Les pièces de moule ne sont pas si mystérieuses une fois que vous avez démonté quelques outils pour les réparer. Le noyau constitue la surface intérieure, la cavité constitue l'extérieur et tout le reste est juste là pour soutenir ces deux pièces ou déplacer des objets. Mais les détails deviennent compliqués en fonction de ce que vous moulez et de la durée de vie de l'outil.
L'acier P20 est celui que la plupart des ateliers nationaux utilisent pour l'outillage à usage général. Cela coûte environ 5,40 $/lb chez Castle Metals lorsque nous avons commandé 1 800 livres en mars 2024. Il est pré-durci à 30 HRC afin que vous puissiez l'usiner sans traitement thermique, ce qui permet de gagner des semaines sur le calendrier. Pour une base de moule de taille moyenne -, peut-être 18 "x24", vous envisagez 400 à 500 livres d'acier rien que pour les blocs de noyau et d'empreinte.
Le H13 coûte plus cher et fonctionne plus lentement, mais vous obtenez une meilleure résistance à l’usure. Nous ne l'utilisons que lorsque le client utilise des matériaux remplis de verre- ou souhaite avoir une durée de vie de plus de 200 000 cycles. La dureté après traitement thermique est d'environ 50 HRC contre 30 pour le P20, ce qui implique un outillage en carbure et des avances plus lentes. L'électroérosion devient nécessaire pour toutes les caractéristiques fines car vous ne pouvez pas fraiser efficacement l'acier trempé.
Les broches d'éjection semblent simples jusqu'à ce qu'elles ne le soient pas
Les broches d'éjection rondes standard de Progressive Components coûtent peut-être 8 à 12 $ chacune selon le diamètre. Le problème n'est pas le coût, il s'agit de les faire fonctionner de manière fiable pendant des dizaines de milliers de cycles sans irriter l'alésage.
L'année dernière, nous avons réalisé un outil pour les éjecteurs de garniture intérieure automobile - 32, car la pièce avait une géométrie complexe. Après 8 000 cycles, six broches se grippaient par intermittence. J'ai arraché le moule et j'ai trouvé des grippages sur les tiges des broches là où elles traversaient la plaque d'éjection. La finition de l'alésage était de 32 Ra alors qu'elle aurait dû être de 16 Ra ou mieux. C'est notre faute de ne pas l'attraper lors de l'acceptation des moisissures.
Réparez-le en tirant toutes les broches, en polissant les alésages à 12 Ra et en installant des broches nitrurées. Les broches nitrurées coûtent environ 14 $ pièce contre 9 $ pour la norme, mais la dureté de la surface passe à 65 HRC. L'outil a exécuté 40 000 cycles supplémentaires avant de constater des problèmes.
Les éjecteurs de lames sont différents - vous créez une forme personnalisée par électroérosion au lieu d'utiliser un matériau rond. Cela prend une éternité et coûte en conséquence. J'ai réalisé un ensemble pour un boîtier de batterie qui a coûté 2 100 $ en temps d'usinage alors que les broches rondes auraient coûté peut-être 400 $ au total. Mais les épingles rondes n’auraient pas fonctionné avec les nervures profondes de cette partie.
Les canaux de refroidissement sont bien plus importants qu’on ne le pense
Le temps de cycle est essentiellement contrôlé par la vitesse à laquelle vous pouvez refroidir la pièce. Nous avons mesuré cela sur un boîtier en polypropylène de - 8 mm d'épaisseur de paroi, température du moule de 180 degrés F. Avec des conduites de refroidissement de 3/8" de diamètre espacées de 1,2" de la surface de la cavité, le temps de refroidissement était de 38 secondes. Déplacement des lignes à un espacement de 0,7" et réduction à 26 secondes.
Cette réduction de 12 secondes ne semble pas grande tant que vous n'utilisez pas 500 000 pièces par an. Vous permet d'économiser environ 1 660 heures de temps de presse par an, ce qui, avec un tarif machine de 65 $/heure, représente une réduction de plus de 100 000 $ en coûts de fabrication. Pourtant, la refonte de la ligne de refroidissement n’a ajouté que 3 500 $ au coût de l’outil.
Le refroidissement conforme à l'aide d'inserts de moule imprimés en 3D peut réduire encore de 20 -30 % le temps de refroidissement, mais vous payez entre 95 et 115 $ par pouce cube de matériau imprimé. Nous avons effectué une analyse des coûts pour un moule pour dispositif médical : l'insert imprimé allait coûter 18 000 $ contre 4 000 $ pour un refroidissement percé conventionnel. Le retour sur investissement était de 14 mois pour leur volume de production, ils l'ont donc répercuté.
Les unités de contrôle de température sont une autre chose. Les modèles bon marché en provenance de Chine coûtent 1 800 $-2 500 $ et ont une stabilité de température terrible : nous avons mesuré une variation de ± 8 degrés F sur une unité. Les unités Thermal Care coûtent entre 6 500 et 9 000 $ mais contiennent ± 1 degré F. Pour les résines techniques où la précision de la température du moule est importante, cela vaut la peine d'être payé.
Le débit à travers les canaux de refroidissement doit atteindre un écoulement turbulent - nombre de Reynolds supérieur à 4 000 environ. Nous avons testé cela avec différentes pompes sur un outil - à 2 GPM à travers des conduites de 3/8", le débit était laminaire et le refroidissement aspiré. Nous l'avons augmenté à 5 GPM et les températures se sont égalisées. Aller à 8 GPM n'a pas aidé beaucoup plus, juste une capacité de pompe gaspillée.
Types de portes et dégâts qu’ils provoquent
Les portes de bord laissent une marque visible qui doit être coupée. Simple à usiner, mais vous payez quelqu'un pour couper manuellement les pièces ou installer un dispositif de coupe. Pour les pièces industrielles, personne ne s'en soucie, pour les produits de consommation, c'est inacceptable.
Les portes du sous-marin se cisaillent pendant l'éjection, il n'y a donc pas de coupe manuelle. Le canal de la porte creuse sous la surface de la pièce à un tirant d'eau de 5 à 7 degrés. Lorsque l'angle de dépouille est incorrect ou que le diamètre du portail est surdimensionné, le portail ne se cise pas proprement et vous obtenez du matériel déchiré à l'emplacement du portail.
Si cela s'était produit sur une pièce cosmétique du boîtier, la porte - était spécifiée à 0,060" de diamètre mais a été usinée à 0,072" parce que quelqu'un a mal lu le dessin. Les pièces sont sorties avec des cicatrices de porte rugueuses qui ne répondaient pas aux spécifications d'apparence. Il nous a fallu une journée entière pour retravailler la zone de la porte et tester les tirs avant de revenir aux spécifications.
Les canaux chauds éliminent entièrement le gaspillage des canaux, mais vous dépensez 18 000 -30 000 $ pour un système collecteur pour un outil à 4 empreintes. L'entretien est constant : les buses se bouchent, les thermocouples tombent en panne, les bandes chauffantes grillent. Nous prévoyons entre 1 500 et 2 500 $ par an pour la réparation des canaux chauds sur des outils moyennement complexes.
Certains matériaux ne fonctionnent pas du tout dans les canaux chauds. Nous avons essayé de faire passer du PVC dans un canal chaud une fois - mauvaise idée. Le matériau se dégrade à des températures élevées et vous obtenez des dégagements de HCl qui corrodent tout. J'ai fini par me reconvertir en canaux froids malgré le gaspillage de matériaux.
Les obturateurs à vanne vous offrent un contrôle précis, mais chaque ensemble de goupille de vanne coûte 1 800 $-2 400 $. Pour un outil à 8 -empreintes, cela coûte près de 20 000 $ rien qu'en matériel de portail, et vous avez en outre besoin d'un actionnement hydraulique ou pneumatique. Cela n'a de sens que pour les applications haut de gamme-où l'esthétique de la porte et la cohérence d'une prise à l'autre sont essentielles.
Les actions secondaires échouent selon des schémas prévisibles
Les broches d'angle tirent les diapositives vers l'arrière lorsque le moule s'ouvre. L'angle standard est de 18 degrés par rapport à la verticale - plus raide que cela et vous obtenez des charges latérales excessives, moins profondes et la goupille doit être trop longue. Nous utilisons une plage de 15 à 20 degrés en fonction des contraintes d'espace.
Les broches échouent là où le diamètre change -, par exemple en passant de 0,500" à 0,375" de diamètre. Un rayon de transition prononcé crée une concentration de contraintes et vous obtenez des fissures de fatigue après 25 000 -40 000 cycles. Un lot de broches d'angle est tombé en panne à 32 000 cycles sur un outil en nylon chargé de verre. Modification du rayon de transition de 0,020" à 0,080" et nitruration des broches, ce qui a résolu le problème.
Les plaques d'usure situées sous les glissières doivent être remplacées tous les 60 000 cycles environ. Le PTFE chargé en bronze- est un matériau standard - qui coûte environ 45 à 65 $ par plaque selon la taille de Misumi. Le remplacement prend peut-être 90 minutes si vous avez conçu pour la facilité d'entretien. Certains outils ont les plaques d'usure enterrées où il faut 4 heures de démontage pour y accéder. Mauvaise conception.
Le noyau hydraulique tire complètement la goupille d'angle. - le cylindre hydraulique pousse simplement le noyau vers l'intérieur et l'extérieur. Beaucoup plus de flexibilité dans la direction d'actionnement et vous pouvez utiliser des noyaux plus gros. Le cylindre coûte entre 1 400 et 2 200 $ selon l'alésage et la longueur de course. La plupart des machines de moulage sont équipées d'un système hydraulique auxiliaire pouvant faire fonctionner 2 à 3 noyaux, au-delà de cela, vous avez besoin d'une unité d'alimentation externe.
La ventilation est ignorée jusqu'à ce que vous ayez des marques de brûlure
L'air emprisonné se comprime pendant l'injection et chauffe jusqu'à 700-800 degrés F, ce qui brûle le plastique et laisse des marques noires. Les évents standard ont une profondeur de 0,0008 à 0,0012" au niveau de la ligne de séparation - suffisamment profonds pour l'air mais trop peu profonds pour que le plastique puisse passer à travers.
En pratique, les évents se bouchent à cause du démoulage et de la résine dégradée. Vous les nettoyez chaque semaine avec des brosses en laiton ou par microbillage. Cela prend environ 30 minutes par moule si les évents sont accessibles, plus longtemps s'ils sont enterrés dans une zone d'arrêt compliquée.
Les bouchons de ventilation poreux coûtent entre 95 et 140 $ chacun, mais fonctionnent bien mieux que les bouches d'aération usinées dans les endroits restreints. Le métal fritté est poreux à une échelle de 25 à 30 microns, donc le gaz s'échappe mais le plastique ne peut pas pénétrer. Nous les plaçons dans des zones de nervures profondes ou dans une géométrie complexe où la ventilation conventionnelle ne fonctionne pas.
Certains constructeurs utilisent désormais l'ablation au laser pour la micro-ventilation - brûle des canaux de 0,0003 à 0,0006" de profondeur qui sont moins susceptibles de clignoter. Nous n'avons pas essayé cela nous-mêmes car nous n'avons pas d'équipement laser. Il faudra probablement effectuer des travaux aérospatiaux ou médicaux pour justifier cet investissement.
Quand des composants bon marché détruisent votre journée
J'ai acheté des broches de retour d'éjecteur à prix réduit une fois pour économiser 180 $ sur la construction d'un outil. Les broches mesuraient 36 HRC au lieu du minimum spécifié de 48 HRC. Après 4 200 cycles, les têtes de broches se sont développées et se sont coincées dans la plaque d'éjection. Moule complètement bloqué.
J'ai dû tout démolir, remplacer les six broches de retour par des unités de dureté appropriées et nettoyer les trous endommagés de la plaque d'éjection. Perdu trois jours de production et dépensé 1 800 $ en main d'œuvre de réparation d'urgence. C'est ce qui arrive lorsque vous achetez des composants d'une valeur de 30 $ à bas prix.
Les axes et bagues d'alignement contrôlent l'alignement du moule. Le jeu standard est de 0,0007-0,0010 " de diamètre pour un fonctionnement fluide et sans pente. Nous proposons des broches d'orientation recouvertes de diamant-de DME à 135 $ chacune pour les outils utilisant des matériaux abrasifs - elles durent peut-être 6 à 8 fois plus longtemps que les broches non revêtues.
Les bagues d'injection de Strack ou Hasco coûtent 80 $-120 $ pièce en fonction du rayon du nez et du diamètre du portail. Le rayon où la carotte rencontre la buse est important - trop pointu et vous obtenez une concentration de contraintes et une éventuelle fissuration. Nous utilisons un rayon minimum de 0,500" sur les outils à canaux froids, plus grand pour les collecteurs à canaux chauds.
Le moulage par insert devient compliqué
Les inserts métalliques nécessitent une localisation précise -, même un désalignement de 0,015" peut causer des problèmes dimensionnels. Les broches de localisation à ressort- maintiennent l'insert contre les surfaces de référence pendant la fermeture du moule. Les broches coûtent peut-être 25 à 40 $ chacune chez Misumi ou Fibro, un composant assez standard.
La rétention de l'insert dépend d'un verrouillage mécanique. Le moletage sur les inserts cylindriques en laiton améliore la force d'extraction de 35 à 40 % par rapport aux inserts lisses, d'après les tests que nous avons effectués en nylon 6/6. La molette diamantée fonctionne mieux que la molette droite car vous obtenez plus de surface.
Nous avons réalisé un projet de surmoulage dans lequel la première prise d'ABS nécessitait 5 heures d'exposition atmosphérique avant la deuxième prise de TPE. Quelque chose à propos de la stabilisation des dimensions avant le surmoulage -, l'ingénieur ne l'a pas très bien expliqué mais c'est ce que le fournisseur de résine a recommandé. Cela signifiait que nous avions besoin d'un stock tampon et d'un espace de stockage, ce qui compliquait la planification de la production.
Les moules à deux-injections évitent le problème d'inventaire en effectuant les deux injections en un seul cycle. Le moule tourne ou indexe entre les stations. Mais le coût de l'outillage grimpe entre 45 000 et 65 000 dollars, contre 12 000 et 18 000 dollars pour le moulage séquentiel. Cela n'a de sens qu'à des volumes très élevés.
Pourquoi les outils en aluminium ont encore leur place
L'aluminium usine 4 fois plus vite que l'acier à outils. Une cavité qui prend 28 heures à usiner en H13 prend peut-être 7 heures en aluminium QC-10. Au tarif de 90 $/heure en magasin, c'est de l'argent sérieux.
La durée de vie de l'outil est le problème - l'aluminium est bon pour 8 000 à 12 000 cycles selon la résine et les conditions. Très bien pour le prototypage ou l'outillage de pont, mais vous ne pouvez pas exécuter de volumes de production. L'aluminium QC-10 coûte environ 9,50 $/lb contre 5,40 $ pour l'acier P20, le coût du matériau est donc plus élevé, mais les économies d'usinage le compensent largement.
Certains constructeurs utilisent des cavités en aluminium avec des noyaux et des inserts de portail en acier. Nous avons fait cela pour une série de 35 000 pièces - économisant environ 6 500 $ en coûts d'outillage par rapport à une construction entièrement-en acier. La cavité en aluminium s'est usée après environ 32 000 cycles et a nécessité un polissage mineur, mais elle a réussi à passer le test.
Le Kirksite est encore moins cher que l'aluminium, mais je ne l'ai jamais vu utilisé pour le moulage par injection. Peut-être pour les applications à basse-pression mais pas pour l'injection standard.
Ajout suggéré pour la fin de l'article
Si vous recherchezPièces de moulage par injectionet que vous souhaitez éviter les maux de tête que nous avons évoqués ici, trouvez un magasin qui comprend réellement les principes fondamentaux de l'outillage. Les devis bon marché ne signifient rien lorsque le moule tombe en panne après 15 000 cycles parce que quelqu'un a utilisé des composants inutiles ou n'a pas effectué une ventilation appropriée.