Thermorégulation des moules d'injection

La qualité des pièces moulées par injection dépend largement de la maîtrise des conditions thermiques au sein de la machine. Celles-ci se rapportent non seulement à la température du cylindre et de la vis sans fin, mais aussi au bilan thermique du moule d'injection. La thermorégulation du moule remplit deux tâches:

• chauffage du moule à la température de service
• maintien du moule à la température de service

Bilan thermique du moule d'injection
Le moule d'injection est réchauffé de manière cyclique via le matériau injecté. La chaleur est évacuée par conduction au sein du matériau et de l’acier du moule, jusqu’à la surface du canal de thermorégulation. La chaleur y est ensuite transférée au fluide caloporteur en circulation (eau ou huile). Le thermorégulateur évacue la chaleur du fluide caloporteur et ramène le fluide refroidi dans le circuit.

Influence de la thermorégulation sur les pièces moulées par injection
La maîtrise des processus thermiques se traduit directement dans la haute qualité constante des pièces moulées par injection et un temps de cycle optimisé. En effet, la température du moule joue sur la qualité de la surface, le retrait, le gauchissement et l’aptitude à l'écoulement du matériau. Quelques exemples pour illustrer:

• Les retassures et les cavités sont souvent les signes d’un moule trop chaud
• Des différences de brillance surviennent si la température du moule est trop élevée
• Un gauchissement peut se produire en cas de répartition irrégulière de la température du moule ou de différences de température trop élevées entre le matériau et le moule
• Un jet libre peut se former si la température du moule est trop faible

Une régulation uniforme et adaptée de la température du moule réduit ces erreurs d'injection au minimum.

Un système de thermorégulation comporte trois composants : le moule, le thermorégulateur et le fluide caloporteur. L’interaction optimale de ces composants suppose le respect de certaines conditions.

Le moule nécessite une surface de canal de thermorégulation suffisante avec des sections de canal suffisantes. Des sections trop faibles entraînent une chute de pression accrue au sein du moule. Ceci nécessite des thermorégulateurs dotés de pompes plus onéreuses, capables de fournir la pression accrue de refoulement requise. C’est à ce niveau qu’il y a un grand potentiel d'économie. Autre point important : le fluide caloporteur ne peut présenter que de faibles différences de température entre l'entrée et la sortie du moule. La différence de température optimale est de maximum 3 °C.

Une conception optimisée permet de réduire la survenance de maints défauts d’injection. De plus, on atteint de plus brefs temps de cycle et une meilleure productivité. Exemple : chaque degré Celsius d'augmentation de température dans le moule fait augmenter le temps de refroidissement en moyenne d'environ 2 %.

La combinaison des deux effets permet de réduire sensiblement les coûts de production.

Le thermorégulateur doit réguler la température du moule selon des limites strictes. Ces valeurs se situent entre 5 et 20 °C selon le matériau et la pièce. Il faut pour ce faire une régulation optimale combinée à une capacité de chauffage, de refroidissement et de pompage suffisante et bien assortie.

Le fluide caloporteur doit entre autres présenter de bonnes propriétés de transmission de chaleur afin de dissiper de grandes quantités de chaleur en peu de temps.

Le refroidissement à l’eau est rentable
Pour résumer : comme l’eau présente de meilleures propriétés de transmission de chaleur que l’huile, il convient de privilégier la thermorégulation à l’eau. Sauf motifs spécifiques, celle-ci est possible avec des températures de moule jusqu'à 90 °C. Des appareils à eau sous pression peuvent être utilisés entre 90 et 250 °C. Avec des températures supérieures à 90 ou 250 °C, l’huile est utilisée comme fluide caloporteur.

Lors de la sélection d’un thermorégulateur pour le moulage par injection, les critères ci-dessous déterminent le profil de puissance du système de thermorégulation :

Qu’est-ce que le thermorégulateur fait ?
Les températures au sein du moule varient selon l’endroit. De plus, elles changent temporairement au long du cycle d’injection. La bonne qualité de la pièce moulée par injection impose justement que le niveau de température pouvant par moments changer reste constant dans toute la cavité du moule.

Lors de la production, le thermorégulateur veille à ce que les températures minimum et maximum de la paroi du moule restent constantes. En outre, le système de thermorégulation vérifie également que cette plage de température ne dérive pas vers le haut ni vers le bas. On dispose pour ce faire de trois modes de régulation:

1. Régulation de la température du fluide
   C’est cette méthode qui est le plus fréquemment utilisée. La précision de réglage est suffisante dans de nombreux cas. 
2. Régulation de la température du moule
   Une sonde de température est ici intégrée au système. Cette méthode est requise lorsque la constance de la température du moule doit être contrôlée dans des limites très strictes.
3. Régulation en cascade
   Cette méthode combine les modes de régulation ci-dessus et améliore encore le contrôle de la température au sein du moule.

Tout qui utilise correctement les thermorégulateurs profite des avantages de la technique et travaille de manière rentable dans toutes les phases du processus de production:

• Le moule est déjà à la température de production dès le début de celle-ci. Ceci réduit les rebuts au démarrage.
• Lors de la production, une bonne thermorégulation diminue les rebuts qui surviennent sinon suite au gauchissement, aux cavités, aux stries ou au mauvais comportement de remplissage du moule.
• Suite aux arrêts de production, celle-ci reprend plus rapidement à son rythme normal.

Le transformateur bénéficie globalement de pièces moulées par injection de meilleure qualité. Il obtient de meilleures surfaces et des pièces quasi sans contrainte qui peuvent être produites selon des tolérances strictes. Les rebuts ainsi réduits au minimum font également baisser les coûts de traitement, de mise au rebut et de matériau.

Les thermorégulateurs fonctionnent avec un circuit d’eau fermé et non pas avec de l’eau fraîche. Ceci réduit les problèmes de tartre ou de contamination microbienne au minimum — ceci réduit encore les frais d’entretien et de réparation. En outre, un profil de température bien équilibré au sein du moule entraîne moins d’usure pour celui-ci.

Tous ces facteurs réunis permettent dans la pratique de réaliser des économies considérables tout en bénéficiant de pièces de haute qualité.