Un guide pratique du moulage par injection de caoutchouc : règles de processus, de matériaux et de conception

Moulage par injection de caoutchouc, [traduction] ?, décrit le processus d'alimentation d'un composé de caoutchouc non durci à travers un fût chauffé et de son injection, sous haute pression, dans une cavité fermée de filière où, à la chaleur et à la pression, on initie un composant élastomère fini vulcanisé C'est actuellement le processus dominant pour les composants de caoutchouc de volume moyen à élevé où des tolérances serrées, un faible flash et des temps de cycle courts sont requis Veuillez consulter ce bref aperçu du cycle de processus, les trois types, la sélection du composé 1TP8 T par niveaux 1TP8 T D2000, un cadre simple pour comparer la sélection entre la compression, le transfert et l'injection, et les entrepreneurs finaux les récepteurs de coûts réels et de “ dos drivers ” temps de cycle que vous devez demander avant d'approuver un outil.

Qu'est-ce que le moulage par injection de caoutchouc ? Une réponse de 60 secondes

Comme pour tout processus de fabrication à haute pression, le moulage par injection de caoutchouc est un composé en boucle fermée alimentant le composant résultant. Contrairement à l'injection plastique, où vous faites simplement fondre des pastilles thermoplastiques et injectez la pièce, les composants en caoutchouc haute pression sont “vulcanisés” à l'intérieur de la cavité (chimiquement durcis à l'aide d'une réticulation au soufre ou au peroxyde).La vulcanisation est permanente, la pièce finale doit donc être découpée à l'emporte-pièce.

Une unité d'injection de caoutchouc standard (avec vis alternative motorisée ou vérin) consiste à préchauffer le caoutchouc à 80-120 °Celsius, puis à injecter, en utilisant environ 1 500 atmosphères de pression, à travers une carotte, un canal et un système de grille, dans une filière maintenue entre 150 et 200 °Celsius. Après un temps de séjour de 60 à 180 secondes pour que les produits chimiques de réticulation interagissent, vous vous retrouvez avec une pièce finie, qui peut être éjectée. Une combinaison serrée de préchauffage et de haute pression, avec une température de filière précisément contrôlée, est la raison pour laquelle le processus de répétition de cycle court, tolérances de lots et de compression de chutes sont moins serrées que les processus de compression.

Si vous voyagez jusqu'à l'étage de production, les différences les plus évidentes sont en échelle Seules quelques presses à moules à injection sont nécessaires pour faire fonctionner plus de 400 cavités par jour sur un cycle de 30 secondes lors de la production d'un programme de joint torique, par rapport à une ligne de compression actionnée par pression (batch) qui nécessiterait des dizaines de presses et un chargement manuel Notre installation engelhardt, avec 400 machines d'injection de caoutchouc qui parcourent la Chine et la Thaïlande, produirait plus de 3000 tonnes de composants Elastomer à partir d'une ligne de production simple à fonctionner Un autre signe visible d'échelle est dans le flux de presses de haute tonnage, le chargement, le cyclage, le cycle, et les pièces de soufflage et de soufflage et de soufflage électronique.

Les capacités de moulage par injection de caoutchouc de Engelhardt incluez à la fois des lignes alimentées par bandes organiques et des cellules dédiées en caoutchouc de silicone liquide (1TP15 T), que nous aborderons dans la section types ci-dessous.

Comment fonctionne le processus de moulage par injection de caoutchouc (étape par étape)

Comment fonctionne le moulage par injection de caoutchouc ?

Six étapes séquentielles Composer, préchauffer, injecter, serrer, guérir, éjecter Manquer une étape et le tir échoue.

1. Composé. Masticate, mélange & souche.2-roll mill ou mélangeur interne Le composé non durci est coupé en bandes ou pastilles extrudables en gros ensimage de matière première en forme de tube, prêt pour l'injection Remède en interne de familles de composés comme EPDM, NBR, FKM, silicone, néoprène, caoutchouc naturel coupe une semaine de délai pour le client par opposition à obtenir le matériau pré-apparié d'un compilateur.
2. Alimentation & plastification La crosse en bande parfois façonnée en préforme pour les pièces épaisses (« thread-form ») passe à travers un fût à vis alternatif chaud (80-120 C).La crosse en bande s'homogénéise et alimente un volume de tir calibré, meurt à peine devant la pointe de vis pour un contrôle maximum Pour le caoutchouc silicone liquide la grenaille est pré-mesurée dans un générateur statique en 2 parties avant d'aller à la buse.
3. Injecter. Un actionneur hydraulique ou électrique entraîne la vis vers l'avant, pour pousser les plastiques en caoutchouc à travers un système de carotte et de glissière, dans le plâtre L'injection se produit à 100-200 MPa à un temps de 1-3 s donc on ne brûle pas le caoutchouc prématurément dans le coureur.
4. Pince & runfull La pince fait comme son nom dit et essayer de maintenir les moitiés d'outil ensemble contre la pression injectée Couple de 100 tonnes force de pince pour une zone projetée de 200 cm à 150 MPa Si légèrement serré il y aura un événement de flash.
5. Habiter. C'est tout le jeu la plupart du temps, D'après les données publiques de Dow Chemical sur le séjour 1TP15 T, cela équivaut à environ 4-6 secondes par mm à 150-200 C. Une partie de 5 mm d'épaisseur aurait besoin de 20-30 secondes de séjour avant que le centre ne soit entièrement réticulé Nous, à 1TP2 T, voyons la plupart des passages à niveau du temps de cycle parce que les ingénieurs copient le temps de cycle à partir d'une partie plus fine sans retravailler le séjour.
6. Éjectez et dégonflez. La pince s'ouvre et la pièce finie est poussée vers l'extérieur par des broches d'éjection Les déchets de coureur sont emportés par des civières Les outils d'injection modernes récupèrent moins de 21TP20 T du cycle dans les déchets flash/coureur, les fours de compression obtiennent 10-20%.

Le point clé Ce processus en six étapes est une fonction du second ordre où le temps de séjour est le temps de cycle du premier ordre Maîtrisez la formule du temps de retournement de séjour et le cycle s'exécute lui-même.

Les 3 types de moulage par injection de caoutchouc

 

Pratiquement toutes les taxonomies publiées énumèrent ces deux sortes de moulage par injection de caoutchouc : le solide-bande organique et le silicone liquide Nous incluons la troisième, car l'injection de caoutchouc thermoplastique est devenue sa propre catégorie Les données du marché mondial pour le TPE/TPR devraient croître à un taux annuel moyen d'un peu moins de 12,41TP20 T, passant d'environ $13 b en 2026 à un peu moins de $18 b en 2033 ; la tranche moulée par injection de la tarte est celle où se trouve la majeure partie du volume.

Si nous traitons le TPR comme une note de bas de page sur l'injection plastique, ce n'est plus une description précise du mix de production 2026.

Injection de caoutchouc organique (à bandes solides)

Le cheval de bataille établi : 1TP9 T, 1TP13 T, néoprène, 1TP14 T et composés de caoutchouc naturel fonctionnent sous forme de bande solide introduite dans un fût à vis, plastifiée et injectée dans le moule. En estimant la majorité des pièces en caoutchouc moulées par injection en poids, c'est le choix idéal pour le décapage par intempéries automobiles, les supports antivibratoires, les œillets CVC, les joints robustes, etc. Tracés typiques des cavités de 4 à 32.

Le coût du composé est faible et le budget du prémélange minime, la chimie du durcissement est prévisible, la flexibilité du processus est bonne avec une plage de duromètres variant de 40 joints flexibles Shore A à 90 buissons structurels Shore A.

Caoutchouc liquide en silicone (1TP15 T) Moulage par injection

Le 1TP15 T, ou moulage par injection liquide, est un silicone durci au platine à deux composants qui est vendu sous forme de liquides à faible viscosité dans des fûts scellés. Il s'agit d'un système à faible viscosité qui est mélangé à un compteur dans un mélangeur statique, injecté dans un canal froid et durci sur un outil chaud 170-200 C. Les 1TP15 T rempliront une cavité beaucoup plus complexe qu'un silicone solide, ce qui les rend dominants dans les soins pour bébés, les tubes médicaux, les joints implantables et les joints d'éclairage automobiles.

1TP2 T exécute actuellement des cellules 1TP15 T dédiées sur des médicaments conformes à 1TP10 T et des programmes d'éclairage automobile de niveau 1, avec un gain allant jusqu'à 16 par outil.

Injection de caoutchouc thermoplastique (TPR/TPE)

Le caoutchouc thermoplastique ne se vulcanise pas. Il fond, refroidit et coule sur des machines de moulage par injection plastique et peut être récupéré en cours d'utilisation. TPR est l'élastomère de choix pour les produits de consommation surchargés (poignées à poignée souple, semelles de chaussures, pièces de jouets) et certaines applications d'étanchéité intérieure de voiture où le style surmonte la résistance à la chaleur.

L'inconvénient : le TPR a une résistance à la traction considérablement réduite au-dessus d'environ 100 °C et souffre également d'un fluage sous chargement statique. Il ne peut donc pas être considéré comme un drop-in équivalent au EPDM vulcanisé dans des conditions sous le capot.

Le résultat final Choisissez le matériau de l'application : organique pour la chaleur et les hydrocarbures, 1TP15 T pour la biocompatibilité et les caractéristiques fines, TPR pour le surmoulage recyclable à température ambiante.

Matériaux en caoutchouc utilisés dans le moulage par injection

Quels matériaux en caoutchouc sont couramment utilisés ?

Les six familles de composés énumérées ci-dessous comprennent plus de 951TP20 T de pièces moulées par injection de caoutchouc commerciales totales Chacune possède une enveloppe de service unique et la norme 1TP8 T D2000 définit un code de type (résistance à la chaleur) et de classe (résistance à l'huile) que la plupart des équipes d'approvisionnement n'apprennent pas avant d'avoir subi une défaillance sur le terrain L'identification de la désignation D2000 sur un dessin élimine la plus grande confusion en aval concernant le composé que le mouleur doit exécuter Cela donne également à l'approvisionnement un vocabulaire commun à tous les processus de moulage lors de la comparaison des citations.

L'autre spécification qui est négligée est le retrait Les composés de caoutchouc vulcanisés rétrécissent d'environ 1,5 à 3,51TP20 T de la température chaude à la cavité à la température ambiante et ce nombre varie en fonction du polymère de base, de la charge de charge et de la température de vulcanisation. Le silicone est vers l'extrémité supérieure (2,5-3,5%), le NBR est vers l'extrémité inférieure (1,5-2%) et un dessin d'impression sans limite de retrait invite à une deuxième révision de l'outil.

1TP2 T combine les 6 familles de base en interne Nous avions besoin de 8 arbres de valeurs différents, mais maintenant le problème composé-approvisionnement a été pris en compte hors délai Nous pouvons alors comparer un appel client à une seule machine sur la même base.

Veuillez vous référer à notre guide de sélection de matériaux et duromètres en caoutchouc pour plus d'informations sur la relation entre le duromètre et la fonction de la pièce, et notre sélecteur de composé élastomère caoutchouc pour vous aider à comparer entre les familles composées.

Moulage par injection de caoutchouc vs moulage par compression et transfert

Moulage par injection de caoutchouc vs moulage par compression, lequel devriez-vous choisir ?

L'injection, la compression et le transfert sont les trois méthodes de moulage de caoutchouc standard actuelles, et chaque décision d'approvisionnement sérieuse finit par atterrir sur quel processus spécifier En bref, l'injection gagne : l'injection offre le meilleur volume économique, la tolérance la plus étroite possible et le temps de cycle le plus court ; la compression a le moule le plus rentable sous 10 cavités et les plus grandes parties ; le transfert est au milieu Une réponse plus nuancée dépend d'une question de trois paramètres mesurables dont vous et votre ingénieur devriez convenir avant de demander des devis :

La règle des trois signaux pour la sélection des processus

Dans le cas de la citation, on a tendance à n'utiliser que trois signaux au lieu d'une matrice Chaque signal sélectionne indépendamment l'un des trois processus, si deux des trois signaux sélectionnent le même processus qui est le bon processus.

• Signal 1 volume de plus de 1 an. 50 000 unités/an injection. 5 000-50 000 transfert. <5 000 compression. Moins de 5 000 unités/an en dessous de 5 000 injection n'amortit jamais l'outillage payé par unité par rapport au coût inférieur de l'outil de compression.
• Signal 2- Tolérances nécessaires Injection Pas plus de 0,05 mm.0,1 mm. transfert.0,2 mm. tolérances travaux de compression acceptables Des tolérances plus grandes impliquent un flash plus long et une pression en boucle fermée par injection permet un contrôle de remplissage de la cavité bien meilleur.
• Signal 3 Viscosité Comp. L'injection avec du Mooney faible à moyen (ML 1+4 60) ou de composés chargés en dur qui délivrent ou compriment, car la vis d'injection ne gère pas la bande à haute viscosité.

La plupart des projets de réduction des coûts que nous lançons commencent avec un composant qui a été spécifié comme compression Moulage il y a environ cinq ans et qui atteint maintenant 80 k par an La règle des trois signes attrape que la dérive 2 des trois signaux maintenant pointent à l'injection, l'outil paie en retour dans les 6 mois.

Lisez plus en détail sur chaque processus alternatif avec moulage par compression de caoutchouc et moulage par transfert de caoutchouc, &, et obtenez la matrice de comparaison avec plus de dimensions de notre matrice de comparaison de processus de moulage en format imprimable.

Applications, industries et pièces typiques

Les pièces moulées par injection de caoutchouc se retrouvent dans la plupart des assemblages terminés, mais cinq industries principales produisent l'essentiel du volume et des tolérances précises : automobile, médicale, électronique, plomberie/CVC et équipement industriel Au sein de chacun, les produits moulés des consommables à grand volume aux assemblages personnalisés à une seule unité Les exigences de certification varient selon l'industrie et le meilleur mouleur aura également une liste variée de certifications qui s'engrène juste avec le vôtre bien avant que vous voyiez votre premier dessin.

• Automobile (1TP3 T).Sceaux météorologiques, œillets, supports de moteur antivibratoires, connecteurs de conduites de carburant, douilles d'amortisseur, tuyaux de liquide de refroidissement Les fournisseurs de niveau 1 doivent exiger une documentation APQP avec des échantillons prêts pour le PPAP et une mouleuse avec au moins 1 à 2 millions de pièces/an pour chaque programme.
• Médical et Pharmaceutique (1TP10 T, 1TP6 T, ISO 10993).1TP15 T valves, tubing, bouchons de seringues, assemblages de mamelons, joints implantables Le 1TP15 T reste roi dans ce dicat nous car il est biocompatible et moulable dans les cellules de salle blanche.1TP2 T's 1TP15 T lignes peuvent se vanter d'avoir des approbations 1TP10 T et 1TP6 T.
• Électronique (UL 94).Les tapis de clavier, les passe-câbles, les joints sous-marins, les joints de connecteurs Les cotes 1TP19 T régissent le choix des composés ; les qualités ignifuges de silicone et de 1TP14 T sont fréquentes.
• Plomberie et CVC (1TP11 T, 1TP12 T, 1TP7 T, 1TP8 T).Siteux de soupape, joints toriques, raccords de tuyauterie Pour le contact avec l'eau Potter, il est préférable que le composé soit certifié au stade de matière première plutôt que tel que fourni par le mouleur.
• Équipement industriel. Busing, pare-chocs, balais d'essuie-glace, isolateurs de vibrations, rouleaux de convoyage Alors que le volume peut être assez important, la tolérance est modérée, la résistance à la chaleur et à l'huile sont généralement des exigences essentielles.

Un aperçu d'un véritable instantané de programme Initialement, un programme de scellement météorologique 1TP9 T de 420 000 unités par an, moulé par compression en Europe sur un cycle de moule de 420 secondes avec des rebuts de 141TP20 T, a été déplacé vers un programme d'injection à 8 cavités à l'usine thaïlandaise de 1TP2 T. Le passage d'un cycle de 420 à 110 secondes, ainsi qu'une réduction à un taux de rebut de 1,81TP20 T et l'acheminement gratuit vers les clients nord-américains ont effectivement mis le concurrent au chômage sans perturbation de la chaîne d'approvisionnement. Le remboursement de l'outillage est arrivé en moins de 4,5 mois.

Dans le cas de pièces en insert métallique surmoulées, de supports en caoutchouc collé, de connecteurs de vibration, de supports de vibration tels que ceux-ci, vous devez alors le faire liaison caoutchouc-métal, (en), qui est un procédé alternatif distinct de l'injection de caoutchouc traditionnelle et qui nécessite sa propre disposition de machine.

Considérations sur la conception, les coûts et le temps de cycle

Règles de conception de moules qui maintiennent le flash et le sous-durcissement sous contrôle

Le moyen le moins cher de garantir la tolérance sur une pièce en caoutchouc d'injection est de bien faire fonctionner l'outil du premier coup Des brouillons dans la gamme 0,5-2 sur toutes les faces verticales, des lignes de séparation à l'écart des zones d'étanchéité critiques, des tailles de grille égales au débit composé (1-2 mm pour les stocks à faible teneur en Mooney, 3-4 mm pour les stocks à forte teneur en Mooney), des profondeurs d'évent de 0,025-0,05 mm pour expulser l'air emprisonné sans composé de purge Pour les composés dotés de mécanismes de durcissement à base de zinc, les cavités du moule elles-mêmes doivent être plaquées dur chrome, ou nitridé.

Flash est rarement un défaut de cause racine unique. Bien qu'il s'agisse d'une liste des coupables les plus fréquents. Les cadres de guidage de dépannage publiés par Apple Rubber clignotent comme un problème à cinq facteurs du système : dommages à l'outil, pression de surinjection, force de serrage déficiente, contamination composée et vitesse d'injection trop rapide. Lorsque le flash se produit sur un outil en marche, le correctif est généralement un réglage apparié des vitesses de serrage et d'injection.

Ce qui entraîne réellement le coût

• Coût d'outillage. $8 K par outillage prototype en acier à une seule cavité, $40 K $50 K pour un canal chaud à 32 cavités, outils de production à dégonflage automatique L'outillage prototype en aluminium peut réduire le coût du prototype à $3 K-$6 K, cependant s'user après environ 5 000 tirs.
• Coût du composé par kg. Caoutchouc naturel $1.80-$2.50/kg ; EPDM $2.50-$3.50/kg ; NBR $3.00-$4.50/kg ; silicone $8-$15/kg ; FKM $30-$80/kg. Le composé est le principal coût variable des pièces à forte cavitation.
• La cavitation du temps de cycle Le coût de la main-d'œuvre et de la machine par pièce est approximativement le temps de cycle divisé par la cavitation Un cycle de 90 secondes dans un outil de 16 cavités fait une partie toutes les 5,6 secondes du temps machine c'est de là que vient l'économie du volume pour l'injection.
• Coups d'amortissement Un outil d'injection $24 000 s'amortit à $0,80 par pièce sur 30 000 coups, soit $0,24 par pièce sur 100 000 coups La plupart des programmes d'injection de caoutchouc atteignent le seuil de rentabilité sur une base unitaire contre le moulage par compression à entre 10 000 et 30 000 coups cumulés.

Optimisation du temps de cycle

Le temps de cycle peut être manipulé avec trois leviers : longueur de canal, cinétique de vulcanisation et stratégie de refroidissement. Ceux-ci ne peuvent pas être optimisés indépendamment. Couper le canal court de 30 mm peut réduire le temps d'injection de 2 à 3 secondes. L'augmentation de la température du moule de 170 °C à 190 °C peut réduire le temps de séjour de vulcanisation de 20 à 301 °T20 T pour la plupart des composés (la référence à partir des données 1TP15 T de Dow est d'environ 4 à 6 secondes de séjour par millimètre d'épaisseur de paroi). Mais une température de moule plus élevée raccourcit la durée de vie de l'outil et risque de brûler le canal, de maintenance.

Foire aux questions

Quelle est la différence entre le moulage par injection de caoutchouc et le moulage par injection plastique ?

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La différence fondamentale est la chimie de durcissement L'injection plastique fait fondre les pastilles thermoplastiques, les injecte dans un moule froid et les refroidit pour les solidifier Le moulage par injection de caoutchouc préchauffe le composé de caoutchouc non durci, les injecte dans un moule chaud et utilise la vulcanisation déclenchant une réaction de réticulation permanente qui ne peut pas être inversée. En conséquence, l'outillage en caoutchouc est nettement plus chaud (150-200 C contre 20-60 C), le temps de cycle est généralement dicté par le maintien de la vulcanisation plutôt que par le refroidissement, et les pièces en caoutchouc ne peuvent pas être refondues ou recyclées à la manière des thermoplastiques.

Combien de temps faut-il pour fabriquer un moule d'injection en caoutchouc ?

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Le délai d'exécution typique pour un moule de production d'acier est de 4 à 8 semaines, selon la cavitation et si un système de canaux chauds est spécifié Les outils en aluminium prototypes sont plus appropriés, expédiés en 2 à 3 semaines.

Quelle est la quantité minimum de commande (MOQ) pour le moulage par injection de caoutchouc ?

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Production MOQ est en moyenne de 5 000 à 10 000 unités pour un moule à injection dédié, car le coût de l'outil doit être amorti sur au moins autant de pièces pour vaincre les aspects économiques par pièce du moulage par compression. Pour la production de prototypes ou les applications de ponts, le Engelhardt peut fonctionner aussi peu que 500 unités sur des cavités partagées, mais à un prix élevé. Le MOQ exact dépend de la fonction de la cavitation, du composé et du fait que le moule soit nouveau ou existant.

La poignée de moulage par injection de caoutchouc peut-elle surmouler sur des inserts métalliques

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Oui et le collage caoutchouc sur métal est l'un des procédés de surmoulage les plus courants Les inserts métalliques seraient d'abord chargés avec l'agent de liaison comme Chemlok, déposés dans la cavité antérieure à la grenaille et le caoutchouc est durci sur la surface de l'insert Après durcissement, l'ensemble final collé est un composant unique.

Comment le temps de cycle se compare-t-il au moulage par

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L'injection est généralement 2 à 4 plus rapide par pièce que le moulage par compression, en grande partie parce que le composé est déjà chaud lorsqu'il est déposé dans une cavité chaude existante plutôt que versé à froid dans le moule.

Le moulage par injection de caoutchouc convient-il aux prototypes à faible volume ?

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Cela dépend de la pièce Généralement, en dessous d'environ 5 000 unités par an, le prix de l'outil ne s'amortira pas versus moulage par compression Mais si la pièce a des tolérances très serrées (0,05 mm) ou une forme complexe ou doit correspondre à un processus spécifique pendant la qualification, alors un prototype de moule d'injection d'aluminium peut souvent être le bon choix (attendez-vous jusqu'à Engelhardt3,000-1TP21,000 en coût d'outillage et jusqu'à 2-3 semaines de délai d'exécution.

Ce guide a été assemblé et validé par l'équipe d'ingénieurs de formules cycle-temps de référencement 1TP2 T de Dow Chemical à partir des données techniques 1TP15 T publiées, des classifications de matériaux selon 1TP8 T D2000, des conseils de dépannage des défauts dérivés du guide de terrain d'Apple Rubber, et une vaste expérience de production (15 ans) glanée dans les installations de traitement de 1TP2 T en Chine et en Thaïlande Les temps de cycle exacts, la tarification de l'outillage et les recommandations composées sont soumis aux besoins en volume, géométrie et certification et peuvent se situer quelque part dans les paramètres indiqués dans ce guide.