Services de conception d'outils de moulage par injection : un guide sur le DFM des portes et des canaux

La norme ISO 9001:2015 est assez spécifique à ce sujet, elle dit que dans les étapes de conception et de production du moule à injection, un mécanisme d'enregistrement des paramètres identifiable est nécessaire.

Ainsi, notre approche de la DFM comprend un examen en trois étapes (analyse préliminaire des paramètres de conception, exécution de la simulation du flux de moule et confirmation par des moules d'essai), garantissant ainsi que chaque décision de porte et de canal d'alimentation peut être tracée et suivie.

Dans ce cas, nous sommes passés d'une porte à bord unique à un canal chaud + porte à broches, et la chute de pression était passée de 120 MPa à 85 MPa. Grâce à cela, non seulement nous avons éliminé le problème des tirs courts, mais nous avons également réduit la durée totale du cycle de moulage de 25 s à 18 s. Notre méthode de sélection des portes/canaux et d'équilibrage des flux a été intégrée à la base de données de plus de 200 projets DFM de portes et de canaux de JS Precision.

Téléchargez le guide de conception DFM des portes et canaux pour maîtriser les méthodes de sélection des portes, d'équilibrage des canaux et d'analyse du TCO, et évaluez à l'avance la faisabilité de votre service de conception de moules à injection.

Qu'est-ce que le service DFM Gate and Runner dans le moulage par injection ?

Le service DFM de portes et de canaux est un service d'ingénierie qui optimise systématiquement la position, le type et le réseau de canaux de la porte en analysant le comportement de l'écoulement du plastique pendant la phase de conception du moule. L'objectif est d'assurer un produit de haute qualité, un cycle de production plus rapide et une fabrication inférieure. coût.

Service de base : du modèle 3D à la solution d'optimisation

• Importation d'analyse de flux de moule :

Sur la base du modèle 3D d'un produit, JS Precision s'appuie sur Moldflow pour simuler le refroidissement, le maintien du remplissage et les étapes de gauchissement d'une pièce afin que les problèmes potentiels tels que les déséquilibres de remplissage, le piégeage d'air ou les concentrations de pression puissent être détectés à un stade précoce. Il s'agit de la technologie de base du service DFM de portail et de coureur.

• Plan de modification pouvant être exécuté sans hésitation :

L'aspect le plus important du service est de fournir des plans d'amélioration clairs qui peuvent être rapidement mis en œuvre, comme changer la position d'une porte du côté A au côté B pour éliminer les défauts de surface, ou faire varier la taille des canaux pour égaliser le taux de remplissage dans différentes cavités.

• Livraison de solutions d'optimisation 3D :

La fourniture de la solution d'optimisation des portes et canaux 3D permettra aux clients de les appliquer directement dans la fabrication de moules et permettra d'économiser les coûts de réparation des moules et la perte de temps qui sont courants dans les méthodes d'essais et d'erreurs.

Caractéristiques systématiques de l'ingénierie

1. Intégration disciplinaire : le service de conception de moules à injection est bien plus qu'un simple exercice de dessin. Il s'agit en fait d'un problème d'ingénierie complexe intégrant des connaissances de la dynamique des polymères et du comportement thermique, ainsi que des compétences en matière de traitement des moules.
2. Implication de l'ensemble du processus : le service DFM de JS Precision couvre toute la chaîne, depuis l'analyse des propriétés du flux de matériaux jusqu'à l'estimation de l'efficacité du refroidissement du moule, fournissant ainsi un support complet des données à toutes les étapes.

Figure 1 : Cavité de moulage par injection de précision avec plan CAO.

Quels sont les types de portes courants dans le moulage par injection et comment les sélectionner ?

La clé du moulage par injection de conception de porte réside dans la sélection du type de porte correct, en équilibrant la qualité des pièces, l'apparence et les coûts de fabrication. Chaque porte a ses scénarios d'application spécifiques et ses limites techniques.

Tableau de comparaison des types de portes communes

Conseils et suggestions de sélection en ingénierie

1. Ajustement du matériau : Pour conserver les propriétés mécaniques en cas de rupture des fibres lors de l'utilisation de fibres de verre, des forces de cisaillement élevées doivent être évitées en minimisant l'utilisation de points d'insertion. Pour cette raison, les portails ponctuels ne conviennent pas aux matériaux renforcés de fibres de verre.
2. Prise en charge de la simulation : En fonction des résultats de la simulation de flux, l'ingénieur de JS Precision donnera des suggestions sur le meilleur type, emplacement et taille de porte. Un service d'outillage de moules personnalisé est censé offrir la sélection des portes comme compétence de base pour obtenir un succès de premier ordre dans les essais de moules.

Figure 2 : Illustration de différents types de portes de moulage par injection.

Comment concevoir un système de canalisations pour un remplissage équilibré et une perte de pression minimale ?

La conception du système de canaux doit garantir que la matière fondue remplit toutes les cavités simultanément,à la même vitesse et sous la même pression. Atteindre un équilibre naturel ou un équilibre de pression dans le système de canaux grâce au calcul est sa principale caractéristique.

Sélection de la forme du coureur

• Couloir circulaire : il présente le plus petit rapport surface/volume , ce qui entraîne une perte de pression plus faible, mais il nécessite un usinage sur les deux surfaces de séparation, ce qui implique plus de temps et d'argent.
• Une glissière trapézoïdale : Elle est souvent usinée sur une seule surface de joint, elle réduit donc le prix et est beaucoup utilisée. L'efficacité est d'environ 0,85 fois celle du coureur circulaire.

Détermination de la taille des coureurs

Si le diamètre du canal est trop petit, la perte de pression est énorme et il est difficile à remplir. S'il est trop grand, cela entraînera un temps de refroidissement plus long et des coûts de recyclage des matériaux plus élevés. En général, le diamètre du canal D peut être calculé grossièrement à l'aide de la formule : D=0,2×√A, où A = l'épaisseur de paroi (mm) la longueur du flux.

Les spécifications de notre entreprise recommandent que le diamètre du canal principal pour une fluidité modérée de l'ABS soit compris entre φ6 et φ10 mm. La conception du système de canaux doit être si précise et détaillée qu'une combinaison de la viscosité du matériau et de la vitesse à laquelle un moule peut refroidir soit complètement prise en compte.

Équilibrage des coureurs basé sur la pression et la nature

• Équilibrage des coureurs basé sur la nature : Des chemins de coureurs égaux pour chaque cavité peuvent être obtenus grâce à une disposition symétrique des coureurs qui permettra un équilibrage naturel et c'est la façon préférée de le faire car il n'est pas nécessaire de calculer quoi que ce soit d'autre.
• Équilibrage des canaux basé sur la pression : Si la disposition des cavités est entravée en raison des limites de taille du moule, la chute de pression est maintenue en ajustant le diamètre des branches des canaux afin que le remplissage reste égal. La capacité d'équilibrage des canaux de notre service de conception de moules DFM détermine la qualité des pièces produites par un moule multi-empreintes.

Moule à canaux froids ou à canaux chauds : lequel choisir en fonction du coût et des performances ?

La sélection du moule à canaux froids ou à canaux chauds doit être basée sur une analyse financière quantitative du volume de production annuel, du coût des matériaux et du cycle de moulage par injection des pièces, plutôt que de se fier à l'intuition.

Principales caractéristiques du système de canaux froids :

Le canal principal ainsi que les canaux secondaires, qui sont des systèmes à canaux froids, sont éjectés sous forme de chutes des pièces et d'eux. Les avantages incluent une conception de moule simple, un faible investissement en capital et un changement de couleur rapide. Le gaspillage de matériaux constitue ici un inconvénient majeur. Si le plastique est recyclé, cela pourrait avoir de graves conséquences sur le produit. L'autre inconvénient est que le refroidissement est plus long.

Principales propriétés des systèmes à canaux chauds :

Les canaux chauds sont maintenus chauds à l'intérieur des canaux via des collecteurs et des buses chauffés des systèmes à canaux chauds. Les avantages de ces systèmes sont qu'aucun rebut de canal n'est généré, les cycles de moulage sont beaucoup plus courts et il y a peu de perte de pression. Les inconvénients de ces systèmes impliquent une moisissure plus élevée (1,5 à 3 de plus) que les systèmes à canaux froids, une maintenance sophistiquée et une possibilité de décomposition des matériaux.

Matrice de décision : analyse du TCO basée sur le volume annuel

Lorsqu'il s'agit de commandes de petits volumes avec une production annuelle inférieure à 10 000 unités, les moules à canaux froids sont généralement l'option la plus rentable.

Mais les travaux à grand volume avec une production annuelle de plus de 100 000 unités peuvent bénéficier des systèmes à canaux chauds, car les économies de matériaux et les temps de cycle raccourcis peuvent finalement compenser les coûts élevés.

JS Precision est en mesure de fournir des rapports d'analyse du TCO à ses clients pour les aider à décider si l'outillage de moulage par injection vaut l'investissement. La durée de vie du moule et les dépenses de maintenance sont deux des principaux facteurs à prendre en compte lors du choix entre un moule à canaux froids et un moule à canaux chauds.

Contactez notre ingénieur pour un calcul gratuit du TCO pour votre projet et obtenez un rapport de comparaison des moules à canaux froids et à canaux chauds.

Figure 3 : Moules empilés à canaux froids et chauds.

Comment la conception des portes et des glissières affecte-t-elle directement la qualité des pièces moulées par injection ?

Les défauts du moulage par injection sont causés par une mauvaise conception du système de porte et de glissière dans le moule. Près de 70 % des défauts d'injection les plus courants - tirs courts, marques d'enfoncement, lignes de soudure et éclairs - se produiront si les portes et les glissières ne sont pas conçues correctement.

Défauts courants et leurs causes

• Tir court : Coureur trop petit ou portail trop petit. La résistance à l'écoulement sera très élevée et la matière fondue ne remplira pas complètement la cavité. Une façon de résoudre ce problème consiste à agrandir la taille des coureurs/portes ou à augmenter le nombre de portes.
• Marques d'évier : Une porte trop petite ou mal positionnée entraîneraun manque de pression de maintien. Une solution consiste à agrandir la taille de la porte pour allonger le temps de gel de la porte et fournir un canal de pression de maintien plus longtemps.
• Lignes de soudure : Plusieurs portes ou pièces d'insertion sont les raisons pour lesquelles deux flux de matériaux ne font plus qu'un. La solution consiste à optimiser les positions des portes à l'aide de l'analyse du flux de moule afin que les lignes de soudure soient déplacées vers les pièces intérieures ou les zones sans contrainte et que les lignes de soudure de surface disparaissent.
• Flash : Une répartition inégale des canaux entraînera une pression locale plus élevée et, par conséquent, la ligne de séparation pourrait se briser. Le remède consiste à optimiser la conception des canaux et à réduire la pression d'injection.

Prise en charge des données :

Grâce à l'optimisation DFM de JS Precision, nous avons réduit la longueur de la ligne de soudure d'une pièce intérieure d'automobile de 25 mm à un peu moins de 5 mm en la déplaçant vers une pièce non extérieure, et nous avons réduit le taux de rebut de 8 % à 1,2 %. L'importance de Gate and Runner DFM réside dans la transformation des coûts d'essais-erreurs en puissance de l'ingénierie. Le bon service de conception de moules à injection éliminera la majorité des défauts grâce à une conception de moule bien planifiée.

Téléchargez vos dessins 3D pour obtenir un rapport gratuit de prédiction et d'optimisation des défauts du service DFM des portes et des canaux.

Figure 4 : Pièces en plastique rouge sur le système de glissière de moulage par injection.

Étude de cas JS Precision DFM : Optimisation de la porte et du canal de montage du moteur d'un drone PEEK à paroi mince

Le fabricant d'un drone a été confronté à une demande de fabrication d'un support moteur en PEEK avec une épaisseur de paroi d'à peine 0,6 mm. Les essais de moulage ont montré qu'des plans courts et des remplissages incomplets se produisaient encore et encore. De plus, le placement du portail n'était pas bon, ce qui entraînait des lignes de soudure visibles dans la zone des fenêtres, ce qui affaiblissait la structure.

Défis des clients et causes profondes

• Défi : L'exigence du client était que le support moteur PEEK ait une épaisseur de paroi de 0,6 mm. La conception préliminaire reposait sur une porte à un bord, ce qui provoquait une pression finale de remplissage aussi énorme que 120 MPa, soit plus de 30 % de plus que la valeur recommandée pour un tel matériau.
• Causes : L'emplacement de la porte n'était pas proche de la zone à paroi mince et la distance d'écoulement de la matière fondue était trop longue, ce qui entraînait une perte de pression. Une seule porte ne pouvait pas étaler le matériau pour couvrir de grandes zones de la région à paroi mince.

Solution de précision JS

• Analyse du flux du moule à valider : La validation du flux de moule de la conception originale du client a révélé des pressions d'extrémité de remplissage très élevées et a justifié la nécessité d'une modification de la conception.
• Planifier les options et décider : La première option, le schéma A, consistait à introduire une porte en éventail pouraugmenter la surface de la section transversale de remplissage. La deuxième option, le schéma B, consistait à passer à des canaux chauds + une porte ponctuelle et également à optimiser la libération de la cavité.
• Décisions techniques : L'exigence de résistance élevée et l'apparence de la pièce ont guidé le choix du schéma B. L'emplacement de la porte a été déplacé de la paroi latérale vers une surface cylindrique porteuse interne non structurelle, et un puits à limaces froides d'une profondeur égale à 1,5 fois le diamètre du canal a été ajouté à l'extrémité du canal. L'exécution réussie de ce service d'outillage de moule personnalisé a été possible grâce à la gestion précise des détails de l'outillage de moulage par injection.

Leçons apprises :

Peu de temps après l'introduction du nouveau système de moulage, l'équipe rencontrait régulièrement un problème : une seule porte ponctuelle se bouchait à chaque passage. L'analyse a montré que la cause première était le chauffage instable de la bobine de buse du canal chaud, qui à son tour provoquait une variation de température dans la région de la porte. La solution s'est avérée être de remplacer la carte de contrôle de température par une carte de plus haute précision, puis de ajuster avec précision le point de consigne de 370°C à 375±1°C, ce qui était suffisant pour éliminer complètement le problème de colmatage.