Moules d’injection plastique : les différents types et quand choisir chacun

Avant de fabriquer une pièce injectée, il faut définir son moule. Ce choix détermine une bonne part du coût du moule, de la durée de chaque cycle et de l’aspect de la pièce. Nous vous présentons les types de moules qui existent, leur fonctionnement interne et les cas où chacun convient.

Nous vous en parlons depuis notre usine de Tibi (Alicante), où nous injectons sur des presses de 100 à 500 t de force de fermeture. Si vous souhaitez d’abord voir comment travaille une presse à injecter, la section technologie de notre page d’accueil vous montre le cycle d’une pièce étape par étape.

Un moule d’injection est un ensemble de plaques métalliques usinées comportant une ou plusieurs empreintes, que la presse remplit de plastique fondu sous haute pression. Le moule joue aussi le rôle d’échangeur thermique, et le plastique s’y solidifie en prenant la forme définie par l’empreinte^{Source 1}. Voici les éléments dont nous parlerons.

• Empreinte et noyau. L’empreinte est le creux qui donne sa forme à la pièce, et le noyau en forme l’intérieur^{Source 1}.
• Plan de joint. C’est la surface le long de laquelle les deux moitiés du moule se séparent à l’ouverture^{Source 1}.
• Canal de carotte, canaux et point d’injection. Le plastique arrive de la buse de la presse par le canal de carotte, se répartit dans les canaux et entre dans l’empreinte par le point d’injection, un passage généralement étroit et le premier à se solidifier^{Source 1}.
• Carotte. C’est le plastique qui se solidifie dans les canaux et sort du moule à chaque cycle^{Source 2,Source 3}.
• Éjecteurs. Ce sont des tiges qui poussent la pièce hors du moule à son ouverture^{Source 1}.
• Refroidissement et évents. De l’eau ou un autre fluide circule dans des conduits pour réguler la température des surfaces en contact avec le plastique, et l’air de l’empreinte s’échappe par des canaux très fins^{Source 1}.

C’est le type de moule le plus utilisé. Il n’a qu’un seul plan de joint, si bien que les canaux et les points d’injection doivent se trouver dans ce plan pour être dégagés à l’ouverture du moule. Par rapport au moule à trois plaques, il est moins cher, plus simple à fabriquer et son cycle est plus court^{Source 5}.

La pièce et la carotte sortent ensemble. Avec un point d’injection latéral, qui remplit la pièce par son bord depuis le plan de joint^{Source 1}, il faut ensuite les séparer lors d’une opération distincte^{Source 6}. Avec un point d’injection sous-marin, en revanche, le point d’injection est cisaillé au ras de la pièce au moment de l’éjection^{Source 6}. Et si, avec plusieurs empreintes, les canaux ne peuvent pas être équilibrés dans ce seul plan, un moule à trois plaques ou un moule à deux plaques à canaux chauds peut devenir nécessaire^{Source 5}.

Entre la plaque de fixation côté fixe et la plaque A, celle de l’empreinte, on ajoute une plaque de dévêtissage de la carotte, et le moule compte alors au moins trois plans de joint^{Source 7,Source 8}. Le plastique entre par un point d’injection capillaire, un orifice de quelques dixièmes de millimètre à un millimètre et demi, qui est arraché de la pièce à l’ouverture du moule^{Source 6,Source 1}.

Son avantage est que le point d’injection peut se placer au centre de la pièce ou en plusieurs endroits, que la carotte se sépare d’elle-même et que l’on peut souvent se passer de canaux chauds, plus coûteux^{Source 7}. En contrepartie, le moule coûte plus cher et demande plus d’entretien, le cycle s’allonge et la presse doit ouvrir nettement plus^{Source 7,Source 8}.

Il est aussi plus difficile de retirer par robot les pièces et la carotte^{Source 7}. C’est un point à prendre en compte quand l’extraction est automatisée, comme chez nous, où nous l’assurons avec un robot cartésien.

Ce moule fonctionne grâce à l’ordre dans lequel ses plaques se séparent. Une série technique consacrée à la conception des moules à trois plaques recommande la séquence suivante^{Source 9,Source 8}.

1. D’abord, le plan situé entre la plaque de dévêtissage et la plaque A s’ouvre de quelques millimètres, en général pas plus de 3 à 6 mm. Le point d’injection se rompt pendant que la pièce reste maintenue entre empreinte et noyau, et des arrache-carottes retiennent la carotte sur la plaque de dévêtissage^{Source 9}.
2. Le plan de joint principal, celui qui sépare l’empreinte du noyau, s’ouvre à son tour^{Source 8}.
3. Des vis ou des tirants limiteurs, ou un verrou de séquence, entraînent la plaque A et ouvrent complètement le plan de joint de la carotte^{Source 8}.
4. Une fois ce plan entièrement ouvert, la plaque de dévêtissage s’écarte de la plaque de fixation et la carotte tombe^{Source 8,Source 10}.
5. Les éjecteurs poussent les pièces hors du moule^{Source 1}.

Maquette en coupe d’un moule d’injection à trois plaques, monté sur une presse posée sur un banc et entièrement ouvert. La plaque de dévêtissage s’est écartée de quelques millimètres de la plaque de fixation côté fixe. Entre la plaque de dévêtissage et la plaque porte-empreintes s’est ouvert le plan de joint de la carotte, par lequel celle-ci est tombée dans son bac, sous le moule, où elle repose à plat. Entre la plaque porte-empreintes et la plaque porte-noyaux s’est ouvert le plan de joint principal, par lequel les deux pièces sont tombées dans un autre bac. Des tirants limiteurs placés sur les plaques fixent l’ordre des ouvertures, et la règle du banc indique la course totale.

Selon cette série, si le plan principal s’ouvrait en premier, le point d’injection pourrait déformer la pièce, laisser un vestige plus haut, voire l’arracher du noyau^{Source 9}. Ouvrir d’abord le plan principal reste pourtant courant, par exemple avec des verrous à retardement, et le point d’injection capillaire est alors arraché au moment où l’empreinte se sépare^{Source 6,Source 11}. Quand on laisse tomber la carotte, il lui faut de la place pour tomber librement^{Source 8}. Si c’est un robot qui la retire, on peut y ajouter un téton moulé qui la retient sur la plaque de dévêtissage jusqu’à ce que le robot la saisisse^{Source 7}.

Ce choix pèse sur l’investissement, sur la matière excédentaire à chaque cycle et sur la facilité à changer de couleur.

Dans un moule à canaux froids, les canaux ne sont pas chauffés et la carotte sort avec les pièces à chaque cycle^{Source 2,Source 3}. L’investissement est moindre, les variations thermiques sont plus faibles puisqu’il n’y a besoin ni de résistances ni de régulateurs, la couleur précédente ne reste pas dans les canaux et le point d’injection peut se placer là où il convient. En contrepartie, il faut retirer et broyer la carotte pour la réutiliser, et le coût matière est plus élevé^{Source 2}.

Un système de canaux chauds est un ensemble de composants chauffés qui amène le plastique fondu jusqu’aux empreintes. Son bloc chaud répartit le plastique qui entre dans le moule entre plusieurs buses^{Source 3}. La pièce sort automatiquement détachée et les cycles sont généralement plus rapides^{Source 12}.

Ses coûts sont moins visibles. Le plastique qui attend dans le bloc chaud allonge le temps de séjour, c’est-à-dire le temps que la matière passe à l’état fondu^{Source 13}. Les changements de couleur demandent du temps, de la matière et du produit de purge, il faut prévoir l’entretien du système, les fuites ou les arrêts peuvent générer des rebuts et les points d’injection sont figés par le bloc chaud^{Source 2}.

La pointe chaude laisse un vestige en saillie compris entre le tiers et la moitié du diamètre du point d’injection, et on la réserve aux pièces pour lesquelles la qualité du point d’injection n’est pas critique^{Source 4,Source 12}. La buse à obturation ferme le point d’injection avec une aiguille mobile et laisse une petite marque de la taille du point d’injection, sans coulure ni filament^{Source 12,Source 4}. Elle est plus chère, mais elle permet d’ouvrir les points d’injection en séquence et de décider où se placent les lignes de soudure, ces marques qui se forment là où deux fronts de plastique se rencontrent^{Source 4}.

C’est un système de canaux chauds sans chauffage, aux canaux si épais que le plastique reste fondu tant que le moule tourne sans interruption. Il n’accepte que des plastiques de grande diffusion, comme le polypropylène (PP) et le polyéthylène (PE), et si le moule s’arrête, la carotte fige et il faut ouvrir le moule pour la retirer^{Source 14}.

Avec une seule empreinte, il n’y a pas d’écarts entre empreintes à surveiller. Avec plusieurs, chaque injection donne davantage de pièces, mais les canaux doivent répartir le plastique de façon équilibrée^{Source 5}.

Des canaux symétriques ne suffisent pas. Le plastique s’échauffe par friction en avançant, et pas de la même façon dans toute la section du canal. À partir de quatre empreintes, cela crée des écarts de remplissage, et dans les moules de huit empreintes ou plus, les pires cas se repèrent même à l’œil nu. On obtient des pièces de densité, de retrait et de déformation différents, et un tracé de canaux bien pensé améliore l’homogénéité^{Source 15}.

Un moule famille produit des pièces différentes dans le même moule, par exemple une boîte et son couvercle, et aide à réduire l’investissement total en moules^{Source 16}. Les pièces doivent généralement être proches en taille, en poids, en épaisseur de paroi et en volume, car elles sont toutes injectées avec les mêmes paramètres^{Source 16}. Elles doivent en outre être de la même matière et fabriquées dans la même quantité^{Source 17}. Si elles sont très différentes, une solution consiste à piloter chaque empreinte séparément avec des buses à obturation^{Source 16}.

Un moule à étages a deux plans de joint au lieu d’un^{Source 18}. Il peut presque doubler la production de la presse avec une force de fermeture comparable, même s’il faut parfois jusqu’à 15 % de plus, et seules l’ouverture et la fermeture s’ajoutent au cycle^{Source 18,Source 19}. Il convient mieux aux pièces plates qu’aux pièces à noyau profond^{Source 18}. En contrepartie, le moule est plus haut et demande une course d’ouverture plus longue, si bien qu’il faut vérifier qu’il peut être monté sur la presse^{Source 18}.

Une contre-dépouille est une zone de la pièce qui reste prise dans le moule et empêche de l’éjecter en ligne droite^{Source 1}, comme un trou latéral ou un filetage. On la traite en modifiant la géométrie ou en ajoutant des mécanismes au moule^{Source 20}.

• Tiroirs. Ce sont des blocs qui avancent latéralement à la fermeture du moule et se retirent à son ouverture^{Source 20}. Ils peuvent être actionnés par un doigt de commande incliné, qui les déplace latéralement à l’ouverture, à l’écart de la pièce^{Source 21}, et un dispositif de retenue les maintient en position reculée tant que le moule est ouvert^{Source 22}.
• Éjecteurs inclinés. Ils libèrent les contre-dépouilles intérieures en transformant l’avance de la plaque d’éjection en mouvement latéral^{Source 20,Source 23}.
• Inserts manuels. Ce sont des pièces métalliques qu’un opérateur place dans le moule à chaque cycle^{Source 20}. Ils simplifient le moule, au prix d’un travail manuel.
• Dévissage. Une pièce filetée peut devoir être dévissée du noyau avant de sortir, et les engrenages qui font tourner le noyau peuvent occuper beaucoup de place dans le moule^{Source 24}.
• Noyaux rétractables. Des segments à ressort forment l’intérieur d’un bouchon et, quand on retire la broche centrale, se replient vers le centre pour le libérer^{Source 25}.

Oui. Le surmoulage d’inserts enrobe de plastique une pièce métallique, par exemple une douille filetée qui donne un assemblage plus résistant. La liaison est mécanique, et l’insert est donc conçu pour que le plastique puisse s’y accrocher^{Source 26}.

Le surmoulage ajoute une couche de plastique sur une pièce déjà moulée, par exemple une couche souple et élastique sur un corps rigide pour obtenir une prise antidérapante. La liaison peut être chimique ou mécanique, et il vaut mieux ne pas laisser de bords de la matière surmoulée à nu pour éviter qu’elle se décolle^{Source 26}.

Le moulage bi-matière injecte deux matières au cours d’un même cycle, avec un seul moule et une presse équipée de deux unités d’injection^{Source 27}. Pour laisser la place à la seconde matière, un plateau rotatif monté sur la presse amène la première injection dans l’empreinte de la seconde, ou une plaque d’indexation intégrée au moule la fait changer de noyau, une opération qu’un robot assure dans certains cas^{Source 27}. Le moule lui-même peut aussi, généralement sans s’ouvrir, déplacer une partie du noyau ou de l’empreinte^{Source 27}. Mouler une pièce sur une presse puis la surmouler dans un autre moule sur une autre machine est un procédé apparenté, qui sort de cette définition^{Source 27}.

Il existe des moules en aluminium, en aciers doux ou prétraités et en aciers trempés, et leur durée de vie dépend aussi de leur construction ainsi que du nettoyage, de la lubrification et de l’entretien qu’ils reçoivent^{Source 28}. Pour parler de cette durée de vie dans un langage commun, il existe les classes SPI, établies par l’ancienne Society of the Plastics Industry, aujourd’hui Plastics Industry Association^{Source 29}.

Les sources concordent sur l’ordre de grandeur, mais pas toujours sur les limites exactes de chaque classe^{Source 30,Source 29,Source 28}. L’une d’elles utilise en outre une série 400 pour les moules de presses de 400 tonnes ou plus^{Source 30}. La source étant américaine, il s’agit normalement de tonnes courtes, soit environ 360 t.

Le tableau résume ce qui précède. Il s’agit de tendances générales, et chaque pièce demande sa propre étude.

Nous fabriquons aussi par soufflage, il est donc utile de clarifier ce point. En soufflage, on gonfle à l’air comprimé, à l’intérieur du moule, un tube de plastique fondu ou une préforme chauffée, ce qui donne des pièces creuses et légères, comme les bouteilles^{Source 31}. Les pressions étant plus faibles qu’en injection, le moule peut être réalisé dans des matériaux moins chers et moins durables, le plus souvent de l’aluminium, de l’acier inoxydable ou des alliages cuivre-béryllium^{Source 31}.

Les plaques et la carotte dont parle cet article sont propres à l’injection. Dans les questions fréquentes de notre page d’accueil, nous vous résumons dans quels cas on utilise chaque procédé.

Cela dépend du nombre de pièces dont vous avez besoin par an et pendant combien d’années. Cette donnée oriente la classe du moule, le nombre d’empreintes et l’intérêt ou non des canaux chauds^{Source 28,Source 13}. Il est utile de la connaître avant de demander un devis.

Pas forcément. Ils évitent la carotte, mais ajoutent de l’investissement, de l’entretien et du temps à chaque changement de couleur, et avec de faibles volumes annuels ils peuvent ne pas être rentables^{Source 2,Source 13}.

Il influe sur les changements de couleur. Avec des canaux froids, les canaux se vident à chaque cycle, et avec des canaux chauds, changer de couleur demande du temps, de la matière et du produit de purge^{Source 2}. Si la couleur de votre pièce est critique, notre article sur la mesure de la couleur des plastiques vous intéressera.

Chez Bersil, nous fabriquons par injection et soufflage plastique à Tibi (Alicante), avec des presses à injecter de 100 à 500 t de force de fermeture et des procédés semi-automatisés. Dès le premier appel, c’est une personne de notre équipe qui vous répond.

Dites-nous de quelle pièce vous avez besoin et en quelle quantité, et nous l’étudierons avec vous. Vous pouvez parler à notre équipe ou découvrir d’abord sur quoi repose notre qualité.