Tous les outils de fabrication sont soumis à des conditions de travail incroyablement difficiles et doivent résister à une forte usure. Les outils utilisés pour le moulage par injection plastique ne font pas exception, car les résines corrosives et les fibres abrasives, injectées sous des tonnes de pression, peuvent rapidement détruire le métal mou ou non traité.
Si vous fabriquez un outil de moule de production, vous pouvez facilement comprendre pourquoi cela est important pour vous. Les outils et les matrices représentent un investissement financier important. Si un moule s'use prématurément à cause de la friction de surface et doit être réparé, cela signifie une perte de temps de production et de revenus.
C'est pourquoi nous souhaitons explorer certaines stratégies utilisées par les fabricants pour prolonger la durée de vie des outils tout en améliorant les performances.
Qu'est-ce que la tribologie ?
La tribologie est l'étude du frottement et de l'interaction des surfaces en mouvement relatif. La recherche tribologique est utilisée pour découvrir de nouvelles et meilleures façons pour les surfaces d'interagir sans être détruites dans le processus. Mais il n'existe pas de solution unique qui soit la meilleure pour tous. Tout dépend de votre application particulière.
L'usure d'un moule dépend de nombreux facteurs, dont le métal de base, le volume de production, les circuits de refroidissement, le type de résine, la complexité du design, la texture de la surface et bien d'autres encore.
En raison de ces nombreuses variables, il existe différentes solutions de traitement pour aider à supporter la chaleur, augmenter la dureté, résister à la corrosion et réduire la friction pour un meilleur démoulage des pièces. Voici un examen plus approfondi des quatre principaux types généraux pour les outils de production.
Dépôt de chrome
L'une des premières formes de traitement des moules est le chromage. Il augmente la dureté des outils pour résister à l'abrasion lors de l'utilisation de résines remplies de verre. Le chrome aide à prévenir la rouille, mais il ne résiste pas au dégazage chimique lors de l'utilisation de résines corrosives comme le PVC.
En outre, le chromage nécessite l'utilisation d'une anode séparée. L'anode ajoute des frais à la fabrication et, en raison de sa taille et de sa forme, elle ne peut pas atteindre les cavités profondes ou les caractéristiques fines d'un moule.
Le nickelage chimique ne nécessite pas d'anode et peut donc être utilisé pour recouvrir uniformément tous les éléments du moule. Il aide le moule à résister aux attaques chimiques, mais il n'est pas aussi efficace pour les fibres abrasives.
Le nitrure de nickel-bore, un autre placage courant, améliore également la résistance à l'abrasion et à la corrosion sans nuire aux propriétés de transfert de chaleur. Mais son principal avantage est qu'il réduit considérablement le frottement des glissières mobiles, des noyaux et des autres zones d'usure de l'outil.
Dépôt physique en phase vapeur
Le dépôt physique en phase vapeur (PVD) utilise une source telle que de la céramique ou du métal, qui est ensuite frappée par un faisceau d'ions à haute énergie pour la transformer en plasma par pulvérisation. Ce plasma se lie à la paroi de l'outil en couches très fines avec une grande force adhésive.
Quelle est la finesse de ces couches ? Certaines sont de l'ordre du nanomètre, ou moins d'un micron, donc pas assez pour affecter les dimensions de la pièce finale dans la plupart des cas.
L'une des applications les plus courantes sur les outils est le nitrure de titane (TiN). Il est exceptionnellement durable et augmente considérablement la dureté, tout en offrant une meilleure résistance à la corrosion que le chrome. Il peut résister à l'attaque chimique des résines PVC tout en améliorant le pouvoir lubrifiant. Un inconvénient potentiel est qu'il est appliqué à des températures de 800 deg. C, ce qui peut affecter le traitement thermique de l'outil. Une autre limitation est qu'il s'agit d'une application en visibilité directe et qu'elle ne peut donc pas être appliquée sur des zones cachées.
Dépôt chimique en phase vapeur
Contrairement au PVD, le dépôt chimique en phase vapeur utilise une réaction chimique pour produire un film mince gazeux. Les revêtements CVD sont plus épais que les revêtements PVD et sont appliqués à des températures encore plus élevées. L'avantage est que des revêtements en diamant peuvent être appliqués, offrant la plus haute résistance possible à l'usure et une dureté accrue de l'outil pour une durée de vie extrêmement longue. Les revêtements CVD n'ont pas besoin d'être appliqués en visibilité directe, ce qui permet de traiter l'ensemble de l'outil.
Un inconvénient du CVD est qu'en raison des températures d'application élevées, les outils de moulage doivent être traités thermiquement une seconde fois après le revêtement.
Revêtements par pulvérisation
Une autre façon de modifier la tribologie de la surface d'un moule est d'appliquer un agent de démoulage par pulvérisation. Ceux-ci n'améliorent pas la dureté ou la durabilité mais sont conçus pour réduire le coefficient de friction afin que les pièces puissent être retirées plus facilement. La réduction de la friction permet également d'accélérer le temps d'emballage.
Le type de résine à mouler déterminera le meilleur type de revêtement à utiliser, bien que la plupart soient basés sur des formulations de silicone, de molybdène, de lithium ou de PTFE (c'est-à-dire de téflon).
Les revêtements par pulvérisation plus récents utilisent la nanotechnologie pour créer des films minces semi-permanents qui sont plus durables et réduisent considérablement la friction. Cela permet d'améliorer l'efficacité de la production en réduisant les temps de cycle et en prolongeant la durée de vie des outils.
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