NOUVELLES MACHINES D INJECTION
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- Simone Beaudin
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1 Action : PERFORMANCE TECHNOLOGIQUE PLASTURGIE Document Technique N 3 31 janvier 2011 NOUVELLES MACHINES D INJECTION
2 NOUVELLES MACHINES D INJECTION Les attentes des transformateurs Les exigences économiques, les réglementations environnementales, les faibles coûts de transformation des pays émergents poussent les transformateurs en France à produire moins chers, mieux et plus vite. Aujourd hui les produits moulés doivent répondre à un certain nombre de critères : performance, esthétique, durabilité, respect de l environnement, coût, etc. En conséquence, les transformateurs attendent des améliorations de leur procédé de moulage par injection. Selon un vote organisé par SpecialChem demandant à des transformateurs : «Quelle est l'amélioration la plus critique nécessaire sur votre procédé de moulage par injection?», plus de 50% des personnes interrogées ont indiqué la «stabilisation du procédé» et la «réduction du temps de cycle». Amélioration souhaitée % des votes Stabilisation du procédé 33,7 Réduction du temps de cycle 27,9 Réduction du taux de rebut 16,3 Réduction du temps de changement de série 14,0 Durabilité du moule 8,1 Evidemment, les constructeurs de machines n ignorent pas ces exigences et le salon K2010 à Düsseldorf en octobre dernier, a montré leurs préoccupations pour ces progrès. Une stratégie globale pour des produits moins chers et de meilleure qualité Les principales composantes des coûts de transformation portent sur la productivité finale, le taux de rebut, le coût du travail en fonction du procédé, de l'automatisation et de l'intégration de fonctions, la consommation d'énergie et enfin les investissements en fonction de la machine, du niveau d'automatisation et de l'intégration de fonctions. Le coût à prendre en considération est le coût global. Par exemple, si l'utilisation d'un moule supprime des étapes de finition, son surcoût peut être économiquement viable. La multiplicité et les interactions des paramètres intervenant dans l'optimisation des coûts de fabrication nécessitent une stratégie globale : - La stabilisation du procédé dépend de la fiabilité de la machine, de la précision et de l'efficacité du logiciel de contrôle, de l'exactitude et de la cohérence des températures. Une meilleure stabilisation conduit à une meilleure qualité et à une réduction du taux de rebut. Une meilleure stabilisation conduit aussi à un resserrement de la dispersion de poids, pouvant permettre de concevoir des produits en plus faible épaisseur et par conséquent de réduire la consommation de matière. - Les temps de cycle dépendent des temps de cycle à vide de la machine, de l'efficacité du système de refroidissement et de la conception de l'outil. - La consommation d'énergie dépend du type de machine : hydrauliques, électriques ou hybrides, et des systèmes de récupération d'énergie. - Les systèmes de commutation et les fonctions de présélection de logiciels permettent une productivité accrue. - L automatisation et l'intégration en ligne sont des solutions pour accroître la productivité globale dans la mesure où certaines opérations périphériques ou étapes de fabrication sont supprimées.
3 Les innovations à propos de machines peuvent se résumer en quelques mots : économies d'argent, de temps et de ressources grâce à des machines à hautes performances, des temps de cycles raccourcis, des consommations d'énergie moindre, une meilleure productivité, une précision maximum, des techniques innovantes... Cet article présente quelques progrès et innovations de presses à injecter montrées au salon K2010. Hydraulique, tout électrique ou hybride? Le bon choix Les nouveaux modèles de presse à injecter présentés au salon K 2010 ont confirmé l'intérêt des trois technologies, hydraulique, tout électrique et hybride, chacune présentant des intérêts pour des utilisations spécifiques. Quelques exemples sont cités ci-après. Le constructeur Negri Bossi inclut dans son offre une presse à injecter entièrement électrique basée sur un nouveau concept : système de récupération d'énergie réduisant la consommation d énergie tout en garantissant des performances élevées à haute vitesse d'injection (230 mm/s), organes de machines extrêmement robustes assurant une productivité élevée, transmission par courroie innovante apportant un lissage et une régularité dans les mouvements, système de contrôle avec algorithme de calcul sophistiqué permettant des déplacements particulièrement précis, et accès facile aux différentes parties de la presse pour une maintenance aisée. La machine Arburg Allrounder 920H est le plus grand modèle de la série hybride du constructeur avec une force de verrouillage de 500 tonnes. Cette machine combine une unité de fermeture électrique et une unité d'injection hydraulique avec accumulateur. Les avantages revendiqués sont la capacité de production élevée, le temps de cycle court, la réduction de la consommation d'énergie et la précision, le tout obtenu grâce à une conception nouvelle du commutateur servo-électrique de l unité de fermeture. Le constructeur BMB fabrique des machines toutes électriques dans des tailles allant jusqu'à 450 tonnes et des machines hybrides pouvant aller jusqu'à 1150 tonnes de force de verrouillage. Le constructeur Ferromatik Milacron a développé un nouveau concept F-Series qui permet de combiner des modules individuels pour configurer une machine à la carte selon les exigences et priorités du transformateur : performance, précision, rapidité, consommation d'énergie. Le constructeur Netstal a élargi sa gamme de machines hybrides avec deux nouveaux modèles (220 et 280 tonnes de force de fermeture) combinant des unités de commande électrique de fermeture de moule et des unités d'injection hybrides. Les temps de cycle à vide obtenus par cette combinaison (respectivement 1,3 et 1,4 secondes) permettent le fonctionnement de ces machines dans les domaines d'application qui étaient jusqu'ici réservés aux machines hydrauliques. La micro-injection La production de micro-pièces sur des presses d'injection standard entraîne des niveaux élevés de rebuts, d'énergie et de consommation de matières premières. Afin de réduire ces surcoûts, les constructeurs ont développé des machines spécifiques pour la micro-injection constituées d'éléments distincts pour les phases de plastification et d'injection. Par exemple le module de micro-injection d Arburg possède deux vis, l une pour la plastification et l autre d un
4 diamètre de 8 mm pour l'injection. Ce nouveau module garantit la fiabilité du procédé pour des poids injectés très faibles (machine en démonstration au salon K2010 : moule deux empreintes, poids de matière dosée de 0,6 g et poids de la pièce moulée de 5 mg). La plus petite machine du constructeur Wittmann Battenfeld utilise la nouvelle unité dotée d une vis de plastification et d un piston d'injection pour un volume injecté allant de 0,05 à 3 cm 3. Elle permet l'injection de micro-pièces de haute précision. D après le constructeur, les systèmes d'injection à deux étapes conduisent à des hautes vitesses d injection jusqu'à 750 mm/s, des économies jusqu'à 90% de matières plastiques, une réduction jusqu à 50% des temps de cycle et jusqu à 60% de la consommation d'énergie par rapport aux machines standard de moulage par injection. Les machines de micro-injection lancées par le constructeur Boy peuvent produire des pièces dans des volumes compris entre 0,1 et 8,0 cm 3 d'une manière automatique, précise et efficace. La capacité de traitement de différents matériaux tels que les thermoplastiques, les thermodurcissables, les élastomères, le caoutchouc de silicone liquide (LSR), le moulage par injection de métal (MIM) prouve la polyvalence de ces machines. Les systèmes de récupération d énergie Les systèmes de récupération de l'énergie se généralisent pour alléger la facture énergétique et pour réduire l'empreinte carbone. Par exemple KERS (Kinetic Energy Recovery System) de Wittmann Battenfeld désigne les composants de la machine qui utilisent l'énergie de freinage. Cette énergie est récupérée à la décélération des mouvements de l unité de fermeture et de l unité d injection. Au cours de la décélération, les moteurs électriques fonctionnent comme des générateurs. L'électricité ainsi produite est stockée dans des condensateurs ou utilisée par la machine à injecter. La régulation des moules pour des cycles courts et pour une meilleure qualité Wittmann Battenfeld a lancé une technologie qui utilise deux circuits séparés de régulation dans l outillage. Le premier circuit est utilisé pendant la phase d injection et va générer une température élevée à la paroi du moule, apportant une précision accrue des pièces moulées et évitant les retassures et lignes de soudure. Le second circuit de régulation fonctionne à une température beaucoup plus faible et va être activé pendant la phase de refroidissement. Ce système de deux circuits de régulation combinés offre l intérêt des temps de cycle courts tout en prévenant le gauchissement, en évitant les tensions et les lignes de flux et en assurant une brillance des pièces. Les lignes complètes de production automatisées Les procédés d injection ouvrent aujourd hui un large éventail d applications : des pièces bimatière, tri-matière, voire quadri-matière, des pièces associant matière souple et matière rigide, des pièces de forte épaisseur, des pièces directement assemblées dans le moule, etc Les procédés d injection permettent d obtenir des produits finis en un seul cycle de moulage intégrant des opérations d assemblage, d étiquetage, de décoration etc. Au-delà du procédé d injection, la réalisation d un produit complexe peut nécessiter la combinaison de différents procédés. Les avantages de ces «usines miniatures» sont le gain de productivité avec une reproductibilité et une qualité constante. Au salon K2010 de nombreux constructeurs de
5 machines ont présenté des cellules de production automatisées, dont quelques cas particuliers sont cités ci-après. Krauss Maffei et Evonik Röhm GmbH ont développé le procédé CoverForm permettant de réaliser en une opération des pièces moulées traitées d un revêtement anti-rayures. L application en démonstration au salon K2010 montrait le moulage par le procédé d injection-compression d une pièce optique en PMMA. Après l injection du PMMA, le moule recule pour laisser l espace autorisant la coulée d une très fine couche de vernis fonctionnelle. L étape de compression qui suit, permet de répartir le revêtement de manière uniforme sur toute la surface de la pièce. Dans un esprit semblable, les mêmes constructeurs ont développé le procédé Colorform permettant d appliquer une couche de peinture en surface de pièce directement dans le moule. Le procédé en démonstration au salon produisait des valises. Première étape : injection de la coque de la valise en ABS. Deuxième étape : surmoulage dans un moule-cube de la coque de la valise par un élastomère polyuréthanne pour l obtention d un touché soft. Enfin troisième étape : recouvrement de la surface de la valise par une peinture polyurée de haute brillance, réalisé par coulée directe dans le moule. La coulée de la peinture nécessite au préalable une très légère et très précise ouverture du moule. Le Centre Technique des Matières Plastiques d Aachen (IKV), associé pour ce projet à onze partenaires, a présenté au salon K2010 une technologie hybride multi composant, combinant l injection de thermoplastique et l injection d un alliage de métal à bas point de fusion. Par ce procédé, utilisant un moule rotatif trois positions, des lunettes de sport chauffantes étaient produites, L alliage à bas point de fusion était injecté sur la périphérie des verres de lunettes en polyamide amorphe. Des commandes de machines conviviales et intelligentes Les nouveaux logiciels de commande des machines apportent une assistance depuis l installation du moule, jusqu au calcul automatique des paramètres initiaux et à la commande des opérations des périphériques. Les machines Wittmann Battenfeld sont commandées par le système de contrôle UnilogB6 qui offre une manipulation aisée de la presse et de ses équipements périphériques. Le constructeur Netstal a développé pour ses machines une nouvelle commande librement programmable Axos permettant aux transformateurs d adapter les séquences de la presse à leurs besoins particuliers. Conclusion Ce dossier illustre des points marquants dans l évolution actuelle des presses à injecter, avec des exemples présentés lors du salon K2010, mais sans prétendre à l'exhaustivité. Il faut bien noter que d autres fabricants de machines affichent d autres progrès. Ces exemples centrés sur le moulage par injection expriment la philosophie générale du salon, pouvant parfois s'appliquer à des procédés tels que l'extrusion, le soufflage, le thermoformage, etc.
6 Référence : Omnexus by Special Chem M. Biron Janvier 2011 Dominique APPERT Ingénieur R&D CFP d.appert@cfp-france.com Micro-pièces en POM - Documentation Battenfeld Injection PMMA Compression et maintien en pression Refroidissement Ouverture de la cavité du moule Coulée du système réactif Procédé Coverform - Documentation KM
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