Technologies clés de l'analyse du flux de moule pour l'optimisation des défauts des moules d'injection

Dans la production moderne par moulage par injection, les taux de défauts de produits, le gaspillage de matière et les arrêts de production dus aux défauts de moule constituent des problèmes majeurs. Selon les statistiques du secteur, le taux de réussite des essais de moules dès le premier essai, sans optimisation par analyse des flux de matière, n'est que de 40 à 50 %, tandis que les défauts courants entraînent directement une baisse de productivité de plus de 30 %. Basée sur les principes de la dynamique des fluides numérique (CFD) et de la thermodynamique, l'analyse des flux de matière permet de simuler avec précision l'ensemble du processus de fusion du plastique dans la cavité du moule, fournissant ainsi une base scientifique pour la conception des moules et l'ajustement des procédés. Le moule d'essai à cannelures est un outil essentiel pour la validation des résultats d'analyse, et leur combinaison constitue le système central de contrôle des défauts.

I. Défauts courants des moules d'injection et leur impact sur la production

1. Types de défauts courants

Les défauts courants de la production par injection comprennent les bavures, les injections incomplètes, les bulles d'air, les déformations dues au gauchissement, les lignes de soudure et les retassures. Parmi ceux-ci, le taux d'apparition des bavures dans les produits à parois minces atteint 60 % ; les lignes de soudure sont fréquentes dans les produits à cavités complexes ; et les déformations dues au gauchissement sont particulièrement importantes dans les produits en plastiques techniques tels que l'ABS et le PC.

2. Impact sur l'efficacité de la production et la qualité des produits

Le taux de retouche dû aux bavures est d'environ 15 à 20 %, avec un temps de retouche moyen de 3 à 5 minutes par pièce ; les pertes de matière liées aux injections incomplètes représentent 8 à 12 % ; et le taux de rebut des produits présentant des déformations peut atteindre 25 %. De plus, les temps d'arrêt et de correction des moules liés à la gestion des défauts représentent 20 à 25 % du temps de production total, ce qui limite fortement la capacité de production.

II. Principes de base et données clés de l'analyse du flux de moule

1. Principe de base de l'analyse du flux de moule

En créant un modèle 3D du moule et une base de données de matériaux plastiques, ce logiciel simule l'intégralité du processus de fusion, de l'injection au refroidissement et à la solidification. Grâce à des calculs numériques, il reproduit la distribution des champs de température, de pression et de vitesse, et prédit la localisation et l'origine des défauts.

2. Interprétation des indicateurs clés de données

Les indicateurs de données clés comprennent le temps d'écoulement, la distribution de pression, la distribution de température, le taux de cisaillement et le temps de solidification. L'écart de temps d'écoulement doit être inférieur à ±0,3 s ; la pression d'injection maximale dans la cavité doit être inférieure à 85 % de la pression admissible du moule (la pression admissible des moules en plastique technique courants est de 150 à 200 MPa) ; l'erreur d'uniformité de la distribution de température doit être ≤ 5 °C ; le taux de cisaillement doit être compris entre 1 000 et 5 000 s⁻¹ ; et le temps de solidification représente généralement 70 à 80 % du temps de refroidissement total.

III. Méthodes fondamentales d'analyse de l'écoulement du moule pour l'optimisation des défauts des moules d'injection

1. Optimisation de la conception des portes

(1) Détermination de la position de l'orifice d'injection : D'après la simulation du parcours du flux de matière fondue, l'orifice est positionné au point le plus éloigné du flux dans la cavité ou à l'endroit où l'épaisseur de paroi est maximale, en évitant les zones de contrainte critiques du produit. Pour les produits à cavité unique, on utilise généralement 1 ou 2 orifices.

Optimisation de la taille de la buse : calculée en fonction de la fluidité du matériau et du poids du produit, le diamètre de la buse pour les petits produits en PP est de 0,8 à 1,2 mm, et pour les grands produits, il est de 1,5 à 2,5 mm.

2. Optimisation du système de course

Conception des canaux d'alimentation : La priorité est donnée à une disposition équilibrée afin de garantir une distance d'écoulement du métal en fusion et une perte de charge constantes dans chaque cavité. La différence de longueur des canaux doit être inférieure à 5 %. Le diamètre du canal principal est supérieur de 1 à 2 mm à celui des canaux secondaires, et le diamètre de ces derniers est de 4 à 8 mm.

Optimisation de la taille du canal d'alimentation : s'assurer que la perte de pression du matériau fondu dans le canal d'alimentation est ≤ 30 MPa et réduire la différence de temps de remplissage des moules multicavités à moins de 0,2 s.

3. Optimisation du système de refroidissement

Conception des canaux de refroidissement : selon le principe « au plus près de la cavité et distribution uniforme », la distance entre le canal et la surface de la cavité est de 15 à 25 mm, et l’espacement entre les canaux est de 25 à 35 mm. Des canaux d’eau conformes sont utilisés pour les moules aux surfaces courbes complexes, ce qui permet d’améliorer l’uniformité du refroidissement de plus de 40 %.

Choix du fluide de refroidissement : L'eau de refroidissement industrielle (température 20-25℃) avec un débit de 1,5-2,5 m/s est utilisée pour les produits ordinaires ; le refroidissement à l'eau glacée (température 5-10℃) est utilisé pour les plastiques techniques ou les produits à parois épaisses, et la fluctuation de température de la surface du moule est ≤3℃.

4. Optimisation des paramètres du processus d'injection

Pression et vitesse d'injection : La pression d'injection est fixée à 1,1 à 1,2 fois la pression maximale de la cavité. La vitesse d'injection est segmentée : 30 à 50 mm/s en phase initiale de remplissage, 60 à 100 mm/s en phase intermédiaire et 20 à 40 mm/s en phase finale.

Pression et durée de maintien : La pression de maintien représente 60 % à 80 % de la pression d’injection. La durée de maintien est déterminée par l’épaisseur de la paroi du produit : pour chaque millimètre d’épaisseur supplémentaire, la durée de maintien est prolongée de 1 à 1,5 seconde.

Température de moulage : La température du cylindre est de 20 à 40 °C supérieure au point de fusion du plastique (200 à 240 °C pour les matériaux ABS, 260 à 300 °C pour les matériaux PC) ; pour la température du moule, elle est de 40 à 80 °C pour les plastiques cristallins et de 60 à 120 °C pour les plastiques amorphes.

IV. Application des moules d'essai de cannelures dans l'analyse de l'écoulement du moule

1. Aperçu des moules d'essai de cannelures

Un moule standard, spécialement conçu pour vérifier les résultats d'analyse d'écoulement, est conforme aux dimensions des cannelures de traction normalisées ISO 527-2 (170 mm × 15 mm × 4 mm). Il peut être conçu avec une ou plusieurs cavités et est équipé de canaux d'alimentation, de canaux de coulée et de systèmes de refroidissement standard. La production de cannelures standard permet de vérifier la cohérence entre les performances de moulage du matériau et les données d'analyse.

2. Points clés de conception des moules d'essai de cannelures

Le matériau du noyau du moule est de préférence un acier à moules S136 ou H13, avec une dureté de HRC50-55 après traitement thermique ; la rugosité de surface de la cavité est Ra≤0,8μm ; le système d’éjection utilise une combinaison de broches d’éjection et de plaques d’éjection, avec un diamètre de broche d’éjection de 2 à 3 mm et un espacement de 30 à 40 mm ; et des trous de montage pour les capteurs de température sont réservés pour surveiller la température de la cavité en temps réel.

3. Rôle des essais de cannelures dans l'analyse de l'écoulement du moule

Il sert de « calibrateur » pour les résultats d'analyse, corrigeant les paramètres du modèle par comparaison des données simulées et mesurées. Par exemple, si l'analyse du flux de moule prédit un gauchissement de la cannelure de 0,5 mm et que la mesure réelle est de 0,52 mm, l'erreur peut être réduite à ±3 % après ajustement. Parallèlement, il permet de vérifier en amont les paramètres de processus, comme le test de la résistance de la ligne de soudure des cannelures à différentes vitesses d'injection afin de déterminer la plage de fonctionnement optimale.

V. Analyse de cas pratique

Une entreprise a utilisé du matériau ABS pour produire des baguettes de garniture de portières automobiles. Le premier essai de moulage a révélé d'importantes lignes de soudure et des déformations dues au gauchissement, avec un taux de défauts de 12 %. L'analyse du flux de matière a montré que la conception à entrée unique du moule d'origine entraînait un trajet de remplissage en fusion excessivement long, et qu'une répartition inégale des canaux d'eau de refroidissement provoquait un écart de température de 8 °C dans la cavité.

Plan d'optimisation : Ajout d'une porte auxiliaire et utilisation d'un canal d'alimentation équilibré ; ajustement de l'espacement des canaux d'eau de refroidissement à 30 mm et ajout de deux canaux d'eau conformes. Les essais sur les cannelures ont montré que la résistance à la traction de la ligne de soudure des cannelures est passée de 18 MPa à 25 MPa et que le gauchissement a diminué de 0,8 mm à 0,3 mm.

Après application du plan d'optimisation, la résistance de la ligne de soudure du produit a atteint la norme, la déformation par gauchissement était contrôlable, le taux de défauts a chuté à 2,5 %, l'efficacité de la production a augmenté de 28 % et le gaspillage de matériaux par lot a diminué de 10 %.

VI. Tendances de développement de la technologie d'analyse du flux de moule

1. Intégration avec l'IA et le Big Data

Dans une optique d'intelligence artificielle, les algorithmes identifient automatiquement les défauts de conception et les zones d'optimisation des paramètres, et s'appuient sur le Big Data pour permettre l'auto-apprentissage et l'auto-calibration des modèles. Certains systèmes peuvent réaliser l'analyse complète du processus de fabrication de moules complexes en moins de 10 minutes, améliorant ainsi l'efficacité de plus de 50 %.

2. Simulation du couplage de champs multiphysiques

Renforcer l'analyse du couplage du champ d'écoulement, du champ de température et du champ de contrainte, simuler l'interaction entre l'écoulement de la matière fondue et la déformation de la structure du moule, et combiner avec la simulation collaborative logicielle pour réaliser une vérification numérique complète, de la conception à la prédiction des performances.

VII. Conclusion

L'analyse du flux de matière est une technologie essentielle pour optimiser la correction des défauts des moules d'injection, et les moules d'essai de cannelures améliorent la fiabilité des solutions d'optimisation. L'optimisation de la conception et des procédés, combinée à la vérification par essais de cannelures, permet de réduire significativement l'incidence des défauts et d'améliorer le taux de réussite au premier essai. Avec le développement de l'intégration technologique, l'analyse du flux de matière jouera un rôle de plus en plus important dans le domaine du moulage par injection de précision, favorisant la transformation du secteur vers une efficacité, une précision et une intelligence accrues. La mise en place d'un système en boucle fermée « analyse du flux de matière – essais de cannelures – optimisation du moule » est cruciale pour renforcer la compétitivité des entreprises.