Composants en plastique moulés par injection avec documentation et rapports PPAP automobiles complets

IATF 16949:2016 stipule en langage clair : Les organisations doivent élaborer un document de mise en œuvre et continuer à améliorer le système de gestion de la qualité, afin que les produits et services restent cohérents et que les réglementations des clients soient respectées.

Pour se conformer pleinement à cette norme, le service de moulage par injection automobile de JS Precision boucle la boucle du contrôle qualité : Pré-audit DFM, usinage de la cavité du moule (précision ±0,005 mm), inspection complète du moulage d'essai par CMM et enfin livraison de la documentation PPAP niveau 3 par lot, ce qui garantit que les défauts dimensionnels et de surface de chaque lot sont à la fois sous contrôle et traçables.

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Qu'est-ce que le PPAP dans le moulage par injection et quels éléments sont inclus ?

Le moulage par injection PPAP estun processus standardisé dans l'industrie automobile permettant de vérifier la stabilité des pièces moulées par injection et des processus de fabrication de moules. Il comprend 18 éléments de base tels qu'une page de signature PSW (Power Supply Worksheet), des rapports dimensionnels, un PFMEA (Power Supply Measurement Instrument) et des tests de matériaux pour garantir que les exigences de production de masse sont respectées.

Définition de l'ingénierie PPAP :

Dans le développement d'outils de moulage par injection automobile, le PPAP est un ensemble de documents et de données fournies par les fournisseurs pour démontrer que les moules à injection et les techniques de traitement peuvent répondre en permanence aux exigences techniques et dimensionnelles des clients dans des conditions de production stables.

1. PSW : le principal livrable du PPAP, il s'agit d'un aperçu de tous les résultats des tests et nécessite la déclaration, la signature et/ou le cachet du fournisseur.
2. Enregistrements de conception et dessins 2D avec bulles : les dessins 2D doivent être liés aux enregistrements de conception 3D avec une bulle indiquant toutes les dimensions.
3. PFMEA et plan de contrôle : cela comprend une évaluation des risques liés aux processus et une spécification de quoi et comment les contrôles de production de masse sont effectués.

18 structures de documents de base :

Documents de conformité des matériaux d'ingénierie :

Pour les matériaux tels que le PA66-GF30 et le PBT, les documents de conformité des matériaux pour les composants automobiles moulés par injection plastique incluent :

1. Déclaration des matériaux : un document montrant que les matières premières utilisées sont conformes aux réglementations en vigueur.
2. Déclaration de recyclabilité et d'élimination : un document indiquant que les matériaux peuvent être recyclés et éliminés efficacement en fonction des exigences du fabricant.
3. Déclaration environnementale du produit : un document vérifié par un tiers montrant les performances environnementales des produits tout au long de leur cycle de vie, y compris leur processus de production, leur utilisation et leur élimination.

Figure 1 : Liste de contrôle complète de la documentation PPAP et outils de moulage par injection exposés.

Comment JS Precision garantit-il que l'outillage de moulage répond aux normes PPAP niveau 3 ?

Le moulage par injection PPAP niveau 3 est conçu pour se conformer aux spécifications d'audit de niveau 3 et pour produire des articles zéro défaut à grande échelle via la simulation Moldflow, la correction des dimensions du moule d'essai T1, la confirmation du système de mesure Gage R&R, ainsi qu'une étude de capacité Ppk qui comprend 300 essais consécutifs productions.

Contrôle de la cohérence dimensionnelle des moules multi-empreintes :

Dans le service de moulage par injection automobile, la logique de Zeiss CMM pour détecter la cohérence dimensionnelle de chaque cavité dans un outillage multi-empreintes est la suivante :

• Scan complet par cavité : Une mesure CMM 100 % des échantillons produits par chaque cavité est effectuée.
• Contrôle de la tolérance des caractéristiques critiques : les dimensions de contact critiques CTQ sont constamment maintenues dans une plage de ±0,025 mm.
• Étude de variation entre cavités : la distribution dimensionnelle est comparée entre les cavités par Minitab et tout écart systématique est identifié.

Spécifications strictes de l'analyse du système de mesure (MSA)

Pour l'outillage de moule avec PPAP, la fiabilité du système de mesure est essentielle :

• Gage R&R < 10 % : Le système de mesure est satisfaisant, aucune action n'est nécessaire.
• 10 % ≤ R&R de l'instrument ≤ 30 % : L'acceptabilité dépend de l'amélioration du système de mesure.
• Gage R&R > 30 % : Le système de mesure n'est pas acceptable. Les outils doivent être modifiés ou recalibrés.

Comparaison des propriétés courantes de l'acier moulé

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Figure 2 : Outillage de moulage par injection de précision avec liste de contrôle de soumission PPAP niveau 3.

Comment la norme IATF 16949 normalise-t-elle le service de moulage par injection automobile ?

La principale norme internationale IATF 16949 établit un mécanisme global de prévention des risques (PFMEA) commençant par le contrôle qualité des matériaux entrants (IQC), le contrôle qualité du processus de moulage par injection (IPQC), jusqu'au contrôle qualité des produits sortants (OQA) qui garantira la cohérence et la traçabilité de la production de pièces en plastique automobiles.

Les principales différences entre l'IATF 16949 et l'ISO 9001 :

• Planification avancée de la qualité des produits (APQP) : Identifier à l'avance les défauts de moulage par injection tels que le retrait, les fissures et les bavures avant le processus de moulage par injection.
• Mises à jour continues de la PFMEA : L'analyse des modes de défaillance du processus est immédiatement mise à jour à partir de toute anomalie observée lors du moulage d'essai.
• Contrôle statistique du processus (SPC) : il utilise une carte de contrôle X-bar et R pour garder un œil sur la variation de la pression d'injection, de la température de fusion et du temps de maintien.

Mécanisme de traçabilité complète du processus :

Dans le moulage par injection PPAP, la traçabilité est assurée grâce à un suivi rigoureux des lots :

• ID de traçabilité : un numéro de traçabilité unique est attribué à chaque lot de production.
• Reliure du numéro de lot de matière première : Grâce à ce système, chaque pièce moulée par injection peut être retracée avec précision non seulement jusqu'au numéro de lot de matière première, mais également jusqu'à l'équipe de production exacte qui l'a fabriquée.
• Lien vers l'historique des équipements : un enregistrement détaillé est conservé de toutes les étapes du processus, comme le numéro de la machine de moulage par injection, le numéro du moule et la version des paramètres du processus.

Figure 3 : Outillage de moule automobile de précision répondant aux normes de qualité IATF 16949.

Comment calculer et vérifier Cpk et Ppk pour les plastiques automobiles ?

La vérification de la capacité du processus pour le moulage par injection PPAP nécessite un indice de capacité de démarrage (Ppk) de 1,67 et un indice de capacité de processus à long terme (Cpk) de 1,33. La collecte de données est réalisée en mettant en œuvre un scan 100 % MMT sur au moins 300 échantillons consécutifs prélevés sur une machine de moulage par injection en régime permanent.

Formules de calcul de Ppk et Cpk :

Ppk = min((USL - μ) / (3σ), (μ - LSL) / (3σ))

Cpk = (1 - k) × Cp, où k est le coefficient de décalage, Cp = (USL - LSL) / (6σ)

• Ppk (Process Performance Index) : L'indice est utilisé pour juger de la capabilité d'un processus pendant la phase de production pilote (300 unités consécutives), où une valeur de 1,67 doit être obtenue.
• Cpk (Process Capability Index) : Cet indice permet de juger de la capacité d'une production stable à long terme, où 1,33 est requis.
• Logique de jugement : en un mot, Ppk > 1,67 signifie que le processus est actuellement conforme aux exigences du client. 1,33≤Ppk≤1,67 signifie que le processus est acceptable, même s'il doit être amélioré. Ppk < 1,33 signifie que le processus n'a pas répondu aux critères d'acceptation.

Analyse des fluctuations dimensionnelles

Pour les composants automobiles moulés par injection plastique :

• Tolérances générales (±0,10 mm) : Les variations dimensionnelles se produisent normalement en raison de l'interaction de la cristallinité, du taux de retrait et des changements de température et humidité ambiantes.
• Tolérances critiques de qualité fine (±0,03 mm) : les caractéristiques CTQ (dimensions des raccords de serrage, tolérances des rainures d'étanchéité) nécessitent une acquisition dynamique de données provenant de plusieurs cavités.
• Rapport d'analyse de capabilité : utilisez Minitab pour créer un rapport d'analyse de capabilité de processus entièrement conforme.

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Comment résoudre les non-conformités dimensionnelles dans les rapports PPAP ?

Dans outillage de moulage par injection automobile, la résolution des écarts dimensionnels et des déformations dans les rapports PPAP nécessite d'optimiser l'équilibre de refroidissement par eau grâce à l'analyse Moldflow, d'ajuster la courbe de pression de maintien et d'utiliser des rapports 8D et DOE. (Conception d'expériences) pour corriger le soudage de l'acier moulé ou la réparation de précision CNC.

Logique de correction de niveau ingénierie

Les problèmes liés aux écarts dans les rapports FAI du moule d'essai T1 pour les pièces automobiles (par exemple, les bases de phares, les supports de tableau de bord et les couvercles de boîtes de jonction) :

• Analyse de cause à effet (diagramme d'Ishikawa) : Cela aidera à comprendre les principales raisons à l'origine du problème en examinant six catégories : les personnes, la machine, les matériaux, l'environnement et les mesures.
• Analyse de l'orientation de la fibre de verre : Le retrait inégal de la pièce et sa déformation due à l'alignement de la fibre de verre peuvent être identifiés par cette analyse.
• DOE (Design of Experiments) : Différentes combinaisons depression de maintien et de température du moule seront essayées pour découvrir les paramètres de processus les plus appropriés.

Méthode de correction des moisissures en trois étapes

Dans le service de moulage par injection automobile :

• Optimisez la température et la circulation de l'eau des moules à injection : équilibrez le champ de température de la cavité du moule et éliminez les contraintes thermiques inégales.
• Modifiez la pression de maintien et le temps de maintien : La pression est d'abord mise sous pression jusqu'à 100 MPa, puis abaissée à 60 MPa.
• Renforcement en micro-acier de la cavité du moule : implémentez le soudage CNC ou la correction EDM sur la cavité de l'outillage du moule d'injection automobile, avec la quantité de correction contrôlée à ± 0,005 mm.

Objectifs du contrôle dimensionnel

Grâce aux mesures correctives CAPA, fournir aux clients des composants plastiques automobiles conformes :

• Dimensions générales : Contrôlées à ±0,10 mm près.
• Tolérances d'ajustement critiques : Stable entre ±0,03 mm et ±0,05 mm.
• Déformation : < 0,1 mm.

Étude de cas : Comment JS Precision a obtenu l'approbation PPAP niveau 3 pour les composants en plastique des véhicules électriques

JS Precision a résolu le problème d'un client de niveau 1 concernant un faible Cpk de 0,92 et des dimensions d'encliquetage supérieures à ±0,05 mm. JS Precision a obtenu un package de moulage par injection certifié PPAP niveau 3 en moins de 12 jours après avoir effectué une optimisation du flux de moule et une correction CNC de haute précision.

Défis des clients :

Un équipementier automobile de premier rang devait fabriquer des supports de batterie et des pièces de fixation en PBT+20 % GF pour ses nouveaux véhicules électriques. Les pièces intègrent 12 structures à encliquetage cruciales. La tolérance fine est contrôlée entre ±0,05 mm et ±0,03 mm pour ces caractéristiques et la tolérance générale entre ±0,12 mm et ±0,15 mm. La livraison du moulage par injection PPAP niveau 3 était requise dans un délai de 15 jours ouvrables. En raison d'un remplissage inégal de la cavité du moule de l'ancien fournisseur, les dimensions d'encliquetage ont fluctué et ont dépassé la tolérance de ±0,08 mm au niveau de Cpk 0,92.

Solution de précision JS

Pour les outillage de moulage avec PPAP, JS Precision implémente les éléments suivants :

1. Optimisation du DFM et du flux de moule : Nous avons utilisé Moldflow pour identifier la meilleure position et la meilleure disposition des portes pour les canaux d'eau de refroidissement afin de minimiser les contraintes résiduelles lors de la formation de cristaux et la déformation due au retrait.
2. Usinage de moules de précision : Grâce à la combinaison de l'électroérosion à fil lent et de l'usinage CNC de haute précision, l'écart entre les dimensions requises et réelles de l'acier de la cavité du moule a été maintenu à moins de 0,005 mm. Cela a donné au moulage par injection une marge de retrait suffisante.
3. Moulage par injection scientifique et tests DOE : Pour développer un processus de moulage par injection avec des paramètres cohérents, nous avons appliqué la méthode de pression de maintien en plusieurs étapes ainsi qu'une régulation fine de la température (jusqu'à ± 1 °C seulement).
4. Mesure entièrement automatisée et MSA : La mesure grandeur nature, y compris l'ajustement par encliquetage d'un moule d'injection, a été réalisée parun instrument de mesure d'image Keyence en collaboration avec Zeiss CMM. Le système de mesure est si précis qu'il a permis d'obtenir un R&R de l'instrument de 7,2 %.

Leçons tirées des échecs

Lors du deuxième essai de moulage T1, le matériau PBT n'a été séché que pendant une courte période, ce qui a diminué la résistance à la traction de 10 %, conduisant le rapport PPAP sur les performances du matériau à l'échec de JS Precision. JS Precision a ensuite mis au point une SOP de déshumidification et de séchage strictement contrôlée qui serait surveillée par des enregistrements de température et de point de rosée en temps réel pour éviter les défauts de performances causés par un séchage incorrect du matériau.