Deux applications de succès
La technologie des moules en aluminium pour la réalisation de pièces thermoplastiques
Parfois il peut y avoir l'opportunité de réaliser un projet convoité depuis longtemps : il peut aussi arriver qu'une accélération soudaine des événements puisse entraver l'achèvement du projet.
En effet une pièce plastique avec des dimensions considérables et des difficultés de réalisation énormes ne peut pas être réalisée en grande hâte.
Ces quelques lignes servent comme introduction à une application d'un succès extraordinaire qui montre les avantages et les résultats qu'on peut obtenir par la technologie des moules en aluminium pour la réalisation de pièces thermoplastiques.
A côté vous trouvez un miroir du récipient pour compostage où on peut constater les nombreuses nervures de renforcement.
Le matériel utilisé pour l'exécution du moule est l'aluminium de type CERTAL®SPC, un alliage de la série 7xxx de dérivation aéronautique et qui a été développé pour satisfaire les exigences des moulistes en usinabilité, de stabilité des dimensions, de soudabilité et de constance de caractéristiques mécaniques de la couche corticale jusqu'au cœur du bloc.
Dans ce cas les avantages obtenus par l'outillage en aluminium sont les suivants :
- une rapide exécution du moule.
- la possibilité d'effectuer des changements de façon simple et rapide.
- la réduction au minimum des opérations d'électroérosion. Toutes les nervures de renforcement ont été réalisées par le fraisage.
- les opérations d'injection sont considérablement simplifiées grâce au bon échange thermique de l'aluminium.
- des coûts sensiblement réduits par rapport à un outillage en acier.
Dans cette diapositive sont visibles les fraisages réalisés pour obtenir les nervures de renforcement.
La possibilité d'effectuer des fraisages subtils et profonds jusqu'à 20 fois le diamètre de l'outil a sûrement facilité la tâche du mouliste qui a ainsi pu éviter des travaux d'électroérosion. De cette façon, il n'y a pas eu d'électrodes à réaliser et les différentes opérations de finissions.
L'usure des outils, qui peut être entièrement négligée, permet de réduire nettement les coûts d'achat d'outils et d'usiner sur machines-outils sans la présence constante de l'opérateur.
La valeur élevée d'échange thermique de l'aluminium (plus élevée que du cuivre-béryllium) n'implique aucune réalisation d'un réseau sophistiqué de trous d'eau dans le moule ; les canaux peuvent être réalisés avec des diamètres de 20 à 25 mm, et, suffisamment distants de l'empreinte.
Avant d'obtenir la version définitive de la pièce injectée, on a changé la géométrie et la forme de certains éléments du moule par des pièces d'insertion : ces opérations ont été facilitées par la très bonne usinabilitée de l'aluminium et terminées très rapidement.
Enfin le poids spécifique de l'aluminium, égal à 1/3 par rapport à celui de l'acier, a été fort apprécié par le mouliste et par le transformateur qui ont pu déplacer l'outillage avec une relative facilité et plus rapidement ce qui a permis un gainénergétique difficile à quantifier, mais sûrement considérable.
Fiche technique de l'application
| Article |
Partie de Composter |
| Technique d'exécution |
Fraisage sur machine OMV HS 320 |
| Matière du moule |
Certal®SPC |
| Dimension du moule |
1200 x 900 x 1200 mm. |
| Poids du moule |
3500 kg. |
| Contre-dépouille |
Réalisation de parties en mouvement en bronze sur aluminium |
| Matière plastique |
Polypropylène copolymère |
| Poids de la pièce |
3400 grammes |
| Dimension de la matière plastique |
9400 cm ³ |
| Temps de réalisation du moule |
40 jours |
| Nb de pièces prévues |
500.000 à 700.000 pièces |
| Constructeur du moule |
Tagliabue modelli |
| Transformateur |
Plasteva |
| % Gains de coûts d'exécution de l'outillage entre aluminium et acier : - 30÷50 |
| % Gains de temps d'exécution de l'outillage entre aluminium et acier : - 50÷60 |
Châssis pour fauteuil médical réalisé en HIS- PUR
L'application représentée dans la photo concerne un châssis pour fauteuil médical réalisé en HIS- PUR (polyuréthane à haute résistance d'impact).
Le processus utilisé est le super moulage RIM sur un noyau en acier.
La série de pièces réalisée est de 15 000 pièces.
A partir de l'analyse économique des phases de réalisations et utilisation du moule (sans considérer les temps épargnés dans le cycle presse), le cadre comparatif entre aluminium Certal® et acier Ck45 est le suivant :
Bilan économique aluminium/acier
| Critères |
Certal® |
Acier Ck45 |
Différence |
| Coût du matériel |
540 Kg x 7 €/Kg
= 3.780 € |
1.540 Kg x 1,5 €/kg
= 2.310 € |
+ 1.470 € |
| Coût d'exécution |
50 heure x 70 €/h
= 3.500 € |
150 heure x 70 €/h
=10.500 € |
- 7.000 € |
| Coût énergétique (*) |
89.200 x 0,08 €/Kwh
= 7.140 € |
135.900 x 0,08 €/Kwh
= 10.870 € |
- 3.730 € |
| TOTAL |
14.420 € |
23.680 € |
- 9.260 € |
(*) = Voir bilan énergétique
Bilan énergétique
| Critère |
Notes |
Certal® SPC |
Acier Ck45 |
| Transport des bloques |
On suppose un transport de 500 km et un rapport de 1,5 litres/tonne/100 km et de 39 MJ/litre pour un camion diesel. |
158 MJ |
459 MJ |
| Dégrossissage |
Fraiseuse avec puissance utilisée de 12 Kwh |
5.712 MJ |
17.136 MJ |
| Manutention/Démontage |
Acier : 12 kWh nécessaires
Certal®: 8 Kwh nécessaires |
285.600 MJ |
428.400 MJ |
| Réchauffage du moule |
Acier : Cm = 0,11 kcal/kg.K
Certal®: Cm = 0,22 kcal/kg.K |
29.700 MJ |
43.170 MJ |
| TOTAL |
|
321.170 MJ =
89.200 Kwh |
489.165 MJ =
135.900 Kwh |
Notes
Poids des bloques : acier 1570 kg, Aluminium 540 kg
Conversion: 1 kWh = 3.6 MJ
Pour le réchauffage, l'énergie est égale à Cm (chaleur maximale) x masse du moule x différence de température / 1 kcal = 4.18 kJ
Semaines de travail considérées : 150
Conclusion
Malgré un coût initial supérieur du matériel utilisé dans l'exécution du moule (+40%), l'épargne totale (matériel + exécution + énergie) a été de 40% environ par rapport à la solution en acier. Le mouleur a aussi constaté les avantages suivants :
- Aucun traitement thermique nécessaire après l'exécution (alliage à l'état déjà trempé et détendu).
- Réduction des temps de refroidissement et du rythme du cycle.
- Maintien facilité par la réduction du poids.
- Aucune corrosion des moules au cours du stockage.
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De old tooling 
