Procédés communs et procédures d'usinage de précision pour la fabrication de moules par injection

D'une manière générale, un moule d'injection plastique est composé de nombreuses pièces, et la qualité des pièces influe directement sur la qualité du moule. La qualité finale des pièces moulées par injection est assurée par la finition. Il est donc important de contrôler le processus de finition. La plupart des entreprises de fabrication de moules utilisent la rectification, l'usinage électrochimique et le travail à l'établi au cours de la phase de finition. Au cours de cette étape, il est nécessaire de contrôler de nombreux paramètres techniques tels que la déformation de la pièce, les contraintes internes, la tolérance de la forme et la précision des dimensions. Dans les pratiques de production spécifiques, les difficultés opérationnelles sont nombreuses, mais il existe encore beaucoup de méthodes empiriques efficaces dont il vaut la peine de s'inspirer.

Le traitement des pièces moulées peut être grossièrement divisé en trois catégories en fonction de l'apparence et de la forme des pièces : les plaques, les pièces irrégulières et les arbres. Le processus commun est approximativement le suivant : ébauche - traitement thermique (trempe, revenu) - meulage fin - traitement électrique - ajusteur (traitement de surface) - traitement d'assemblage.

1. Traitement thermique des pièces

Le processus de traitement thermique des pièces ne consiste pas seulement à obtenir la dureté requise, mais aussi à contrôler les contraintes internes pour garantir la stabilité dimensionnelle pendant le traitement des pièces. Les méthodes de traitement diffèrent selon les matériaux. Avec le développement de l'industrie des moules ces dernières années, les types de matériaux utilisés se sont multipliés. Outre les alliages Cr12, 40Cr, Cr12MoV et les alliages durs, de nouveaux matériaux tels que l'acier allié aux poudres, comme le V10 et l'ASP23, peuvent être sélectionnés pour certains moules mâles et femelles à haute résistance et à force élevée. Ces matériaux présentent une stabilité thermique élevée et un bon statut organisationnel.

Pour les pièces en Cr12MoV, après l'usinage brut, elles subissent un traitement de trempe. Après la trempe, la pièce présente une contrainte résiduelle importante, qui peut facilement entraîner des fissures lors de la finition ou de l'opération. Les pièces doivent être trempées à chaud après la trempe pour éliminer la contrainte de trempe. La température de trempe est contrôlée à 900-1020℃, puis refroidie à 200-220℃ pour le refroidissement à l'air. Ensuite, il est rapidement replacé dans le four à 220℃ pour le revenu. Cette méthode est appelée processus de durcissement en une seule fois, qui peut atteindre une résistance élevée et une résistance à l'usure. Elle est efficace pour les moules dont l'usure est le principal mode de défaillance. En production, si certaines pièces présentent de nombreux coins et des formes complexes, le revenu n'est pas suffisant pour éliminer la contrainte de trempe. Avant la finition, un recuit de détente ou des traitements de vieillissement multiples sont nécessaires pour éliminer complètement les contraintes.

Pour les pièces en acier allié en poudre telles que V10 et APS23, parce qu'elles peuvent supporter un revenu à haute température, le processus de durcissement secondaire peut être utilisé pendant la trempe. La température de trempe est de 1050-1080℃, puis le revenu à haute température est effectué plusieurs fois à 490-520℃. Ce processus permet d'obtenir une résistance aux chocs et une stabilité élevées, ce qui convient aux moules dont l'écaillage est le principal mode de défaillance. Bien que le coût de l'acier allié en poudre soit relativement élevé, ses performances sont bonnes et il est largement utilisé.

2. Meulage des pièces

Il existe trois principaux types d'outils d'usinage utilisés pour la rectification : les rectifieuses de surface, les rectifieuses internes et externes et les rectifieuses d'outils. Au cours du processus de meulage fin, il est nécessaire de contrôler strictement la production de déformations et de fissures de meulage, même si elles sont très petites, car elles seront révélées au cours du traitement ultérieur. Par conséquent, l'alimentation pour le meulage fin doit être petite et non grande, le liquide de refroidissement doit être suffisant et les pièces dont les tolérances dimensionnelles sont inférieures à 0,01 mm doivent être meulées à une température constante dans la mesure du possible. D'après les calculs, pour une pièce d'acier de 300 mm de long avec une différence de température de 3 °C, le matériau se modifie d'environ 10,8μm, soit 10,8=1,2×3×3 (la déformation par 100 mm est de 1,2μm/°C). Ce facteur doit être pleinement pris en compte à chaque étape de traitement fin.

Le choix de la meule appropriée est de la plus haute importance pour le meulage fin, et lorsqu'il s'agit de mouler de l'acier à forte teneur en vanadium et en molybdène, les meules en corindon monocristallin GD sont les mieux adaptées. Les meules diamantées à liant organique sont généralement utilisées pour travailler avec des matériaux présentant une dureté de trempe élevée. Les meules à liant organique offrent des capacités d'auto-affûtage supérieures et la rugosité de la pièce peut atteindre Ra=0,2 mm avec cette option. Au fil du temps, les meules CBN (c'est-à-dire les meules en nitrure de bore cubique) ont montré des effets de traitement exceptionnels grâce aux nouveaux matériaux utilisés pour leur fabrication. Lorsqu'il est utilisé dans les opérations de rectification de forme CNC, de rectification de coordonnées, de rectification intérieure et extérieure CNC, le CBN est supérieur en termes de capacité de traitement par rapport à d'autres types de meules. Dans le cadre du processus de meulage, il est essentiel qu'une meule soit régulièrement ébarbée pour conserver son tranchant. Dans le cas contraire, sa passivation pourrait entraîner des brûlures à la surface et réduire considérablement sa résistance.

La plupart du temps, les pièces en tôle sont traitées à l'aide de meuleuses de surface. Lors de l'usinage, on rencontre souvent une pièce en tôle longue et fine, difficile à usiner. Pendant le traitement, la pièce se déforme sous l'action de l'attraction magnétique et s'accroche à la surface de l'établi. Lorsque la pièce est retirée, elle reprend sa forme initiale. La mesure de l'épaisseur est cohérente, mais le parallélisme ne répond pas aux exigences. La solution peut être trouvée en utilisant la méthode de rectification par séparation magnétique. Pendant le meulage, un bloc de même hauteur est placé sous la pièce, et quatre blocs latéraux sont placés contre elle. Pendant le traitement, une petite avance et des passages multiples sont utilisés. Après le traitement d'un côté, le bloc de même hauteur peut être retiré et la pièce peut être directement absorbée pour le traitement. Cela permet d'améliorer l'effet de meulage et de répondre aux exigences de parallélisme.

Les pièces d'essieu ont des surfaces rotatives et leur traitement est largement effectué à l'aide de rectifieuses internes et externes et de rectifieuses d'outils. Au cours du processus de traitement, la poupée et le point central sont équivalents au jeu de barres. S'il y a un problème de faux-rond, la pièce usinée aura également ce problème, ce qui affectera la qualité de la pièce. Il est donc nécessaire d'effectuer un travail d'inspection sur la poupée et le point central avant le traitement. Lors de la rectification du trou intérieur, le liquide de refroidissement doit être entièrement versé sur la position de contact de la rectification afin de faciliter la décharge en douceur de la rectification. Lors de l'usinage de pièces d'arbres à parois minces, il est préférable d'utiliser une table de serrage, et la force de serrage ne doit pas être trop importante, sinon il est facile de produire une déformation en "triangle intérieur" sur la circonférence de la pièce à usiner.

3. Contrôle électrique de l'usinage

Les usines de moules modernes ne peuvent se passer de l'usinage électrique, qui permet de traiter des pièces de formes diverses et de haute dureté. Il se divise en deux catégories : le découpage par fil et l'étincelage électrique.

La précision d'usinage de la découpe du fil peut atteindre ±0,003 mm, avec une rugosité de Ra0,2μm. Au début du processus d'usinage, il est nécessaire de vérifier l'état de la machine-outil, le degré de déionisation de l'eau, la température de l'eau, la perpendicularité du fil, la tension et d'autres facteurs pour garantir un bon état d'usinage. Le découpage au fil est un processus d'enlèvement de matière sur une pièce entière, ce qui détruit l'équilibre original des contraintes de la pièce et provoque facilement une concentration des contraintes, en particulier dans les coins. Par conséquent, lorsque R<0,2 (en particulier pour les angles aigus), des suggestions d'amélioration doivent être faites au département de conception. Pendant le processus d'usinage, la méthode de traitement de la concentration de contraintes peut être appliquée en utilisant le principe de la translation vectorielle. Avant la finition, il convient de laisser une marge d'environ 1 mm et de prétraiter la forme brute. Ensuite, un traitement thermique peut être effectué pour libérer la contrainte de traitement avant la finition, assurant ainsi la stabilité thermique.

Lors du traitement de la filière mâle, le choix de la position de coupe et de la trajectoire du fil doit être soigneusement étudié. Le meilleur résultat est obtenu en utilisant le poinçonnage et le filetage. Le découpage de haute précision du fil est généralement effectué quatre fois pour garantir la qualité de la pièce. Lors de l'usinage d'une filière femelle avec cône, dans un esprit de rapidité et d'efficacité, la première passe consiste à usiner grossièrement les bords droits, la deuxième passe à usiner le cône, puis les bords droits sont affinés. Il n'est donc pas nécessaire de procéder à une finition verticale de la section X et seuls les bords droits de la section de l'arête de coupe sont affinés, ce qui permet d'économiser du temps et de l'argent.

Dans le domaine de l'électroérosion, il est nécessaire de produire d'abord des électrodes, qui peuvent être divisées en électrodes brutes et électrodes fines. Les électrodes d'usinage fin nécessitent une bonne régularité de forme et sont mieux traitées à l'aide de machines-outils à commande numérique. Lors de la sélection du matériau de l'électrode, les électrodes en cuivre sont principalement utilisées pour l'usinage de l'acier en général. Les électrodes en alliage Cu-W ont de bonnes performances globales, en particulier dans le processus d'usinage, avec une consommation nettement inférieure à celle du cuivre. Avec une quantité suffisante de liquide de rinçage, elles conviennent à l'usinage de matériaux difficiles et à la finition de sections complexes. Lors de la production d'électrodes, il est nécessaire de calculer la taille de la fente et le nombre d'électrodes. Lors de l'usinage de grandes surfaces ou d'électrodes lourdes, le serrage de la pièce et de l'électrode doit être sûr afin de garantir une résistance suffisante et d'éviter le desserrage pendant l'usinage. Lors de l'usinage en profondeur, il convient de prêter attention à la perte de l'électrode à différents endroits et à l'arc électrique causé par un mauvais drainage.

4. Traitement de surface et assemblage

La surface de la pièce qui présente des marques d'outil et de meulage pendant le traitement est l'endroit où les contraintes se concentrent et la source de propagation des fissures. Par conséquent, après l'usinage, il est nécessaire de renforcer la surface de la pièce et d'éliminer les risques liés à l'usinage par un meulage d'ajustement. Certaines arêtes, angles vifs et orifices de la pièce sont émoussés et traités R. En général, la surface du traitement électrique produit une couche durcie métamorphique d'environ 6-10μm, de couleur blanc grisâtre. La couche durcie est fragile et présente des contraintes résiduelles. Avant utilisation, il est nécessaire d'éliminer complètement la couche durcie par polissage et meulage de la surface.

Pendant le meulage et le traitement électrochimique, la pièce sera magnétisée dans une certaine mesure, avec une faible force magnétique, ce qui est très facile d'attirer de petites choses. Par conséquent, avant l'assemblage, la pièce doit être démagnétisée et la surface doit être nettoyée avec de l'acétate d'éthyle. Pendant l'assemblage, reportez-vous d'abord au plan d'assemblage, trouvez toutes les pièces, puis énumérez la séquence d'équipement de chaque pièce. Dressez la liste des précautions à prendre, puis commencez à assembler le moule. En général, le poteau et le manchon de guidage sont installés en premier, suivis du cadre du moule et des moules mâle et femelle. Ajustez ensuite le jeu de chaque pièce, en particulier le jeu entre les moules mâle et femelle. Après l'assemblage, le moule doit être testé et un rapport sur la situation générale doit être rédigé. Pour tout problème détecté, la méthode de réflexion inverse peut être utilisée, c'est-à-dire du post-traitement au pré-traitement, du traitement fin au traitement grossier, et vérifier un par un jusqu'à ce que le point essentiel soit trouvé et le problème résolu.

La pratique a prouvé qu'un bon contrôle du processus d'usinage de finition permet de réduire efficacement les pièces hors tolérances et les rebuts, et d'améliorer le taux de réussite en une seule fois et la durée de vie du moule.