(NOUVELLES MACHINES D`INJECTION AP.ORG)

Action :
PERFORMANCE TECHNOLOGIQUE PLASTURGIE
Document Technique N°3 – 31 janvier 2011
NOUVELLES MACHINES D’INJECTION
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
Stabilisation du procédé
Réduction du temps de cycle
Réduction du taux de rebut
Réduction du temps de changement de série
Durabilité du moule
% des votes
33,7
27,9
16,3
14,0
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.
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
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
cm3. 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 cm3 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
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.
Référence : Omnexus by Special Chem – M. Biron
Janvier 2011
Dominique APPERT
Ingénieur R&D
CFP
[email protected]
Micro-pièces en POM - Documentation Battenfeld
Injection
PMMA
Compression et
maintien en
pression
Refroidissement
Ouverture de
la cavité du
moule
Procédé Coverform - Documentation KM
Coulée du
système
réactif