Nombre Parcourir:666 auteur:GoodTech - Mark Li publier Temps: 2025-12-30 origine:Propulsé
Dans le moulage par injection de haute précision, les composants filetés présentent un défi technique unique : leur géométrie hélicoïdale crée un verrouillage mécanique qui rend impossible l'éjection linéaire standard. Tenter de simplement « tirer » ces pièces entraîne une rupture catastrophique par cisaillement et des filetages dénudés, obligeant les fabricants B2B à choisir entre des systèmes de dévissage automatisés complexes, des noyaux pliables ou des insertions manuelles pour protéger l'intégrité des pièces et maintenir l'évolutivité de la production.
Cet article fournit une description technique complète des moules de dévissage, couvrant la mécanique des systèmes d'entraînement hydrauliques et à crémaillère, la conception des pas de filetage moulables et une comparaison financière entre le filetage dans le moule et le post-usinage. Nous approfondissons les spécifications critiques de l'industrie, telles que l'exigence de noyaux en acier H-13 traités thermiquement à 52 Rockwell C et le seuil de rentabilité économique de 40 000 unités, pour vous aider à optimiser les temps de cycle et à minimiser le coût total de possession de votre prochain projet d'outillage.
Les pièces filetées ne peuvent pas être « tirées » comme les contre-dépouilles standard car leur géométrie hélicoïdale les verrouille sur le noyau. Toute tentative d'éjection linéaire sans rotation provoque une rupture catastrophique par cisaillement, dénudant les filetages et déformant la pièce en plastique avant qu'elle ne puisse dégager la géométrie du moule.
La difficulté fondamentale du démoulage de composants filetés réside dans leur conception structurelle. Contrairement aux simples nervures ou bossages, la géométrie du filetage crée une série de contre-dépouilles imbriquées qui s'enroulent à 360 degrés autour de la broche centrale, créant une liaison mécanique qui résiste au mouvement axial. Lorsqu'un moule s'ouvre, toute force linéaire appliquée aux profils de filetage triangulaires ou continus, tels que les filetages internes M20 ou externes M44, entraîne une compression du matériau contre le noyau en acier plutôt qu'un démoulage propre.
Cette « profondeur de contre-dépouille » nécessite que la pièce moulée se déplace le long du pas d'hélice spécifique du filetage pour maintenir son intégrité structurelle. Si un technicien tente une éjection linéaire forcée, il risque de « démonter » la pièce. Dans ce scénario, le plastique fraîchement moulé, qui est encore en train d'atteindre sa dureté Shore finale, est cisaillé par le matériau de base en acier inoxydable H-13 ou 440, beaucoup plus dur, ce qui entraîne une pièce en ruine et une potentielle accumulation de plastique sur la surface du moule.
Pour obtenir un démoulage sans dommage, le système de moulage par injection doit faciliter une stratégie de sortie hautement contrôlée. Cela nécessite généralement le dévissage de moules qui utilisent des moyens à vis à vérin. Ces systèmes mécaniques sont filetés et dosés pour synchroniser précisément le mouvement de la plaque de dévêtissage avec la vitesse de rotation du noyau, garantissant ainsi que la pièce est « promenée » hors de l'acier sans contrainte latérale.
Les matériaux de base doivent être traités thermiquement jusqu'à une dureté Rockwell C de 52, souvent avec une nitruration de 0,005 à 0,007 pouce pour résister à l'usure due aux cycles de dévissage répétés.
Les plastiques rigides comme l'ABS ou les résines chargées de verre sont très susceptibles de se déformer s'ils ne sont pas dévissés avec précision.
Les marges de sécurité pour l'extraction du noyau nécessitent généralement une course de curseur supplémentaire de 1 à 5 mm par rapport à la profondeur de contre-dépouille pour le dégagement.
Les systèmes d'entraînement pour ces mouvements vont des vérins hydrauliques pour les fils épais aux moteurs électriques pour les vitesses fines et programmables.
Bien que des alternatives telles que les noyaux pliables existent pour des diamètres plus petits (généralement 7 à 10 mm de diamètre intérieur), elles sont souvent limitées par la complexité et les exigences de maintenance. Pour les applications de haute précision, la synchronisation de la rotation mécanique et de la translation axiale reste la norme industrielle pour prévenir la fatigue des matériaux et garantir la cohérence des pièces sur des milliers de cycles.
Les moteurs hydrauliques constituent un choix robuste pour le dévissage des moules, utilisant des cylindres haute pression et des circuits doubles pour fournir le couple nécessaire à une rotation de filetage intensive. Ces systèmes, comportant souvent des cylindres de 3 000 PSI et des noyaux en acier trempé H-13, excellent dans la production en grand volume où les cames mécaniques manquent de puissance.
L'intégrité opérationnelle d'un système de dévissage hydraulique repose sur la coordination sophistiquée de la puissance fluidique et de la rotation mécanique. Contrairement aux systèmes mécaniques plus simples, ces configurations utilisent des circuits hydrauliques doubles pour maintenir un contrôle indépendant sur la rotation du noyau et la séquence d'éjection, garantissant ainsi que les filetages sont complètement désengagés avant que la pièce ne soit déplacée.
Utilisation de deux circuits hydrauliques pour un fonctionnement indépendant des systèmes de rotation et d'éjection du noyau.
Intégration du système via des collecteurs rotatifs pour transférer le fluide vers les noyaux en rotation sans endommager les filetages.
Marquage de sécurité obligatoire des ports de rotation « entrée » et « sortie » sur le moteur pour un séquencement correct.
Nécessité de commutateurs de proximité pour contrôler les limites de rotation et assurer un positionnement précis du noyau.
Pour garantir la sécurité de l'opérateur et la longévité du système, les normes industrielles exigent que la séquence du mécanisme du moule soit clairement estampillée du côté de l'opérateur. De plus, l'utilisation de boîtiers de bagues remplaçables sur les noyaux de dévissage permet une maintenance plus facile dans les environnements à forte usure.
La conception de moules d’injection à couple élevé nécessite le strict respect de la dureté des matériaux et des pressions nominales pour résister aux contraintes répétitives du cycle industriel. Les professionnels spécifient généralement des composants de qualité industrielle capables de fournir une force constante sans dégradation thermique ni fatigue structurelle.
Préférence pour les cylindres de qualité industrielle de 3 000 PSI, tels que les équivalents Parker ou Miller, pour une livraison à couple élevé.
Matériaux de base spécifiés comme acier inoxydable H-13 ou 440, traités thermiquement jusqu'à une dureté Rockwell C de 52.
Traitements au nitrure en option pour l'acier H-13 à des profondeurs de 0,005 à 0,007 pouces par côté pour améliorer la résistance à l'usure.
Intégration avec des systèmes d'éjection à haute force délivrant jusqu'à 42,7 kN de force avec des courses allant de 80 mm à 150 mm.
Bien que des alternatives servocommandées soient disponibles, les systèmes hydrauliques restent la norme pour les cycles lourds en raison de leur densité de couple supérieure. Cela est particulièrement évident dans les configurations de machines compactes, telles que celles utilisant un montage à cercle primitif de 170 mm, où la force hydraulique fournit la puissance nécessaire dans un encombrement spatial limité.
Un système à crémaillère et pignon convertit le mouvement linéaire d'un vérin hydraulique en mouvement de rotation pour dévisser les noyaux filetés. Ce mécanisme utilise une crémaillère entraînée par engrenages pour rétracter les noyaux dans la boîte d'éjection, nécessitant un espacement précis des cavités (jusqu'à 3 pouces) et des coupleurs d'alignement pour éviter le grippage lors d'une production à grand volume.
Le fonctionnement fondamental d’un moule de dévissage repose sur la conversion transparente de la force. Dans une configuration à crémaillère et pignon, le processus commence par un vérin hydraulique (généralement un par face de moule) qui fournit la force motrice linéaire nécessaire pour déplacer la crémaillère. Lorsque la crémaillère avance ou recule, elle engage une série d'engrenages spécialement conçus pour traduire ce mouvement en ligne droite en mouvement circulaire nécessaire au dévissage du filetage.
La crémaillère engage trois jeux d'engrenages pour faire tourner et rétracter simultanément le noyau fileté dans la boîte d'éjection.
L'intégration d'un coupleur d'alignement sur le vérin hydraulique est essentielle pour empêcher l'armement de la crémaillère et le grippage mécanique sous des forces de serrage importantes.
Le dévissage automatisé du noyau est facilité par la mise en place de 8 curseurs au sein du mécanisme d'engrenage à crémaillère.
Cette précision mécanique garantit que la rotation correspond parfaitement au pas du filetage. En automatisant ce mouvement, les fabricants peuvent prendre en charge la production en grand volume de capsules et de fermetures de bouteilles complexes qui seraient autrement impossibles à éjecter à l'aide des méthodes de décapage linéaire standard.
L'ingénierie d'un système à crémaillère et pignon nécessite le strict respect des contraintes d'espace et de sécurité pour maintenir la longévité de l'outil et la protection de l'opérateur. Étant donné que le carter d'engrenage occupe une place importante dans la base du moule, les ingénieurs doivent calculer l'espacement des cavités en fonction de la plus grande distance requise pour le jeu mécanique.
Les exigences standardisées en matière d'espacement des cavités vont généralement de 1,206 à 3,000 pouces, en fonction du diamètre de l'engrenage.
Des boîtes fixes et des verrouillages de sécurité obligatoires doivent être installés au-dessus des zones de rack pour protéger le personnel des pièces mobiles.
Des dentelures profondes sont utilisées le long de la ligne de joint pour fournir suffisamment de friction pour empêcher la pièce en plastique de tourner pendant la rétraction du noyau.
Les composants sont conçus pour être compatibles avec les cadres ISO 9001 et ISO 13485, garantissant ainsi la traçabilité des pièces de qualité médicale et automobile.
De plus, l'utilisation de broches et de bagues de guidage garantit le maintien du demi-alignement tout au long du cycle. Bien qu'il existe de nouvelles alternatives servocommandées, la crémaillère et le pignon hydrauliques restent la norme de l'industrie pour sa fiabilité et sa capacité à fournir un couple élevé dans l'environnement exigeant d'une presse de moulage par injection.
Les noyaux pliables utilisent un manchon segmenté et une broche d'actionnement interne pour s'effondrer vers l'intérieur, libérant ainsi les filetages internes ou les contre-dépouilles sans rotation. Ce « tour de magie » permet des temps de cycle plus rapides, des bases de moule simplifiées et des composants sans bavures pour des bouchons allant de 7 mm à plus de 105 mm de diamètre.
| Type de composant | Spécification matérielle | Dureté (HRC) |
|---|---|---|
| Réduire les segments | Acier 1.2363 ou A-2 | 55-57 HRC |
| Goupille d'actionneur central | 1.2379 Acier | 59-61 HRC |
| Manchon à effondrement positif | 52100 Acier | 54-57 HRC |
La transition du dévissage rotatif traditionnel à l’effondrement mécanique représente un progrès significatif dans l’efficacité du moulage par injection. Plutôt que de compter sur des trains d'engrenages, des crémaillères ou des moteurs hydrauliques complexes pour « dévisser » une pièce du moule, la technologie de noyau pliable utilise un manchon segmenté dont le diamètre rétrécit physiquement. Cela permet une éjection « en traction droite », ce qui élimine efficacement la phase de rotation fastidieuse qui dicte souvent le temps de cycle total d'une pièce filetée.
L'effondrement mécanique via des manchons segmentés remplace les ensembles de dévissage hydrauliques nécessitant beaucoup d'entretien.
La technologie prend en charge jusqu'à 70 % de couverture de filetage complet ou de contre-dépouille, à condition que la géométrie soit interrompue à trois endroits spécifiques.
Les MiniCores offrent des capacités spécialisées pour les profils plus petits, gérant des diamètres extérieurs aussi petits que 0,645" (16,38 mm).
L'éjection est facilitée par des découpes ou des servos de machine, permettant une éjection de pièce plus chaude et un blanchiment sous contrainte réduit.
Le succès des noyaux pliables est dicté par la précision de l’intégration du moule. Parce que les segments doivent se déplacer vers l’intérieur et vers l’extérieur avec une parfaite répétabilité, les tolérances d’assemblage sont exceptionnellement serrées. Par exemple, le jeu total du diamètre au niveau de la bague de dévêtissage doit être maintenu entre 0,0010" et 0,0015" à température ambiante pour empêcher les bavures de pénétrer dans le mécanisme.
La gamme de tailles standard couvre 7 mm à 61 mm sur 24 tailles, avec des noyaux personnalisés atteignant jusqu'à 320 mm pour les fermetures de grand diamètre.
La projection de la broche centrale doit être réglée entre 0,015" et 0,075" au-dessus de la face du noyau pour garantir un séquencement mécanique approprié.
Un diamètre interne (DI) minimum de 0,910" est requis pour maintenir l'intégrité structurelle du support en acier.
Le meulage d'assemblage nécessite une tolérance de 1,938" ±0,005", commençant généralement à partir d'un meulage grossier surdimensionné de 0,008".
Au-delà des avantages initiaux en matière de production, ces noyaux offrent des avantages substantiels en matière de maintenance. La conception « quick-lock » permet le remplacement des composants sans démontage complet de la base du moule. De plus, en retirant les composants hydrauliques du côté B du moule, le risque de fuite d'huile, une cause fréquente de contamination des pièces dans les environnements de salle blanche, est pratiquement éliminé.
Une moulabilité réussie des filetages nécessite l'utilisation du pas le plus grossier possible et de profils préférés comme Buttress ou Whitworth. Cela réduit les contraintes de cisaillement, empêche le dénudage et minimise le nombre de rotations requises pour le mécanisme de dévissage, réduisant ainsi directement les temps de cycle et l'usure des outils.
Pour les moules de dévissage, le pas de filetage est principalement déterminé par la nécessité de réduire les contraintes de cisaillement dans le plastique et de permettre un démoulage robuste et reproductible. Plusieurs guides de conception soulignent que les filetages en plastique moulé doivent être grossiers plutôt que fins, car les pas fins concentrent les contraintes sur les flancs de filetage peu profonds et sont plus susceptibles de se dénuder sous des charges de couple et d'arrachement.
La condition fondamentale pour un filetage moulé réussi réside dans sa capacité à résister aux charges mécaniques tout en facilitant un retrait en douceur du noyau de l'outil. L'ingénierie de la géométrie nécessite de s'écarter de la logique standard des fixations métalliques, en donnant la priorité aux spécifications suivantes :
Donnez la priorité au pas le plus grossier possible pour réduire la contrainte de cisaillement et améliorer l'écoulement de la résine dans les pics du filetage.
Privilégiez les profils Buttress et British Whitworth par rapport aux filetages en V standard à 60° pour tirer parti des racines et des crêtes arrondies qui réduisent les concentrations de contraintes.
Implémentez une limite inférieure pratique pour les filetages de machine moulés à #6-32 (filetage à 60 %), comme recommandé par les normes SPI.
Sélectionnez des matériaux hautes performances comme l'ABS, le POM (Delrin) ou le nylon pour garantir que les filetages internes peuvent résister aux charges de couple et d'arrachement.
Du point de vue de l'ingénierie des moules, les pas grossiers réduisent le nombre de tours requis pour les actions de dévissage, diminuent le risque de grippage ou de collage entre le plastique et le noyau et offrent des rayons de racine et de crête plus généreux. Ces choix de profil et de pas interagissent directement avec la conception du mécanisme de dévissage, permettant une meilleure tolérance au retrait thermique et aux désalignements mineurs des outils.
Diamètre minimum du filetage interne : Maintenir au moins 0,3 po (7,6 mm) pour éviter de se dénuder pendant le cycle de dévissage.
Longueur d'engagement maximale : limitez la longueur du filetage interne à environ 0,050 po (1,27 mm) pour contrôler le temps de cycle et réduire la friction.
Alignement du pas au mécanisme : utilisez des pas grossiers pour minimiser le nombre total de rotations requises par les unités de dévissage hydrauliques ou mécaniques.
Tolérance au retrait : assurez-vous que les profils permettent des rayons généreux pour s'adapter au retrait thermique et à l'usure mineure des outils dans les noyaux pliables complexes.
Dans la pratique, de nombreuses normes de moules d'entreprise et les directives SPI utilisent ces limites prudentes pour garantir la fiabilité des systèmes de dévissage et le contrôle des temps de cycle. En adhérant à un minimum de #6-32 (filetage à 60 %) et en garantissant un diamètre intérieur minimum de 0,3 pouce, les ingénieurs peuvent améliorer considérablement la durée de vie en fatigue des noyaux de dévissage et la qualité globale de la pièce moulée.
La « pénalité de dévissage » fait référence à la surcharge de temps de cycle supplémentaire de 10 à 20 % ajoutée à la phase de démoulage (td). Alors que les moules standard effectuent un cycle de 2 à 10 secondes, les outils de dévissage nécessitent plus de temps pour la rotation mécanique, à moins que des technologies d'ouverture simultanée des moules, comme celles de Siegfried Hofmann GmbH, ne soient utilisées.
Dans l'équation fondamentale du moulage par injection t = td + ti + tc, la « pénalité de dévissage » se manifeste presque exclusivement dans le temps intermédiaire (td). Alors qu'un moule standard à traction droite peut atteindre un td de 2 à 5 secondes, l'introduction de mécanismes de rotation modifie fondamentalement cette ligne de base. Cette phase englobe tous les mouvements du moule, les rotations du noyau et les engagements de l'entraînement auxiliaire nécessaires pour dégager la pièce de l'outil.
Le dévissage mécanique, les glissières et les noyaux rotatifs sont spécifiquement signalés comme des fonctionnalités à fort impact qui prolongent le délai de démoulage.
Le dévissage traditionnel crée des « temps morts » qui représentent souvent 15 à 20 % du cycle total dans les composants de haute précision.
Le temps auxiliaire pour les pinces standard de 80 à 200 t commence à 4 à 8 secondes mais augmente considérablement en fonction de la complexité mécanique.
Cette surcharge est une réalité structurelle de la conception des moules ; à moins que l'action de rotation ne soit découplée de la séquence ou ne se chevauche avec d'autres mouvements, la machine reste inactive pendant la course de dévissage, plafonnant ainsi le maximum de pièces par heure possible, quelle que soit la vitesse de refroidissement du polymère.
L'élimination de la pénalité de dévissage nécessite une approche à deux voies axée sur la synchronisation des mouvements et une gestion thermique agressive. En superposant les actions mécaniques, les fabricants peuvent récupérer les secondes « perdues » qui se produisent généralement entre la fin de la phase de refroidissement et l’éjection finale de la pièce.
Les systèmes avancés de Siegfried Hofmann GmbH atteignent un « temps auxiliaire nul » en imbriquant la rotation de dévissage dans la course d'ouverture du moule.
Les entraînements mécaniques simultanés peuvent réduire les temps de cycle totaux d'environ 15 % par rapport aux méthodes d'extraction séquentielles.
Le refroidissement du noyau proche du contour est utilisé pour cibler les noyaux filetés, qui agissent comme des dissipateurs de chaleur et prolongent souvent le tc (temps de refroidissement) entre 10 et 120 secondes.
Les noyaux nitrurés au plasma et revêtus de DLC offrent la résistance à l'usure nécessaire pour maintenir des cycles à grande vitesse sous la contrainte thermique du traitement PAEK ou PEEK.
En fin de compte, si le temps de refroidissement (tc) reste le facteur dominant dans le cycle de moulage, la pénalité de dévissage est le principal domaine d'optimisation dans la production de pièces filetées. La mise en œuvre de revêtements hautes performances et d'un mouvement simultané n'accélère pas seulement le cycle ; il améliore la stabilité dimensionnelle en assurant un environnement de démoulage constant et doux pour les fils médicaux ou techniques fins.
Le dénudage du fil se produit lorsque les forces d'éjection dépassent l'élasticité du matériau, souvent en raison d'un pas inapproprié ou d'un frottement excessif. La prévention nécessite d'aligner les angles des barres de came avec le pas du filetage, d'utiliser des profils peu profonds pour les plastiques rigides et de maintenir un diamètre intérieur minimum de 7 à 10 mm pour les solutions alternatives à noyau pliable.
La relation physique entre la géométrie du filetage et les dommages causés par le démoulage est principalement définie par les forces d'engagement nécessaires pour dégager le moule. Les profils de filetage profonds et à pas élevé génèrent une résistance importante lors de l'éjection, ce qui peut entraîner une défaillance structurelle si le plastique n'a pas atteint une résistance maximale suffisante.
Les filetages peu profonds à faible pas réduisent considérablement le risque de dénudage en réduisant les forces d'engagement par rapport aux profils agressifs.
Des angles de barre de came incompatibles dans les conceptions de plaques de dévêtissage provoquent des contraintes de cisaillement excessives ; l'angle de la came doit correspondre exactement au pas du filetage.
Les plastiques rigides à faible flexibilité sont plus sujets aux dommages lors du démoulage car ils ne peuvent pas se déformer temporairement pour s'adapter aux contraintes d'éjection.
La sélection du matériel approprié est essentielle pour protéger l’intégrité des filetages, en particulier lorsqu’il s’agit de géométries complexes ou de production en grand volume. Les normes d'ingénierie suggèrent que le choix du mécanisme de dévissage doit être dicté par le couple requis et les dimensions physiques du composant.
Les mécanismes de dévissage internes utilisant des crémaillères et des pignons sont préférés pour les applications à couple modéré.
Les motoréducteurs servocommandés offrent la gestion de couple la plus précise pour les filetages profonds, bien qu'ils nécessitent des systèmes de contrôle complexes.
La mise en œuvre d'un seuil minimum de 7 à 10 mm de diamètre intérieur pour les noyaux pliables garantit le fonctionnement du mécanisme sans compromettre la résistance de la paroi du filetage.
Les types de dévissage de noyau alternatifs aident à éviter les dommages en éliminant le besoin d'une action indépendante de la plaque de dévissage.
Les directives techniques du DME recommandent que les dispositifs de dévissage hydrauliques soient équipés de verrouillages de sécurité et de boîtiers en tôle pour maintenir l'alignement.
En fin de compte, même si diverses garanties mécaniques existent, la décision doit équilibrer la résistance à la traction du matériau et la force mécanique de la méthode d’éjection choisie. Pour les matériaux non flexibles nécessitant des joints étanches, les systèmes de dévissage dédiés restent la norme de l'industrie par rapport aux méthodes plus simples de dénudage ou de pliage.
Les inserts manuels sont des composants de base en vrac chargés à la main dans le moule et retirés manuellement de la pièce finie après éjection. Ils éliminent le besoin de systèmes de dévissage hydrauliques ou servocommandés coûteux, ce qui en fait le choix idéal pour la production à faible volume ou les prototypes où l'investissement en capital doit être minimisé.
La sélection de la stratégie de filetage appropriée nécessite un équilibre entre l'investissement initial en outillage et l'efficacité de la production à long terme. Les inserts manuels se positionnent fréquemment comme la solution d'entrée de gamme pour des projets qui ne justifient pas encore la complexité architecturale des systèmes automatisés.
Idéal pour les volumes annuels faibles à moyens où le coût élevé des équipements de dévissage automatisés (crémaillères, moteurs, engrenages) ne peut être amorti.
Solution principale pour les très petits diamètres internes (DI) inférieurs au seuil de 7 à 10 mm requis pour les noyaux pliables standard.
Simplifie l'architecture du moule en supprimant le besoin de composants rotatifs trempés et nitrurés et de boîtiers de bagues de précision.
Généralement utilisé pour les prototypes ou les phases de R&D afin de valider la géométrie des filetages avant d'investir dans des outils de production à grand volume.
Même si les inserts manuels réduisent considérablement le coût initial de construction du moule, ils introduisent des variables opérationnelles qui doivent être gérées au niveau de la production. Le passage de la rotation automatisée à la manutention manuelle impacte à la fois la conception physique de l'outil et les protocoles de sécurité requis pour l'opérateur.
Les opérations manuelles nécessitent que l'opérateur dévisse l'insert après l'éjection, ce qui augmente considérablement le temps de cycle par rapport aux cycles automatisés de 15 à 30 secondes.
Ne nécessite pas les angles de fermeture stricts de 3° à 5° généralement exigés pour les noyaux de dévissage rotatifs à grande vitesse afin d'éviter le grippage.
Réduit la maintenance des outils en éliminant le risque de pannes de synchronisation des engrenages ou de fuites du moteur hydraulique courantes dans les solutions pour usage intensif.
Exigence de sécurité : Les moules utilisant le tirage manuel du noyau doivent avoir la séquence du mécanisme et les étapes de manipulation manuelle clairement estampillées du côté de l'opérateur.
Les normes d'ingénierie pour les moules de dévissage à grand volume imposent souvent l'utilisation d'acier inoxydable H-13 ou 440 traité thermiquement à 52 HRC, souvent avec des profondeurs de nitruration de 0,005 à 0,007 pouces. En utilisant des inserts manuels, les ateliers peuvent souvent contourner ces traitements de matériaux coûteux et ces exigences de boîtier de précision, à condition que le volume reste suffisamment faible pour que l'augmentation du coût de la main d'œuvre ne dépasse pas les économies initiales.
Le dévissage des moules nécessite des investissements initiaux plus élevés, allant généralement de 3 000 $ à plus de 100 000 $, mais élimine les coûts secondaires. Bien que le post-usinage évite un outillage complexe, il ajoute 0,05 à 0,30 $ par pièce en main d'œuvre et en assemblage, faisant des filetages dans le moule le choix le plus économique pour les volumes de production dépassant 40 000 unités.
| Élément de coût | Standard/post-usiné | Dévissage du moule (In-Mold) |
|---|---|---|
| Coût initial de l'outillage | 3 000 $ – 15 000 $ | 15 000 $ – 100 000 $+ |
| Op. secondaire. Coût | 0,05 $ – 0,30 $ par pièce | 0,00 $ (intégré) |
| Traitement (100T) | 0,05 $ – 0,15 $ par pièce | À seulement 0,016 $ (multi-cavité) |
| Seuil de rentabilité économique | Faible volume (<10 000 unités) | Volume élevé (> 40 000 unités) |
L’investissement initial pour le moulage par injection est fortement dicté par la complexité de la géométrie de la pièce. Alors qu'un support de moule standard peut coûter entre 3 000 et 15 000 USD, l'intégration de systèmes de dévissage, de glissières ou de noyaux pliables pour gérer les caractéristiques filetées peut faire grimper les coûts totaux d'outillage jusqu'à 100 000 USD pour les environnements de production à grand volume.
Les coûts amortis du moule pour une série typique de 50 000 pièces se situent généralement entre 0,06 $ et 0,30 $ par unité.
La main d'œuvre d'ingénierie est un facteur constant, avec des tarifs moyens de 8 USD/heure pour l'analyse Moldflow, la programmation CNC et les contrôles de qualité rigoureux.
La sélection des matériaux a un impact sur la longévité ; l'utilisation d'aciers de qualité supérieure comme le 1.2344 ou le S136 garantit la durabilité contre les résines chargées de verre.
Les bases de moules standard comme le S50C sont tarifées en fonction du volume, généralement calculé à 2,8 USD par coefficient spécifique.
Le compromis financier entre outillage complexe et main-d’œuvre secondaire devient plus apparent pendant la phase de production. En utilisant une machine de 100 tonnes, les coûts standard de traitement d'une seule empreinte varient de 0,05 $ à 0,15 $ par pièce. Cependant, les moules de dévissage à haute efficacité dotés de plusieurs cavités peuvent réduire considérablement ce coût de traitement à environ 0,016 $ par unité en maximisant la production de pièces par heure.
Choisir d’éviter les mécanismes complexes dans le moule nécessite des opérations secondaires qui entraînent une pénalité financière persistante. Le post-usinage, la peinture (0,10 $ à 0,30 $/pièce) et l'assemblage manuel (0,05 $ à 0,20 $/pièce) s'accumulent rapidement. Même si ces étapes de finition ne représentent que 5 à 15 % du coût brut de la pièce, elles représentent souvent une part disproportionnée de 20 à 40 % des dépenses totales de main-d'œuvre, ce qui renforce la raison pour laquelle le filetage dans le moule est la stratégie privilégiée pour les échelles dépassant 40 000 unités.
GoodTech exploite l'usinage EDM et CNC de haute précision pour construire des mécanismes de dévissage complexes, notamment des systèmes d'engrenages hydrauliques, servomoteurs et mécaniques. En utilisant une ingénierie conforme aux normes de l'industrie en matière de résistance au couple et à la pression, ils fournissent des moules capables de produire plus de 15 millions de pièces par mois pour les applications médicales et automobiles.
La base des systèmes de moules mécaniques de GoodTech réside dans une sélection rigoureuse des matériaux et une analyse des contraintes. Pour les inserts à cavité filetée, l'équipe d'ingénierie utilise de l'acier faiblement allié à haute résistance P-5, qui présente une dureté à cœur de Rc 15-25 et une dureté de boîtier de Rc 59-67. Ce gradient spécifique est essentiel pour assurer une tenue à la fatigue à long terme lors des cycles d'injection à haute pression.
Les calculs des performances mécaniques sont déterminés par la physique spécifique de l'environnement de moulage. Cela inclut la détermination du couple de dévissage (UT) en analysant la pression résiduelle dans la cavité, généralement calculée comme la pression d'injection maximale divisée par 100 PSI, par rapport à la surface effective du noyau. Ces mesures précises garantissent que le système d'actionnement peut surmonter la friction du plastique de refroidissement sans endommager les profils de filetage.
Respect strict des limites de contrainte de conception de 38 000 PSI et des limites de contrainte de cisaillement maximale de 12 150 PSI pour maintenir une limite d'endurance de 50 % de résistance ultime sur les surfaces au sol.
Mise en œuvre d'un facteur de service 2,0 pour tous les engrenages internes afin d'éviter une usure prématurée lors d'une production en grand volume.
Mesures de contrôle de la déflexion garantissant que les inserts de cavité maintiennent un mouvement inférieur à 0,001" sous une charge maximale.
GoodTech exécute la fabrication de composants en acier trempé à l'aide de procédés Mirror EDM, en maintenant des écarts hautement contrôlés entre 0,08 mm et 0,25 mm. Ce niveau de précision est essentiel pour l'intégration de collecteurs rotatifs et de crémaillères complexes qui permettent de libérer des pièces filetées sans broches d'éjection traditionnelles.
Systèmes hydrauliques : Configurations à double circuit gérant à la fois la rotation et l'éjection des cylindres via des collecteurs rotatifs.
Actionnement servo : Systèmes de contrôle en boucle fermée équipés de capteurs de position et de vitesse pour un retour mécanique ultra-précis.
Systèmes à cames mécaniques : Ensembles d'engrenages à entraînement direct pour mouvements synchronisés dans les applications à grande vitesse.
Exigences d'espacement : Dispositions multi-cavités nécessitant un dégagement ≥ 1/8" au-delà du diamètre extérieur des butées et des canaux d'écoulement en plastique.
La capacité de production couvre une large gamme technique, pouvant accueillir des pièces de 0,2 g à 4 500 g. Chaque mécanisme est validé par une inspection basée sur CMM et géré selon les cadres de qualité ISO 13485, garantissant que les mouvements internes complexes répondent aux exigences de durabilité des chaînes d'approvisionnement médicales et automobiles.
La maîtrise des complexités du dévissage des moules est essentielle pour une fabrication de haute précision où les filetages internes doivent respecter des tolérances rigoureuses sans défaillance structurelle. Qu'il s'agisse d'utiliser la puissance brute des moteurs hydrauliques, la synchronisation mécanique des systèmes à crémaillère et pignon ou la vitesse innovante des noyaux pliables, le choix de la technologie dépend de l'équilibre entre le volume de production et les dépenses d'investissement initiales. En donnant la priorité aux pas de filetage grossiers et en utilisant des noyaux en acier inoxydable trempé H-13 ou 440, les ingénieurs peuvent atténuer efficacement les risques de dénudage des filetages et garantir la longévité des outils sur des millions de cycles.
En fin de compte, la décision d’investir dans des systèmes de dévissage automatisés plutôt que dans des inserts manuels ou dans le post-usinage est une question d’échelle économique. Bien que les coûts initiaux de mécanismes complexes puissent être importants, l'élimination de la « pénalité de dévissage » et des coûts de main-d'œuvre secondaires fait du filetage dans le moule la stratégie la plus viable pour les opérations à l'échelle industrielle. Alors que les exigences verticales du secteur médical et automobile continuent d'exiger des tolérances plus strictes et des composants sans bavure, l'intégration d'une rotation servocommandée avancée et d'un mouvement simultané restera la référence en matière d'efficacité et de cohérence des pièces dans l'industrie du moulage par injection.
Les moules de dévissage utilisent un noyau fileté rotatif entraîné par des moteurs hydrauliques ou des systèmes à crémaillère et pignon. Une fois le plastique solidifié, le mécanisme fait tourner le noyau, provoquant une translation axiale de la pièce hors du filetage avant l'éjection finale. Les noyaux sont généralement fabriqués en acier inoxydable H-13 ou 440 trempé à 52 HRC et souvent nitrurés à 0,005 à 0,007 pouces pour la résistance à l'usure.
Les moules à dévisser sont nettement plus chers, coûtant souvent 2 à 5 fois plus que les alternatives à insertion manuelle. Alors qu'un simple moule à insert pour faible volume peut coûter entre 1 500 et 8 000 $, un outil de dévissage de haute précision pour une seule cavité peut dépasser 50 000 $ en raison des mécanismes d'engrenages complexes et des exigences d'alignement.
Oui, les alternatives incluent l'utilisation de noyaux pliables pour les contre-dépouilles internes, d'inserts filetés chargés à la main qui sont retirés manuellement une fois la pièce éjectée, ou d'un dénudage « à libération forcée » pour les petits filetages flexibles. Les noyaux pliables sont efficaces pour des diamètres allant jusqu'à 6 mm-7 mm mais sont limités par l'espace physique requis pour le mécanisme de la broche centrale.
Dans la production moderne, l'action de dévissage est conçue pour se produire dans la fenêtre d'ouverture « intermédiaire » du moule de 2 à 5 secondes, ce qui signifie qu'elle n'ajoute souvent que peu ou pas de pénalité au temps de cycle global de 15 à 45 secondes. Les systèmes synchronisés qui se dévissent pendant l'ouverture du moule peuvent même réduire le temps de cycle total d'environ 15 %.
Les noyaux pliables du catalogue standard vont généralement de 13 mm à 105 mm de diamètre extérieur. Cependant, les noyaux DT spéciaux « inférieurs à 10 mm » permettent de mouler des filetages internes et des contre-dépouilles avec des diamètres intérieurs aussi petits que 7 mm, certains fabricants personnalisés atteignant environ 6 mm.
