Guide de la précision et de l'efficacité des coûts dans le moulage par injection

Imaginez ce scénario : votre pièce parfaitement conçue échoue à l'étape du moulage par injection en raison de légères déviations dimensionnelles. Comment éviter ce résultat frustrant ? La solution réside dans la compréhension et le contrôle des tolérances de moulage par injection. Ce guide complet explore les aspects critiques des tolérances dans le moulage par injection de plastique.

Dans le moulage par injection, les tolérances représentent la plage de déviation acceptable pour les dimensions et les caractéristiques des pièces, généralement mesurées en millimètres ou en pouces et exprimées en valeurs positives/négatives (±). L'amplitude de la tolérance dépend du type de matériau et des dimensions globales de la pièce. Les concepteurs spécifient les tolérances dans les fichiers CAO pour informer les mouleurs des variations admissibles, tandis que les fabricants utilisent ces spécifications lors des revues de conception pour la fabrication (DFM) afin de guider les décisions concernant le moule et le processus.

Des tolérances plus strictes exigent des moules de meilleure qualité et des processus plus précis, ce qui augmente inévitablement les coûts. La qualité du moule a un impact significatif sur les résultats, tout comme les débits de remplissage de la cavité appropriés et les températures de refroidissement constantes. Même avec des équipements de pointe, la variabilité du processus reste inévitable. Les mouleurs expérimentés peuvent calculer les taux de retrait pour divers plastiques, mais les choix de conception déterminent en fin de compte les tolérances réalisables. Les matériaux avec des taux de retrait plus élevés présentent des défis plus importants en matière de contrôle des tolérances.

De nombreux composants moulés s'intègrent dans des assemblages plus importants. Empilement des tolérances fait référence à la façon dont toutes les pièces assemblées doivent s'emboîter. Étant donné que chaque composant a ses propres tolérances, les concepteurs doivent tenir compte des variations dimensionnelles cumulatives.

Considérez trois pièces moulées assemblées avec des boulons, chacune comportant des trous dans les tolérances spécifiées. Bien que chaque trou puisse répondre aux spécifications individuelles, les trois doivent s'aligner parfaitement pour l'insertion des fixations. Une prise en compte précoce de l'empilement des tolérances est cruciale, et un logiciel d'analyse spécialisé peut simuler des scénarios d'assemblage pour garantir un ajustement correct.

1. Tolérances dimensionnelles : Régissent la taille globale de la pièce. Les pièces plus grandes subissent un retrait plus important pendant le refroidissement, ce qui nécessite des plages de tolérance spécifiques à la taille.
2. Tolérances de rectitude/planéité : Traitent le gauchissement sur les grandes surfaces planes. Les éléments de conception du moule, tels que le placement des canaux d'injection et le refroidissement uniforme, peuvent minimiser le gauchissement.
3. Tolérances de diamètre des trous : Les trous plus grands nécessitent des plages de tolérance plus larges en raison d'un retrait accru.
4. Tolérances de profondeur des trous borgnes : Ces caractéristiques nécessitent des éléments de moule en porte-à-faux. Des pressions d'injection élevées peuvent plier les broches de noyau, les trous plus profonds étant plus sensibles.
5. Tolérances de concentricité/ovalité : Les grandes pièces cylindriques à parois minces peuvent se rétracter de manière inégale, compromettant la circularité.

Les tolérances se classent également par niveau de précision :

• Tolérances de qualité commerciale offrent une précision inférieure avec des coûts de moule et de pièces réduits.
• Tolérances de qualité fine (tolérances de précision) offrent des plages plus strictes, mais augmentent les dépenses.

Les tolérances des pièces dépendent des tolérances des moules, qui doivent tenir compte des dimensions des caractéristiques et des propriétés des matériaux. Les tableaux suivants présentent les tolérances typiques pour les matériaux de moulage par injection courants, telles que définies par la Plastics Industry Association (anciennement SPI).

Les pièces moulées par injection se rétractent pendant le refroidissement, ce qui affecte les dimensions finales. Les concepteurs compensent en mettant à l'échelle les moules en fonction des taux de retrait attendus, déterminés par des tests normalisés comme l'ASTM D955. La formule de retrait calcule la contraction linéaire :

Retrait = 100 % × (Lc - Lp) / Lp

Où Lc représente la longueur de la cavité et Lp désigne la longueur de la pièce refroidie. Ce calcul s'avère particulièrement important pour les matériaux ayant des propriétés asymétriques, tels que les résines renforcées de fibres longues.

Pour les pièces complexes, le logiciel d'analyse de l'écoulement du moule simule les schémas de remplissage de la résine et identifie les défis de remplissage potentiels. Cette simulation avancée permet de prédire les variations de retrait dans toute la pièce.

Le tableau suivant présente les plages de retrait pour les matériaux de moulage courants :

Le respect des principes DFM optimise la fabricabilité et la réalisation des tolérances.

Les dimensions qui traversent les lignes de joint présentent généralement une plus grande variation que les caractéristiques ininterrompues.

Différents matériaux se rétractent à des taux variables, avec des variations possibles d'un lot à l'autre et d'un fournisseur à l'autre. Les matériaux renforcés de fibres longues présentent des différences de retrait directionnel.

La pression d'injection, le temps de maintien, la densité du matériau et la température du moule influencent de manière significative l'uniformité du retrait.

Selon les exigences de conception, les spécifications peuvent inclure des tolérances dimensionnelles, de rectitude/planéité, de diamètre des trous, de profondeur des trous borgnes et de concentricité/ovalité.

Les applications commerciales utilisent généralement des tolérances de ±0,1 mm, tandis que les applications de précision comme les dispositifs médicaux peuvent nécessiter ±0,025 mm.

Les pièces plus grandes subissent un retrait plus important, ce qui rend les tolérances serrées plus difficiles. Une épaisseur de paroi uniforme favorise un refroidissement constant et une stabilité dimensionnelle.

Différents plastiques et additifs présentent des caractéristiques de retrait uniques qui doivent être prises en compte dans la conception du moule.

Les moules en acier usinés avec précision et dotés de systèmes de refroidissement appropriés offrent la stabilité nécessaire au contrôle des tolérances serrées. Les tolérances d'usinage typiques des moules varient de ±0,127 mm pour les outils standard à ±0,0254 mm pour les applications de haute précision.