion thermique (HDT) du matériau.

Comment optimiser la régulation de la température d’un moule d’injection ?

1. Amélioration du système de contrôle de la température

Les cannes chauffantes électriques constituent un élément important du système de contrôle de la température des machines de moulage par injection. Si vous améliorez vos cannes chauffantes électriques, vous pouvez rendre votre contrôle de la température plus stable et plus précis. Cela signifie que vous pouvez rendre votre moulage par injection plus précis et de meilleure qualité.

2. Amélioration de la stratégie de contrôle de la température

En moulage par injection, la maîtrise de la température est essentielle. Elle influe sur la qualité et le coût des pièces. Une maîtrise correcte permet de réduire le temps de cycle et la consommation d’énergie, d’améliorer l’efficacité de production et de diminuer les coûts.

3. Réglage des paramètres de contrôle de la température

Pour obtenir le meilleur effet de moulage par injection, vous devez ajuster les paramètres de contrôle de la température. Vous pouvez le faire en ajustant la proportion des températures des zones arrière, centrale et avant.

Quelle conclusion pratique tirer pour le refroidissement et le chauffage ?

La conclusion pratique concernant le refroidissement et le chauffage est définie par la fonction, les contraintes et les compromis expliqués dans cette section. Pour obtenir rapidement de bonnes pièces, il faut maîtriser le refroidissement et le chauffage du moule, comprendre la régulation thermique, employer les dernières technologies et disposer des meilleurs systèmes de surveillance et de commande. C’est ainsi que vous tirerez le meilleur parti du moulage par injection.

Questions fréquemment posées

Combien de temps le refroidissement d’un moule d’injection doit-il durer ?

Le refroidissement doit durer suffisamment longtemps pour que la surface et le cœur de la pièce atteignent un état stable pour l’éjection, et pas seulement pour que le seuil se fige. Un point de départ pratique consiste à évaluer ensemble l’épaisseur de paroi, la conductivité thermique de la résine, l’acier du moule, la distance des canaux de refroidissement et la déformation admissible de la pièce. Si celle-ci adhère, se gauchit ou change de taille après l’éjection, la fenêtre de refroidissement est probablement trop courte ou trop irrégulière. Pour établir un devis, l’estimation du refroidissement doit être examinée avec le temps de cycle complet, et non comme une valeur isolée.

Pourquoi la température du moule modifie-t-elle l’aspect de la pièce ?

La température du moule modifie la façon dont la résine s’écoule contre la surface de l’empreinte avant de se solidifier. Un moule plus chaud peut améliorer la brillance, réduire les hésitations d’écoulement et permettre un remplissage plus complet des surfaces texturées, mais il peut aussi allonger le temps de cycle et accroître le retrait si le procédé n’est pas équilibré. Un moule plus froid peut raccourcir le cycle, mais provoquer des surfaces ternes, des lignes de soudure visibles, des contraintes internes ou une reproduction incomplète de la texture. Le bon réglage dépend de la résine, de l’exigence de surface, de l’épaisseur de paroi et de la tolérance dimensionnelle visée.

Quelle est la différence entre le chauffage et le refroidissement du moule ?

Le chauffage amène l’outil à une température initiale maîtrisée et empêche la résine de se solidifier trop tôt pendant le remplissage, tandis que le refroidissement évacue la chaleur après le compactage pour permettre l’éjection sans déformation. Le chauffage est particulièrement important pour les résines haute température, les trajets minces, les surfaces brillantes et le remplissage des textures. Le refroidissement détermine généralement le cycle, car l’essentiel de la chaleur doit traverser l’acier et le fluide. Un procédé stable exige que les deux systèmes soient conçus ensemble, et non que l’un soit ajouté après la fabrication du moule.

Quand faut-il envisager un refroidissement conforme ?

Le refroidissement conforme doit être envisagé lorsque les circuits d’eau percés traditionnels ne peuvent pas suivre assez fidèlement la géométrie de la pièce pour refroidir uniformément les sections épaisses, nervures, bossages ou noyaux profonds. Il est particulièrement utile pour les pièces présentant un risque de gauchissement, un cycle long, des points chauds ou des exigences dimensionnelles serrées que les canaux droits standard ne peuvent maîtriser. En contrepartie, l’outillage est plus complexe et plus coûteux ; son emploi doit donc être justifié par une réduction du cycle ou des rebuts, ou par une amélioration de la qualité. Il n’est pas automatiquement préférable pour chaque moule simple.

Que doivent vérifier les acheteurs avant d’approuver une conception de refroidissement ?

Avant de figer la conception du moule, les acheteurs doivent demander si le fournisseur a examiné l’épaisseur des parois, les points chauds, l’emplacement du seuil, la disposition des éjecteurs, la distance et le diamètre des canaux, le débit du liquide de refroidissement et l’accès pour la maintenance. Ils doivent également confirmer comment le fournisseur validera l’équilibre thermique lors des essais, notamment au moyen des rapports d’essai, de la mesure des pièces, des contrôles de gauchissement et des données de temps de cycle. Pour les projets à grands volumes, une revue de la conception du refroidissement peut éviter qu’un moule soit conforme au plan lors d’un essai, mais incapable de fonctionner de manière stable en production.

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