Solutions pour les épaisseurs de paroi excessives en moulage par injection

L'épaisseur excessive des parois est un problème courant lors de la conception ou de la production de pièces moulées par injection. Elle nuit non seulement à la qualité du produit, mais augmente également les coûts de production et réduit l'efficacité de la production. Les risques spécifiques se manifestent principalement dans les aspects suivants :

1. Défauts de moulage fréquents : Une épaisseur de paroi excessive entraîne un refroidissement irrégulier du matériau en fusion, ce qui rend difficile la dissipation de la chaleur interne. Ceci provoque facilement des défauts tels que des retassures, des creux, des bulles et des déformations. Par exemple, lorsque la zone à paroi épaisse se rétracte pendant le refroidissement, le matériau de surface ne peut être reconstitué à temps, ce qui entraîne des retassures visibles ; le matériau en fusion incomplètement refroidi à l’intérieur continue de se rétracter, ce qui peut générer des bulles internes et affecter l’intégrité structurelle du produit.

2. Faible rendement de production : L’augmentation de l’épaisseur des parois allonge le temps de remplissage et le cycle de refroidissement, réduisant considérablement l’efficacité du moulage par injection. Dans les mêmes conditions de production, le temps de refroidissement des pièces à parois épaisses peut être 2 à 3 fois supérieur à celui des pièces d’épaisseur raisonnable, ce qui entraîne une baisse substantielle du rendement par unité de temps et une augmentation de la consommation d’énergie.

3. Gaspillage de matériaux et hausse des coûts : une épaisseur de paroi excessive entraîne une augmentation de la consommation de matières premières, ce qui accroît directement les coûts. Parallèlement, un temps de refroidissement prolongé engendre une consommation d’énergie plus élevée et une usure accélérée du moule, augmentant ainsi les coûts de production globaux.

4. Propriétés mécaniques médiocres : une épaisseur de paroi excessive peut entraîner une cristallisation irrégulière à l’intérieur du plastique et l’apparition de concentrations de contraintes, réduisant ainsi les propriétés mécaniques du produit telles que la résistance aux chocs et la ténacité, et affectant sa durée de vie et sa sécurité.

Pour remédier au problème de l'épaisseur excessive des parois, une approche globale est nécessaire, prenant en compte de multiples aspects tels que l'optimisation de la conception, l'ajustement des processus et l'adaptation des matériaux, dans le but d'atteindre l'objectif de « réduire l'épaisseur sans compromettre la qualité ».

(I) Optimisation de la conception de la structure du produit : contrôle de l’épaisseur de la paroi à la source

La conception du produit est essentielle pour résoudre le problème de l'épaisseur excessive des parois. Tout en respectant les exigences d'utilisation, il convient de réduire l'épaisseur inutile des parois grâce à une conception scientifique, tout en garantissant la résistance structurelle.

1. Adoptez une conception à épaisseur de paroi uniforme : l’épaisseur idéale des parois des pièces moulées par injection doit être constante, afin d’éviter les zones localement épaisses. Lors de la conception, une plage d’épaisseur de paroi appropriée doit être définie en fonction de l’application du produit et des contraintes qu’il subit (généralement, une épaisseur de paroi appropriée de 1 à 4 mm est recommandée pour les thermoplastiques, mais elle doit être ajustée selon les propriétés spécifiques du matériau). Pour les parties du produit soumises à de fortes contraintes, il est possible d’utiliser des méthodes telles que l’ajout de nervures de renfort et de congés de raccordement, plutôt que d’augmenter l’épaisseur de paroi. Ces méthodes garantissent non seulement la résistance, mais évitent également les surépaisseurs localisées.

2. Intégration de structures creuses et d'allégements : Pour les pièces moulées par injection de grand volume sans exigences fonctionnelles internes, l'utilisation de structures creuses ou d'allégements permet de réduire l'épaisseur de paroi de la zone centrale. Par exemple, pour des produits tels que les boîtiers d'appareils électroménagers et les pièces intérieures automobiles, des structures creuses en forme de grille peuvent être disposées dans les zones non sollicitées, ce qui permet non seulement de réduire la consommation de matière, mais aussi de faciliter l'écoulement et le refroidissement du matériau fondu.

3. Optimisation de la zone de transition : La transition entre les zones d’épaisseurs de paroi différentes doit être progressive, en évitant les changements brusques d’angle droit ou aigu. Ceci prévient la stagnation et l’accumulation de matière fondue pendant l’écoulement, tout en réduisant les défauts dus à un refroidissement inégal. Il est recommandé de contrôler l’angle d’inclinaison de la zone de transition entre 30° et 60° pour assurer un écoulement régulier de la matière fondue.

(II) Ajustement des paramètres du procédé de moulage par injection : adaptation aux exigences de moulage après réduction d’épaisseur

Après avoir optimisé la structure du produit, il est nécessaire d'ajuster les paramètres du processus de moulage par injection afin d'assurer un moulage régulier des pièces moulées par injection d'épaisseur réduite et d'éviter des problèmes tels qu'un remplissage insuffisant et des bavures.

1. Amélioration de la fluidité du polymère fondu : Augmenter la température du cylindre et celle du moule de manière appropriée permet de réduire la viscosité du polymère fondu et d’améliorer sa fluidité, garantissant ainsi un remplissage rapide de la cavité, même avec une épaisseur réduite. La température du cylindre doit être ajustée en fonction du matériau plastique (par exemple, généralement entre 180 et 220 °C pour le PP et entre 200 et 250 °C pour l’ABS), tandis que la température du moule est généralement maintenue entre 40 et 80 °C. Ceci permet d’éviter la dégradation du matériau due à des températures trop élevées ou une mauvaise fluidité due à des températures trop basses.

2. Optimisation de la pression et de la vitesse d'injection : Augmentez la pression et la vitesse d'injection pour réduire le temps de remplissage et éviter un remplissage insuffisant dû à une épaisseur de paroi réduite. Il est recommandé d'augmenter la pression d'injection de 10 à 20 % par rapport aux paramètres initiaux (les ajustements doivent être effectués en fonction de la capacité portante du moule). La vitesse d'injection peut être contrôlée par paliers : remplissage rapide en début de cycle, puis maintien de la pression à basse vitesse en fin de cycle, afin de réduire les impacts de matière fondue et les bavures.

3. Ajustement des paramètres de maintien de la pression et de refroidissement : La vitesse de refroidissement des pièces moulées par injection d'épaisseur réduite s'accélère ; il est donc nécessaire d'ajuster en conséquence les durées de maintien de la pression et de refroidissement. La durée de maintien de la pression peut être réduite de 10 à 15 % afin d'éviter toute déformation du produit due à une pression excessive. La durée de refroidissement doit être optimisée en fonction des conditions de moulage réelles afin de garantir que la température du produit reste inférieure à la température de déformation thermique lors du démoulage, limitant ainsi les risques de gauchissement.

(III) Sélectionner les matériaux appropriés et améliorer les moules

1. Choisir des matériaux à haute fluidité : Pour les pièces moulées par injection à parois fines, il est recommandé de choisir des plastiques à bonne fluidité, tels que le PP, le PE et l’ABS, ou des plastiques modifiés (par exemple, du PVC modifié avec ajout de plastifiant) afin de faciliter le moulage. Éviter l’utilisation de matériaux peu fluides (tels que le PC et le POM) pour les produits à parois fines, sauf si les exigences de moulage peuvent être satisfaites par une optimisation du procédé ou une amélioration du moule.

2.Optimisation de la structure du moule : Améliorer le système d’alimentation du moule en augmentant la taille des points d’injection et en raccourcissant la longueur des canaux d’alimentation afin de réduire la résistance à l’écoulement du polymère fondu. Par exemple, utiliser des points d’injection ponctuels ou en éventail pour améliorer l’efficacité du remplissage ; installer des cales froides dans les canaux d’alimentation pour empêcher le matériau froid de pénétrer dans la cavité et d’affecter la qualité du moulage. Par ailleurs, la surface de la cavité du moule doit être polie afin de réduire les frottements liés à l’écoulement du polymère fondu et d’améliorer l’efficacité du remplissage.

3.Systèmes d'évacuation des gaz : Après réduction de l'épaisseur des parois, l'évacuation des gaz contenus dans la cavité est plus difficile, ce qui peut facilement engendrer des défauts tels que des bulles et des brûlures sur la pièce. Des rainures d'évacuation doivent être prévues aux extrémités de la cavité du moule, dans les zones de stagnation du flux de matière fondue et à d'autres endroits stratégiques. La largeur recommandée pour ces rainures est de 0,01 à 0,03 mm et leur profondeur de 0,5 à 1 mm, afin de garantir une évacuation optimale des gaz pendant le moulage.

(IV)Renforcer le contrôle qualité et l'optimisation itérative

1. Établir des normes d'inspection de l'épaisseur des parois : inspecter régulièrement l'épaisseur des parois des pièces moulées par injection pendant la production à l'aide d'outils tels que des pieds à coulisse et des jauges d'épaisseur à ultrasons afin de garantir que l'épaisseur réelle des parois réponde aux exigences de conception et d'éviter les épaisseurs excessives localisées causées par des écarts de production.

2. Réaliser des essais de moulage et des itérations de processus : après avoir ajusté la structure du produit et les paramètres de processus, effectuer des essais de moulage afin de vérifier le remplissage, la qualité de surface et les propriétés mécaniques du produit. En cas de problèmes tels qu’un remplissage insuffisant ou des retassures, optimiser davantage la conception structurelle ou les paramètres de processus jusqu’à l’obtention des résultats conformes aux normes.

3. Suivi et analyse à long terme : surveiller en continu la qualité des produits pendant la production en série, collecter les données relatives aux défauts de moulage et analyser régulièrement leurs causes afin d’optimiser le processus. Par exemple, si des retassures localisées apparaissent de manière persistante, il est possible d’optimiser l’épaisseur de paroi dans cette zone, ce qui nécessite un réajustement de la conception structurelle.

I. Précautions et résumé

Pour résoudre le problème d'épaisseur de paroi excessive des pièces moulées par injection, il convient de respecter le principe de « priorité à la conception, adaptation du procédé et adéquation des matériaux ». L'objectif principal est de minimiser autant que possible l'épaisseur de paroi inutile, tout en respectant les fonctions et les propriétés mécaniques du produit. Par ailleurs, il est important de noter les points suivants :

1. Lors de l'optimisation de la structure, il convient de ne pas réduire excessivement l'épaisseur des parois. Il est nécessaire de vérifier, par des essais de résistance, si le produit répond aux exigences d'utilisation afin d'éviter les problèmes de qualité tels que la rupture et la déformation du produit dues à des parois trop minces ;

2. Le réglage des paramètres de processus doit être effectué étape par étape. Évitez les modifications drastiques en une seule fois afin de prévenir l'apparition de nouveaux défauts de moulage tels que les bavures et l'adhérence au moule ;

3. L'amélioration du moule doit tenir compte de la structure du produit et des caractéristiques du matériau. Il convient d'éviter d'ajouter aveuglément des points d'injection ou des rainures d'aération, car cela peut nuire à la durée de vie du moule et à l'aspect du produit.

En conclusion, la résolution du problème d'épaisseur de paroi excessive des pièces moulées par injection est un projet systémique. Elle nécessite une optimisation collaborative sous de multiples aspects, notamment la conception, le procédé, les matériaux et les moules. Cette approche permet non seulement de corriger les défauts existants, mais aussi d'équilibrer l'efficacité de la production et la maîtrise des coûts, aboutissant ainsi à une solution gagnant-gagnant en termes de qualité du produit et de rentabilité.