Description d’une presse à injecter

Une presse à injecter, ou machine d’injection moulage, est constituée de deux unités principales : l’unité d’injection, ou de plastification, et l’unité de moulage (moule et système de fermeture) (Figure 1.29). Le plus souvent, les différences notables entre les types de machines concernent l’unité de plastification (Figure 1.28). Notons qu’il existe des presses verticales bien que les presses horizontales soient les plus fréquentes. Parmi ce type de machines, deux grands groupes se distinguent : les presses hydrauliques et les presses électriques. Elles présentent chacune des particularités plus ou moins intéressantes et adaptées à certaines fabrications.

Injection unit : unité d’injection, groupe injecteur Mold : moule

Clamping cylinder : groupe ou unité de fermeture

Une machine d’injection moulage se caractérise généralement par sa capacité maximum d’injection et sa force de fermeture. La première caractéristique peut être donnée en masse de polystyrène standard ou en volume (cm3). La capacité d’injection réelle est comprise entre 30 et 70% de cette capacité maximale, ceci en fonction du comportement en phase fondue de la matière à transformer et des limites de sécurité machine (étape de compactage). La force de fermeture est généralement exprimée en tonne, et correspond à la force de fermeture maximum du moule que peut maintenir la presse avant, pendant et après le remplissage du moule par la matière fondue. Toutefois, de nombreux autres critères peuvent être précisés pour définir au mieux une presse à injecter. Ils sont d’autant plus importants qu’ils seront nécessaires au choix d’une machine parfaitement adaptée à une gamme d’objets à fabriquer : par exemple les distances entre plateaux et entre colonnes doivent être de dimensions compatibles avec celles du moule.

La Figure 1.30 montre les éléments essentiels d’une machine d’injection moulage. Parmi ces éléments, l’unité de plastification nous intéresse tout particulièrement dans le cas des biopolymères. En effet, le rapport longueur / diamètre de la vis de plastification, la régulation thermique du fourreau et de la base de la trémie, la longueur et la géométrie de la buse d’injection sont autant de caractéristiques à prendre en compte pour la fusion de la matière sans dégradation de celle-ci.

Lorsque ces éléments, qui ont une forte incidence mécanique sur le plastique, sont mal dimensionnés, les pièces éventuellement formées présentent des défauts qualitatifs importants.

Le principe de fonctionnement d’une machine d’injection moulage reste sensiblement le même quel que soit le type de presse :

1) La matière plastique est introduite dans la trémie.

2) Le moule est fermé et verrouillé à la force de fermeture nécessaire pour son remplissage. Si la force d’injection est supérieure à cette force de fermeture, le moule s’ouvre. Ce phénomène peut provoquer une usure prématurée du moule et de la machine, l’objet est souvent à rejeter (bavure voire défaut).

3) Par conduction thermique et dissipation visqueuse, la matière est ramollie lors de la rotation de la vis qui recule au fur et à mesure que la matière fondue est stockée en bout de fourreau. La pression engendrée par la matière sur la vis est contrée par une contre- pression consignée et exercée par le moteur, ceci évite de stocker des gaz ou des espaces vides en plus de la matière, qui pourrait éventuellement changer d’état (équilibre PVT modifié). Il s’agit de la phase de dosage.

4) Lorsque le dosage est effectué, le groupe injecteur avance vers le moule. Et lorsque le contact buse machine et busette moule est établi, la matière fondue est injectée dans l’empreinte du moule par un mouvement de translation de la vis de l’arrière vers l’avant du fourreau (effet piston).

5) Une pression de maintien est exercée pendant un bref instant afin d’assurer le compactage de la pièce. Cette étape assure une bonne reproductibilité dans la fabrication des pièces injectées. Elle présuppose également la nécessité de doser un volume de matière fondue légèrement supérieur au volume de l’empreinte du moule.

6) La pièce doit se solidifier dans le moule avant d’être démoulée et éjectée. Dans le cas des thermoplastiques, le moule est thermorégulé à une température inférieure à la température de ramollissement par circulation de fluide. Dans le cas de thermodurcissables, des moules dotées de systèmes de chauffe électriques sont le plus souvent utilisés. En effet, ils offrent l’avantage de modifier rapidement la température du moule, et il est donc possible de réticuler rapidement la pièce injectée par cuisson.

7) Une fois, l’objet figé dans sa forme, et après que le ponton du groupe injecteur soit reculé, le moule s’ouvre et les éjecteurs poussent la pièce hors du moule.

Après nettoyage du moule, si nécessaire, un nouveau cycle peut démarrer. Pour gagner du temps, le dosage peut s’effectuer lors du recul ponton ou pendant l’ouverture du moule et l’éjection.

Les phénomènes physiques liés au fonctionnement d’une presse à injecter sont très nombreux. Les modèles permettant de représenter l’ensemble de la transformation nécessitant la prise en compte de multiples paramètres :

− la géométrie est complexe ;

− le procédé est non stationnaire, donc transitoire ;

− la forte vitesse d’injection génère une puissance dissipée élevée ; − les gradients thermiques sont marqués dans l’épaisseur de la pièce ; − l’écoulement est compressible (notamment au cours du compactage) ; − les phénomènes de cristallisation et d’orientation sont très hétérogènes ; − les conditions aux limites sont modifiées au cours du refroidissement.

De nombreux modèles concernant la plastification des polymères synthétiques et le remplissage des moules ont été proposés (Alles, 1986; Rosato, 2000). Ils sont très utiles pour définir et concevoir au mieux les moules et aussi pour paramétrer les consignes d’injection moulage (Agassant, 2000). Ainsi ils permettent :

• l’optimisation du moule et notamment la localisation des seuils d’injection, • l’optimisation des paramètres de mise en œuvre,

• la prévision des structures, des déformations résiduelles et des propriétés du matériau moulé.

Dans le cas des biopolymères, aucune donnée sur l’application de ces modèles n’est disponible à notre connaissance.