Un mouleur peut régler la température, la pression, la vitesse d’injection et le temps de refroidissement, et un mouleur expérimenté parviendra à obtenir des résultats remarquables même avec une pièce complexe. Ce qu’aucun réglage de processus ne peut faire, c’est refroidir un renflement épais à la même vitesse que la paroi fine qui le jouxte. C’est une question de géométrie, et celle-ci est déterminée bien avant le passage en presse.
Ce guide traite de la prévention des défauts dès la phase de conception : les cinq variables géométriques à l'origine de la plupart des problèmes de moulage, la cause de conception sous-jacente à chaque défaut courant, les règles à respecter concernant les nervures et les bossages, les cas où la conception ne permet réellement pas de résoudre le problème, ainsi qu'une liste de contrôle à vérifier avant de valider une pièce pour la fabrication du moule. Pour corriger les défauts sur un moule déjà en service, consultez notre guide consacré à correction des défauts de moulage sur la presse couvre l'aspect « processus ».
La plupart des défauts de moulage sont avant tout le résultat de choix de conception
Les creux de moulage, les déformations, les vides et les lignes de soudure sont généralement considérés comme des problèmes liés au processus de fabrication, car c'est à ce stade qu'ils sont détectés. Dans la pratique, ils sont généralement le résultat visible d’un choix géométrique : une paroi dont l’épaisseur change brusquement, un bossage plus épais que la paroi sur laquelle il repose, une entrée de matière placée à un endroit où le flux doit passer d’une zone mince à une zone épaisse, ou un angle sans rayon de courbure. Les ajustements du processus peuvent réduire leur gravité, mais les éliminent rarement.
Cela revêt une importance commerciale, car les modifications de conception sont pratiquement gratuites avant la fabrication des outillages, mais coûteuses par la suite. Modifier l'épaisseur d'une paroi dans un logiciel de CAO ne prend qu'un après-midi. La même modification, une fois l'acier trempé découpé, nécessite des opérations de soudure et de réusinage.
Les cinq variables de conception à l'origine de la plupart des défauts
1. Épaisseur de paroi uniforme
Il s'agit de la règle la plus importante en matière de conception de pièces, et celle qui est le plus souvent enfreinte. Les sections épaisses refroidissent plus lentement que les sections minces. Comme la zone épaisse refroidit en dernier et se rétracte, elle entraîne la matière de la surface, ce qui produit une marque d’affaissement, ou forme une cavité interne si la surface s’est déjà solidifiée. Lorsque des sections épaisses et minces refroidissent à des vitesses différentes au sein d’une même pièce, le retrait différentiel déforme l’ensemble de la pièce, provoquant un gauchissement.
Dans la mesure du possible, veillez à ce que l'épaisseur nominale de la paroi reste constante sur l'ensemble de la pièce. Lorsqu'une conception nécessite réellement de la masse dans une zone précise, la bonne approche consiste généralement à évider la partie épaisse plutôt que de la laisser pleine, afin que l'épaisseur de la paroi reste uniforme et que la résistance provienne de la géométrie plutôt que de la masse.
2. Raccords muraux
Lorsque l'épaisseur doit varier, cette variation doit être progressive plutôt que brusque. Un changement brusque d'épaisseur de paroi entraîne une variation soudaine de la vitesse de refroidissement et une concentration de contraintes au niveau de la transition, ce qui se traduit par un affaissement de la surface extérieure et un facteur de déformation de la pièce. Le fait d'adoucir la transition sur une certaine distance plutôt que de la réaliser en escalier permet d'éliminer en grande partie cet effet.
3. Emplacement de la barrière
L'entrée détermine la direction dans laquelle le plastique s'écoule à travers la cavité, et cette direction détermine l'emplacement des lignes de soudure, les zones où la pièce se remplit en dernier, ainsi que l'efficacité avec laquelle la pression de maintien permet de compacter les zones épaisses. L'écoulement doit se faire des sections épaisses vers les sections minces, car une entrée qui alimente d'abord une zone mince empêche la zone épaisse de recevoir la pression de maintien, ce qui garantit l'apparition d'affaissements et de vides à cet endroit.
La position de l'entrée de coulée détermine également l'emplacement des traces esthétiques. Chaque entrée de coulée laisse une trace ; il convient donc, dans la mesure du possible, de la placer sur une surface non visible. Les lignes de soudure se forment à la jonction de deux fronts d’écoulement, généralement derrière les trous et autour des inserts ; elles constituent à la fois une marque esthétique et un véritable point faible. La conception ne permet pas d’éliminer les lignes de soudure sur une pièce comportant des trous, mais c’est la conception, associée au placement de la buse d’injection, qui détermine si celles-ci se situent à un endroit sans importance sur le plan structurel.
4. Projet
Le dépouille est la pente appliquée aux parois dans le sens d'ouverture du moule afin que la pièce se démoule sans frottement. En l'absence d'un dépouille suffisant, l'éjection racle la surface, laissant des traces de frottement et, dans le pire des cas, provoque des contraintes ou déforme la pièce lors du démoulage.
Le angle de dépouille augmente en fonction de la profondeur et de la texture de la surface. Une forme profonde nécessite un angle de dépouille plus important qu’une forme peu profonde, et une surface texturée en nécessite nettement plus qu’une surface lisse, car la texture elle-même agit comme une contre-dépouille. L’application tardive de l’angle de dépouille au cours de la conception perturbe le processus, car elle modifie les cotes d’ajustement ; il est donc préférable de l’appliquer dès le début.
5. Rayons de courbure des virages
Les angles internes vifs posent trois problèmes distincts. Ils concentrent les contraintes, ce qui explique pourquoi les pièces se fissurent en service. Ils perturbent l'écoulement, créant ainsi une zone dont le remplissage est irrégulier. Enfin, dans l'acier, ils nécessitent soit l'utilisation d'une fraise spéciale, soit un usinage par électroérosion, ce qui augmente le coût de l'outillage.
Des rayons intérieurs généreux permettent de résoudre ces trois problèmes d’un seul coup. Un rayon d’angle qui maintient l’épaisseur de la paroi à peu près égale à celle des parois adjacentes tout au long de l’angle évite l’épaisseur locale excessive qu’engendre un angle mal proportionné.
Défaut par défaut : la cause liée à la conception et la solution apportée au niveau de la conception
| Défaut | Cause liée à la conception | Correction de conception | Commencer par la conception de l'adresse ou par le processus ? |
| Marques d'évier | Partie épaisse, bossage ou nervure épaisse derrière une surface visible | Évider la partie épaisse, réduire l'épaisseur des nervures et des bossages par rapport à celle de la paroi | Conception, sauf si la pièce est déjà uniforme |
| Déformation | Une épaisseur de paroi irrégulière entraînant un retrait et un refroidissement différentiels | Uniformiser l'épaisseur des parois, ajouter de la symétrie, revoir la position de la buse d'injection | Le design, car le processus ne l'élimine que rarement |
| Tirs à courte distance | Sections étroites limitant le débit, grande longueur de circuit, purge insuffisante | Augmenter l'épaisseur des parois, raccourcir le trajet d'écoulement, permettre la purge au niveau de la dernière zone à remplir | Commencez par la méthode, puis passez à la conception si le problème persiste |
| Flash | Une géométrie de démoulage inadéquate ou une ligne de joint traversant une surface complexe | Simplifiez la ligne de joint, évitez les coupures sur les surfaces courbes ou esthétiques | D'abord l'outillage, puis la conception |
| Lignes de soudure | Frontaux d'écoulement se rencontrant derrière des trous, des inserts ou des obstacles | Déplacez ou réduisez les obstacles, réglez la position de la barrière afin que la corde se trouve dans une zone où la tension est faible | Conception, car le traitement ne fait que réduire la gravité |
| Vides | Les parties épaisses où la surface gèle avant que le cœur ne se solidifie | Évider les parties épaisses tout en conservant une épaisseur de paroi uniforme | Conception |
| Nettoyage au jet | Alimentation par porte directement dans un espace de cavité ouvert | Placez la buse contre un mur ou dans un élément qui brise le jet | Conception et outillage : deux aspects indissociables |
| Traces de frottement | Tirage insuffisant, en particulier sur des surfaces texturées ou profondes | Augmenter le tracé, et l'augmenter encore davantage là où une texture est appliquée | Conception |
La dernière colonne est celle qui présente un intérêt pratique. Lorsque la cause est liée à la conception, le réglage des paramètres du processus permet d'obtenir une amélioration temporaire tout en mobilisant du temps de production, et le défaut réapparaît dès que les conditions varient. Lorsque la cause est liée au processus, modifier la géométrie constitue une solution coûteuse pour résoudre un problème qui pourrait être réglé par un simple réglage de la machine.
Règles de conception des nervures, des renforts et des goussets
Les nervures et les bossages sont la cause la plus fréquente des marques d’affaissement auto-provoquées, car ils ajoutent tous deux de la masse à une paroi qui, sans cela, serait uniforme.
- Veillez à ce que l'épaisseur de la nervure soit légèrement inférieure à celle de la paroi adjacente, plutôt qu'égale à celle-ci. Une nervure aussi épaisse que la paroi crée une jonction épaisse et un affaissement sur la face opposée.
- Prévoyez un dégagement au niveau des nervures afin qu'elles se détachent facilement, en gardant à l'esprit qu'une nervure haute nécessite un dégagement plus important qu'une nervure courte.
- Espacez suffisamment les nervures plutôt que de les entasser, car des nervures trop rapprochées entravent la circulation de l'air et compliquent le refroidissement de l'acier situé entre elles.
- Lorsque l'objectif est d'obtenir une rigidité, il est préférable d'utiliser plusieurs nervures peu profondes plutôt qu'une seule nervure profonde, car la profondeur complique le remplissage et l'éjection.
- Évidé les bossages plutôt que de les laisser pleins, afin que l’épaisseur de la paroi du bossage corresponde à celle de la paroi nominale.
- Pour les bossages de grande hauteur, il convient d'utiliser des goussets plutôt que d'augmenter le diamètre du bossage, ce qui réintroduirait une section épaisse.
- Arrondissez la base de chaque nervure et de chaque renflement, ce qui permet de réduire la concentration des contraintes sans créer de jonction épaisse si les proportions sont correctes.
Notre guide sur Directives de conception des nervures et des goussets aborde en détail les proportions et l'espacement, notamment la manière dont la conception des nervures influe sur la rigidité dont la pièce a réellement besoin.
Quand le design ne suffit pas
Certains problèmes ne relèvent tout simplement pas de la géométrie, et les considérer comme des défauts de conception fait perdre du temps.
- L'écartement et les stries de surface dus à l'humidité dans les résines hygroscopiques telles que le polycarbonate et le nylon constituent un problème de séchage au niveau de la presse, et non un problème de conception.
- Les traces de brûlure au niveau de la dernière zone à remplir sont généralement dues à un problème d'évacuation dans le moule ou à un problème de vitesse d'injection au niveau de la machine.
- Les variations dimensionnelles observées au cours d'un cycle de production reflètent généralement les variations du procédé ou le contrôle de la température de l'outil, plutôt que la géométrie de la pièce.
- La contamination et les traces de couleur sont des problèmes liés à la manutention des matériaux.
- L'apparition d'un flash sur un outil qui fonctionnait auparavant sans problème indique une usure de l'outil ou un problème de force de serrage, et non une modification de la conception.
Il existe également une catégorie dans laquelle c’est le matériau, plutôt que la géométrie, qui constitue la contrainte. Les résines à fort retrait se déforment plus facilement et respectent moins bien les tolérances, quel que soit le soin apporté à la conception de la pièce ; c’est pourquoi le choix du matériau et de la géométrie doit être effectué conjointement. Notre Comparaison des matériaux utilisés pour le moulage par injection explique comment le comportement au retrait varie selon les résines courantes et ce que cela implique en termes de tolérances attendues.
Liste de contrôle pour la revue de conception avant le lancement de la fabrication des outillages
Exécutez cette opération avant l'établissement du devis pour l'outil. Chaque élément coûte peu cher à réaliser en CAO, mais beaucoup plus cher à fabriquer en acier.
- L'épaisseur nominale de la paroi est-elle constante sur l'ensemble de la pièce, et chaque écart par rapport à celle-ci est-il délibéré et justifié ?
- Les transitions d'épaisseur sont-elles toutes progressives plutôt que discontinues ?
- Les sections épaisses sont-elles évidées plutôt que laissées pleines ?
- L'épaisseur de la nervure est-elle proportionnelle à celle de la paroi adjacente plutôt que d'être identique à celle-ci ?
- Les noyaux sont-ils évidés et renforcés par des goussets plutôt que par un diamètre supplémentaire ?
- Toutes les surfaces situées dans le sens d'ouverture du moule présentent-elles un déport, avec un déport supplémentaire là où une texture est spécifiée ?
- Les angles intérieurs présentent-ils un rayon qui permet de maintenir l'épaisseur du mur à peu près constante tout au long de l'angle ?
- Une position de vanne a-t-elle été convenue, et le débit s'écoule-t-il des sections épaisses vers les sections minces ?
- Où se formeront les lignes de soudure, et cet emplacement est-il soumis à des contraintes structurelles ou répond-il à des exigences esthétiques ?
- Y a-t-il des contre-dépouilles nécessitant l'utilisation de glissières ou de poussoirs ? Le surcoût lié à l'outillage est-il acceptable ou est-il possible de repenser la conception de cette caractéristique pour l'éliminer ?
- Le choix de la résine est-il conforme aux tolérances prévues sur le plan, compte tenu de son comportement au retrait ?
- Quelles sont les surfaces esthétiques, et la ligne de joint a-t-elle été évitée sur celles-ci ?
Une pièce qui satisfait aux douze critères n’est pas garantie de se mouler parfaitement, mais cela élimine les défauts dus à la géométrie et ne laisse au mouleur que des problèmes que le contrôle des processus peut réellement résoudre.
Valider la conception avant de lancer la fabrication des outils
La revue de conception permet de détecter ce que l'examinateur sait qu'il doit rechercher. La validation physique permet de détecter le reste. La fabrication de pièces prototypes avant la validation définitive de l'outillage de production permet de mettre en évidence les problèmes d'ajustement et de fonctionnalité alors que les modifications sont encore peu coûteuses ; en cas d'incertitude sur la géométrie, un outillage à faible volume permet de valider la conception dans les conditions réelles du processus avant que l'acier trempé ne soit découpé.
Il convient de bien comprendre ce que chaque méthode de validation permet de vérifier. Les prototypes usinés ou imprimés permettent de vérifier l'ajustement, l'assemblage et de nombreuses exigences fonctionnelles, mais ils ne reproduisent pas le comportement d'écoulement, de compactage et de retrait d'une pièce moulée. Lorsque les préoccupations portent sur le retrait, le gauchissement ou la position de la ligne de soudure, seul un échantillon moulé permet d'y répondre, c'est pourquoi les outillages intermédiaires existent. Notre validation du prototype avant la fabrication des outils Les services desservent ces deux lignes.
Elite Mold Tech fournit des conseils en matière de conception pour la fabrication dès la phase de devis sur son services de moulage par injection de plastique, en signalant les problèmes liés à l'épaisseur des parois, au dévers, à la proportion des nervures et à la position des points d'injection pendant qu'ils sont encore en train d'apporter des modifications au dessin. Envoyez un modèle de pièce à Elite Mold Tech pour procéder à une revue de conception avant de valider l'outillage, plutôt que de devoir discuter des défauts après les premiers moulages.
Foire aux questions
Q : Quelles sont les causes des creux de moulage dans les pièces moulées par injection ?
R : Les parties épaisses se refroidissent plus lentement que la paroi environnante. Comme la partie épaisse se contracte en dernier, elle entraîne la matière vers l'intérieur depuis la surface. Les nervures et les bossages trop épais par rapport à la paroi adjacente en sont la cause la plus fréquente.
Q : L'ajustement du procédé permet-il de corriger le gauchissement ?
R : Cela peut atténuer le problème, mais il est rare que cela le résolve complètement. Le gauchissement résulte d’un retrait inégal sur l’ensemble de la pièce, lui-même dû à des variations d’épaisseur de paroi et à des différences de refroidissement. L’uniformisation de l’épaisseur de paroi s’attaque à la cause du problème plutôt qu’à ses symptômes.
Q : Quelle est la profondeur de contre-dépouille nécessaire pour une pièce moulée par injection ?
R : Cela dépend de la profondeur et de la finition de la surface. Les éléments plus profonds nécessitent un angle de dépouille plus important, et les surfaces texturées en nécessitent nettement plus que les surfaces lisses, car la texture agit comme une contre-dépouille. Appliquez le dépouille dès le début, car l'ajouter tardivement modifie les cotes d'ajustage.
Q : Les lignes de soudure constituent-elles toujours un défaut ?
R : Elles sont inévitables sur les pièces comportant des trous ou des inserts, car les fronts d'écoulement doivent se rejoindre quelque part. Elles constituent un défaut lorsqu'elles se forment sur une surface esthétique ou dans une zone soumise à une charge structurelle. La position de l'entrée détermine l'endroit où elles se forment.
Q : Dois-je commencer par corriger un défaut de moulage au niveau de la conception ou du processus ?
R : Identifiez la cause principale. Les creux, les vides, les déformations et les traces de frottement sont généralement liés à la géométrie et doivent être pris en compte lors de la conception. Les défauts de remplissage, les déformations latérales et les traces de brûlure sont généralement liés au processus ou à l'outillage et doivent être corrigés au niveau de la presse.
