Force de serrage en moulage sous pression : calcul et choix de la machine

Pourquoi le métal en fusion a tendance à ouvrir le moule fermé

Lors de l'injection et de l'augmentation de la pression, le métal en fusion agit sur les surfaces délimitant la cavité remplie et le système d'alimentation correspondant. La composante de force qui en résulte, orientée dans le sens de l'ouverture du moule, tend à séparer les deux moitiés du moule.

Le dispositif de verrouillage doit contrebalancer cette force de séparation ou d’ouverture. Si la force disponible est insuffisante au regard des conditions réelles de moulage, les surfaces de joint peuvent s’ouvrir localement, ce qui peut entraîner l’apparition de bavures ou d’autres problèmes de qualité.

La force de serrage nominale de la machine n’est pas la même chose que la pression d’injection. Ces deux valeurs décrivent des grandeurs physiques différentes. De même, une machine présentant une force de serrage nominale élevée peut tout de même s’avérer inadaptée en raison de la géométrie des plateaux, de l’espacement des tirants, de la capacité d’injection ou de la hauteur du moule.

Qu'est-ce qui fait partie de la surface projetée ?

La surface projetée correspond à la surface pertinente du système de moulage rempli, telle qu’elle est vue dans le sens de l’ouverture, et non à la surface externe totale d’une pièce tridimensionnelle. Pour l’outillage sélectionné, il convient de prendre en compte, outre la pièce moulée elle-même, les entrées, les canaux de coulée et les éléments de débordement ayant une incidence sur la pression.

La littérature technique décrit également d’autres zones de pression dans le système de moulage, qui dépendent de la machine et du procédé. Par conséquent, la surface effective exacte doit être déterminée à partir de l’outillage et de la configuration d’injection, plutôt que d’être estimée à partir d’une photographie ou du poids de la pièce.

Deux pièces moulées de masses différentes peuvent nécessiter des forces de fermeture similaires lorsque leurs surfaces projetées effectives et leurs pressions de moulage sont comparables. À l’inverse, une pièce relativement légère mais plate et large peut présenter une surface projetée importante.

Un exemple clair de calcul de la force de serrage

Pour garantir la cohérence des unités, une estimation simplifiée de la force d'ouverture est donnée par : _Fouverture [kN] =_Aprojetée [cm²] ×_pmétal [bar] / 100. La conversion dimensionnelle résulte du fait qu'une pression de 1 bar exercée sur une surface de 1 cm² correspond à 10 N.

Considérons une surface projetée effective hypothétique de 800 cm² et une pression effective du métal supposée de 600 bars. La force d’ouverture estimée qui en résulte est de 800 × 600 / 100 = 4 800 kN. Si, à titre purement illustratif, on choisissait un coefficient de sécurité de 1,25, la valeur de comparaison serait de 6 000 kN.

La marge de sécurité utilisée dans cet exemple ne constitue ni un coefficient de sécurité universel ni une capacité nominale de la presse approuvée par le fabricant. La conception réelle doit tenir compte de la construction du moule, de la disposition des noyaux, de l’historique réel des pressions, de l’unité d’injection, des spécifications de la presse et des règles d’ingénierie applicables.

Pourquoi la valeur de pression doit être choisie avec soin

Le moulage par injection comporte différentes phases de vitesse et de pression. La valeur indiquée par un actionneur hydraulique ne peut pas être directement substituée à la pression effective du métal dans le moule sans comprendre le système d’injection, le mécanisme d’intensification et la transmission de la pression.

La pression du métal peut varier pendant le remplissage de la cavité et la solidification. La conception du moule, le gel de la buse d’injection, les pics de pression et le moment de l’intensification peuvent tous influencer le choix des conditions de charge pertinentes pour le dimensionnement de la machine.

Pour les projets sérieux, utilisez des données vérifiées relatives au moulage et à la machine, des calculs de processus ainsi que les spécifications du fabricant ou de l’ingénieur outilleur responsable, plutôt que de vous fier à une valeur générique trouvée sur Internet.

Pourquoi une machine disposant d'une force de serrage suffisante peut-elle néanmoins ne pas convenir ?

Une machine doit pouvoir accueillir physiquement le moule. Le dégagement des colonnes, les dimensions du plateau, le montage du moule, les hauteurs minimale et maximale du moule, la course d’ouverture et la disposition des éjecteurs déterminent si l’outil peut être utilisé.

L'unité d'injection doit disposer d'une capacité d'injection et d'une course adaptées, d'un manchon d'injection ou d'un système à chambre chaude compatible, ainsi que d'une plage de processus adaptée à l'alliage. La machine peut également nécessiter des circuits hydrauliques d'extraction du noyau, des interfaces de vide, un système de régulation de la température du moule, ainsi que des équipements d'extraction et de pulvérisation compatibles.

Une évaluation complète établit un lien entre la géométrie de la pièce et celle de l’outillage, d’une part, et le choix de la machine ainsi que le cycle de production souhaité, d’autre part. La force de serrage nominale ne constitue qu’un élément parmi d’autres de cette décision.

• Surface projetée effective, y compris le canal d'injection et le système de débordement
• Pression du métal et profil d’injection requis
• Capacité de fermeture nominale et utile
• Espacement des colonnes et surface utile du plateau
• Hauteur de matrice autorisée et course d’ouverture requise
• Capacité de moulage, configuration du manchon ou du système d’injection
• Fonctions d’éjection et d’extraction des noyaux
• Raccords pour le contrôle de la température, le vide et l’automatisation

Éléments à vérifier sur une machine d’occasion correspondant à la classe de force requise

Sur une presse à injection d'occasion, vérifiez le modèle réel, la force de serrage nominale déclarée et l'état technique. Examinez les colonnes, les plateaux, les composants de verrouillage à genouillère ou hydrauliques, le système de lubrification centralisée, le dispositif de retour d'information sur la position de verrouillage et tout historique d'entretien pertinent.

Dans la mesure du possible, une machine doit être inspectée dans des conditions de fonctionnement appropriées. Toutefois, un résultat visuel satisfaisant ou la simple valeur indiquée sur la plaque signalétique ne suffisent pas à eux seuls à garantir des performances de moulage optimales avec un moule neuf.

FISS propose des machines d’occasion à chambre froide et à chambre chaude de différentes tailles, ainsi que des cellules de moulage complètes. La configuration finale doit être choisie en fonction des outillages vérifiés et des exigences de production.

Foire aux questions sur la force de serrage en moulage sous pression