Conception de moulage par injection : 10 considérations critiques de conception de qualité

Michel Paloïan | 04 août 2019

Il existe des milliers de concepteurs qui conçoivent des pièces moulées par injection, mais il existe un groupe d'élite au sein de cette vaste communauté qui peut réellement concevoir des pièces pour les mouleurs à injection. La conception des produits moulés par injection évolue à travers de nombreuses phases de développement avant que toutes les pièces ne soient finalement documentées et livrées à un mouleur pour la production. Cette dernière étape du processus de développement est la plus critique, car les modifications ou corrections de conception ne peuvent plus être apportées sans augmenter considérablement les coûts ou retarder le projet. Même avec la simulation de flux de moule sophistiquée d'aujourd'hui, les contrôles d'interférence CAO 3D, le prototypage rapide et de nombreux autres outils de développement, il est impossible pour quiconque de prévoir chaque problème potentiel pour une pièce moulée par injection. Cependant, il existe une méthode très simple et peu coûteuse pour minimiser les problèmes potentiels et garantir pratiquement des pièces parfaites. C'est ce qu'on appelle un partenariat avec votre mouleur, qui est au centre de cet article.

Peu importe à quel point vous pensez savoir comment concevoir correctement des pièces pour le moulage par injection, vous devez toujours établir un partenariat étroit avec votre mouleur préféré le plus tôt possible dans le processus de conception. Chaque mouleur a ses propres préférences d'outillage et ses propres techniques de moulage de pièces, ce qui peut avoir un effet significatif sur la conception des pièces. Ces préférences subjectives peuvent influencer l'un des principaux paramètres de conception suivants affectant une pièce moulée par injection :

Il est souvent difficile pour les concepteurs/ingénieurs de développer cette relation au début du processus de conception, car la sélection d'un mouleur est souvent reportée jusqu'à ce que la conception soit terminée et publiée pour un devis formel par le service des achats. De plus, de nombreux mouleurs ne fourniront aucune contribution tant qu'ils ne seront pas assurés que le projet leur sera attribué. Cette impasse empêche les concepteurs de suivre ces recommandations, ce qui entraîne souvent des retards inacceptables ou des dépassements de coûts en raison de la complexité de l'outillage ou des longs temps de cycle. Ces politiques ne sont pas rentables à long terme, car elles réduisent considérablement l'efficacité du développement d'un produit. Cependant, il existe des solutions simples pour résoudre ce paradoxe.

La première solution généralement utilisée par les grandes entreprises consiste à générer une courte liste de fournisseurs préférés sur la base d'une analyse approfondie des experts au sein de leur personnel. Ce groupe limité de trois à quatre mouleurs et fabricants d'outils préférés est généralement accessible aux ingénieurs tout au long du développement en raison de leurs accords commerciaux mutuellement avantageux. Les petites entreprises peuvent sélectionner un ou deux mouleurs viables au début du processus en établissant une relation commerciale de bonne foi. Cet accord de poignée de main informel exige que les deux parties soient mutuellement honnêtes quant aux coûts estimés et aux conditions de faire des affaires entre elles. Bien qu'il n'y ait aucune garantie, une alliance pourrait être développée à mesure que les mouleurs et les concepteurs partagent leurs connaissances tout au long du processus de développement de la conception.

Il convient de noter que la conception d'une pièce moulée par injection de qualité nécessite qu'un concepteur connaisse tous les paramètres de conception fondamentaux associés au moulage par injection et soit hautement qualifié dans l'art. Le partenariat mouleur/concepteur n'est pas destiné à être un programme de stage, il est censé optimiser le transfert de la conception finale à la production avec peu ou pas de changements. Si elles sont terminées avec succès, les pièces de production finales sont généralement moulées de manière rentable avec précision selon les spécifications pour les raisons suivantes.

1. Options matérielles et conséquences

Les matériaux sont souvent spécifiés au début du processus de conception et doivent être mutuellement convenus par les deux parties. Parfois, les mouleurs peuvent acheter de grandes quantités de résines spécifiques à des rabais importants. Ces réductions peuvent être répercutées sur les clients. Par exemple, si un concepteur peut spécifier une qualité d'ABS qui correspond aux propriétés d'une qualité achetée en grande quantité par un mouleur, plusieurs dizaines de milliers de dollars peuvent être économisés. Un concepteur peut découvrir que certaines résines hautes performances ne conviennent pas parfaitement à un mouleur en raison de leur viscosité, de leur forte teneur en verre ou de leur cristallinité. Une résine peut être choisie pour des propriétés de résistance physique ou chimique spécifiques, mais peut être très difficile à mouler ou à maintenir des tolérances spécifiées. Les mouleurs doivent être en accord avec les résines spécifiées et les exigences générales des pièces, car ils seront tenus de mouler réellement les pièces.

2. Tolérances critiques

Bien que les concepteurs doivent toujours fournir des tolérances généreuses dans la mesure du possible, il y a souvent des tolérances serrées qui doivent être maintenues pour l'ajustement, la fonction ou l'apparence. Ces images illustrent les détails de conception d'un ensemble de pièces moulées par injection qui devaient respecter des tolérances raisonnables, mais ajustées, pour atteindre les exigences esthétiques et fonctionnelles. Le mouleur a été inclus dans les revues de conception pour apporter ses commentaires et son engagement à maintenir les spécifications.

L'un des plus grands défis pour tout concepteur confronté à la conception d'une pièce moulée par injection est de fournir suffisamment d'espace dans la conception pour la variation de tolérance. La variation de tolérance dépend de plusieurs variables, y compris les matériaux, le contrôle du processus et la conception de l'outil. Les plages de tolérance acceptables dans une conception varient considérablement d'un mouleur à l'autre. Il est impératif que les concepteurs discutent des spécifications de tolérance critiques raisonnables avec un mouleur et envisagent des options pour d'éventuelles révisions du moule, si nécessaire. Cela peut nécessiter que certaines caractéristiques de conception soient intentionnellement conçues avec un jeu supplémentaire, qui sera ensuite resserré en retirant l'acier du moule. Personne ne veut ajouter de l'acier à la soudure pour remédier aux problèmes d'interférence. Les mouleurs peuvent proposer un certain nombre de suggestions pour maintenir un contrôle strict des tolérances, y compris le post-usinage, les fixations et les emplacements des points d'injection.

3. Marques d'évier

Les concepteurs expérimentés sont toujours confrontés au défi d'éviter les retassures dans les pièces moulées par injection. Bien que l'épaisseur de paroi maximale recommandée à la base d'une nervure ou d'un bossage doive être inférieure à 60 % de celle de la paroi de face perpendiculaire, certains mouleurs préfèrent 50 % ou moins. Il convient de noter qu'il s'agit d'une ligne directrice et non d'une garantie que la pièce sera acceptable pour le département QC.

Éviter les retassures sur les surfaces esthétiques est toujours un défi lors du développement de la conception de pièces moulées par injection. Les mouleurs sont toujours réticents à garantir qu'une surface cosmétique sera dépourvue de toute marque d'évier si des nervures ou des bossages sont ajoutés sur le côté opposé. Le défi est aggravé lorsque les nervures et les bossages incluent le tirant d'eau. Ce détail de côtes est un excellent exemple pour illustrer ce point. Une collaboration étroite avec votre mouleur peut conduire à des solutions simples comme la réduction du tirage, la hauteur des nervures ou l'ajout d'autres fonctionnalités pour éliminer les éviers.

Les imperfections cosmétiques de la surface dépendent de l'emplacement de la porte, de la qualité de l'outil, de l'épaisseur nominale de la paroi, du matériau, des additifs, de la finition de la surface, de la couleur et de l'angle de vue. Les problèmes de production peuvent être évités en établissant clairement une qualité de surface acceptable avec le mouleur bien avant que l'une de ces décisions ne soit prise. Des mouleurs réputés fourniront des attentes honnêtes et des plans de sauvegarde bien avant le début de la production. Les mouleurs peuvent suggérer d'éliminer toutes les caractéristiques à l'intérieur d'une pièce, tandis que d'autres peuvent suggérer des techniques de carottage spéciales.

4. Zones de sécurité en acier

Lorsque nous concevons des pièces moulées par injection, nous sommes souvent confrontés à des détails nécessitant des tolérances serrées, tels que des ajustements par encliquetage, des fonctions d'alignement ou des pièces imbriquées. Il est facile d'aligner et de faire correspondre parfaitement ces caractéristiques en CAO, mais il n'est pas si facile de les produire de manière répétée pendant la production. Les détails qui ne peuvent pas être reproduits en toute confiance par un mouleur sont souvent conçus "sans danger pour l'acier". Pour ceux qui ne connaissent pas le terme, acier sûr signifie que la caractéristique de conception est détaillée avec suffisamment de dégagement pour permettre à un fabricant d'outils d'usiner facilement l'acier dans le moule pour resserrer les dégagements après le moulage des essais initiaux. La plupart des mouleurs préfèrent ces mesures de précaution pour éviter de souder le matériau dans le moule, qui est ensuite usiné plus tard.

Le soudage compromet toujours la qualité de l'outillage, coûte cher et retarde le démarrage de la production. Une collaboration étroite avec un mouleur ou un fabricant d'outils au début du processus de conception minimisera les révisions de votre conception, ce qui vous permettra de vous mettre d'accord sur les dimensions critiques qui doivent être rendues sûres pour l'acier et sur la quantité de dégagement à inclure dans la conception. En règle générale, ces décisions coopératives et bien planifiées n'ajoutent que peu ou rien au budget d'outillage et ont un effet minimal sur le lancement de la production. À l'inverse, certains mouleurs veulent des pièces conçues exactement comme prévu et ne veulent pas de dégagement supplémentaire. C'est pourquoi une communication étroite avec votre mouleur sélectionné est importante.

5. Emplacement de la porte

L'emplacement de la porte devrait idéalement être spécifié par un concepteur, un mouleur et un fabricant d'outils. L'emplacement de la porte est essentiel pour pratiquement tous les attributs d'une pièce moulée par injection. Il affecte l'apparence, le gauchissement, les tolérances, la finition de surface, l'épaisseur de paroi, les contraintes de moulage et les propriétés physiques, pour n'en nommer que quelques-uns.

Certains concepteurs utilisent des simulations d'écoulement de moule pour dicter la conception et l'emplacement de la porte. Je pense que c'est très bien si le mouleur est d'accord avec ses recommandations. Je ne suis pas d'accord avec les concepteurs qui insistent sur le fait que leurs recommandations de porte doivent être maintenues sans compromis. Dans les deux cas, une collaboration étroite avec un mouleur tout au long du cycle de conception garantira que la porte n'affectera pas les performances, l'apparence ou l'ajustement de la pièce. Les mouleurs sont également disposés à conseiller les concepteurs sur le type de porte et les fonctionnalités qui peuvent devoir être ajoutées à la géométrie de la pièce en fonction de la conception de la porte. Les mouleurs proposeront également des compromis entre différents types de portes, y compris les portes de ventilateur, les portes de bord ou les portes de carotte.

Lisez la deuxième partie de cet article ici.

A propos de l'auteur

Michael Paloian est président d'Integrated Design Systems Inc. (IDS), situé à Oyster Bay, New York. Il est titulaire d'un diplôme de premier cycle en ingénierie des plastiques de l'UMass Lowell et d'une maîtrise en design industriel de la Rhode Island School of Design. Paloian possède une connaissance approfondie de la conception de pièces dans de nombreux processus et matériaux, y compris les plastiques, les métaux et les composites. Paloian détient plus de 40 brevets, a été président de SPE RMD et PD3. Il intervient fréquemment lors de conférences SPE, SPI, ARM, MD&M et IDSA. Il a également écrit des centaines d'articles liés au design pour de nombreuses publications.

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