injection plastique

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INJECTION PLASTIQUE Lycée Jules Haag Auteur : Linher Jerome

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L'injection plastique est l'un des procédés le mieux adapté à la production en série de piècesmicrotechniques.L'importance prise par ce procédé dans la production des pièces microtechniques nous conduitvers l'étude des pièces injectées, la conception des outillages d'injection ainsi que leur mise enoeuvre.

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Page 1: injection plastique

INJECTION

PLASTIQUE

Lycée Jules Haag

Auteur : Linher Jerome

Page 2: injection plastique

Microtechniques – Injection Plastique LLLLYCEE YCEE YCEE YCEE JJJJULES ULES ULES ULES HHHHAAGAAGAAGAAG

Page 2 / 26 LINHER JEROME

GENERALITES 4

INTRODUCTION 4

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 4

DESCRIPTION DU CYCLE DE MOULAGE 4

TYPE DE FERMETURE PRESSE 6

FERMETURE MECANIQUE – SIMPLE ET DOUBLE GENOUILLERE 6

FERMETURE HYDRAULIQUE – VERIN 6

FERMETURE MIXTE – HYDRAULIQUE ET MECANIQUE 7

STRUCTURE D’UN MOULE DEUX PLAQUES 7

DEMARCHE DE CONCEPTION D’UN MOULE 9

ANALYSE FONCTIONNELLE – DEFINITIONS DES FONCTIONS 9

FONCTION MISE EN FORME 10

CHOIX DU PLAN DE JOINT 10

LES NOYAUX 13

DIMENSION DE L’EMPREINTE - LE RETRAIT 13

FONCTION ALIMENTATION 15

TERMINOLOGIE 15

BUSE 16

CANAUX D’ALIMENTATION 16

SEUIL D’INJECTION 18

FONCTION EJECTION 21

DEPOUILLE 21

RECOMMANDATIONS 21

EJECTEURS CYLINDRIQUES 22

EJECTEURS TUBULAIRES 22

EJECTION PLAQUE 22

ARRACHE CAROTTE 23

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Page 3 / 26 LINHER JEROME

CLASSIFICATION DES OUTILLAGES 23

MOULE DEUX PLAQUES 23

MOULE TROIS PLAQUES 23

MOULE A TIROIR 23

VERIFICATION CAPACITES MACHINES 24

CALCUL DU VOLUME INJECTE 24

POURCENTAGE DE DECHET 24

FORCE DE VERROUILLAGE MINIMALE 25

RESSOURCES 26

CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES DE LA PRESSE BABYPLAST 26

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Généralités

Introduction

L'injection plastique est l'un des procédés le mieux adapté à la production en série de pièces

microtechniques.

L'importance prise par ce procédé dans la production des pièces microtechniques nous conduit

vers l'étude des pièces injectées, la conception des outillages d'injection ainsi que leur mise en

œuvre.

Principe de fonctionnement

Ce procédé permet d'obtenir des pièces dont l'épaisseur est comprise entre 0,4 et 6 mm avec

des géométries complexes.

Le moulage par injection consiste à ramollir (état visqueux) la matière thermoplastique (TP), puis

de la malaxer au niveau de la vis de plastification. Elle est ensuite injectée sous forte pression.

L’injection sous forte pression du polymère fondu dans un moule froid à une ou plusieurs

empreintes. Au contact des parois froides, la matière se solidifie en forme puis l'objet peut être

démoulé.

Caractéristiques des Presses :

Un standard Européen "Euromap" définit les caractéristiques des presses.

Exemples :

1) 900 H - 210

____________ _______ _____________

_____________ _______ ______________

2) La Babyplast 6/6 M _________________

3) La plus grosse presse (Billion) ______________________

=> Pour mouler des pièces d'une surface de 2 m2 et de 80 kg : grosses poubelles collectives.

Description du cycle de moulage

Page 5: injection plastique

Microtechniques – Injection Plastique

L LLLYCEE

YCEE

YCEE

YCEE J JJJ

ULES

ULES

ULES

ULES H HHH

AAG

AAG

AAG

AAG

Page 5 / 26

__

__

__

__

__

__

__

__

__

__

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__

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__

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__

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_

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__

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Page 6 / 26 LINHER JEROME

Système simple

Diamètre vérin faible

Vitesse de fermeture

diminue

naturellement

+Force de fermeture non

constante

Reglage difficile

Faible Course

-

Effort de fermeture

Réglage simple

Sécurité de fonctionnement

+Déplacement lent

Fabrication coûteuse

Entretien coûteux

-

Type de Fermeture Presse

Fermeture mécanique – Simple et Double genouillère

Fermeture hydraulique – Vérin

L’avance rapide de la partie mobile est assurée par la

genouillère. Le verrouillage du moule est fourni par la

mise en traction des colonnes de la machine, au

moment où le moule est verrouillé.

La genouillère est actionnée par un vérin

hydraulique. Ce système est très simple mais

n’assure pas une force de fermeture constante et

reste difficile à régler.

Fermeture à double genouillère offre une plus

grande force de fermeture

Fermeture simple genouillère

Fermeture double genouillère

Fermeture vérin hydraulique

Un seul vérin hydraulique (à plusieurs étages

parfois) assure le déplacement de la partie mobile

et le verrouillage du système. Ce dispositif offre

une grande force de fermeture, mais reste un

dispositif lent.

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Page 7 / 26 LINHER JEROME

Fabrication et entretien correct

Réglage facile

+Course limitée

-

Fermeture Mixte – Hydraulique et Mécanique

Structure d’un moule deux plaques

Un moule standard est constitué de 2 parties :

� une partie s'adaptant sur le plateau fixe des presses : c'est le coté INJECTION, « partie fixe »

� une partie fixée sur le plateau mobile : c'est le côté ÉJECTION, « partie mobile ».

Le côté injection du moule possède généralement une partie des empreintes ainsi qu'une partie du système

d'alimentation. Cette alimentation standard est constituée de la carotte, d'un canal principal, éventuellement avec des canaux secondaires et un (ou plusieurs) seuil(s) d’injection. Ces divers éléments

forment la grappe d’alimentation, matière perdue, ou déchet, qui dans la plupart des cas sont recyclée.

La buse assure la liaison temporaire d’alimentation entre le moule et l'unité d'injection des presses.

Le côté éjection, constituant la partie mobile du moule, porte les noyaux, l'empreinte et le système

d'éjection.

Les 2 côtés du moule sont alignés en position entre eux par des colonnes.

A l’ouverture, les pièces sont poussées hors de l’empreinte et des noyaux par des tiges nommées éjecteurs.

Les éjecteurs sont animés par des plaques mobiles en translation. Cet ensemble, nommé batterie d’éjection.

La batterie est généralement équipée d’éjecteurs ou de broches, nommés « rappels de batterie ». Ils

assurent le retour mécanique « forcé » et la remise en position précise de tous les éléments mobiles liés à

la batterie d'éjection, au moment de la fermeture du moule (montage conseillé pour la sécurité des

noyaux).

Fermeture mixte

Un seul vérin hydraulique (à plusieurs étages

parfois) assure le déplacement de la partie mobile

et le verrouillage du système. Ce dispositif offre

une grande force de fermeture, mais reste un

dispositif lent.

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Page 8 / 26 LINHER JEROME

Colorier et identifier les différents éléments constitutifs d’un moule sur la figure suivante.

Légende :

Partie Fixe

Partie Mobile

Batterie Ejection

Buse

Guidage

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Page 9 / 26 LINHER JEROME

Démarche de conception d’un moule

Analyse fonctionnelle – Définitions des fonctions

FP (Fonction Principale) : _______________________________

__________________

FC1 (Fonction Contrainte) : _____________________________.

FC2 (Fonction Contrainte) : _____________________________.

FC3 (Fonction Contrainte) : _____________________________.

FC4 (Fonction Contrainte) : _____________________________.

FC5 (Fonction Contrainte) : _____________________________.

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5

15

Fonction Mise en Forme

Détaillons les contraintes relatives à la réalisation de la fonction mise en forme.

Choix du plan de joint

Définition

Plan de joint : _____________________________________________________________________

Ligne de joint : ______________________________________________________________________

Etude de cas

On s’intéresse aux différentes configurations de plan de joint

possible concernant la pièce suivante.

a) Configuration 1

Avantage :

+ ________

+ ________

Inconvénients :

- _________

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Page 11 / 26 LINHER JEROME

b) Configuration 2

c) Configuration 3

Avantages :

+ _______________.

Inconvénients :

- _______________.

Avantages :

+ ____________________

Inconvénients :

- __________________________

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Page 12 / 26 LINHER JEROME

c) Configuration 4

d) Configuration 5

La pièce est emprisonnée

dans la partie fixe.

Géométriquement, il est possible de

définir une partie mobile et une partie

fixe permettant d'obtenir notre pièce.

Par contre, A l'ouverture du moule, on

s'aperçoit que la pièce reste "bloquée"

dans la partie fixe. Il est donc impossible

d'éjecter la pièce.

Cette position de plan de joint n'est donc

pas recevable.

Partie

Mobile

Partie

Fixe

Tiroir

escamotable

Avec cette orientation de pièce, il

convient d’utiliser un tiroir

escamotable pour pouvoir

procéder au démoulage.

Inconvénient :

-____________________

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Page 13 / 26 LINHER JEROME

Les noyaux

- Ils donnent les formes en creux de la pièce.

- Ils doivent être solidement implantés et fixés

dans l'empreinte, car ils sont très sollicités lors de

l'injection et lors de l'éjection de la pièce.

- Les noyaux ainsi que les broches ont

l'inconvénient de diviser la matière ce qui entraîne

des zones fragiles dites soudures froides et

également des défauts d'aspect.

- Pour certaines formes il est nécessaire de prévoir

l'orientation du noyau.

- Comme pour les empreintes rapportées, les

noyaux doivent être fixés soigneusement

(l'ajustement serré est à proscrire).

Dimension de l’empreinte - Le retrait

Lorsque l'on chauffe un corps, la distance intermoléculaire augmente, et par conséquent son volume.

Donc après avoir injecté un volume de matière (ex: à 200°C pour le PS), lors du refroidissement à 20°C, on

observe une diminution du volume de la pièce.

Retrait = __________________________________________

L’évaluation précise du retrait est toujours difficile, quelle que soit la matière plastique. Il convient, même

pour les professionnels de procéder à des expérimentations.

Le retrait est en fonction de nombreux paramètres (épaisseur des parois, température du flux, temps de

maintien en pression, pression d’injection).

2,5

0,5

1

1,5

2

Retrait (%)

Température

Moule (°C)

104938271604937

3,5

1,5

2

2,5

3

Retrait (%)

Epaisseur

(mm)

7,56,453,82,51,3

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Page 14 / 26 LINHER JEROME

Le retrait ________________ avec l'élévation de la température du moule.

Le retrait ________________ avec l'épaisseur des parois de la pièce.

Le retrait ________________ avec la pression d'injection.

Le retrait ________________ avec le temps de maintien.

Application :

Déterminer les dimensions de

l'empreinte permettant

d'obtenir la pièce ci contre

Matière Polypropylène (PP).

(Les paramètres de temps de

maintien, de pression et de

température du moule étant

optimum. ).

Il convient de déterminer les

valeurs des cotes, a,b,c,d et e.

2,5

0,5

1

1,5

2

Retrait (%)

Pression

(bars)

860708588430284

0,5

1

1,5

2

Retrait (%)

Temps maintien

(s)

5040302010

5

15

a b c

e

d

3,5

1,5

2

2,5

3

Retrait (%)

Epaisseur

(mm)

7,56,453,82,51,3

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Page 15 / 26 LINHER JEROME

Le retrait est fonction de la matière principalement. Titre d’information, voici quelques valeurs de retrait

moyen.

Fonction alimentation

But : Amener la matière plastique à l'état visqueux de la buse de la presse vers l'empreinte à l'aide d'un

réseau plus ou moins complexe de canaux.

Terminologie

_______________

________________

____________

______________

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Page 16 / 26 LINHER JEROME

Agencement

déséquilibré

Buse

Recommandation relative à la buse

Afin d'extraire la carotte de la buse lors de l'ouverture

du moule, il faut :

- _______________________________________

- _________________________________________

________________

- ____________________________________________________________

- ____________________________________________________________________________

Canaux d’alimentation

Fonction : Conduire la matière plastique de la buse jusqu'aux seuils ou canaux secondaires.

Implantations des Canaux : Règle de conception

Règles de conception :

- Il faut éviter d'alimenter les empreintes les unes au travers des autres. Les dernières cavités ne recevront

que de la _______________________.

- Il faut que la longueur des canaux _____

_______________________________

- Afin de limiter les pertes de charges, il faut éviter les _______________________________, et donc

placer des congés de raccordement.

- Il faut également réduire ____________________________________

Quelques exemples de dispositions.

____________

_____________

_______

___________

__

___________

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Page 17 / 26 LINHER JEROME

La disposition en cercle permet facilement d'avoir la même longueur

d'écoulement pour chaque cavité, et permet également d'avoir

facilement des nombres impairs de cavités.

La disposition en série permet en pratique un plus grand nombre de

cavité dans un même espace.

Forme et dimensions

Le refroidissement dans les canaux est directement proportionnel à au périmètre de la section du canal.

Afin de remplir dans les meilleures conditions le moule, il est nécessaire que la matière plastique se

refroidisse le moins possible avant d'atteindre l'empreinte.

- La section circulaire est donc la géométrie optimale à privilégier.

- Difficile à usiner, on lui préférera parfois les sections parabolique et trapézoïdale.

- Les sections semi circulaire et carré sont à proscrire.

Disposition en

série

Disposition en

cercle

1

2

3

4

5

6

Zone à fort refroidissement

Section circulaire

Avantage : _________

Inconvénient : Usinage des deux parties du moule, donc

coût plus élevé.

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Page 18 / 26 LINHER JEROME

Seuil d’injection

Il établit la relation entre le canal d'alimentation et l'empreinte. Il doit être le plus faible possible afin de ne

pas laisser de trace sur la pièce et permettre la séparation de la pièce et du déchet d’alimentation (carotte +

canaux).

La réduction importante de la section d’entrée impose à la matière une accélération violente et un

réchauffement considérable. On limitera la longueur du seuil à 0,5 - 1,5 mm.

W

D

Conicité 5%

W = 1,25 x DD= Smax + 1,5 mm

Section parabolique

Avantage : ___________________________

Inconvénient : Perte de chaleur et refroidissement plus

important qu'avec un canal rond.

W

D

Conicité 5%

W = 1,25 x DD= Smax + 1,5 mm

Section trapézoïdale

Avantage : Solution alternative à la forme parabolique.

Inconvénient : Perte de chaleur et refroidissement plus

important qu'avec la forme parabolique.

Section semi circulaire et carré

Facilement usinable, ces solutions favorisent les pertes de

chaleur et donc un refroidissement plus important.

__________________

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Page 19 / 26 LINHER JEROME

Injection Direct

Dans le cas des pièces exigeant un maintien en pression

prolongé (généralement des pièces à paroi épaisse), la

méthode la plus simple consiste à prévoir une injection

directe par la carotte.

Principal inconvénient : _______________

_________________

Injection latérale

C'est une solution que l'on rencontre très couramment.

L'emplacement excentré du seuil d’injection permet :

- _______________________

- _______________________

- _______________________

Injection latérale décalée

Assez proche de l'injection latérale, cette configuration minimise

l'effet de jet libre.

On notera que la marque laissée sur la pièce est plus importante

que dans la cas d'un simple seuil latéral.

Injection en éventail

C'est un type particulier d'entrée latérale servant à injecter les sections

planes minces.

Ce seuil étale la matière en la répartissant uniformément dans l'empreinte.

Cette entrée contribue à réduire les déformations et elle convient à

l'injection des pièces rectangulaires.

La surface de l'entrée doit être toujours inférieure à la surface de la

section droite du canal qui l'alimente.

Inconvénient : ____________________________

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Page 20 / 26 LINHER JEROME

Emplacement des seuils

L'emplacement des seuils d'injection est également très important. Si

l'alimentation est prévue à proximité d'une broche, il y a un risque de

flexion de celle-ci.

Dans le cas d'une alimentation au niveau d'une broche, on veillera à

assurer un remplissage équilibré de l'empreinte (limitation de la

flexion).

Remplissage de l’empreinte :

L’expérience montre que le remplissage d’une pièce d’épaisseur non constante, le remplissage ne s’effectue

pas de manière homogène.

Il convient donc dans la mesure du possible lors de la conception de concevoir des pièces avec des parois

d’épaisseur constante.

Le remplissage d'une pièce plus complexe conduit parfois à la création d'une ligne de soudure lorsque deux

flux de plastique à trop basse température se rejoignent.

La pièce finale présente un défaut d'aspect.

Point d’injection

Ligne de soudure.

Rencontre de deux fronts de plastiques à trop

basses température.

Defaut d'aspect

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Page 21 / 26 LINHER JEROME

Afin de ne pas avoir de ligne de soudure, il faut envisager de placer plusieurs

seuils d'injection sur la pièce.

Dans notre configuration, deux seuils d'injection en vis à vis déplaceront la

ligne de soudure éventuelle au centre de la pièce.

En fait, les deux fronts de matières se rencontreront à plus haute

température, atténuant ainsi les défauts d'aspects.

Fonction Ejection

Après solidification de la matière injectée, le moule est ouvert et la pièce (ou les pièces) formée doit être

éjectée. Cette évacuation doit être réalisée sans rupture de la pièce, ni marques, ni déformation et sans

efforts importants. Cette fonction est assurée par des dispositifs mécaniques, pneumatiques ou

hydrauliques.

Dépouille

Pour faciliter l'extraction et l'éjection des pièces hors du moule, il est recommandé de prévoir une

dépouille d'environ 1/2 à 2° par côté,

sur les faces intérieures et extérieures de

la pièce.

Recommandations

Lors de l’ouverture, la pièce doit rester sur la partie mobile car le système d’attelage de la presse se trouve

du côté mobile.

- L'extraction doit être possible (étudier la position de la pièce par rapport au plan de joint).

- Placer des dépouilles plus importantes sur la pièce en contact avec la partie fixe.

- _____________________________________________________________________________

Lors de l’éjection, la pièce ne doit pas être déformée ou cassée. Il faut donc veiller à :

- Ejecter la pièce à une température optimale afin que la matière soit suffisamment solide.

- Placer les éjecteurs dans les zones rigides de la pièce (paroi perpendiculaire au plan de joint, nervure)

- Avoir une surface d'éjection maximale (afin de réduire la pression de contact).

- _____________________________________________________________________________

Non

DémoulableDémoulable

Plan de joint

Dépouille 8°

Page 22: injection plastique

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Page 22 / 26 LINHER JEROME

Ejecteurs cylindriques

Les tiges d'éjecteurs cylindriques sont les

éléments les plus utilisés pour le démoulage.

Ces éjecteurs doivent être situés judicieusement

sur la pièce et en nombre suffisant, de façon à

éjecter la pièce sans dommage ni déformation.

Les éjecteurs sont réalisés en acier nitruré et

existent en dimensions standard du diamètre 2 à

20 mm.

Emplacement des points d'éjection :

- Près des points opposant une grande résistance

à l'extraction.

- Dans les zones de forte rigidité. (pour supporter

l’effort de poussée de l’éjection)

- ____________________________

____________________________________

Ejecteurs tubulaires

Pour certaines pièces à noyau central cylindrique,

l'éjection peut se faire avantageusement à l'aide

d'un éjecteur tubulaire ou annulaire.

Il s'agit d'un tube qui coulisse sur la broche (qui

sert de noyau fixe) et vient pousser la pièce sur

une surface plane et circulaire.

Solution intéressante mais plus coûteuse (cyl. 25

Fr – tubul. 300 Fr) qui nécessite un verrouillage en

position de la broche centrale.

Ejection plaque

Les pièces à parois minces, ___________

__________________________________

Page 23: injection plastique

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Page 23 / 26 LINHER JEROME

Arrache Carotte

Lors de l'ouverture du moule, il est nécessaire de

s'assurer que la carotte ne reste pas dans la buse

d'injection du coté du bloc fixe. A cette fin, on

utilise un arrache carotte coté partie mobile.

Classification des outillages

Moule deux plaques

C'est le type de moule le plus couramment utilisé

à cause de _______________________________

____________________________

Moule trois plaques

_____________________________ des pièces

injectées et des déchets (canaux, carotte)lors de

l'ouverture du moule.

Moule à tiroir

Permet le démoulage de ______________

_______________________

Pièces à obtenir

Moule fermé

TiroirPlaque d'ejection

Partie mobile

Ouverture du mouleDéplacement du tiroir

sous l'action du ressort

Ouverture du moule

Sortie du système

d'éjection

Ejection

Page 24: injection plastique

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Page 24 / 26 LINHER JEROME

Vérification capacités machines

Il convient de vérifier que la presse d'injection est

capable de produire nos pièces. Pour cela il est

nécessaire de faire trois vérifications :

- calcul du volume de matière injectée,

- calcul de la force de fermeture,

- calcul du pourcentage de dechet (rentabilité).

On reprend l'étude de la pièce étudiée précédemment. Il

a été décidé d'injecter deux pièces simultanément.

Hypothèse

: - Le seuil d'injection est décalé.

- Le plan de joint se situe sur la face avant de la pièce.

- La conicité de la carotte est négligée.

- Le phénomène de retrait est négligé.

- Les canaux seront considérés comme des cylindres (forme

arrondie des extrémités négligée).

Calcul du volume injecté

Il est nécessaire de déterminer le volume de matière total à injecter.

Il s’agit de vérifier si la presse dont on dispose est capable d’injecter

un tel volume de matière.

Application :

Calculer le volume de matière injecté dans l’exemple détaillé

précédemment.

Pourcentage de déchet

Le pourcentage de déchet est le rapport entre le volume de déchets et le volume total injecté.

Ce nombre caractérise la quantité de matière utilisé qui part sous forme de déchet. Il faut veiller à avoir un

pourcentage de déchet le plus faible possible (notamment en utilisant des moules multi empreintes).

%Dechet = Volume déchet / Volume injecté x 100

avec Volume dechet = Volume canaux

Application :

Calculer le pourcentage de déchet dans l’exemple détaillé précédemment.

Diam 8mm

Long 10 mm

Diam 8mm

Long 50mm

Diam 12 mm

Long 30 mm

Diam 13mm

Long 30 mm

5

15

Page 25: injection plastique

Microtechniques – Injection Plastique LLLLYCEE YCEE YCEE YCEE JJJJULES ULES ULES ULES HHHHAAGAAGAAGAAG

Page 25 / 26 LINHER JEROME

Force de verrouillage minimale

L’étanchéité du moule, lors de sa fermeture doit être totale. La pression d’injection de la matière dans les

empreintes exerce des efforts sur les parois du moule dans toutes les directions, et a donc tendance à

ouvrir le moule.

La force minimum de verrouillage est proportionnelle au produit de la pression d’injection et de la somme

des surfaces injectées projetées sur le plan de joint.

Nota : serrer trop fort ne nuit pas au moule, mais engendre des

dépenses d’énergies inutiles.

La surface à prendre en compte, est la projection (l’ombre de

l’empreinte) sur le plan de joint, sans oublier de compter les

canaux, la carotte, et de déduire les trous.

Dans l’exemple suivant, la surface de la grappe d’alimentation

est négligée.

F ver.= force de verrouillage mini

Pinj= pression d’injection en bars ou en MPa , (ex. presse Arburg : 1600 bars mini= 160 MPa)

Sproj.= somme des surfaces « pièces » projetées en cm²,

sachant que 1 bar=0,1 N/mm² =1daN/cm²

k = pertes de charge dans les divers canaux (20 à 50% de pertes)= 0,8 à 0,5

Fver = Pinj x Sproj. x k

Application :

Calculer la force de verrouillage mini dans l’exemple détaillé précédemment.

On se placera dans le cas ou la pression d’injection est de 800 bars.

Pièce

mouléeSurface

projetée

Page 26: injection plastique

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Page 26 / 26 LINHER JEROME

Ressources

CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES de la PRESSE BABYPLAST

Désignation Unité Valeur

Ø du piston mm 10 12 14 16 18

Volume cm3 4 6,5 9 12 15

Pression d'inj. kg/cm2 2650 1830 1340 1030 815

Force de fermeture KN 62

Force d'ouverture KN 4

course d'ouverture mm 30 - 110

Force d'éjection KN 5

Course d'éjection mm 45

Pression hydraulique kg/cm2 130

Réservoir d'huile L environ 16

Cycle à vide S 2,4

Puissance installée KW 2,75

Poids kg environ 120

Dimensions mm 890x650x456