Pendant le cycle, le plastique fondu se refroidit en passant de la température d’injection (le plus souvent voisine de 200 oC ou supérieure) à une température proche de celle du moule, à laquelle l’objet devient solide.

presse à injection

plastifier le polymèrefermer le moule avant l’injection, de

le maintenir fermé pendant son remplissage

Injection des thermoplastiques

1. Groupe de fermeture

1.1 Rôle du groupe de fermeture:

Le rôle du groupe de fermeture est de permettre de monter le moule sur la presse et de rendre possible son ouverture et sa fermeture.Ce groupe comprend deux plateaux : l’un est mobile, l’autre est fixe.

La force de fermeture est la force nécessaire pour maintenir les deux parties du moule fermées pendant son remplissage sous haute pression.

On peut écrire, en considérant que la pression dans l’empreinte est uniforme :

force de fermeture (kgf ) ≥ surface projetée ( cm2) × pression ( kgf/cm2 ou bar) 1 kgf ≈ 10 N ; 1 kgf/cm2 ≈ 105 Pa.

Exemple :

pour une pièce à fabriquer de 100 g et de surface projetée de 300 cm2, avec une pression de remplissage de 1 000 bar, on aura besoin de :

300 × 1 000 = 300 000 kgf = 3 000 kN

1.2 Conception

1.2.1 Système à genouillères

principe de fonctionnement (vue de côté)

Avantages :— le diamètre du vérin de fermeture est faible, le systèmeutilise donc un faible volume d’huile hydraulique pour lesmouvements ;— la vitesse de fermeture diminue naturellement à la rencontredes plans de joint ;— le système offre une grande rigidité après verrouillage ;— le système se prête très bien à une production à grandecadence.

Inconvénients :

— la course d’ouverture-fermeture ne peut pas être grande ; elle dépend de l’écartement entre les deux genouillères, donc de la dimension du plateau mobile ;

— le réglage précis de la force de fermeture demande beaucoup de soins ;

— le système nécessite un graissage centralisé complexe : chaque axe de genouillère doit être graissé d’une manière uniforme ;

— la répartition des contraintes que subissent les colonnes exige une grande précision d’usinage entre les écrous et le filetage des colonnes ;

— les quatre colonnes doivent être parfaitement homogènes en qualité pour pouvoir garantir une répartition équilibrée de la force de fermeture ;

— le réglage automatique de la force de fermeture est lent.

1.2.2 Système à verrouillage hydraulique

Le principe de fonctionnement est le suivant : l’huile est admise à l’entrée du vérin coaxial V. Elle agit sur la petite surface PS du vérinet provoque le déplacement rapide du plateau mobile. Pendant ledéplacement, la grande chambre du vérin se remplit par succion,la soupape S1 étant ouverte. Quand les deux plans de joint du moule se rencontrent, la soupape S1 se referme et la soupape S2 s’ouvre.Dans le même temps, la pression d’huile s’applique à l’entrée E dumultiplicateur de pression MP et, par l’intermédiaire du circuit Ct1et de la soupape S2, l’huile à haute pression arrive sur la grandesurface (GS).

Avantages :

• la sécurité des moules, dite aussi sécurité basse pression ,

• La force de fermeture se détermine aussi uniquement par la pression,

• Les colonnes peuvent être plus largement dimensionnées,

• Le réglage des courses de fermeture-ouverture peut se faire directement

par la télécommande.

1.3 Montage rapide des moules:

Le plateau mobile est équipé d’une paire de rails de guidage et d’une cale de centrage. Le plateau fixe comporte les vérins de bridage. Chaque plateau porte en plus sa propre boîte de connexion pour eau, air comprimé, huile, télécommande, chauffage.

2. Groupe d’injection2.1 Rôle du groupe d’injection

Le groupe d’injection assure les tâches suivantes :

• recevoir la matière première ;• plastifier d’une manière homogène une quantité de matière solide prédéterminée ;• établir le contact entre le moule et l’unité d’injection ;• injecter la matière plastifiée dans des conditions établies.

2.2 Plastification

La plastification est l’opération qui permet de transformer, par apport de chaleur, un produit granulé, en une masse de consistance pâteuse. Les plastiques ne peuvent être chauffés sans détérioration que dans un intervalle de température parfois assez restreint. La plage de températures à l’intérieur de laquelle le moulage est possible se situe entre la température de fusion et la température de début de décompositionCette plage de températures s’étale sensiblement entre 150 et 300oC dans les cas les plus favorables.

2.2.2 Technique de plastification

a. pot d’injection avec un système de plastification à torpille.(a)

b. Systèmes de plastification à vis .(b)

Les inconvénients de ce type de plastification sont :— sa faible capacité ;— le manque d’homogénéité de la matière injectée ;— les pertes de charges importantes du pot.

la vis remplit 3 fonctions importantes :— alimentation ;— compression ;— cisaillement.

c. clapet

— rôle : laisser passer la matière fondue vers l’avant du pot pendant la phase de plastification et l’empêcher de repasser dans les filets de la vis, quand celle-ci avance, pour la refouler dans le moule sous haute pression ;— fonctionnement : le clapet est vissé au bout de la vis. Il est constitué de trois éléments :

• le corps C,• la bague B,• le siège S.

d. système à pot d’injection indépendant.

consiste à rendre à la vis sa seule fonction, celle de plastification, et à confier la phase d’injection à un piston indépendant.

Cette solution permet d’atteindre une importante capacité de plastification horaire, avec une pression d’injection élevée.

3. Cycle de moulage

Démoulage : le moule occupe la position de fin d’ouverture qui assure à la pièce l’espace libre pour être éjectée. Fermeture du moule : ce mouvement commence avec une vitesse lente puis rapide, et se termine de nouveau lentement pour éviter le choc entre les plans de joint et pour donner le temps d’agir au système de sécurité.

Verrouillage : si le système de sécurité n’a décelé aucune anomalie, la commande peut appliquer la force de fermeture. Selon le système de fermeture, la force est créée par le produit de la surface et de la pression, ou par la mise en contrainte des colonnes.

Injection : c’est la phase de remplissage de(s) (l’)empreinte(s) avec la matière plastifiée et le maintien sous pression pour compenser les retraits.

Refroidissement : il a lieu le temps nécessaire pour que le plastique se solidifie dans le moule. Dans la pratique, on plastifie souvent, pendant ce temps, la matière pour le prochain cycle. De plus, si nécessaire au cours de ce temps, on peut séparer la buse du cylindred’injection et le moule. Ouverture du moule : le plastique étant suffisamment refroidi pour pouvoir être démoulé, la partie mobile du moule s’écarte de la partie fixe.

4. Caractéristiques des presses à injecter4.1 Caractéristiques du groupe de fermeture

La force de fermeture exprime la force que la presse peut développer pour serrer les deux parties du moule l’une contre l’autre. Elle conditionne ainsi le produit de la surface frontale et de la pression d’injection. Il faut respecter l’inégalité : F > PS

La course d’ouverture détermine l’espace que le groupe de fermeture peut offrir à l’utilisateur pour extraire la pièce du moule. Elle limite la cote de profondeur de la pièce.

Le passage entre colonnes détermine la largeur maximale du moule que l’on peut monter sur la presse sans enlever une colonne. Cette grandeur est constituée de deux chiffres exprimant les valeurs de passage (en mm), le premier vu de profil, le second vu de dessus.

Les dimensions des plateaux fixent les dimensions maximales dont on peut disposer pour monter un moule dans certains cas spécifiques.

L’épaisseur minimale du moule est la distance minimale entre les deux plateaux quand le plateau mobile est dans la position dite fermée et que la course de réglage d’épaisseur de moule est égale à zéro.

L’épaisseur maximale du moule est la distance maximale entre les deux plateaux quand le plateau mobile est dans la position dite fermée et que la course de réglage d’épaisseur de moule est à la valeur maximale.

La course d’éjection définit la course maximale du vérin d’éjection, ce qui conditionne la course des éjecteurs du moule.

La force d’éjection exprime la force que le système d’éjection peut développer.

Le nombre de cycles à vide donne une indication sur les vitesses maximales que les mouvements d’ouverture et de fermeture peuvent atteindre.

4.2 Caractéristiques du groupe d’injection

La capacité d’injection était, donnée en grammes et elle variait avec la matière injectée et la contrepression utilisée. Ou de l’exprimer en cm3 qui détermine le volume maximal que peut offrir le cylindre d’injection.

La capacité de plastification horaire varie avec la nature du plastique

La pression maximale d’injection détermine la force de poussée maximale que la vis-piston, dont on connaît le diamètre, peut exercer sur le plastique pour le refouler dans le moule.

Le dégazage, dans certains cas bien spécifiques, est très utile pour avoir la possibilité d’évacuer le gaz produit pendant la plastification.

4.3 Buses de presses à injecter

Une buse de presse doit :

— assurer un contact étanche avec le moule durant l’injection,

— présenter une surface de contact aussi réduite que possible avec le moule pour réduire le refroidissement de la buse de presse,

— comporter un canal d’écoulement sans brusque variation de section perturbant le déplacement des couches périphériques de plastique et cause de zones de stagnation pour celui-ci ;

— être facilement démontable pour procéder à son nettoyage ou permettre l’extraction de tout corps étranger freinant ou stoppant l’écoulement ;

— présenter un diamètre de trou de sortie variable selon le volume de matière à débiter lors de chaque injection, et aussi selon la nature de cette matière ; plus elle est visqueuse à la température de moulage, plus la pièce moulée est importante, et plus grand doit être l’orifice de la buse.

5. Choix d’une presse à injecter

les caractéristiques principales d’une presse, celles qui déterminent son prix d’achat et sa taille, sont :

— la force de fermeture ;— la dimension des plateaux ;— le volume injectable ;— la plastification horaire ;— la puissance installée.

Une presse avec ses caractéristiques (y compris la puissance installée) permet de définir une production horaire théorique selon la formule classique :

PHTH = 3 600 PDST/CTH

avec PHTH (kg/h) production horaire théorique,PDST (kg) masse totale de la matière injectée,CTH (s) temps de cycle théorique.

Le temps de cycle théorique = les temps minimaux de fermeture + ceux d’ouverture + les temps d’injection et de plastification,

déterminés à partir des caractéristiques de la presse.

6. Architecture des presses à injecter