Les cannelures - une solution rondement menée

Illustration de pièce (engrenage) avec cannelures

Figure 1 : Un trou débouchant en forme de "D" situé au centre de l'engrenage permet le passage de l'arbre d'entrainement.

L'ajustement par serrage de pièces moulées par injection peut être difficile à réaliser. Une pièce moulée par injection bien conçue comportera généralement une dépouille, mais cette dépouille qui facilite son éjection pourra, si la pièce est ajustée par serrage, l'empêcher de rester solidement engagée. Prenons l'exemple d'un engrenage emmanché sur un arbre (voir Figure 1). Dans cet exemple l'arbre a un profil en “D” qui sert de méplat et d'élément d'orientation pour l'assemblage.

Le méplat évite que l'engrenage ne tourne librement sur l'arbre lorsqu'il est sous charge. Votre mouliste vous demandera probablement de prévoir une dépouille sur le trou en D afin de faciliter le démoulage de cette géométrie. La dépouille est nécessaire car, lorsque la matière refroidit, elle se contracte sur le noyau qui crée le trou. La demande du mouliste est raisonnable, mais que se passera-t-il si la pièce que vous devez créer ne vous permet pas de prévoir une dépouille ? Voici quelques options.

1. Laisser le trou tel quel et demander au mouliste de fabriquer une pièce sans dépouille. Cette option est risquée. Si le trou est peu profond, il n'y aura peut-être pas de problème, mais plus le trou sera profond et plus les contraintes appliquées au noyau du moule pendant le refroidissement et l'éjection seront importantes. La force accrue requise par l'éjection pourra créer une indentation dans la pièce et les forces d'éjection accrues risqueront de briser le noyau ou les éjecteurs. Le mouliste devra parfois ajuster les paramètres du processus pour éviter que le moule ne soit endommagé. Cette opération augmentera la probabilité d'imperfections telles que retassures, porosité et lignes de soudure faibles. Compte-tenu de toutes les conséquences possibles de cette option, il parait préférable d'en envisager d'autres.

Illustration assemblage de pièces plastiques

Figure 2: Vue en coupe d'une partie de l'assemblage. On remarque la dépouille appliquée au trou débouchant du plastique violet vers le bas de l'image. Cette dépouille pourrait créer des oscillations dans l'assemblage final.

2. Ajouter une dépouille au trou. La dépouille facilite le démoulage de la pièce dont la partie rétrécie n'a pas à être forcée le long du même diamètre d'arbre sur toute la profondeur du trou. Si le trou est en dépouille, il suffit au système d'éjection d'appliquer une légère secousse à la pièce pour la détacher du moule et la zone dépouillée s'éloigne progressivement de la paroi de la pièce. Les contraintes se trouvent ainsi réduites tant sur la pièce que sur le moule. La présence d'une dépouille offre au mouliste une flexibilité suffisant pour effectuer un réglage fin du processus qui réponde efficacement à d'autres préoccupations d'ordre géométrique ou esthétique. La dépouille résout les problèmes de production, mais il relève de votre responsabilité de concepteur de vous assurer que la dépouille n'affecte pas le bon fonctionnement de votre assemblage. Vous ne voulez pas, par exemple, qu'il y ait dans l'ajustement un jeu qui pourrait entraîner une oscillation de l'engrenage (voir Figure 2).

3. Les cannelures représentent une bonne solution de compromis. Des cannelures peuvent associer le meilleur de ces deux approches en offrant une dépouille pour le mouliste d'une part, et l'alignement que vous obtiendriez avec un trou à parois rectilignes d'autre part. Le trou principal est dépouillé pour faciliter l'éjection et protéger le moule, et trois ou quatre cannelures sans dépouille sur toute la longueur du trou créent un ajustement serré et un bon alignement avec l'arbre (voir Figure 3).

Injection molding crush ribs illustration

Figure 3 : Cannelures traditionnelles. Les éléments pointus du plastique représentent des cannelures sans dépouille, tandis que le diamètre intérieur du trou est dépouillé.

Du fait que les cannelures ne présentent au moule qu'une faible surface, l’absence de dépouille crée peu de résistance au moment de l'éjection et risque moins d'endommager le moule. Les étroits points de contact entre la cannelure et l'arbre (ou d'autres pièces accouplées) permettent une déformation des cannelures pendant l'emmanchement en force sans créer beaucoup de contraintes sur la pièce. Malheureusement l’élément pointu en “V” ne peut pas être usiné directement dans le moule et nécessite par conséquent le recours à un traitement supplémentaire, EDM ou autre, pendant la fabrication du moule.

Cependant, tout n'est pas perdu. Protolabs suggère une forme de cannelure différente pouvant être directement usinée dans le moule, afin de réduire les coûts. Au lieu de l’extrémité pointue de la cannelure traditionnelle en “V”, on peut envisager une cannelure arrondie (voir Figure 4). En effet, une cannelure arrondie peut être créée directement par usinage 3 axes et supprime la nécessité des électrodes EDM. Cette solution est plus rapide et moins coûteuse que son alternative en “V” et continue à offrir un point de contact étroit et déformable avec la pièce accouplée.

Figure 4 : Suggestion de conception pour les cannelures. Dans cette configuration, les points de contacts sont formés par le rayon de la fraise et permettent d'appliquer une dépouille au diamètre intérieur tout en laissant les cannelures sans dépouille.

Cette même forme peut être utilisée pour des cannelures destinées à créer « une cale » à l'endroit où des pièces s'accouplent, par exemple lorsqu'un intervalle est nécessaire pour laisser passer l'air. Même si Protolabs offre un usinage EDM dans certaines applications, nous pensons que la cannelure arrondie créée par une fraise est une solution aussi efficace, qui réduit les coûts en minimisant la complexité du moule et le temps de fabrication. La réduction de temps vous permet de recevoir vos pièces plus rapidement, de les tester plus tôt et de commercialiser vos idées avant la concurrence.