L'équipement de base pourmoulage par injectionest une machine de moulage par injection et un moule à injection. La figure 1-2 montre le processus de moulage par injection d'une machine de moulage par injection à vis.
Principe du moulage par injection
△Flux du processus de moulage par injection
Le principe est que du plastique granulaire ou en poudre est ajouté au corps de la machine de moulage par injection, chauffé et fondu, puis la haute pression et la vitesse élevée de la vis de la machine de moulage par injection poussent le plastique fondu à travers la buse à l'extrémité avant du corps et l'injecte rapidement dans la cavité fermée du moule [Fig. 1-2(a)]. La matière fondue remplissant la cavité est refroidie et solidifiée sous pression pour conserver la forme donnée par la cavité [Fig. 1-2(b)]. Ensuite, le moule est ouvert et le produit est retiré [Fig. 1-2(c)]. Au cours du processus de moulage par injection, le plastique subit une série de changements, notamment le ramollissement, la fusion, l'écoulement, la mise en forme et la solidification.
(Figure 1-2 Principe de moulage par injection d'une machine d'injection à vis)
Ramollissement et fusion :
La figure 1-4 montre la structure du cylindre et de la vis d'une machine de moulage par injection. Parce qu'un chauffage circulaire est installé à l'extérieur du fût, le plastique fond au fur et à mesure qu'il avance sous la rotation de la vis, et est finalement injecté dans le moule par la buse.
(L1-Section d'alimentation ; L2-Section Compression ; L3-Section de mesure ; h1/h2-Taux de compression ; D-Diamètre de la vis)
Le plastique subit les modifications suivantes au cours du processus de remplissage du moule :
Avant que la vis ne tourne (L2), la température et la pression de la tige filetée sont relativement basses en raison de la réduction du volume de fusion provoquée par le matériau entrant dans la cavité du moule (L1). Après la rotation de la vis (L3), la température du plastique a atteint la température de fusion et a fondu. Pour garantir la qualité du produit, le plastique doit être complètement fondu avant de -refondre. À ce stade, si le plastique est déjà entré dans la phase de compression à un certain degré de fusion, son effet de dégazage sera grandement affecté.
Même si la quantité (L3) reste le même, en raison des différentes profondeurs de rainure de vis h₀, le plastique subira différents degrés d'action de cisaillement pendant le processus de rotation de la vis, donc le degré de plastification variera.
En résumé, au cours du même cycle de moulage, le degré et la qualité de fusion du plastique seront affectés par la teneur en gaz et la qualité de fusion de la vis :
① La longueur effective de la vis est directement proportionnelle (augmente) : L/D=22-25.
② Le taux de compression de la vis : h₁/h₂=2.0-3.0 (généralement 2,5).
③ La partie compression de la vis est relativement proportionnelle : L₁/L₂=40% -60 %.
Puisque la valeur est trop grande, le temps de séjour du matériau augmentera également et la rotation de la vis enverra continuellement le plastique fondu vers l'avant. A ce moment, le plastique continuera à s'écouler dans la cavité du moule sous pression, puis en un cycle de moulage (sans intervention extérieure avant que la vis ne commence à avancer). Une fois la vis tournée, elle avance sous l’action d’une force mécanique, compactant progressivement le plastique et l’injectant dans la cavité du moule. Dans l'instant précédent, sa masse fondue sera soumise à une compression rapide (appelée compression instantanée), qui peut facilement provoquer une cristallisation et conduire à des défauts. L'utilisation d'une injection lente peut éviter la cristallisation (cristallisation complète, la rendant complètement amorphe en raison d'un refroidissement rapide).
Couler:
Lorsque la matière fondue est injectée dans la cavité du moule sous haute pression et haute vitesse, deux phénomènes se produisent pendant le processus d'injection. La première est que le plastique en contact avec la paroi du moule à l'état fondu se solidifiera et formera une fine couche en raison du refroidissement rapide provoqué par le contact avec la surface de la cavité du moule. Cette fine couche est appelée couche gelée (ou couche gelée instantanée), ce qui va faire diminuer la température du plastique fondu lui-même (principalement sous l'influence de la perte de chaleur latente de cristallisation). Par exemple, dans le polyéthylène, la chaleur latente de cristallisation libérée pendant le processus de refroidissement de la masse fondue à travers la paroi du moule peut atteindre 50 degrés ou plus. Par conséquent, une fois que la masse fondue a rempli toute la cavité du moule et est revenue à un état d'urgence, la température diminuera. La seconde est qu’une plus grande partie du plastique fondu continuera à maintenir sa direction d’écoulement et à subir un écoulement inverse.
Comme le montre la figure 1-5, lorsque la matière fondue est en contact avec la paroi de la cavité du moule, elle produira une couche gelée et un débit plus rapide sera généré dans la partie centrale éloignée de la cavité. Le plastique s'écoulera en couches dans la zone située entre la couche gelée et la paroi de la cavité. Une fois que le plastique est passé dans un tel état et a été refroidi et façonné en un produit, la stratification existera toujours dans le produit moulé dans une direction parallèle et une direction verticale, ce qui entraînera des différences de résistance et de ténacité du produit, qui existeront pendant les étapes de démoulage et de mise en forme du produit moulé.
1 - Machine de moulage par injection ; 2 - Moule d'injection de résine (en fait composé d'un canal principal et d'une porte) ;
3 - Moisissure (à l'intérieur de la cavité) ; 4 - La partie avec un débit plus rapide au centre ;
5 - La pièce avec un débit très lent le long de la paroi de la cavité ; 6 - Molécules de résine orientées et étirées ;
7 - Molécules de résine enchevêtrées.
Façonnage et durcissement :
Lorsque le plastique fondu est injecté, il pénètre dans le moule par une buse, prend forme, puis refroidit et se solidifie pour devenir le produit fini. Cependant, le temps réel nécessaire au plastique fondu pour remplir le moule est de plusieurs secondes, ce qui rend très difficile l'observation du processus de remplissage.
L'ingénieur américain Stevenson a utilisé une simulation informatique pour décrire le processus de remplissage d'une porte de voiture en polypropylène moulée à l'aide d'un moule à canaux chauds à deux portes, et a calculé le temps d'injection (c'est-à-dire le temps de remplissage), la ligne de soudure et la force de serrage requise. La figure 1-6 illustre le modèle obtenu à partir de sa simulation. L'état d'écoulement et de remplissage de la matière fondue illustré sur la figure 1-6 ne diffère pas significativement de ce qui a été imaginé et peut refléter avec précision le processus de remplissage réel d'une portière de voiture.
De nombreuses méthodes existent pour simuler le flux des processus de moulage par injection (telles que la méthode FAN, le système de simulation CAIM et le système de simulation Moldflow). Ces méthodes de simulation sont actuellement utilisées pour prédire le processus de remplissage du plastique fondu dans un moule, dans le but d'obtenir une conception de moule et une sélection plus rationnelles de l'emplacement ou du type de porte.
Une fois le plastique fondu façonné, il entre dans le processus de solidification. Le principal phénomène se produisant lors de la solidification est le retrait, qui se produit simultanément en raison du refroidissement et de la cristallisation. La figure 1-7 montre le retrait de trois types de polyéthylène avec des cristallinités différentes à mesure que la température diminue.
(a-PE avec une densité relative de 0,9645 ; b-PE avec une densité relative de 0,95 ; c-PE avec une densité relative de 0,918 ; d-Courbes de taux de refroidissement : C1, C2, C3-tous les trois ont le même taux de refroidissement.)