Comment la conception des moules d’injection empêche-t-elle les bulles d’air et les vides dans les pièces en plastique ?

Avant de parler de solutions, il convient d’être précis sur ce à quoi vous faites réellement face. Il existe deux défauts fondamentalement différents, tous deux appelés « bulles » en production, et ils ont des causes profondes opposées.

Pièges à airse forment lorsque le gaz - air qui se trouvait déjà à l'intérieur de la cavité du moule avant l'injection, ou le gaz produit par la fonte du plastique lui-même -, est emprisonné dans un endroit d'où il ne peut pas s'échapper. Au fur et à mesure que le plastique se remplit autour, le gaz emprisonné crée un vide visible ou une cloque en surface. Les pièges à air ont tendance à apparaître à la fin de l'écoulement - dans les coins, les poches aveugles ou partout où le motif de remplissage force deux fronts de fusion à se rencontrer et à emprisonner l'air entre eux.

Vides de retraitforme pour la raison inverse : non pas parce qu’il y a trop de gaz, mais parce qu’il n’y a pas assez de plastique. Lorsqu'une section épaisse d'une pièce refroidit, la peau extérieure se solidifie d'abord et se verrouille en place. À mesure que l'intérieur-encore fondu continue de refroidir et de rétrécir, il se détache de la peau, créant un vide interne. Des vides de retrait apparaissent dans les sections les plus épaisses de la pièce - derrière les nervures, à l'intérieur des bossages, au niveau des transitions de parois épaisses.

Diagnostiquer votre type :

· Couper ou sectionner une pièce rejetée. S'il y a une cavité interne lisse et ronde sans décoloration, il s'agit probablement d'un vide de retrait. S'il y a une légère brûlure ou une décoloration à l'emplacement de la bulle, il s'agit probablement d'un problème d'air ou de gaz emprisonné.

· Vérifiez le modèle d'emplacement. Les vides de retrait sont cohérents - toujours dans la même section épaisse. Les pièges à air peuvent avoir un emplacement plus variable mais ont tendance à se regrouper à la fin du remplissage ou à des éléments géométriques spécifiques.

Il est essentiel d'établir un bon diagnostic avant de tenter une solution : - les solutions aux pièges à air et aux vides de retrait sont très différentes, et appliquer la mauvaise solution au mauvais problème fait perdre du temps et de l'argent.

Emplacement de la porte et motif de remplissage

Le modèle de remplissage -, la façon dont le plastique s'écoule de la porte pour remplir toute la cavité - est la principale variable qui détermine où et si des pièges à air se formeront.

Lorsque le plastique remplit une cavité, il pousse l’air devant lui vers les extrémités du moule. Si le motif de remplissage est bien conçu-, l'air est progressivement poussé vers le plan de joint et les rainures d'aération, où il peut s'échapper. Si le motif de remplissage est mal conçu, il peut créer un « suivi de course » - dans lequel le plastique se déplace plus rapidement sur un chemin que sur un autre et se replie pour emprisonner l'air dans une poche.

L’emplacement de la porte est la décision la plus importante pour le contrôle du modèle de remplissage. Placer la porte sur la section la plus fine d'une pièce complexe, ou sur l'envers d'une pièce comportant des caractéristiques internes, garantit presque les pièges à air. La simulation du flux de moule doit être utilisée pour modéliser le motif de remplissage et identifier les emplacements d'air emprisonné avant que la position de la porte ne soit finalisée.

Pour unMoulage par injection plastique de voiture jouetavec des panneaux de carrosserie comprenant des cadres de fenêtres internes, des évidements de portes et des éléments de passage de roue, le motif de remplissage est complexe. Les portes doivent être positionnées de manière à remplir d'abord les sections ouvertes du panneau et à permettre à l'air de s'évacuer des poches fermées lorsque la fonte y arrive.

La ventilation est la solution mécanique la plus directe aux pièges à air. Les rainures d'aération sont des canaux peu profonds usinés dans la surface du plan de joint du moule qui permettent à l'air emprisonné de s'échapper à mesure que le moule se remplit. Le défi est que l'évent doit être suffisamment large et profond pour laisser sortir l'air, mais suffisamment peu profond pour que le plastique ne coule pas à travers et ne crée pas d'éclair.

Spécifications standard des rainures d'aération :

· Profondeur:0,015 à 0,05 mm pour la plupart des thermoplastiques. L'ABS et le PP peuvent tolérer des évents légèrement plus profonds (0,03 à 0,05 mm) sans produire de flash ; les matériaux à faible viscosité nécessitent des évents moins profonds.

· Largeur:Généralement 3 à 8 mm par rainure d'aération.

· Section de secours :Derrière la rainure d'aération, un canal de soulagement plus large et plus profond (de 0,5 à 1,0 mm de profondeur) permet à l'air qui s'échappe de s'évacuer vers l'atmosphère sans refouler.

· Placement:Les évents doivent être positionnés là où l'analyse du modèle de remplissage prédit les derniers-emplacements de remplissage. Un évent au mauvais endroit ne fait rien.

Une étude publiée dansIngénierie et science des polymères(2020) ont constaté que les moules avec des évents vérifiés par simulation-montraient des taux de défauts de piège à air environ 74 % inférieurs à ceux des moules avec des évents placés de manière empirique au niveau des lignes de joint uniquement -, confirmant que le placement des évents basé sur l'analyse du remplissage surpasse le placement basé sur la seule intuition.

Pour unMoulage par injection plastique de voiture jouet, le placement des évents est particulièrement important dans les poches fermées - les ouvertures intérieures des fenêtres, sous-les canaux de la carrosserie et dans tout évidement profond et aveugle de la structure de la carrosserie. Ce sont exactement les endroits où la fonte peut entourer l’air emprisonné sans nulle part où aller.

La géométrie des glissières et des portes influe également sur l’évacuation de l’air. Une porte d'entrée bien conçue-crée un motif de remplissage fluide et progressif qui pousse l'air de manière constante vers les bouches d'aération. Une porte mal conçue -, trop étroite, trop courte ou positionnée pour créer un jet -, produit un front de remplissage turbulent qui replie l'air dans la matière fondue plutôt que de la pousser vers l'avant.

Les portes sous-marines (tunnel) doivent éviter les endroits où l'entrée de la porte fait face à une poche ou à un coin aveugle. Les portes en éventail sur des surfaces larges et plates (comme les panneaux de toit de petites voitures) répartissent le remplissage sur toute la largeur, réduisant ainsi le risque de repli de l'air à l'entrée de la porte et créant un chemin d'évacuation plus prévisible.

Simulation de flux de moule

Pour toute pièce à géométrie complexe -, y compris la plupartMoulage par injection plastique de voiture jouetcomposants de carrosserie - la simulation du flux de moule doit être exécutée avant que les positions des portes et des évents ne soient finalisées. La simulation montre la séquence de remplissage, identifie les derniers-emplacements de remplissage, prédit où se forment les lignes de soudure et, surtout, montre où l'air sera piégé. Les modifications apportées à la position de la porte, à l'emplacement des évents ou à la disposition des canaux dans la simulation ne coûtent rien. Les mêmes modifications apportées à l'acier après les premiers échantillons sont coûteuses et prennent du temps-.

Uniformité de l'épaisseur des parois - La cause première

Les vides de retrait sont presque toujours un problème d’épaisseur de paroi. Lorsqu'il y a une section épaisse locale importante - un bossage, une nervure de renfort trop large, un élément décoratif en relief - le matériau supplémentaire dans cette section épaisse met plus de temps à refroidir que la zone environnante. La peau extérieure se solidifie et se verrouille en place ; le noyau continue de refroidir et de rétrécir, créant un vide interne.

La règle de conception est simple : maintenir l’épaisseur des murs aussi uniforme que possible. Lorsqu'une section plus épaisse est inévitable, réduisez la transition d'épais à mince plutôt que de créer une marche brusque.

Règles standard de conception des nervures pour éviter les vides :

· Épaisseur des nervures : 50 à 60 % de l'épaisseur de paroi nominale

· Hauteur des nervures : maximum 3× la largeur de la base des nervures

· Plusieurs côtes plus courtes en parallèle valent mieux qu'une seule côte haute et large.

Pour unMoulage par injection plastique de voiture jouet, les contours de passage de roue, les renforts de toit et les bossages de montage d'essieu sont les emplacements les plus courants pour les vides de retrait - toutes les zones où l'épaisseur locale dépasse la paroi nominale du panneau de carrosserie. La conception de ces caractéristiques selon les règles de dosage ci-dessus élimine la plupart des formations de vides avant qu'elles ne commencent.

La porte doit être positionnée de manière à ce que les sections épaisses de la pièce soient à portée de pression de compactage de la porte lorsque le moule se remplit. Pression de compactage - la pression élevée appliquée une fois que la cavité est nominalement pleine - comprime du matériau supplémentaire dans les sections épaisses pour compenser le retrait de refroidissement. Si la section épaisse est trop éloignée du portail, ou si le portail a gelé avant la fin de l'emballage, la compensation ne l'atteint pas et un vide se forme.

Dans unMoulage par injection plastique de voiture jouetavec des caractéristiques de bossage d'axe épais, la position idéale du portail place le bossage à moins de 50–80 mm de l'entrée du portail. Lorsque la géométrie l'empêche, un diamètre de porte plus grand ou une deuxième position de porte peuvent étendre la portée effective du compactage.

Pression d'emballage et temps de maintien

Même si la pression du compactage et le temps de maintien sont des paramètres de processus plutôt que des paramètres de conception, la conception du moule doit créer les conditions nécessaires à leur efficacité. Une porte qui gèle trop rapidement - parce que le terrain de la porte est trop mince - coupe la pression de compactage avant que les sections épaisses n'aient suffisamment refroidi pour être autoportantes-. La longueur et le diamètre du pas de porte doivent être dimensionnés pour maintenir la porte ouverte pendant le temps de compactage minimum requis par la section la plus épaisse de la pièce.

Toutes les bulles ne proviennent pas de pièges à air ou de vides de retrait. Une troisième catégorie de - vides d'humidité - se forme lorsque des matériaux hygroscopiques comme l'ABS, le nylon ou le PC sont traités avec un séchage inadéquat. L'humidité absorbée de l'atmosphère se transforme en vapeur lors de l'injection, et ces poches de vapeur ressemblent à des bulles d'air dans la pièce finie.

ABS - le matériau le plus courant pourMoulage par injection plastique de voiture jouetapplications - absorbe facilement l'humidité de l'air. L'ABS standard nécessite un séchage à 80-85 degrés pendant 2 à 4 heures avant le traitement. L'ABS sous-séché produit des stries argentées et de petites bulles de surface, même dans un moule bien-conçu. Il s'agit d'un problème de traitement, pas d'un problème de conception du moule -, mais cela vaut la peine de l'exclure avant de consacrer du temps à enquêter sur le moule.

Distinction des symptômes : les vides d'humidité produisent souvent des stries argentées à la surface en plus des bulles internes. Les pièges à air et les vides de retrait ne produisent généralement pas de stries argentées.

LeMoulage par injection plastique de voiture jouetprésente des défis spécifiques liés aux bulles qui méritent d’être abordés directement.

Pièges à air du panneau de carrosserie :La géométrie complexe d'une carrosserie de voiture jouet - avec des caractéristiques structurelles internes, des ouvertures de fenêtre et des passages de roue - crée de multiples emplacements potentiels de pièges à air. La position de la porte doit être vérifiée par simulation d'écoulement, et les rainures d'aération doivent être placées à tous les emplacements de dernier -remplissage confirmés, et pas seulement aux bords évidents des lignes de séparation.

Vides de section épaisse au niveau des éléments structurels :Les renforts de passage de roue, les bossages d'essieu et les nervures de raidisseur de toit sont des emplacements vides standard dans une carrosserie de voiture jouet. Appliquez les règles de proportionnement des nervures et des bossages ci-dessus à ces fonctions lors de la révision DFM, avant que la conception ne soit publiée dans l'outillage.

Comportement des bulles ABS vs PP :L'ABS est plus sujet aux bulles de surface liées à l'humidité et nécessite une gestion minutieuse du séchage. Le PP est moins hygroscopique mais présente un retrait plus élevé (1,0 à 2,5 %) que l'ABS (0,4 à 0,7 %), ce qui le rend plus sujet aux vides de retrait internes à variations d'épaisseur de paroi équivalentes. PPMoulage par injection plastique de voiture jouetles conceptions bénéficient d’une discipline d’uniformité des murs légèrement plus stricte que leurs équivalents ABS.

Une étude enIngénierie et science des polymères(2020) ont découvert que les moules avec placement d'évent vérifié par simulation- présentaient des taux de défauts de piège à air environ 74 % inférieurs à ceux des moules utilisant uniquement le placement empirique d'évent.

· Recherche publiée dans leJournal international des technologies de fabrication avancées(2021) ont découvert qu'une variation de l'épaisseur de paroi supérieure à 40 % de la valeur nominale dans les pièces moulées par injection de produits de consommation était associée à la formation de vides internes dans 83 % des cas étudiés -, confirmant que l'uniformité de l'épaisseur de paroi est le prédicteur le plus fiable du risque de vide de retrait.

· Les données de l'enquête SPE (2022) ont identifié une ventilation insuffisante et une non--épaisseur de paroi non uniforme comme les deux causes profondes les plus courantes de défauts de bulles et de vides dans la production de pièces en plastique grand public, représentant ensemble environ 68 % de tous les rapports de défauts de type bulle-.

LeAssociation des services et technologies du divertissement (ESTA)aborde la qualité de fabrication dans ses cadres de qualification des fournisseurs pour les composants utilisés dans les environnements technologiques de divertissement. Les directives d'ESTA reconnaissent spécifiquement la capacité du processus DFM -, y compris la prévention systématique des défauts tels que les vides et les pièges à air grâce à la vérification de la conception avant l'outillage - comme un indicateur significatif de la qualité du partenaire de fabrication. Pour unMoulage par injection plastique de voiture jouetou pour tout moule de produit de consommation, la rigueur du processus de conception de pré--outillage prédit directement la cohérence de la qualité des pièces de production. C'est pourquoi les acheteurs expérimentés demandent de plus en plus aux prospectsMoulage par injection plastique de voiture jouetles fabricants doivent démontrer leurs capacités de simulation et de DFM avant d’engager un investissement dans l’outillage.

Un fabricant de jouets d'Asie du Sud-Est qualifiait un nouveau modèle de véhicule en ABS. LeMoulage par injection plastique de voiture jouetla carrosserie produisait des pièces qui passaient avec succès l'inspection visuelle mais échouaient aux contrôles de qualité après la peinture - le processus de peinture a révélé de petites dépressions de surface (marques d'évier) et, lorsque les sections ont été coupées pour inspection, des vides internes derrière les nervures de renforcement du passage de roue.

La conception originale des nervures au niveau du passage de roue avait une épaisseur de base de 2,8 mm - 93 % de la paroi nominale du panneau de carrosserie de 3,0 mm. La règle standard autorise un maximum de 60 %, ce qui signifie que les nervures étaient considérablement surdimensionnées pour éviter les vides. La porte était positionnée sous le panneau de carrosserie, à environ 95 mm du bossage de passage de roue le plus proche.

Sunhingstones a effectué un examen DFM et une simulation de débit sur la conception existante. La simulation a confirmé :

· Formation de vide prévue derrière les quatre nervures de passage de roue en raison d'une pression de compression insuffisante

· Trois emplacements de piège à air dans les poches intérieures du cadre de fenêtre, sans aucune bouche d'aération actuellement positionnée à ces emplacements.

Modifications de conception mises en œuvre :

1. Épaisseur de la base des nervures de passage de roue réduite de 2,8 mm à 1,6 mm (53 % de la paroi nominale), avec une hauteur ajustée pour maintenir un module de section équivalent

2. Le diamètre de la porte a augmenté de 1,2 mm à 1,8 mm pour étendre la pression de compression jusqu'à la région de l'arche.

3. Trois rainures d'aération ajoutées lors de la simulation-emplacements confirmés des pièges à air dans les poches du cadre de fenêtre

Résultats après modification du moule :

· Vides internes : éliminés dans un échantillon de qualification de 500 pièces

· Pièges d'air au niveau des cadres de fenêtres : éliminés

· Traces d'évier en surface : ne sont plus visibles après peinture

· Taux de rejet réduit de 6,8 % (principalement liés aux vides et aux puits) à 0,4 %

Q : Quelle est la différence entre une bulle d'air et un vide de retrait dans le moulage par injection ? 
R : Une bulle d'air (piège à air) se forme lorsque le gaz est physiquement emprisonné dans la cavité par la masse plastique fondue qui avance. Un vide de retrait se forme lorsque les sections épaisses refroidissent et que l'intérieur se rétrécit de la peau déjà -solidifiée. Les deux apparaissent comme des vides internes dans une pièce sectionnée, mais des pièges à air ont tendance à se produire à la fin du remplissage et peuvent présenter une légère décoloration, tandis que des vides de retrait se produisent dans les sections les plus épaisses et ont des surfaces internes lisses et propres.

Q : Comment puis-je savoir si mon problème de bulles est un problème de conception de moule ou un problème de processus ?

R : Si l'emplacement des bulles est cohérent d'un plan à l'autre et correspond à une caractéristique géométrique (section épaisse, dernier-coin de remplissage), il s'agit presque certainement d'un problème de conception du moule. Si l'emplacement des bulles est incohérent ou est en corrélation avec des changements de lot de matériaux, il peut s'agir d'un problème d'humidité du matériau ou de stabilité du processus. Sectionnez un échantillon de pièce pour confirmer le type de défaut avant d'apporter des modifications.

Q : Quelle est la profondeur standard de la rainure d’aération pour les pièces ABS ? 

R : Pour l'ABS, la profondeur standard de la rainure d'aération est de 0,025 à 0,04 mm au niveau de la face de la cavité, s'ouvrant sur une section de dégagement de 0,5 à 1,0 mm derrière celle-ci. Plus profondément que cela, l'ABS clignotera à travers l'évent. Les évents doivent être positionnés à des emplacements confirmés par simulation de remplissage comme étant les dernières régions à remplir, et pas seulement aux positions génériques des lignes de joint.

Q : Puis-je résoudre un problème de bulle en augmentant la vitesse d’injection ? 

R : L'augmentation de la vitesse d'injection peut parfois déplacer l'emplacement d'un piège à air en modifiant le motif de remplissage, mais cela n'élimine pas la cause sous-jacente -, mais déplace le problème. La solution fiable consiste à repenser la position de la porte, en ajoutant des évents aux emplacements confirmés des pièges à air, ou les deux. Les ajustements de processus sont au mieux une mesure temporaire.

Q : De combien de rainures d’aération un moule d’injection de carrosserie de voiture jouet typique a-t-il besoin ? 

R : Le nombre dépend entièrement de la géométrie de la pièce et du motif de remplissage. Un simple écran plat peut nécessiter 4 à 6 bouches d'aération ; une coque complexe avec plusieurs fonctionnalités de poche peut en avoir besoin de 15 à 25. Le seul moyen fiable de déterminer le nombre et l'emplacement corrects est la simulation du flux de moule combinée à l'inspection du premier-article. N'importe lequelFabricant de moulage par injection plastique pour voiture joueteffectuer un examen DFM approprié inclura une vérification de l’emplacement des évents dans ce processus.

Q : Où puis-je trouver une usine de moulage par injection plastique pour voitures jouets qui conçoit dès le départ une prévention des vides ? 
R : Recherchez unMoulage par injection plastique de voiture jouetfournisseur qui fournit la simulation de flux de moule en tant qu'élément standard de son processus DFM - et non en option. Le résultat de la simulation doit inclure l'analyse du motif de remplissage, la prédiction des lignes de soudure et l'identification de l'emplacement des pièges à air. Un fournisseur qui peut vous montrer ces résultats pour la géométrie spécifique de votre pièce avant de s'engager dans l'outillage est celui qui préviendra réellement les défauts plutôt que de les déboguer plus tard.

Les bulles d'air et les vides de retrait dans les pièces moulées par injection sont prévisibles et évitables - non pas par chance ou par un processus héroïque, mais par des décisions de conception systématiques prises avant la construction du moule. La position de la porte, l'emplacement des évents, l'uniformité de l'épaisseur des parois et la proportion des nervures sont toutes des variables de conception. Abordez-les dès l'étape DFM, vérifiez-les par simulation et les pièces de production sortent correctement du premier coup.

Chez Sunhingstones, la prévention des bulles et des vides fait partie du processus DFM standard pour chaqueMoulage par injection plastique de voiture jouet, le moule de boîtier et l'outil de composants de précision que nous concevons. ChaqueMoulage par injection plastique de voiture jouetLe projet comprend une simulation de remplissage complet avec vérification du placement des évents avant l'usinage de l'acier. Nous effectuons une simulation de flux de moule sur chaque projet, documentons la justification de la conception des portes et des évents et confirmons le motif de remplissage avant de passer à l'usinage.

Vous rencontrez des problèmes de bulles ou de vides sur un moule existant, ou souhaitez les éviter sur un nouveau projet ?Contactez notre équipe d'ingénierie avec la géométrie de votre pièce et la description actuelle du défaut. Nous identifierons la cause première et recommanderons le correctif de conception approprié.

Références et lectures complémentaires

1. Rosato, DV et Rosato, MGManuel de moulage par injection, 3e édition. Springer, 2000.https://link.springer.com/book/9781461370895

2. Malloy, RAConception de pièces en plastique pour le moulage par injection, 2e édition. Hanser, 2010.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569904367

3. Kazmer, FAIREIngénierie de conception de moules à injection, 2e édition. Hanser, 2016.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569905852

4. Wang, Y. et al. "Effet du placement des évents sur le taux de défauts des pièges à air dans les pièces moulées par injection à géométrie complexe."Ingénierie et science des polymères, Vol. 60, numéro 8, 2020.https://www.doi.org/10.1002/pen.25396

5. Nian, SC et coll. "Variation de l'épaisseur de paroi et formation de vides internes dans le moulage par injection de produits de consommation."Journal international des technologies de fabrication avancées, Vol. 114, 2021.https://link.springer.com/journal/170

6. Société des ingénieurs plasticiens (SPE). Enquête sur les causes profondes des défauts des pièces en plastique auprès des consommateurs. Document technique SPE, 2022.https://www.4spe.org/

7. Association des services et technologies du divertissement (ESTA). Normes de qualité de fabrication et évaluation des capacités DFM. Guide technique ESTA, 2022.https://www.esta.org/

8. Cordonnier, J.Guide de conception Moldflow. Hanser, 2006.https://www.hanser-publications.com/isbn/9781569903735