Le moulage par injection de plastique est la pierre angulaire de la fabrication moderne, représentant plus de 30 % de la production mondiale de plastique. La force de serrage (ou force de fermeture) de la machine de moulage par injection est un paramètre important de la machine de moulage par injection, qui influence directement la qualité du produit, la longévité du moule et l'efficacité de la production. Basé sur la science des matériaux, la mécanique des fluides et la théorie de l'ingénierie des moules, et complété par des données industrielles, cet article analyse les effets multidimensionnels de la force de serrage sur le moulage par injection et fournit des conseils théoriques pour l'optimisation des processus.
Définition et mécanisme de la force de serrage
La force de serrage fait référence à la force de compression maximale exercée par le dispositif de moulage de la machine de moulage par injection au cours du moulage par injection à haute pression afin de maintenir le moule fermé et d'empêcher le moule de s'ouvrir sous la pression de la fonte. Les forces de serrage selon la norme ISO 294-1 (F)) sont calculées comme suit :
F=K×S
où S est la surface projetée de la pièce perpendiculairement à la ligne de joint (cm²), et K est le coefficient du matériau (généralement 9,8 kN/cm², équivalent à une pression d'injection de 10 MPa). Par exemple, la réalisation d'une pièce en polycarbonate (PC) d'une surface projetée de 500 cm² nécessite une force de serrage théorique de :
F=9.8 × 500=490kN
En fait, en tenant compte des variations de matériaux et des variations de matériaux d'usure du moule, le facteur de sécurité est augmenté d'une marge de sécurité de 20 à 30 %.
Effet de la force de serrage sur la qualité du produit
2.1 Contrôle de la précision dimensionnelle
La force de serrage contrôle indirectement les dimensions des pièces en affectant la déformation du moule. Une force de serrage insuffisante peut provoquer une déformation élastique de la ligne de joint sous la pression de la matière fondue, entraînant des bavures ou une épaisseur de paroi. Par exemple, dans la fabrication de pare-chocs de voiture (surface estimée : 2000 cm2), la déformation du moule est limitée à 0,05 millimètres à l'aide d'une machine de 18 000 kN. Force de serrage réduite à 12 000 kN et déformation accrue à 0,12 mm, entraînant des problèmes d'assemblage.
2.2 Optimisation de la qualité de surface
La force de serrage affecte la brillance de la surface et la prévention des défauts. Une force de serrage plus élevée réduit le clivage et minimise l'infiltration de matière fondue et les défauts de surface, tels que les stries ou les lignes argentées. Des expériences montrent qu'un boîtier de téléphone en ABS de 2-millimètre d'épaisseur avec une force de serrage augmentée de 3 000 kM à 5 000 kM a réduit la rugosité de la surface de 1,2 microns à 0,8 μm, augmentant ainsi les rendements de 15 %.
2.3 Gestion du stress interne
La force de serrage affecte les contraintes internes grâce à l’efficacité du refroidissement. Une force de serrage excessive augmente la pression de contact de la matrice, provoquant des différences locales de vitesse de refroidissement et des contraintes résiduelles. Pour la production d'engrenages en PA66, la force de serrage passe de 6 000 kN à 8 000 kilocalories, la déformation augmente de 0,3 millimètres et l'intensité de l'impact diminue de 12 %. Les simulations CAE sont la clé pour optimiser la coordination du système de refroidissement des pinces-force de serrage de refroidissement-.
Effet de la force de serrage Durée de vie du moule
3.1 Dommages causés par la fatigue mécanique
Des cycles de force de serrage répétés peuvent entraîner des fissures de fatigue dans les noyaux et la cavité du moule. Avec une force de serrage de 10 000 kN et un cycle de 30 secondes, les moules en acier H13 produisent une profondeur de fatigue de 0,5 millimètres après 500 000 cycles. Le traitement à l'azote avec de l'acier prédurci (par exemple P20) peut prolonger la durée de vie jusqu'à 800 000 cycles.
3.2 Défaillance du couplage thermo-mécanique
La dégradation du matériau est accélérée par la fusion à haute température et la force de serrage. Pour la production d'abat-jour en PC (température de surface du moule : 120 degrés, force de serrage : 8 000 kW), la dureté du moule (HRC) a diminué de 0,5 unité par mois. La stabilité thermique de l'alliage de cuivre-béryllium (C17200) peut être améliorée de 3 fois.
3.3 Charge du système de lubrification
La force de serrage affecte la friction entre la tige de guidage et la bague et détermine la durée de vie de la lubrification. L'augmentation de la force de serrage a triplé de 4 000 à 6 000 kN et le taux d'usure de la colonne de guidage a été multiplié par trois. Les bagues autolubrifiantes, telles que les composites de graphite-cuivre, réduisent la friction de 40 % et prolongent les intervalles de maintenance jusqu'à 6 mois.
Effet de la force de serrage sur l'efficacité de la production
4.1 Optimisation du temps de cycle
La force de serrage affecte la vitesse d’ouverture/fermeture du moule. Les machines à injection électriques équipées de servomoteurs peuvent ouvrir la matrice en 0,8 seconde, soit 30 % plus rapidement qu'un système hydraulique.
4.2 Gestion de la consommation d'énergie
Il existe une relation linéaire entre la force de serrage et la consommation d'énergie du système hydraulique. Une machine de 20 000 kN consomme 45 % de son énergie totale lors du serrage. Grâce à l'ajustement dynamique de la force, les systèmes hydrauliques à fréquence variable- peuvent réduire la consommation d'énergie de chaque composant de 18 %.
4.3 Amélioration de l'utilisation de l'équipement
L'inadéquation de la force de serrage affecte l'efficacité globale de l'équipement (OEE). Plus de 20 % des demandes augmentent le temps de changement de moule de 15 %, tandis qu'une force insuffisante augmente les taux de défauts de 25 %. Optimisation de l'allocation des ressources dans la base de données de région de projection de la base de données de zone projetée de la force d'allocation des ressources.
Stratégies d'optimisation de la force de clip
5.1 Adaptation des matériaux
Ajustez la force de serrage en fonction du débit de fusion du plastique (MFR). Le polypropylène à haut-débit (MFR > 30 g/10 minutes) avait une force de serrage inférieure de 10 10 %, tandis que le POM à faible-débit (MFR < 5 g/10 minutes) présentait une force de serrage 15 % plus élevée.
5.2 Innovation en matière de structure de moule
Le système de flux de chaleur réduit les déchets de carottes et les besoins en force de serrage. Les lignes chaudes des vannes ont été réduites de 12 % par rapport aux calculs de surface projetée, économisant ainsi une force de serrage de 1 500 kN.
5.3 Technologies de contrôle intelligent
Les algorithmes PID des capteurs de pression ajustent dynamiquement la force de serrage et surveillent la force de division en temps réel. Une réalisation a réduit les fluctuations de force de ±5 % à ±1,5 % et a augmenté la stabilité de la taille de 20 %.
Conclusion:
La force de serrage est le paramètre clé du moulage par injection, de la qualité du produit de moulage, de la durée de vie et de l’efficacité du moule. Les recherches futures devraient se concentrer sur :
- Développez un modèle multi-physique qui relie la force de serrage, les performances des matériaux et la conception du moule.
- systèmes de contrôle adaptatif de la force de serrage créés à l’aide de jumeaux numériques.
- Favorisez les matériaux de moulage légers (par exemple, les composites en fibre de carbone) pour réduire les demandes de force de serrage.
L'optimisation systématique de la force de serrage conduira le moulage par injection dans une direction plus efficace, précise et durable, soutenant ainsi l'avancement de l'Industrie 4.0.
