Machine de moulage par injection
Une machine de moulage par injection ( machine de moulage par injection entièrement plastique , souvent appelée SGM en abrégé ) est une machine qui produit des pièces en plastique à partir de plastique sous forme de granulés ou de poudre. A cet effet, la masse de moulage requise est préparée dans l'unité d'injection et injectée dans une matrice , qui représente un moule négatif ( empreinte ) de la pièce en plastique souhaitée. En fonction du procédé utilisé ( moulage par injection thermoplastique , thermodurcissable de moulage par injection ou élastomère moulage par injection ), les différents composants de la machine sont chauffés ou tempérés.
Les machines de moulage par injection se composent essentiellement de deux ensembles : l' unité d'injection ou unité de plastification , qui prépare la matière première et l'injecte dans l'outil sous pression, et l' unité de serrage , qui prend l'outil (également forme ) et l'ouvre et le ferme.
En 1872, John Wesley Hyatt a inventé la première machine de moulage par injection.
Unité de plastification
construction
Le cœur de l' unité d'injection est un arbre à vis , également appelé vis , qui est inséré dans un cylindre. Le diamètre intérieur du cylindre est égal au diamètre extérieur de la vis. Le cylindre est appelé cylindre à vis ou cylindre de plastification . Dans la zone arrière du cylindre à vis, il y a soit un entonnoir dans lequel le granulé est rempli et ruisselle à travers une ouverture (le bloc de remplissage ) dans le cylindre, soit un œil d'aspiration à travers lequel les ébauches de cordon (qui ne sont plus utilisées aujourd'hui ) sont aspirés. Tournée par un entraînement, la vis tourne dans le cylindre de la vis et transporte la matière première vers la pointe de la vis.
Dans le moulage par injection thermoplastique , le cylindre à vis est chauffé de l'extérieur au moyen de bandes chauffantes électriques . En raison de cette chaleur et de la géométrie particulière de la vis, le granulé est non seulement transporté, mais également cisaillé , le plastique fond et est plastifié et homogénéisé. À la pointe du cylindre à vis se trouve une buse qui forme la transition vers l'outil.
Dans le cas du moulage par injection thermodurcissable et du moulage par injection d'élastomères , d'autre part, le cylindre est trempé afin d'éviter une température de fusion excessivement élevée, qui est causée par le frottement interne, car sinon le composé de moulage réagirait déjà dans le cylindre.
Au cours du processus de dosage, la masse à mouler est maintenant généralement transportée à travers un clapet anti-retour jusqu'à la buse, puis refoulée devant elle. Afin de fournir suffisamment d'espace de stockage pour la masse de moulage, la vis n'est soumise qu'à une faible pression (pression dynamique) axialement afin qu'elle puisse se déplacer vers l'entonnoir de remplissage et la dite antichambre à vis est formée entre le clapet anti-retour et la buse, dans laquelle se trouve le volume du matériau.
La pression dynamique agit contre la masse fondue, de sorte que la masse fondue est comprimée. La pression exercée par la masse fondue fait reculer la vis.
Pendant le processus d'injection, la vis est poussée axialement vers la buse, le clapet anti-retour se ferme et le volume massique est injecté à travers la buse dans l'outil.
Après le remplissage volumétrique du moule, il y a un passage à la pression de maintien. La masse doit rester dans le cylindre (coussin de masse résiduelle), sinon la pression ne peut pas agir sur la masse. La pression de maintien est nécessaire pour compenser le retrait de volume.
limace
La vis à trois zones est souvent utilisée dans le traitement des thermoplastiques. Le granulé de plastique est aspiré dans la zone dite d'alimentation et acheminé vers la zone suivante, la zone de compression, où le plastique est plastifié et comprimé ( dégazé ). La masse fondue est ensuite homogénéisée dans la zone de dosage et enfin pressée par le clapet anti-retour devant la vis, qui se déplace axialement vers l'arrière en raison de l'augmentation de la pression dynamique dans le cylindre.
Les vis d'hélice diffèrent par leur géométrie (taux de compression, profondeurs de vol, pas et division de zone) et par le matériau utilisé. Les vis en acier nitruré avec σB = 1000 N / mm² sont utilisées lorsqu'il n'y a pas de charges abrasives et corrosives. L'acier à outils trempé à froid est utilisé jusqu'à un diamètre de vis d'environ 80 mm, et au-dessus de cette vis, des vis blindées sont souvent utilisées. En cas de charges abrasives très élevées, des vis fabriquées par métallurgie des poudres sont également utilisées. Les polymères fluorés très corrosifs (par exemple PVDF , PFA ) sont également traités avec des alliages à base de Ni .
Il existe des vis barrières , avec une deuxième volée de vis avec un voile barrière séparant la masse fondue du granulat résiduel. En conséquence, des taux de plastification plus élevés sont atteints, en particulier avec les polyoléfines. Des pièces de mélange et de cisaillement sont insérées afin d'obtenir une meilleure homogénéisation de la masse fondue.
Des revêtements spéciaux servent également à améliorer les propriétés de la vis. Entre autres, les revêtements multicouches en chrome ou PVD (par exemple le nitrure de titane ), qui sont utilisés pour les plastiques transparents tels que le PC ou le PMMA. Surtout, l'adhérence du plastique à la surface de la vis est réduite. En raison de leur dureté élevée, les revêtements par pulvérisation de PVD ou de métal dur appliqués au moyen de HVOF (par exemple, le carbure de vanadium ) sont également utilisés comme protection contre l'usure.
La vis est affectée par la torsion pendant le dosage, l'usure des charges telles que les fibres de verre et la poudre de roche, les gradients de température (admission froide, buse chaude), les changements de température, en particulier dans la zone d'admission en raison du mouvement de la vis pendant l'injection et le dosage, et corrosion (par exemple retardateurs de flamme ou produits de décomposition corrosifs) chargées et limitées dans leur durée de vie.
Comme l'unité de serrage, la vis peut être entraînée électromécaniquement ou hydrauliquement .
Le mouvement axial de la vis pendant l'injection est contrôlé en force et en position et donc très dynamique, précis et reproductible. Dans la production de pièces techniques, les unités d'injection hydraulique de haute qualité ont des valeurs de précision similaires à celles des unités d'injection électriques. Dans les applications à parois minces, cependant, les unités d'injection électriques ont un avantage en termes de précision.
Le mouvement de dosage est contrôlé en vitesse et en position. Un entraînement de dosage électrique a un effet principalement positif sur la consommation d'énergie des presses à injecter électriques. Dans le cas des machines hydrauliques, cependant, un entraînement de dosage électrique peut certainement augmenter la consommation d'énergie (énergie de ralenti parallèle des pompes hydrauliques ).
Cylindre de plastification
La surface du cylindre a un frottement plus important que la surface de la vis, sinon le composé de moulage tournerait sur place. Pour augmenter le frottement sur le cylindre, en outre, on utilise également un cylindre rainuré . Cependant, cela est beaucoup moins courant qu'avec les cylindres d'extrusion, car la vis mobile axialement peut se dévisser comme un tire-bouchon si le frottement est trop élevé. La masse de moulage ne doit pas fondre dans la zone d'alimentation, sinon le frottement sur le cylindre est réduit et des ponts sont créés. Par conséquent, le corps de support est refroidi avec de l'eau.
Les charges sont les mêmes qu'avec la vis sans fin, mais il n'y a presque pas de torsion. Les cylindres de plastification sont en acier de nitruration pour les applications non critiques, mais des cylindres bimétalliques centrifugés sont souvent utilisés. Le cylindre de plastification est plus dur que la vis, car la vis est plus facile à changer, le cylindre de plastification est le composant le plus cher et les matériaux inégalement durs sont moins sujets au soudage à froid (grippage).
Clapet anti-retour
Le clapet anti-retour (RSP) empêche le volume de masse devant la vis de refluer dans les pas de vis lors de l'injection et du refoulement, de sorte que la vis fonctionne comme un piston. Le clapet anti-retour se trouve à l'extrémité de la vis et se compose généralement de trois parties : la pointe ou aussi appelée pointe de la vis, la bague de verrouillage et la bague de pression. La bague de verrouillage se trouve sur la pointe de la vis et devant la bague de pression et les deux agissent ensemble comme une butée. Si le dosage est effectué, la masse fondue presse la bague de verrouillage contre la pointe de la vis, de sorte qu'un espace est créé entre la bague de verrouillage et la bague de pression (course de la bague de verrouillage) à travers laquelle la masse fondue peut s'écouler. Lorsque l'injection est faite, la bague de verrouillage est plaquée contre la bague de pression et ferme ainsi les filets de vis. La distance entre la bague de verrouillage et le cylindre est appelée jeu de vis sans fin. Il existe différentes versions du RSP. La bague de verrouillage ou bague de pression est supportée par des ailes (3 ou 4 pieds), ou la fermeture de la coulée est libérée via une (RSP monobille) ou plusieurs billes (RSP multibilles).
Trémie d'alimentation
L'entonnoir de remplissage peut être fermé et vidé par une glissière et dispose d'un indicateur de niveau de remplissage. Il peut également y avoir des séparateurs de métaux ( aimants ) avec des tamis, des supports pour les dispositifs de mélange et de dosage de peinture et un dispositif pour décharger les charges statiques.
Pour les masses à mouler pulvérulentes et peu fluides, on utilise des entonnoirs avec vibrateurs électromagnétiques ou des entonnoirs avec agitateurs.
Pour les plastiques ( hygroscopiques ) (par exemple PC, PA, PET, PBT), des trémies chauffantes avec un transport directement du sécheur séparé dans l'unité de plastification conviennent, ou le séchoir est monté directement sur la machine.
Les entonnoirs avec dispositif de remplissage sont utilisés pour traiter les composés de moulage non fluides.
Contrôle de la température
Le cylindre de plastification est chauffé avec des bandes chauffantes pour soutenir la fusion des thermoplastiques. Un contrôle de la température du liquide avec une température plus basse est utilisé pour les plastiques réticulables.
Dans le bassin versant, un refroidissement à l'eau peut avoir lieu afin d'éviter la formation de bouchons ou de ponts. Même avec des matériaux de raccord peu fluides, en particulier le PVC, le refroidissement est utilisé pour éviter la surchauffe. À mesure que la taille du cylindre augmente, le besoin de refroidissement augmente également.
Machine de moulage par injection à piston
Un simple piston peut être utilisé à la place d'une vis . Cette méthode présente de nombreux inconvénients, par ex. B. un chauffage plus lent et plus irrégulier, ainsi qu'un dosage séparé du granulé, ce qui est ici nécessaire, mais avantages dans le moulage par micro-injection de matières plastiques particulièrement sensibles à la chaleur. Les pièces marbrées sont également plus faciles à produire avec des moteurs à pistons. Les presses à injecter à piston ont tendance à être des produits de niche en raison de la rareté des tâches qu'elles peuvent mieux faire, qui n'étaient pratiquement pas disponibles depuis des décennies. Jusqu'en 1956, cependant, ils étaient les machines de moulage par injection standard. Vous pouvez à nouveau acheter de petits appareils. Avec ceux-ci, cependant, la plastification est parfois assurée par une vis, tandis que le piston n'est responsable que de l'injection et de la poussée vers le bas.
Unité de serrage
construction
L'unité de serrage se compose généralement de trois plaques qui sont disposées verticalement sur un bâti de machine dans un axe. Le plateau fixe porte la moitié du moule (côté buse) et est le plateau le plus proche de l'unité d'injection. La plaque de serrage fixe a un trou au milieu à travers lequel la buse peut passer et s'arrimer sur l'outil. L'air est expulsé dans le processus. Le deuxième plateau est le plateau mobile. La seconde moitié de l'outil (côté éjecteur) est montée dessus. Il est mobile et est poussé mécaniquement ou hydrauliquement vers le plateau fixe. Étant donné que les deux moitiés de l' outil sont poussées l' une vers l'autre, on parle de fermeture . Enfin, la troisième plaque est la plaque frontale. Il a une fonction de support, car la genouillère ou le vérin hydraulique de fermeture des plaques de serrage est situé entre la plaque frontale et la plaque de serrage mobile . La plaque frontale est donc nécessaire pour renforcer la résistance. L'exception est la serrure à deux plaques, dans laquelle le mouvement de déplacement et la pression de fermeture sont effectués via les barres entre les deux plaques. L' éjecteur , qui sont des vérins hydrauliques, est également situé sur le plateau mobile. Lorsque le moule est ouvert, ils actionnent de petites broches métalliques dans le moule, qui poussent alors la pièce moulée hors du moule. Il existe également des connexions pour les tirages de noyau ici . Cela permet d'actionner des glissières dans l'outil afin de pouvoir réaliser des contre-dépouilles.
En règle générale, les unités de serrage sont disposées horizontalement et les machines verticales se trouvent surtout là où des pièces doivent être insérées et surmoulées, comme pour les prises électriques.
Les valeurs de force agissant sur l'unité de serrage sont différenciées selon DIN 24450 en :
- Force de fermeture
- Force de verrouillage
- Flottabilité
- force d'ouverture du moule (maximale)
- Force d'éjection
Génération de force
Il existe différentes manières d'accumuler la force dans l' unité de serrage ( force de serrage ). Une distinction est faite entre les machines hydrauliques , dans lesquelles le moule est construit et maintenu par de gros vérins hydrauliques, et les machines à genouillère , dans lesquelles un grand levier à genouillère à double effet comprime l'outil. Le levier basculant lui-même est également mû soit par un vérin hydraulique, soit, dans le cas d'une machine électrique, par un moteur électrique. En raison de la mécanique du levier, cependant, il faut beaucoup moins de force pour maintenir le moule ensemble qu'avec des systèmes exclusivement hydrauliques.
Les machines à genouillère fonctionnent généralement plus rapidement et de manière plus économe en énergie, mais deviennent inefficaces dans les machines plus grandes en raison de l'énorme mécanisme à bascule. C'est pourquoi on travaille plus hydrauliquement dans les grands systèmes.
Les systèmes hydrauliques se composent de 2 unités, l'hydraulique ajustée qui parcourt une longue distance avec peu de force et l'hydraulique de verrouillage qui n'a qu'à parcourir une courte distance avec une grande force.
Les avantages de l'hydraulique par rapport aux entraînements électriques sont les forces de fermeture et de verrouillage plus grandes et réglables avec plus de précision et le fait que l'hydraulique pour les tractions de noyaux est déjà disponible. Cependant, si la machine ne dispose pas d'une servopompe contrôlable , le fonctionnement est associé à un niveau sonore élevé et à des besoins élevés en énergie et en eau de refroidissement. Des fuites d'huile sont également possibles
Un autre type de construction sont les presses à injecter électriques, dans lesquelles tous les axes sont entraînés électriquement. Ils fonctionnent avec des servomoteurs qui z. B. entraîner le levier basculant, la vis, l'éjecteur, etc. via des vis à billes ou des vis à rouleaux . Il existe également des séries électriques dans lesquelles la force de serrage est générée directement par des moteurs électriques. Cependant, cela n'est possible qu'avec des machines à faibles forces de serrage, car les moteurs électriques ne peuvent pas fournir un bon compromis entre la force et la vitesse. La technologie d'entraînement de l'unité de serrage dans les grandes machines (> 5000 kN) est également d'une complexité disproportionnée. Dans les machines hybrides, une unité de serrage hydraulique est associée à une unité d'injection électrique.
Les machines électriques sont généralement plus silencieuses, plus économes en énergie et plus propres, car aucune huile hydraulique n'est requise. Ils permettent des mouvements plus rapides et parallèles dans le temps qui ne peuvent être obtenus qu'avec des machines hydrauliques utilisant la technologie multipompe. Les inconvénients sont les coûts d'investissement plus élevés et les exigences élevées vis-à-vis des servomoteurs avec des temps de maintien en pression longs.
Il existe également des formes spéciales, telles que l'unité de serrage à deux plateaux. Ici, l'outil n'est pas comprimé par l'arrière, mais plutôt tiré ensemble hydrauliquement. En raison de la conception spéciale, des outils spéciaux de grande taille peuvent être utilisés et l'espace d'installation de la machine est moindre.
Les grands avantages de la machine sans barre de liaison, dans laquelle la plaque avant et la plaque de serrage fixe sont reliées via un cadre en H, sont la flexibilité pour les outils volumineux et volumineux, le changement d'outil rapide et facile et les conditions optimales pour un nettoyage applications en salle. Le parallélisme statique et dynamique des plateaux des machines sans tirant est inégalé. D'une part, la construction massive du châssis empêche l'unité de serrage de se plier et, d'autre part, le guidage de plaque à 3 points avec un guidage de précision des deux côtés et le cylindre de verrouillage central empêche toute déviation du parallélisme du plateau mobile. Le basculement de la plaque est empêché par une pré-tension appropriée du FlexLink. La plaque de serrage fixe est également massivement soutenue par le châssis de la machine, de sorte que la plaque ne peut pas « vaciller » avec les problèmes de parallélisme dynamique qui en résultent, même lors de déplacements plus rapides. Lorsque la force de serrage est appliquée, la machine maintient complètement le parallélisme du plateau ou s'adapte exactement au parallélisme du moule.
Types de verrouillage
Avec le système de genouillère, l'outil est fermé lorsque la genouillère est légèrement pliée. La course restante du levier basculant génère la force de verrouillage et un verrouillage positif .
Dans le cas d'un verrouillage hydraulique direct, le verrouillage se fait par le cylindre de fermeture, il s'agit donc d'un verrouillage non positif .
Avec le verrouillage hydromécanique ajusté, après l'application de la force de verrouillage, l'unité de verrouillage est verrouillée mécaniquement (par exemple via une plaque de pression rotative sur laquelle les boulons de support peuvent être appuyés). La force motrice de l'outil est alors absorbée par le verrou.
Serrage
Le serrage des outils sur la machine se fait le plus souvent en vissant les plaques de serrage de l'outil directement sur les plaques de serrage de la machine ou au moyen de griffes de serrage.
Une autre méthode consiste à fixer les outils avec des aimants électriques. Cependant, cette méthode n'est pas répandue et ne peut être utilisée que dans une mesure limitée en raison des forces de maintien plus faibles.
Un changement de moule rapide est également obtenu grâce à l'utilisation de systèmes de serrage rapide hydrauliques, ici les plaques de serrage du moule sont calées par de petits vérins hydrauliques. L'inconvénient ici est que toutes les formes nécessitent des plaques de serrage système spécial du même type à cet effet.
Outil
Unité d'éjection
L'éjecteur a pour tâche d'éjecter une pièce en plastique finie du moule après l'ouverture des plaques du moule. L'éjecteur est généralement constitué d'un vérin hydraulique fixé derrière la plaque de moule mobile, dont la tige de piston s'étend à travers la plaque de moule mobile. Des goupilles d'éjection dans le moule peuvent être couplées à cette tige de piston de sorte que lorsque l'éjecteur se déplace vers l'avant, les goupilles d'éjection dans le moule se déplacent également vers l'avant et éjectent la pièce. On retrouve souvent l'éjecteur central ou la plaque d'éjection. Un éjecteur central est monté au milieu de la plaque de moule mobile et s'étend à travers la plaque avec sa tige de piston. Il existe également des éjecteurs qui déplacent une plaque derrière la plaque de moule mobile. Plusieurs autres tiges peuvent être fixées à cette plaque, qui peut également être déplacée à travers la plaque de moule mobile. Cela signifie que des parties de moules qui ne sont pas disposées au centre ou pour lesquelles plusieurs tiges d'éjection doivent avancer séparément peuvent également être éjectées.
Avec l'avènement de la presse à injecter tout électrique (c'est-à-dire plus d'hydraulique), les éjecteurs ne sont plus actionnés par un vérin hydraulique, mais par un moteur électrique. Souvent, les éjecteurs sont également installés sur la plaque de moule fixe ou le cylindre est intégré dans le moule et non sur la machine de moulage par injection. La position de l'éjecteur est principalement surveillée, par exemple par des interrupteurs de fin de course ou une mesure de distance. Cela signifie, entre autres. empêche la fermeture du moule avec l'éjecteur avancé. La surveillance est également requise lorsque l'éjecteur et la traction du noyau interagissent.
Il est également possible de retirer la pièce avec des dispositifs à chaîne ou des bras de robot.
Séquence du processus de moulage par injection
Le processus dépend de nombreux facteurs. Cependant, il existe toujours un schéma de base dans lequel d'autres étapes peuvent être intégrées selon les besoins.
Au début du cycle, le volume massique est ajouté et le moule est ouvert.
Tout d'abord, le moule est fermé et l'unité d'injection avec l'unité de transport est amenée jusqu'au moule. La masse de moulage est ensuite injectée et scellée avec une pression de maintien (réduction du retrait lors du refroidissement). Pendant un certain temps d'attente pour que la masse à mouler refroidisse ou réagisse, le dosage est effectué et l'unité de transport est ramenée à sa position de départ. Si la pièce moulée a suffisamment refroidi ou a complètement réagi pour être retirée du moule, le moule est ouvert et la pièce moulée est généralement éjectée - un nouveau cycle peut commencer.
Ordres de grandeur et variantes
Les machines de moulage par injection sont disponibles dans une grande variété de tailles. Ils diffèrent non seulement par la quantité de pâte à mouler traitée, mais également par la pression avec laquelle le plastique est injecté, dans la zone de fermeture et, par conséquent, par la force avec laquelle l'outil est comprimé.
Les informations avec lesquelles on peut évaluer et évaluer une machine de moulage par injection en termes de taille sont spécifiées dans la norme Euromap 1. Ensuite, une machine de moulage par injection est caractérisée par
- la force de serrage maximale avec laquelle l'outil est comprimé, donnée en kN (kilo- newtons )
- la position de l'unité de serrage : repérée par un H pour une unité de serrage horizontale , un V pour une unité de serrage verticale , qui s'ajoute à la spécification de la force de serrage maximale
- le volume de course calculé de l'unité d'injection en cm³, basé sur une pression d'injection de 1000 bar . Autrement dit, la quantité de masse à mouler que l'unité d'injection peut injecter dans l'unité de serrage à une pression de 1000 bars (voir ci-dessous).
Exemple : 2100 H / 1330 est une presse à injecter avec une force de serrage maximale de 2100 kN, une unité de serrage montée horizontalement et un volume de course calculé de 1330 cm³.
Conceptions spéciales telles que B. Les machines de moulage par injection multi-composants offrent la possibilité de produire les pièces moulées complexes souvent requises à partir de différentes couleurs ou types de plastique en un seul processus.
Durée de vie, durée de vie et utilisation
La durée de vie d'une presse à injecter dépend en grande partie de son utilisation. Des changements d'outils fréquents ainsi que des cycles d'injection rapides sur de longues périodes peuvent affecter négativement la durée de vie des machines. Souvent, cependant, ce n'est pas la machine mais l'outil de moulage par injection qui limite l'utilisation réelle du système.
liens web
Littérature
- Machines de moulage par injection . In: Friedrich Johannaber (Ed.): Guides de machines en plastique . 4e édition. Hanser Verlag, Munich / Vienne 2004, ISBN 3-446-22042-9 ( aperçu limité dans la recherche de livres Google).
Preuve individuelle
- ^ Friedrich Johannaber, Walter Michaeli : Moulage par injection manuel . 2e édition. Hanser Verlag, Munich 2005, ISBN 978-3-446-22966-2 , chap. 8.1 Presses à injecter à piston , p. 1001-1021 ( beck-shop.de [PDF]).
- ↑ EUROMAP 1 : Description des presses à injecter , PDF