Le trimestre dernier, nous avons pris en charge un transfert de moule d'un fournisseur européen-garnitures intérieures automobiles, PA66-GF30, tolérances de ± 0,08 mm. L'équipe de production du client luttait depuis des mois contre l'instabilité dimensionnelle. Ils étaient déjà passés à une unité d'eau sous pression de 12 000 $ avec une précision de contrôle de ±0,2 degré. Le problème a persisté.
Nous avons retiré le moule et fait passer le colorant dans les circuits de refroidissement. Deux des six canaux présentaient une restriction de débit due au tartre de 60 %. Un circuit côté noyau passait à 32 mm de la surface de la cavité au niveau de la zone de grille-presque le triple de la distance recommandée pour le nylon chargé en verre-. Le contrôleur de température faisait exactement ce qu’il était censé faire. Le moule ne lui donnait rien avec quoi travailler.
C’est la conversation que nous finissons par avoir plus souvent que nous le souhaiterions. La sélection du contrôleur de température du moule est traitée comme une décision d’approvisionnement déconnectée de la conception de l’outillage. Les achats évaluent les débits, la puissance calorifique, la précision du contrôle. L’ingénierie approuve. La production installe l'unité et s'attend à ce qu'elle résolve la gestion thermique quel que soit le moule qui se trouve dans la machine. Ce n'est pas ainsi que fonctionne le transfert de chaleur.
Le plafond dont personne ne parle
Un régulateur de température de moule ne peut évacuer la chaleur qu’aussi vite que le circuit de refroidissement le permet. Le diamètre du canal, la distance par rapport à la surface de la cavité, le tracé du circuit, la turbulence d'écoulement- déterminent le taux d'extraction thermique. Le contrôleur régule la température d'alimentation et le débit. Si la géométrie limite la quantité de chaleur atteignant le liquide de refroidissement, le contrôleur n'a rien à réguler.
Le groupe de contrôle de la température d'ENGEL estime ce chiffre à environ 20 % des rejets de moulages imputables à des erreurs de contrôle de la température (engelglobal.com). Ce que cette statistique ne révèle pas, c'est combien de ces « erreurs » sont en réalité des limitations de conception. Dans les moules que nous avons audités au cours des deux dernières années, un dysfonctionnement de l'équipement représente peut-être un problème de qualité sur cinq lié à la température-. Le reste se résume à des circuits de refroidissement sous-dimensionnés, mal positionnés ou dégradés par négligence.
Nous avons eu unmoule de connecteur médicall'année dernière-POM, huit cavités, exigences esthétiques strictes sur les surfaces de contact. Le client a spécifié un contrôleur à base d'huile-, car la fiche technique de son fournisseur de matériaux recommandait une température de moule de 95 degrés. Les unités fioul fonctionnent plus silencieusement et l’équipe de maintenance les a préférées. Bien. Mais le POM n'a pas besoin d'un contrôle de température à base d'huile à 95 degrés. Un système d’eau sous pression gère cette plage avec une meilleure réponse thermique et une consommation d’énergie inférieure d’environ 40 %. Le véritable problème était que la conception originale du moule comportait des canaux de refroidissement acheminés autour des éjecteurs de manière à créer des zones mortes du côté de la cavité. Passer du pétrole à l’eau n’aurait pas résolu ce problème. La refonte de la disposition du circuit l'a fait.
Qu'est-ce qui motive réellement le retour sur investissement
Regloplas documente une réduction d'énergie de la pompe de 50 % avec un contrôle ∆T à fréquence variable avec une réduction de vitesse de 20 % (regloplas.com). C'est un vrai numéro provenant d'un fabricant réputé. C'est également un nombre qui suppose que votre circuit de refroidissement peut utiliser les débits fournis par la pompe. L'accumulation de tartre, les canaux sous-dimensionnés, la longueur excessive du circuit avec trop de coudes - n'importe laquelle de ces contraintes signifie que la pompe fonctionne plus fort pour pousser le liquide de refroidissement à travers des restrictions qui ne devraient pas exister.
Le retour sur investissement le plus rapide que nous ayons constaté en matière d’optimisation du contrôle de la température n’impliquait pas l’achat de nouveaux équipements. Un client polonais spécialisé dans l'emballage de produits cosmétiques a réduit le temps de cycle de 28 secondes à 16 secondes en détartrant trois circuits, en remplaçant un capteur PT100 à dérive et en rééquilibrant le débit entre la cavité et les côtés du noyau. La dépense totale était inférieure à 2 000 €. La réduction du temps de cycle sur 2,4 millions de pièces par an a généré des économies qui ont permis de récupérer l'investissement en moins d'une semaine. Les contrôleurs de température qu'ils utilisaient-rien de spécial, des unités d'eau standard d'un fournisseur chinois-fonctionnaient bien une fois que le système de refroidissement fonctionnait réellement.
L'usine de Braun de P&G a adopté l'approche inverse, en investissant massivement dans la surveillance électronique du débit dans chaque circuit de refroidissement de ses moules à composants Oral-B. Ils ont atteint des taux de rejet documentés inférieurs à 0,05 % (ptonline.com). Mais l'équipe Braun a également reconnu qu'avant de mettre en œuvre la surveillance par-circuit, le contrôle de la température était pour eux une « boîte noire ». Ils soupçonnaient que les variations thermiques affectaient la cohérence dimensionnelle, mais ne pouvaient pas diagnostiquer quels circuits posaient problème. C'est la vraie valeur de la technologie sophistiquée de contrôle de la température-visibilité dans un processus que la plupart des installations considèrent comme réglé-et-oublié.
La question matérielle
On nous pose plus de questions sur les contrôleurs de température d'eau et d'huile que sur presque toute autre question d'équipement. La réponse est d'une simplicité ennuyeuse : utilisez de l'eau autant que possible, de l'eau sous pression pour les thermoplastiques techniques jusqu'à environ 230 degrés, de l'huile uniquement lorsque vous avez réellement besoin de surfaces de moule au-dessus de cette plage. PEEK, PPS, certainspolyimides-haute température-ceux ont besoin d'huile. PA, PC, POM, ABS, tout dans la gamme d'ingénierie de base et standard - l'eau la gère avec une meilleure conductivité thermique, des coûts d'exploitation inférieurs et aucun des problèmes de contamination.
La question la plus intéressante est de savoir comment le choix des matériaux affecte la conception du circuit de refroidissement, ce qui affecte ensuite ce que le contrôleur de température doit accomplir. Les composés chargés de verre-transfèrent beaucoup plus de chaleur dans le moule que les qualités non chargées à volumes de tir équivalents. Un moule conçu pour du PA66 non chargé aura des difficultés thermiques lorsque la production passera au PA66 chargé à 30 % de verre-. Les circuits de refroidissement dimensionnés pour le matériau non chargé ne peuvent pas extraire la chaleur assez rapidement. Les temps de cycle s'allongent ou les pièces présentent des contraintes résiduelles dues à un refroidissement insuffisant.
Nous concevons pour la qualité de matériau la plus exigeante que l'outil traitera. S'il existe un risque que la production migre des composés non chargés vers les composés chargés, le système de refroidissement doit s'en occuper dès le premier jour. Les modifications de modernisation-l'ajout de circuits, l'installation d'inserts de refroidissement conformes- coûtent entre 5 000 $ et 15 000 $ et nécessitent de retirer le moule de la production. L'intégration d'une capacité thermique adéquate dans la conception originale ajoute peut-être 10 à 15 % au coût de l'outillage. Les mathématiques favorisent généralement le fait de bien faire les choses du premier coup.
L’angle mort de la maintenance
Personne ne prévoit de budget pour l’entretien du système de refroidissement jusqu’à ce que quelque chose tombe en panne. Détartrage trimestriel, vérification du débit, inspection des joints-ces tâches sont poussées car les calendriers de production sont serrés et les moules « fonctionnent bien ». Puis progressivement, sur six à douze mois, les durées de cycle augmentent. Les indicateurs de qualité glissent. Quelqu'un finit par retirer l'outil et trouve des canaux qui ressemblent à l'intérieur d'un vieux chauffe-eau.
Une couche d'échelle de 1/16 de pouce ajoute environ 15 % au temps de refroidissement. Cela s'accumule suffisamment lentement pour que les opérateurs attribuent les cycles plus longs à la variation du lot de matériaux, aux changements de température ambiante ou à l'usure de la machine. Au moment où le lien avec la dégradation du système de refroidissement devient évident, vous avez déjà écopé de la pénalité de temps de cycle sur des milliers d'heures de production.
Les installations qui évitent ce piège traitent la maintenance du système de refroidissement de la même manière qu'elles traitent la maintenance préventive des machines d'injection elles-mêmes :-programmée, documentée, non-négociable. Tests de débit tous les trimestres. Détartrage chaque année ou lorsque les débits descendent en dessous de la ligne de base. Étalonnage du capteur selon un calendrier réel plutôt que lorsque les lectures commencent à paraître suspectes. Ce ne sont pas des activités coûteuses. Ils exigent simplement que quelqu’un en assume la responsabilité.
Où nous intervenons
Chez Abis Mould, la spécification du système de refroidissement fait partie duPortée du DFMsur chaque programme. Nous modélisons la distribution du flux thermique, dimensionnons les canaux en fonction des objectifs de matériau et de temps de cycle, et configurons le routage des circuits pour éviter les zones mortes et les restrictions de flux qui créent des problèmes de production. La sélection du contrôleur de température s'effectue en aval-une fois que nous savons quelles conditions thermiques le moule peut réellement supporter.
Pour les moules existants présentant des problèmes de qualité liés à la température-, nous pouvons évaluer si la contrainte est liée à l'équipement ou à la géométrie. Parfois, la mise à niveau du contrôleur est logique. Le plus souvent, il s'agit d'un circuit de refroidissement qui nécessite une modification ou une maintenance trop longtemps différée. Quoi qu’il en soit, le diagnostic commence par le moule, et non par la fiche technique d’une nouvelle unité de contrôle de température.
Si vous prévoyez unprogramme de moulageavec des exigences thermiques strictes ou pour lutter contre des problèmes de température sur les outils existants, notre équipe d'ingénierie peut examiner les détails. La conversation sur le système de refroidissement est plus productive lorsqu'elle a lieu tôt-mais il n'est jamais trop tard pour comprendre ce qui limite réellement les performances.