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RÉSUMÉ
L'analyse des besoins pour les constituants d'un moule fait apparaître deux types de matériaux. D'une part, le matériau constituant la carcasse doit avoir une bonne résistance aux chocs, une dureté moyenne et une grande stabilité dimensionnelle. C'est souvent un acier de construction ou un acier à outil pour travail à froid de structure métallurgique fine. D'autre part, pour le matériau pour les empreintes, on privilégie la dureté et la résistance à chaud. Le choix se porte souvent vers des aciers à outils pour travail à chaud, de structure très fine, issus de la métallurgie classique ou de la métallurgie des poudres.
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Thomas MUNCH : Ingénieur ENSAIS-EAHP - Agrégé en Mécanique - Ancien Responsable Injection de Hage
INTRODUCTION
Les principaux facteurs intervenant dans la longévité des outillages d'injection plastique sont la conception, la réalisation mécanique et le choix des matériaux. Le coût d'outillage est souvent très élevé et constitué principalement par la fabrication des empreintes. Le coût des aciers est proportionnellement faible. C'est pourquoi le choix des aciers se fait principalement sur des critères techniques, le prix d'achat étant secondaire. Un choix judicieux permet d'agir efficacement pour augmenter considérablement la durée de vie des outillages.
Les besoins en termes de propriétés de matériaux sont spécifiques à la carcasse, aux empreintes et aux pièces mobiles du moule. Ils concernent la tenue aux chocs, la limite d'élasticité, la conductibilité thermique, la résistance chimique, la résistance à l'usure, ainsi que les aptitudes à l'usinage, aux traitements thermiques et au polissage.
Les propriétés des aciers dépendent avant tout de leur composition et du traitement thermique : la connaissance de l'influence de ces paramètres sur les besoins spécifiques liés à l'injection des matières plastiques permet d'optimiser la longévité des outillages. Cependant, la pratique des traitements thermiques présente des risques liés à la spécificité des aciers généralement choisis. La prise en compte de ces phénomènes permet de réduire considérablement le danger de détruire les empreintes lors des traitements.
Le procédé d'obtention de l'acier permet également d'optimiser de façon très conséquente certaines propriétés indispensables pour des applications spécifiques à la plasturgie.
Un certain nombre de situations requiert des propriétés qui ne peuvent être obtenues avec des aciers. Le recours à d'autres matériaux permet de satisfaire des besoins parfois antagonistes.
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- Version courante de mai 2024 par Thomas MUNCH
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Conclusion
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7. Utilisation d'autres métaux
7.1 Optimisation de la conductivité thermique
Dans le cas où la conductivité thermique de l'acier est insuffisante, une solution consiste à utiliser un alliage très conducteur à base de cuivre.
En effet, la conductivité thermique des alliages à base de cuivre se situe dans une fourchette de 100 à 300 W.m-1.K-1, alors que celle d'un acier à outil pour travail à chaud est de l'ordre de 10 à 20 W.m-1.K-1.
Les propriétés mécaniques du cuivre pur, très bon conducteur thermique (400 W.m-1.K-1), sont très insuffisantes pour assurer la stabilité dimensionnelle et la longévité d'une empreinte d'injection. En effet la dureté du cuivre pur se situe entre 50 et 100 HV30, alors que la dureté couramment choisie pour la réalisation d'une empreinte est de 52 HRC, soit 580 HV30.
Certains alliages de cuivre permettent d'atteindre des duretés relativement élevées, jusqu'à 40 HRC, moyennant un traitement thermique adapté. C'est le phénomène de durcissement structural, présenté par les alliages de cuivre et de chrome, de cuivre et de nickel et de cuivre et de béryllium, par exemple.
Le traitement thermique permettant d'atteindre la dureté maximale consiste en une mise en solution solide de l'élément d'alliage, un refroidissement rapide pour empêcher la formation de précipité et conserver l'élément d'alliage en solution, puis, après mise en forme un palier en température permettant la formation plus ou moins complète des précipités assurant le durcissement structural.
L'alliage cuivre-béryllium a longtemps été la solution la plus performante en termes de conductivité thermique et de dureté, au prix de difficultés d'utilisation dues à la toxicité du béryllium. Il existe des alliages récents, sans béryllium, à base de cuivre, nickel, silicium et chrome, dont les propriétés mécaniques s'approchent, sans toutefois les atteindre, de celles de ces alliages : leur dureté atteint 30 HRC, pour une conductivité thermique supérieure de 50 % à celle de l'alliage Cu-Be.
Les alliages d'aluminium présentent une très bonne conductivité thermique. Cependant, leurs propriétés mécaniques sont très insuffisantes pour assurer la longévité d'un moule de production. Leur emploi, tout comme celui du Zamac, est limité à la réalisation de moules...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BARRALIS (J.), MAEDER (G.) - Métallurgie. - Afnor Nathan 2005.
-
(2) - BERANGER et all. - Les aciers spéciaux - . Tech et Doc Lavoisier 1989.
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(3) - DOBRACZINSKY (A.), PIPERAUD (M.), TROTIGNON (J.-P.), VERDU (J.) - Précis de matières plastiques. - Afnor Nathan 2006.
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(4) - GASTROW (H.) - Injection Mold: 130 Proven Designs - . 3rd edition, Carl Hanser Verlag, Munich, 2002.
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(5) - MUNCH (T.) - Du Process à la pièce : l'injection des Plastiques. - VTP Éditions 2006.
-
(6) - MUNCH (T.) - Konsequente Optimierung des Spritzgiessverfahrens - . BOD GmbH 2008.
-
...
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Aubert et Duval http://www.aubertduval.fr/
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Rabourdin http://www.rabourdin.fr
Strack Norma http://www.strack.de
Uddeholm http://www.uddeholm.fr/
Organismes – Fédération – Association (liste non exhaustive)
A3TS Association de Traitements Thermiques et Traitements de Surface http://www.a3ts.org/
EUROFER European Steel Association http://www.eurofer.org/
FFA Fédération Française de l'Acier ...
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