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Résoudre les problèmes de points d’injection

Options et emplacements des points d’injection lors de la conception de pièces en moulage par injection

En moulage par injection, chaque cavité d’un moule doit présenter une petite ouverture appelée point d’injection qui permet au plastique fondu d’entrer pour se répandre dans tous les détails internes jusqu’au remplissage complet. Mais il ne faut pas oublier que ce point doit être arasé par la suite, souvent manuellement. Suivant le type de point d’injection, la matière plastique utilisée et la géométrie de la pièce, il peut subsister un léger vestige, appelé parfois marque témoin.

Prenez en main une pièce plastique moulée par injection et vous verrez – à condition que le moule ait été bien conçu – que la plupart des points d’injection laissent un vestige à peine perceptible. Si vous débutez, sachez que les points d’injection doivent être placés dans des zones non apparentes lorsque c’est possible. Lorsqu’un point d’injection doit être situé dans une zone où il n’est pas le bienvenu, ou quand la matière première demande un point d’injection d’une dimension supérieure à la moyenne (notamment résines renforcées fibres de verre), des mesures peuvent être prises pour minimiser l’atteinte à l’esthétisme.

Certains types de points d’injection sont utilisés en moulage plastique par injection chez Protolabs, et ce conseil de conception vous indique comment mettre en œuvre ces points d’injection pour produire des pièces esthétiques et économiques dans les délais les plus rapides.

L'injection en nappe

L’option de point d’injection la plus courante est l’injection en nappe. Si vous considérez une pièce qui n’a pas été arasée, le point d’injection apparaît comme un parallélépipède à flancs inclinés faisant saillie sur la pièce. Il est placé en général là où la pièce est la plus épaisse, est toujours sur le plan de joint, ce qui permet un ébavurage facile, avec un impact moindre sur l’apparence et la fonctionnalité de la pièce.

OPTIONS DE POINTS D’INJECTION POUR LE MOULAGE

Nappe

  • Option la plus fréquente
  • Fonctionne bien avec les matières comportant des additifs
  • Facile à fabriquer et réduction des coûts

Buse chaude

  • Réduit les vestiges
  • Fonctionne bien avec les pièces esthétiques
  • Réduit l’usure de l’équipement, les dommages au moule et les bavures

Éjecteur

  • Fonctionne bien avec les pièces esthétiques qui n’admettent pas de vestiges
  • Dépend de la géométrie et de la matière
  • S’utilise sur les engrenages

 

Illustration de points d'injection à buse chaude
L’injection en nappe est l’option de point d’injection la plus courante, comme indiqué à gauche en jaune. Le point d’injection peut être placé à différentes positions sur la pièce, avec quelques restrictions. La pièce moulée présentée à droite montre une légère tache rectangulaire à l’endroit du point d’injection.

L’injection en nappe est facile à fabriquer et à entretenir, en réduisant les frais généraux. Les concepteurs ont ainsi une grande latitude de placement de point d’injection, ce qui simplifie la conception du moule. Par ailleurs, la contrainte qui est générée pendant l’éjection est confinée à la zone du point d’injection, qui est ébavurée après le moulage. Par ailleurs, comme les entrées sont relativement larges, elles sont généralement le premier choix pour l’utilisation de résines à charge de verre ou de minéraux, qui pourraient difficilement être injectées à travers les points d’injection plus étroits dont nous allons parler ensuite. Pour toutes ces raisons, l’injection en nappe est le type de point d’injection le plus courant.

Les points d’injection à buse chaude

L’injection en nappe n’est pas parfaite car elle peut laisser parfois des marques témoin importantes, ce qui doit être pris en compte pour des pièces ayant des exigences esthétiques importantes. Le canal d’alimentation occupe un espace précieux dans le volume alloué pour le moule. Ce peut être un problème si la pièce est déjà aux limites des dimensions de moule possibles.

illustration of injection molding hot tip gate for a part
De nombreux concepteurs créent une dépression pour permettre de positionner un point d’injection à buse chaude, de telle sorte que le vestige arasé se retrouve à fleur de la surface plane qui l’entoure, comme c’est le cas ici.

Par ailleurs, le canal d’injection est maintenu à la même température que le reste du moule. La résine se refroidissant légèrement en progressant vers le moule, d’éventuels problèmes de remplissage surviennent : uniformité, concentricité, formation de lignes de soudure, etc.

Ce n’est pas le cas avec un point d’injection à buse chaude. Il utilise une buse chauffée pour maintenir le plastique à température optimale lors de son écoulement dans le moule – le seul vestige est une petite bosse ronde, en général de 1,524 à 2,032 mm de large et 0,254 à 0,508 mm de haut, qui peut être arasée à fleur dans une plage de 0,127 mm. Il est souvent utilisé avec des pièces coniques ou en forme de dôme pour obtenir l’écoulement radial désiré de la résine, plutôt que l’écoulement linéaire de l’injection en nappe. Par exemple, si vous fabriquez des pièces similaires à des revêtements d’ampoule en plastique transparent, des bouchons à visser pour des récipients alimentaires ou le bouton coup de poing utilisé pour lancer les dés d’un jeu de société bien connu, il y a de bonnes chances que le point d’injection à buse chaude soit un bon choix.

Autres points à prendre en compte : les buses chaudes sont positionnées près du centre de la pièce plutôt qu’en bordure afin de réduire la distance que la résine doit franchir pour remplir le moule (un point positif) et d’aider à centrer les forces de fermeture par la presse, ce qui diminue l’usure des équipements, les dommages au moule et les bavures. Elles sont toujours situées sur la moitié fixe du moule, et comme ce type de point d’injection ne prend pas de place en bordure de cavité, il peut être utilisé sur des pièces en limite de l’empreinte maximale d’une pièce chez Protolabs.

Illustration de point d'injection par éjecteur
Les points d’injection par éjecteur sont couramment utilisés pour des pignons, comme ici à gauche. La pièce finale, présentée à droite, montre le tenon de la broche ou entrée en tunnel qui a été supprimé par intervention manuelle.

Comme la résine entre dans le moule à une température plus élevée que pour des points d’injection non chauffés, elle peut s’écouler plus loin, un facteur particulièrement important si la pièce comporte des parois minces.

Comme tous les processus de fabrication, les points d’injection à buse chaude ont aussi des inconvénients. Suivant la géométrie de la pièce et le type de résine, ils peuvent laisser des marques d’écoulement de forme circulaire autour du point d’injection - et comme les points d’injection à buse chaude sont généralement positionnés du côté esthétique de la pièce, il s’agit effectivement d’un problème. Un autre désavantage potentiel est la dégradation de la résine, qui se produit lorsque des petits volumes sont utilisés et que la résine reste trop longtemps dans le cylindre de plastification. Les buses chaudes sont un peu plus onéreuses, mais c’est largement contrebalancé par une meilleure qualité des pièces. Et pour finir, comme il s’agit d’un point d’injection étroit, une buse chaude peut se boucher si elle est utilisée pour injecter des résines avec des additifs à haute charge en fibre de verre – dans ce cas, l’injection en nappe est généralement la meilleure option.

Injection par éjecteur

Il s’agit du troisième type de point d’injection, pouvant produire des résultats excellents, mais présentant un défi à la fabrication. L’injection par éjecteur est généralement utilisée pour des pièces qui ne peuvent pas présenter des vestiges de point d’injection, soit sur le plan de joint (comme pour l’injection en nappe), soit sur la partie esthétique de la pièce (où les buses chaudes sont situées). Ces points d’injection fonctionnent donc bien sur des pièces esthétiques. Ce sont les seuls que l’on retrouve sur la face B du moule, théoriquement une surface non esthétique.

Comment fonctionne-t-elle ? On injecte la résine dans le moule par l’intermédiaire d’un trou en forme de cône à l’intersection d’un éjecteur. Une fois le plastique refroidi, l’éjecteur fait son travail et éjecte la pièce hors du moule. Le vestige subsistant peut être éliminé manuellement dans une plage de 0,127 mm, ou plus au-dessus de la surface de la pièce, dépendant de la géométrie environnante et de la facilité d’ajuster un massicot pour couper le tenon. Un autre problème à prendre en compte : un tenon de matière trop important peut entraîner une marque de retassure sur le côté A opposé.

Comme pour d’autres aspects de la conception des moules, l’utilisation de l’injection par éjecteur dépend à la fois de la géométrie et de la matière. La forme et la dimension de l’éjecteur (et donc du canal dans lequel il coulisse) peut rendre problématiques les résines chargées fibre de verre à « écoulement lent ». Le cisaillement qui se produit pendant l’éjection peut faire subir des contraintes importantes au moule, et l’angle et la profondeur du cône peuvent interdire son utilisation avec de nombreux types de pièce, boîtiers ou pièces avec noyaux. Ces points d’injection sont courants sur des engrenages pour éviter une entrée par languette qui ne peut pas être utilisée sur le périmètre extérieur de la pièce.

Il est clair qu’une conception pour le moulage par injection doit demander mure réflexion pour le choix d’un point d’injection. Si vous n’avez pas pris de décision, Protolabs choisira le type de point d’injection et la position les plus adaptés pour votre pièce et votre résine, et vous pourrez les vérifier lors de la confirmation de commande.

Comme d’habitude, n’hésitez pas à contacter un ingénieur d’application si vous avez des questions au +33(0)4 27 50 29 47 ou par mail : [email protected].