L'erreur de taille des produits en plastique provient principalement du retrait des plastiques pendant le processus de moulage et de l'instabilité de divers facteurs d'influence. En termes simples, il s'agit d'injecter du plastique chauffé et fondu dans un moule, et après refroidissement et façonnage, son volume sera plus petit que la cavité du moule. Le degré de réduction et la fluctuation du processus déterminent ensemble la précision de la taille finale.
Plus précisément, les erreurs proviennent principalement des aspects suivants :
La cause première des erreurs de dimensionnement du plastique réside avant tout dans les propriétés physiques de ses matériaux polymères. Du remplissage des moules à haute-température à la solidification à température ambiante, le volume de matière plastique fondue va inévitablement rétrécir, ce que l'on appelle le retrait au moulage. Ce n'est pas une valeur fixe, mais une variable influencée par plusieurs facteurs.
Comportement de cristallisation et effet d'orientation de la résine : Pour les plastiques cristallins tels que le PA66 et le POM, les chaînes moléculaires seront disposées de manière régulière pour former un réseau lors du refroidissement, et le volume spécifique changera considérablement. Le taux de retrait est généralement compris entre 1,5 % et 3,0 % et l'amplitude de fluctuation est grande ; Les plastiques non cristallins (tels que l'ABS et le PC) ont une congélation désordonnée de la chaîne moléculaire, un taux de retrait plus faible (environ 0,4 % à 0,8 %) et une assurance de taille plus facile. De plus, lors du remplissage du moule fondu, les chaînes moléculaires sont étirées dans le sens de l'écoulement, et cette orientation gelée provoquera une relaxation des contraintes après le démoulage, entraînant un retrait incohérent entre le sens d'écoulement et la direction verticale du produit, c'est-à-dire une anisotropie. C’est la cause interne profonde de la déformation du produit.
L'influence du statut des matières premières et des matériaux recyclés : La teneur en humidité des matières premières peut modifier la viscosité de fusion, en particulier pour les matériaux absorbant l'humidité tels que le PA, où l'humidité agit comme un plastifiant et augmente le taux de retrait au moulage. Dans le même temps, l’ajout de matériaux recyclés modifiera l’indice de fusion en raison de la rupture de la chaîne moléculaire. En cas de mélange inégal, les tolérances dimensionnelles d’un même lot de produits seront considérablement dispersées.
2, fabrication et structure du moule : « plafond physique » de précision
La cavité du moule est le « maître » du produit, mais la précision de fabrication et l’état mécanique du maître lui-même déterminent la limite supérieure de la taille du produit.
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Tolérance de traitement et compensation insuffisantes
Il existe inévitablement des tolérances de traitement mécanique dans la fabrication des moules et, plus important encore, si le taux de retrait n'est pas pris en compte lors de la conception (par exemple, en ne tenant pas compte de l'orientation des fibres de verre ou du retrait après extrusion), même si le moule est traité au niveau micrométrique, le produit final sera toujours un déchet avec d'énormes écarts.
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Déformation rigide et usure
La pression d'injection atteint souvent des dizaines de mégapascals. Si la rigidité du moule est insuffisante, la cavité du moule subira une expansion élastique sous haute pression, ce qui entraînera une augmentation de l'épaisseur de la paroi du produit. Dans le même temps, pour les plastiques additionnés de fibre de verre (GF), la surface de la cavité du moule sera érodée par la masse fondue, ce qui entraînera une usure abrasive. Après une production à long-terme, la taille de la cavité du moule augmentera et l'épaisseur de la paroi du produit augmentera également en conséquence. De plus, l’usure du mécanisme de guidage peut provoquer un désalignement du moule, entraînant directement des écarts dimensionnels géométriques irréversibles.
variables de processus transitoires
Les paramètres de processus sont les variables les plus actives et les plus changeantes dans le processus de moulage par injection, qui déterminent directement le comportement d'écoulement, la vitesse de refroidissement et l'état de retrait de la matière fondue dans la cavité du moule. Parmi eux, la synergie et le jeu de température, de pression et de temps constituent les sources dynamiques d'erreurs de taille.
Le contrôle de la température s'applique à l'ensemble du processus de moulage par injection, y compris la température du cylindre, la température des buses et la température du moule. La température du moule est le paramètre de température qui a le plus grand impact sur la précision dimensionnelle du produit. La température du moule contrôle directement le processus de refroidissement et de mise en forme du produit. Durant la période allant de la congélation de la carotte au démoulage du produit, la température du moule détermine la cristallinité du plastique cristallin. À mesure que la température du moule augmente, la cristallinité augmente et le retrait s'intensifie. Mais si la température du moule est trop basse ou inégale, un refroidissement insuffisant du produit peut également entraîner une instabilité dimensionnelle. Pour le moulage par injection de précision, la température du moule doit être contrôlée avec précision dans une plage spécifique (telle que 35 à 45 degrés C) afin de contrôler le retrait dimensionnel dans les limites des indicateurs qualifiés.
La température du fût de matériau est une autre variable clé. Si la température est trop élevée (dépassant la plage de traitement recommandée de 5 à 10 degrés C), la viscosité du plastique fondu diminuera et la fluidité sera trop forte. Pendant la phase de refroidissement, l'espace libre pour le mouvement de la chaîne moléculaire augmentera, le taux de retrait augmentera et l'écart de taille peut atteindre 0,1 % à 0,3 % ; Si la température est trop basse, la fluidité de la matière fondue est mauvaise, le remplissage est insuffisant et la taille du produit a tendance à être plus petite.
Parmi les nombreux paramètres du processus, la pression de maintien a le plus grand impact sur la taille du produit. Pendant la phase de pression de maintien, un réapprovisionnement continu en matériau dans la cavité du moule est utilisé pour compenser le retrait de refroidissement - une pression de maintien insuffisante peut entraîner un retrait excessif et des dimensions plus petites ; Un maintien excessif de la pression peut entraîner des produits surdimensionnés ou même des bords flashés. Les données pratiques montrent que pour chaque fluctuation de 10 MPa de la pression de maintien, l'écart dimensionnel de certaines pièces en plastique de précision peut augmenter de plus de 0,02 mm. L’étude montre également que plus la paroi de la pièce moulée est fine, plus l’impact de la pression de maintien sur l’encombrement est important. Le temps de maintien ne peut pas non plus être ignoré. Si le temps est trop court, il ne peut pas compenser efficacement le retrait, et si le temps est trop long, cela peut provoquer un remplissage excessif.
La pression et la vitesse d'injection affectent principalement l'étape de remplissage. La pression d'injection est trop faible, ce qui rend difficile pour la matière fondue de remplir complètement la cavité du moule, en particulier pour les structures complexes à parois minces -qui sont sujettes à des tirs courts ; Une vitesse et une pression d'injection plus élevées, combinées à un temps de remplissage et de maintien suffisamment prolongé, sont bénéfiques pour surmonter les défauts d'instabilité de taille.
L’impact de la vitesse d’injection est plus subtil. L'injection à grande vitesse provoquera un fort écoulement de cisaillement de la matière fondue dans le canal et la cavité, entraînant une augmentation locale de la température et une diminution de la viscosité en raison du chauffage par cisaillement. Cependant, en même temps, le champ d’écoulement de cisaillement induit l’orientation des chaînes de polymères dans la direction de l’écoulement. Cette orientation gelée conduit à une relaxation des contraintes après le démoulage, ce qui entraîne des retraits différents du produit dans le sens d'écoulement et dans le sens perpendiculaire -, c'est-à-dire un retrait anisotrope. C’est l’une des causes sous-jacentes de la déformation et de la déformation des produits.
Tous les paramètres du processus doivent être strictement contrôlés en fonction des exigences du processus, en particulier le cycle de moulage de chaque type de pièce en plastique doit être cohérent et ne peut pas être modifié arbitrairement. Toute petite fluctuation de température, de pression et de temps sera reflétée dans la tolérance dimensionnelle finale par le biais d'effets cumulatifs.
le « plafond matériel » des erreurs dimensionnelles
La précision de la machine de moulage par injection elle-même détermine si les instructions du processus peuvent être fidèlement exécutées et constitue la base physique de la précision dimensionnelle. Si la précision de l’équipement lui-même est insuffisante, même les paramètres de processus les plus précis ne peuvent pas être convertis en produits qualifiés.
Le moulage par injection de précision nécessite que le système de contrôle de la machine de moulage par injection garantisse une bonne répétabilité des divers paramètres du processus. Cela nécessite un contrôle de rétroaction en plusieurs étapes des paramètres de processus tels que le volume d'injection, la pression d'injection, la vitesse d'injection, la pression de maintien, la contre-pression et la vitesse de la vis, tandis que les contrôleurs PID sont utilisés pour un contrôle précis de la température du cylindre et de la buse.
Les machines de moulage par injection servo haut de gamme modernes peuvent atteindre une précision de répétabilité du poids inférieure à 3 ‰ et une précision d'ouverture du moule de ± 0,2 mm grâce à un contrôle en boucle fermée-. Le contrôle en boucle fermée-du système d'injection peut même atteindre une précision de positionnement répétée de l'ordre de 0,01 mm. À titre de comparaison, le temps de réponse de commutation d'action d'injection d'une machine de moulage par injection ordinaire est d'environ 300 ms, tandis qu'une machine de moulage par injection ultra-précise en boucle entièrement fermée - est bien meilleur que ce niveau.
Le système hydraulique est le cœur de la machine de moulage par injection. Les machines de moulage par injection de précision nécessitent généralement un contrôle en boucle fermée-du chauffage et du refroidissement de l'huile hydraulique pour stabiliser la température de l'huile à environ 50-55 degrés C, afin d'éviter les fluctuations de viscosité et de débit causées par les changements de température de l'huile, qui peuvent conduire à une instabilité des paramètres du processus. Le système servo-hydraulique avancé peut atteindre un contrôle des fluctuations de pression inférieur à ± 0,5 bar et la précision de répétabilité de l'axe de mouvement principal atteint ± 0,05 %. La précision du capteur de déplacement doit être d'au moins 0,1 mm pour contrôler strictement la course de mesure, la course d'injection et l'épaisseur du tampon de matière résiduelle, garantissant ainsi un volume d'injection précis à chaque fois.
La pression d'injection requise pour le moulage par injection de précision est beaucoup plus élevée que celle du moulage par injection ordinaire - le moulage par injection ordinaire nécessite 40 à 120 MPa, tandis que le moulage par injection de précision nécessite une augmentation jusqu'à 180 à 250 MPa, et certains même jusqu'à 415 MPa. Sous une pression de moulage aussi élevée, si la rigidité du système de serrage de la machine de moulage par injection est insuffisante, le gabarit subira une déformation élastique, provoquant l'ouverture de la surface de séparation du moule et la production de bavures du produit, entraînant une diminution de la précision. Par conséquent, une conception de gabarit à haute rigidité et une répartition uniforme de la force de verrouillage sont des conditions préalables pour garantir la précision.
L'usure des vis et des barillets est une cause fréquente de dégradation de la précision des équipements. En particulier l'anneau anti-retour (également connu sous le nom d'anneau en caoutchouc), il s'use gravement après une production à long terme de matériaux de remplissage renforcés (tels que la fibre de verre). Une mauvaise étanchéité de la bague anti-retour peut provoquer un reflux de la matière fondue pendant l'injection, entraînant une mesure instable et des fluctuations du point final d'injection. Cela se reflète directement dans la dispersion du poids de chaque produit moulé et dans les différences de taille entre les lots.
5, Interférence environnementale : « variables externes » cachées et persistantes
Les facteurs environnementaux sont les variables les plus facilement négligées, mais elles ont une influence continue dans le processus de moulage par injection.
1. Fluctuations saisonnières de la température ambiante
Les changements de température dans l'environnement de l'atelier affectent directement l'efficacité de refroidissement du moule et le contrôle de la température de fusion. La différence de température entre le jour et la nuit peut provoquer une expansion et une contraction répétées du moule, et le contrôle de la température du contrôleur de température du moule est affecté par les interférences environnementales, ce qui entraîne un retrait instable et des fluctuations de la taille des produits dans le même lot. Les données de mesure réelles montrent que pour chaque augmentation de 5 degrés Celsius de la température ambiante, le taux d'écart de taille des produits en matériau PP augmente de 12 % -15 %. En prenant les matériaux PC comme exemple, pour chaque changement de température de 5 degrés Celsius, l'écart dimensionnel peut atteindre 0,05 % à 0,1 %. Les pièces moulées par injection produites dans des environnements à basse température présentent généralement des phénomènes tels qu'une taille réduite et un gauchissement accru. Cela oblige les fabricants à ajuster la température du processus des équipements et des moules en temps opportun en fonction des changements de l'environnement externe.
2. Expansion de l'humidité et de l'absorption d'humidité des matériaux
The influence of humidity on plastic size is also significant. Polyamide materials, represented by nylon (PA), contain polar amide groups in their molecular chains and are easily bound to water molecules. The equilibrium moisture content of non reinforced PA6 or PA66 can reach 3% under standard atmospheric conditions (23 ° C, 50% RH). In high humidity environments (relative humidity>60 %), l'expansion de la taille peut atteindre 0,2 % à 0,5 %. Lorsque l'humidité change de 10 %, la fluctuation de la taille des matériaux en nylon peut atteindre 0,1 % à 0,3 %.
Ce qui est encore plus délicat, c'est que l'absorption et l'expansion de l'humidité de certains matériaux présentent des caractéristiques anisotropes - plus l'humidité ambiante est élevée et plus le temps est long, plus la taille du matériau PA66 renforcé de fibres de verre devient grande et le changement de taille dans le sens d'écoulement vertical est supérieur à celui dans le sens d'écoulement. Cela signifie que même avec le même matériau et le même produit, la réponse des différentes dimensions à l'humidité varie dans des directions différentes, posant des défis supplémentaires à la conception de raccords de précision.
3. Déformation thermique des équipements
La déformation thermique provoquée par-le fonctionnement à long terme de l'équipement peut également entraîner des écarts dimensionnels. Les différents composants de la machine de moulage par injection se dilatent en raison de la chaleur de friction lors d'un fonctionnement continu, ce qui peut modifier des paramètres clés tels que la précision de serrage du moule et la course d'injection. Cette dérive lente et continue est souvent difficile à détecter immédiatement par les opérateurs.
6, logique du contrôle du système
En résumé, les paramètres du processus de moulage par injection, la précision de l'équipement et les interférences environnementales ne sont pas des effets isolés, mais plutôt un système dynamique couplé et transmis couche par couche. Les paramètres du processus sont des « régulateurs en temps réel-, la précision de l'équipement est une « garantie d'exécution » et l'environnement est un « bruit de fond ». Pour garantir la précision dimensionnelle, un état d'esprit de contrôle systématique doit être établi : sélectionner des machines de moulage par injection en boucle fermée de haute-précision-et les entretenir régulièrement ; Adoptez une machine de température de moule et un système de contrôle de température d'atelier pour isoler les interférences environnementales ; Mettre en œuvre un traitement strict de séchage et de contrôle de l’humidité pour les matériaux sensibles (tels que le PA) ; Et surveillez en permanence la stabilité des paramètres du processus grâce au contrôle statistique des processus (SPC). Ce n’est qu’en contrôlant ces trois dimensions comme un tout organique que les erreurs objectives peuvent être comprimées de manière continue et stable dans la zone de tolérance de conception.
