Guide technologique de conception des mécanismes de dévissage automatique des moules : Structure du moule, principes de conception

Les moules à dévissage automatique constituent une catégorie sophistiquée d'outillage de moulage par injection, conçue spécifiquement pour la production de pièces plastiques filetées. Comparés aux méthodes nécessitant un démontage manuel ou des opérations secondaires, les moules à dévissage automatique permettent une production continue et efficace de pièces filetées de précision. Au cœur de cette technologie se trouve le mécanisme de dévissage, qui convertit un mouvement linéaire en un mouvement de rotation contrôlé avec précision pour extraire les noyaux filetés. Cet article présente les principaux éléments de conception des moules à dévissage, dans l'espoir de fournir aux équipes d'ingénierie un guide utile pour l'évaluation et la conception de tels moules.

Les mécanismes de dévissage automatique des moules se composent généralement d'un groupe hydraulique (vérins hydrauliques ou moteurs), d'un système de transmission (engrenages, crémaillères) et d'ensembles de noyaux filetés rotatifs. En convertissant un mouvement linéaire ou une puissance externe en un mouvement de rotation à couple élevé, ils assurent l'éjection automatique du filetage. Ce processus repose sur une séquence précisément synchronisée :

1. Phase d'ouverture du moule : Après l'injection et le refroidissement, le moule s'ouvre le long de la ligne de joint principale. Le noyau fileté reste engagé avec la pièce.
2. Activation par dévissage : Un système d’entraînement dédié (hydraulique, servo-électrique ou mécanique) fait tourner le noyau fileté. Le sens de rotation correspond au pas du filetage — généralement un tour complet pour chaque pas de filetage.
3. Rétraction linéaire : lors de la rotation du noyau, celui-ci s’éloigne simultanément axialement de la pièce, en suivant l’hélice du filetage. Ce mouvement rotatif et linéaire combiné extrait le noyau proprement de la partie filetée.
4. Éjection : Une fois le noyau complètement désengagé, des broches d'éjection standard poussent la pièce hors du moule.

Si vous souhaitez explorer en détail les applications pratiques de ces structures, veuillez consulter notreRecueil d'études de cas sur la conception de moules à dévisser.

Lors de l'évaluation des différentes options de mécanismes de dévissage de moules, le choix du type d'entraînement est une décision cruciale dans la conception d'un moule de dévissage. Chaque approche présente des avantages distincts en fonction de la géométrie du filetage, du volume de production et des contraintes d'espace du moule.

1. Entraînement par crémaillère et pignon :

Entraînée directement par la force d'ouverture de la presse à injecter ou par des vérins hydrauliques externes, cette méthode de dévissage présente une stabilité structurelle exceptionnelle et figure parmi les plus répandues.

2. Entraînement par engrenage moteur :

Entièrement alimenté par des moteurs hydrauliques externes ou des servomoteurs, il offre une puissance robuste et un contrôle précis de la vitesse et du nombre de tours. Il est idéal pour les filetages longs ou les moules complexes à forte porosité (par exemple, 16 cavités). Pour ces applications exigeantes, la conception du moule de dévissage doit privilégier la constance du couple et la précision du contrôle de la rotation.

3. Entraînement par vis-mère :

Ce système repose entièrement sur la force de traction linéaire exercée lors de l'ouverture du moule, convertie en mouvement de rotation par une vis sans fin à pas élevé. Sa structure hautement intégrée ne nécessite aucune source d'énergie externe, ce qui en fait une solution idéale pour les filetages courts et les moules compacts.

1. Noyau fileté rétractable :

Le noyau fileté tourne et se rétracte simultanément, se détachant de la pièce en douceur. La pièce en plastique reste parfaitement immobile durant cette phase de démoulage.

2. Noyau rotatif stationnaire :

Le noyau fileté pivote sur lui-même sans se rétracter, utilisant le pas du filetage pour « pousser » la pièce hors du noyau. Cette structure exige que la direction d'éjection de la pièce soit parfaitement alignée avec la direction de jointure du moule.

Lorsqu'un produit comporte une cavité filetée fermée, ou si le mécanisme à action latérale (glissière) doit passer par l'orifice fileté, le dévissage automatique doit être combiné avec des glissières latérales dans un système complexe d'extraction du noyau composite.

Séquence d'actions :Le curseur à action latérale se rétracte d'abord sur une courte distance de sécurité pour dégager l'espace nécessaire au noyau fileté → Le mécanisme de dévissage automatique s'active, faisant tourner et séparant le noyau fileté → Enfin, l'ensemble du curseur est entièrement extrait pour achever l'éjection de la cavité interne complexe.

Principe technique :Comme les filetages internes sont constitués de gorges circonférentielles, un noyau rétractable utilise une conception mécanique qui permet aux segments du noyau de se replier vers l'intérieur lors de l'éjection. Ceci réduit le diamètre extérieur total, permettant ainsi d'extraire le noyau de la pièce en toute sécurité, sans rotation.

Avantages et limitations :Il offre des temps de cycle extrêmement rapides ; cependant, comme le mécanisme de repliement nécessite un espace physique interne pour fonctionner, il ne convient pas aux ports filetés de petit diamètre.

Pour certaines conceptions, le moule peut éjecter la pièce en la poussant avec force hors du noyau, mais cela nécessite le respect strict des trois conditions suivantes : 1.

1. Matériaux flexibles : tels que le polychlorure de vinyle (PVC), le polypropylène (PP) et le polyéthylène (PE).

2. Profil du filetage : Le profil du filetage doit être arrondi ou semi-circulaire, plutôt que rectangulaire, trapézoïdal ou triangulaire pointu.

3. Limite d'interférence :La hauteur du filetage doit être relativement faible et doit satisfaire à la formule suivante :

(grand diamètre du filetage - petit diamètre du filetage) / petit diamètre du filetage ≤ A

La valeur de A dépend du type de plastique. De manière générale, elle est de 5 % pour le PP, 9 % pour le PA, 8 % pour l'ABS, 5 % pour le POM, 21 % pour le LDPE et 6 % pour le HDPE.

La conception d'un mécanisme de dévissage automatique de moule est une tâche d'ingénierie système extrêmement rigoureuse. Même des erreurs de calcul mineures lors de la conception du moule peuvent entraîner un arrachement du filetage, un blocage du mécanisme ou des temps de cycle excessivement longs. Un schéma de conception de moule de dévissage réussi suit généralement ces 4 étapes critiques :

Avant de commencer la conception du moule, une analyse complète de la géométrie et des propriétés des matériaux de la pièce en plastique est indispensable.

• Vérifier les spécifications du filetage : définir le type de filetage, le pas, le nombre de tours et les exigences de tolérance.
• Évaluation du retrait du matériau : Les plastiques semi-cristallins (comme le POM et le PA) adhèrent fortement au noyau après refroidissement. Un taux de retrait plus élevé nécessite un couple de desserrage initial plus important lors du démoulage.
• Mise en œuvre de dispositifs anti-rotation : Cette étape est souvent négligée. Si la pièce présente une surface extérieure cylindrique lisse, elle tournera avec le noyau lors du démoulage. Des nervures anti-rotation, des surfaces planes ou des encoches de verrouillage doivent être prévues sur la paroi extérieure ou la face d'extrémité du produit.

Ces considérations constituent le fondement de toute conception robuste de moule à dévissage, garantissant ainsi un fonctionnement fiable du mécanisme sur des millions de cycles.

Les calculs suivants sont essentiels à tout projet de conception de moule à dévissage, car ils déterminent directement les paramètres cinématiques du mécanisme de dévissage du moule.

Formule de calcul : U=L/P+Us

"U" : Nombre de rotations/tours du noyau fileté ;

"L" : Longueur totale du fil

"P" : Pas de filetage

« Us » : Coefficient de sécurité. Il s’agit de la marge supplémentaire ajoutée pour garantir que le filetage est complètement dévissé, généralement comprise entre 0,25 et 1 tour.

La conception des engrenages est principalement déterminée par le nombre de dents (Z), le module (m) et l'angle de pression (α). Le choix d'un rapport de transmission approprié est essentiel à une conception experte des moules de dévissage, car il permet d'équilibrer vitesse, couple et contraintes spatiales.

Nombre de dents (Z) :

Pour un entraxe donné, un nombre de dents plus élevé assure une transmission plus fluide et un niveau sonore réduit. Cependant, un plus grand nombre de dents implique un module plus petit et une épaisseur de dent réduite, ce qui diminue la résistance à la flexion de l'engrenage. Par conséquent, tout en garantissant une résistance à la flexion suffisante, il est recommandé d'utiliser un nombre de dents plus élevé et un module plus petit. Afin d'éviter le sous-dépouillement (interférence), le nombre de dents ne doit généralement pas être inférieur à 14, et de préférence un nombre pair.

Module (m) :

Le module est un paramètre fondamental des engrenages ; un module plus élevé permet d'obtenir des dents plus épaisses et plus robustes. Cependant, un module excessivement élevé peut engendrer une transmission instable et un niveau sonore plus important. Pour les engrenages de dévissage de moules industriels, le module est généralement choisi supérieur ou égal à 2.

Angle de pression (α) :

L'angle de pression des engrenages cylindriques à denture droite standard est une valeur normalisée, généralement de 20°.

Pour que deux engrenages s'engrènent correctement, les conditions suivantes doivent être remplies : modules identiques, angles de pression égaux, cercles primitifs tangents.

Remarque : Lors de la conception du moule, un jeu de 0,1 mm est intentionnellement prévu pour compenser la dilatation thermique.

Formule de calcul du diamètre du cercle primitif :d = m/z

Rapport de transmission i = Nombre de dents de la roue menée / Nombre de dents de la roue menante

i > 1 : Réduction de la vitesse, ce qui augmente le couple.

i < 1 : Augmentation de la vitesse, ce qui diminue le couple.

Une transmission à réduction de vitesse offre un couple plus élevé et une meilleure fiabilité ; elle est donc à privilégier. Cependant, en raison de contraintes pratiques liées à l’agencement du moule, à l’espace, au coût et aux spécifications de la machine, on utilise souvent des transmissions à augmentation de vitesse. Dans ce cas, il est nécessaire de choisir des vérins hydrauliques plus grands ou des moteurs plus puissants pour compenser la perte de couple. Remarque : pour les systèmes de dévissage par servomoteur et engrenage, la réduction de vitesse est indispensable ; pour les autres sources d’énergie, cela dépend de la situation.

Lorsqu'on utilise une crémaillère pour entraîner un engrenage, la course effective (longueur) de la crémaillère est calculée comme suit : Longueur_Crémaillère = (d×Π)×U

d : Diamètre du cercle primitif ; U : Nombre de tours de dévissage

1. Disposition en cascade centralisée :

Utilisez une transmission en cascade matricielle de « Pignon solaire principal → Pignons fous primaires → Pignons planétaires centraux » pour résoudre les problèmes d'interférence spatiale dans les configurations à cavités multiples.

2. Correction de la rotation par galets libres :

Insérez astucieusement des pignons intermédiaires. Leur fonction principale est d'inverser le sens de rotation, garantissant ainsi que tous les engrenages de cavité conservent exactement le même sens de rotation (par exemple, tous à droite).

3. Synchronisation stricte des paramètres :

Tous les engrenages planétaires doivent utiliser exactement le même module et le même nombre de dents pour garantir un démoulage parfaitement synchronisé. L'utilisation d'un module plus petit, lorsque l'espace le permet, rend la transmission plus fluide.

4. Tolérance pour le jeu thermique :

Il faut tenir compte de la dilatation thermique de l'acier lors de la production à haute température en augmentant artificiellement la distance entre les centres afin de réserver un jeu de 0,05 mm à 0,15 mm, empêchant ainsi le blocage du train d'engrenages à haute température.

Les composants rotatifs fonctionnant en continu sous des températures et des pressions élevées doivent prendre en compte les problèmes de dissipation de chaleur et d'usure.

• L'eau de refroidissement doit circuler à l'intérieur du noyau rotatif. Cela nécessite l'utilisation de joints toriques de haute qualité ou de raccords rotatifs spéciaux pour créer une étanchéité dynamique entre les composants rotatifs à grande vitesse et la plaque du collecteur d'eau fixe, afin d'éviter les fuites.
• Les engrenages, les roulements et les bagues de guidage devraient idéalement utiliser des roulements imprégnés d'huile ou des bagues en bronze résistant à l'usure avec inserts en graphite. Cela réduit la fréquence de maintenance et empêche l'huile de lubrification de contaminer les pièces moulées.

Les moules à dévissage automatique sont essentiels au moulage par injection haute performance des pièces filetées en plastique. La réussite de leur conception repose sur une approche globale intégrant une ingénierie précise du mécanisme de dévissage cinématique, le choix d'un système d'entraînement robuste, des matériaux et revêtements de pointe, ainsi qu'une maintenance proactive. La maîtrise de ces aspects techniques permet aux fabricants d'atteindre des niveaux de productivité sans précédent.

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