Avant de vous communiquer un devis, un mouliste calcule deux chiffres : la force de serrage nécessaire pour votre pièce et la quantité de matière requise pour chaque injection. Ces deux chiffres déterminent la machine qui sera utilisée pour la production, et c'est cette machine qui détermine le tarif horaire qui vous sera facturé. Presque personne n'explique cela à l'acheteur, ce qui explique pourquoi les devis de moulage semblent souvent arbitraires.

Ce guide explique comment ces deux chiffres sont calculés, quels sont les facteurs qui les font augmenter, pourquoi ils se répercutent sur le prix, et quelles décisions de conception permettent de fabriquer une pièce sur une machine plus petite et moins coûteuse. En ce qui concerne les machines elles-mêmes, nos guides sur types de presses à injection et les principaux composants d'une machine de moulage couvrir le matériel.

Les deux chiffres qui déterminent quelle machine va usiner votre pièce

La force de serrage correspond à la pression exercée par la machine pour maintenir les deux moitiés du moule assemblées pendant l’injection du plastique fondu à haute pression. Si elle est insuffisante, le moule s’ouvre légèrement pendant l’injection et le plastique s’échappe au niveau de la ligne de joint sous forme de bavures. Le volume d'injection correspond au volume de matière que la machine doit injecter en un seul cycle, y compris la pièce, le système de canaux d'alimentation et les cavités supplémentaires éventuelles. Si le volume d'injection requis dépasse la capacité de la machine, la pièce ne peut pas être remplie.

Une machine est choisie lorsqu'elle répond à ces deux critères. Si elle est trop petite, la pièce ne sera pas à la hauteur. Si elle est trop grande, vous payez un tarif horaire plus élevé que ce que le travail nécessite, et la matière risque de rester trop longtemps dans le fût et de se dégrader.

La force de serrage en pratique

Lorsqu'on injecte du plastique, celui-ci remplit la cavité sous pression. Cette pression exerce une force vers l'extérieur dans toutes les directions, y compris contre les deux moitiés du moule, et la force qui tend à les séparer correspond à la pression d'injection multipliée par l'aire de la pièce, telle qu'on la voit en regardant dans le sens d'ouverture du moule. Cette surface est appelée « surface projetée » ; il s'agit du paramètre le plus important dans le calcul.

La surface projetée n'est pas la surface de la pièce. Il s'agit de l'ombre que la pièce projette sur le plan de joint. Une boîte haute et une plaque plate ayant la même empreinte au sol présentent des surfaces projetées similaires, même si leurs surfaces réelles diffèrent considérablement ; c'est pourquoi une grande pièce plate peut nécessiter un tonnage bien plus important qu'une petite pièce profonde.

Comment est estimé le tonnage ?

Cette estimation consiste à multiplier la surface projetée par un coefficient de pression adapté au matériau et à la géométrie, puis à y ajouter une marge de sécurité. Le coefficient de pression varie en fonction de la difficulté à remplir la résine : les résines courantes à bonne fluidité se situent dans la fourchette la plus basse, tandis que les matériaux rigides ou chargés, ainsi que les pièces à parois minces nécessitant une pression d'injection élevée, se situent dans une fourchette nettement plus élevée.

C'est pourquoi deux pièces présentant des empreintes identiques peuvent nécessiter des machines différentes. Une pièce à parois minces en résine renforcée de verre nécessite une pression nettement plus élevée pour être moulée qu'une pièce à parois plus épaisses en résine standard ; elle nécessite donc une force de serrage plus importante pour maintenir le moule fermé face à cette pression.

Il convient de noter que la surface projetée utilisée dans le calcul inclut tout ce qui se trouve sur le plan de joint : toutes les cavités d'un moule à cavités multiples, ainsi que le système de canaux d'injection. Un moule à quatre cavités nécessite environ quatre fois la force de compression d'un moule à une seule cavité pour la même pièce, à laquelle s'ajoute la contribution des canaux d'injection.

La taille des lots et l'importance de l'utilisation des capacités

Le volume d'injection correspond au volume total de matière injectée à chaque cycle : la ou les pièces, ainsi que la tige d'alimentation et les canaux d'injection. Les machines sont classées en fonction de leur capacité d'injection, et la règle d'or consiste à utiliser une valeur intermédiaire raisonnable de cette capacité plutôt que les valeurs extrêmes.

• Fonctionner à un niveau proche de la capacité maximale d’injection d’une machine ne laisse aucune marge pour le « coussin », c’est-à-dire la petite quantité de matière retenue pour transmettre la pression de maintien. Sans cela, le tassement est irrégulier et les pièces présentent des variations.
• Fonctionner à une fraction très faible de la capacité nominale signifie que la matière reste trop longtemps dans un cylindre chauffé, ce qui peut entraîner une dégradation thermique, une décoloration et une perte de propriétés, en particulier pour les résines sensibles à la chaleur.
• Le volume du canal d'injection est pris en compte dans le volume d'injection, et sur les petites pièces dotées d'un système de canaux d'injection important, le canal d'injection peut représenter une part importante de la matière utilisée à chaque cycle.
• Les systèmes à canaux chauds éliminent complètement le canal d'injection de la pièce moulée, ce qui réduit la taille de la pièce et le gaspillage de matière, au prix d'un moule plus coûteux.

La question des canaux de coulée revêt une importance commerciale. Sur les petites pièces, un canal de coulée froid peut consommer plus de matière que les pièces elles-mêmes. Le broyage permet d’en récupérer une partie, mais toutes les résines ne supportent pas le broyage et certaines applications l’interdisent ; le coût de la matière par pièce est donc plus élevé que ne le laisse supposer le poids de la pièce.

Qu'est-ce qui fait augmenter le tonnage requis ?

• La surface projetée, qui est le facteur déterminant. Une grande surface plane est la géométrie la plus exigeante en termes de force de serrage.
• Nombre de cavités, car chaque cavité ajoute sa surface projetée au total.
• Disposition du système de canaux, qui occupe un espace propre dans un moule à canaux froids.
• Matériau : en effet, les résines rigides, chargées ou à haute viscosité nécessitent une pression d'injection plus élevée pour être injectées.
• L'épaisseur des parois, car les parois fines nécessitent une pression plus élevée pour être remplies avant que le matériau ne se solidifie.
• Longueur du trajet d'écoulement par rapport à l'épaisseur de la paroi, car un trajet d'écoulement long et étroit nécessite une pression plus élevée au niveau de l'entrée pour atteindre l'extrémité opposée.
• Les exigences en matière de finition de surface et de détails, qui peuvent nécessiter une pression d'emballage plus élevée pour être reproduites fidèlement.

Dans ce cas précis, l'épaisseur de paroi a un effet contre-intuitif. Une pièce plus fine nécessite moins de matière et refroidit plus rapidement, ce qui, à première vue, semble plus économique ; cependant, elle requiert une pression d'injection plus élevée et, par conséquent, une force de serrage plus importante. Réduire l'épaisseur de paroi d'une pièce pour raccourcir la durée du cycle peut obliger à l'utiliser sur une machine plus grande, ce qui compense en partie les économies réalisées.

Les catégories de taille des machines et ce qu'elles exécutent

Classe de machine	Pièces courantes	Remarques sur le coût et l'utilisation
Petit tonnage	Petits composants, connecteurs, capuchons, dispositifs médicaux à usage unique, micro-pièces	Taux horaire le plus bas ; l'utilisation d'outillages à plusieurs cavités est courante pour augmenter la production
Tonnage moyen	Boîtiers, supports, poignées, corps de produits de grande consommation	La catégorie la plus courante pour les travaux commerciaux généraux
Grand tonnage	Grands boîtiers, panneaux, composants d'intérieur automobile	Un tarif horaire plus élevé, moins de machines disponibles, des plannings plus serrés
Très gros tonnage	Pare-chocs, bacs, palettes, grandes pièces de structure	Capacité spécialisée, disponibilité limitée, tarif le plus élevé

Les tarifs horaires augmentent avec la taille de la machine, car les machines plus grandes coûtent plus cher à l'achat, consomment plus d'énergie, occupent plus d'espace au sol et sont plus rares. C'est ainsi que la surface projetée se traduit en prix : une empreinte au sol plus importante implique un tonnage plus élevé, ce qui signifie une machine plus grande, et donc un tarif horaire plus élevé pour chaque heure de fonctionnement de votre travail.

Machines hydrauliques, électriques et hybrides

Le type d'entraînement de la machine est généralement considéré comme une préoccupation propre au mouliste, mais il a sur votre pièce des répercussions qu'il est utile de connaître.

Type	Caractéristiques	Ce que cela implique pour vous
Hydraulique	Grande capacité de serrage, robustesse, coût d'acquisition réduit	Couramment utilisé pour les gros tonnages ; la répétabilité d'un tir à l'autre est légèrement inférieure à celle des modèles électriques
Entièrement électrique	Précis, reproductible, économe en énergie, cycle de séchage plus rapide	Une meilleure régularité d'un tir à l'autre, ce qui convient aux tolérances serrées et aux petites pièces de précision
Hybride	Électrique sur certains axes, hydraulique sur d'autres	Allie précision et puissance, ce qui est courant dans les travaux de précision de tonnage moyen à élevé

Si votre pièce présente des tolérances dimensionnelles strictes ou un faible poids de moulage, il est tout à fait légitime de se demander si elle peut être moulée sur une machine électrique. S'il s'agit d'une pièce structurelle de grande taille, la réponse sera généralement « hydraulique » ou « hybride », ce qui constitue un choix approprié plutôt qu'un compromis.

Pourquoi le choix de la machine influe sur le prix

1. Tarif horaire de la machine. Chaque heure passée sur une machine de grande taille coûte plus cher, que ce soit pour la mise en place ou pour la production.
2. Compromis lié au nombre de cavités. Un nombre plus élevé de cavités permet de produire davantage de pièces par cycle, mais nécessite une force de compression plus importante ; ainsi, à un certain stade, la machine requise passe à une catégorie supérieure. L’optimum correspond au nombre de cavités permettant d’exploiter efficacement une catégorie de machine, plutôt qu’au nombre maximal que le moule pourrait accueillir.
3. Durée du cycle. L'épaisseur de la paroi et le refroidissement déterminent le nombre de pièces produites par heure de fonctionnement de la machine, tandis que le produit de la durée du cycle en secondes par le nombre de pièces produites au cours d'un cycle de production est le facteur principal déterminant le coût unitaire.
4. Coût de mise en place. Les machines plus grandes nécessitent davantage de temps pour la mise en place et le changement de série, ce qui est particulièrement important pour les petites séries.
5. Disponibilité. Si votre pièce nécessite un type de machine dont le mouliste dispose en nombre limité, la planification entre en concurrence avec d'autres commandes, ce qui a une incidence sur les délais de livraison et, parfois, sur le prix.

C'est également pour cette raison que le devis établi par deux moulistes pour une même pièce peut varier considérablement. Si l'un dispose d'une machine de taille adaptée et que l'autre doit recourir à une machine plus grande, les prix ne seront pas identiques, même si les deux établissent leur devis en toute honnêteté. Notre ventilation des Quels sont les facteurs qui influencent le coût du moulage par injection ? couvre l'aspect « outillage » de cette même équation.

Choix de conception permettant d'usiner une pièce sur une machine plus petite

• Réduisez la surface projetée lorsque la conception le permet. Le fait de diviser une grande pièce plate en deux pièces plus petites qui s'assemblent peut permettre de passer à une catégorie de machine inférieure, et parfois le coût total diminue même en tenant compte de l'étape d'assemblage supplémentaire.
• Réévaluez l'orientation de la pièce dans le moule. La surface projetée dépend du sens d'ouverture du moule, et un sens de séparation différent permet parfois d'obtenir une ombre moins importante.
• Il vaut mieux prévoir une épaisseur de paroi suffisante plutôt que minimale, car des parois très fines augmentent la pression nécessaire au remplissage et, par conséquent, le tonnage.
• Veillez à ce que la longueur du canal d'injection reste raisonnable par rapport à l'épaisseur de la paroi, et demandez-vous si l'ajout d'une entrée supplémentaire permettrait de raccourcir le trajet.
• Optez pour une granulométrie permettant un écoulement plus aisé lorsque cela est possible, car les résines chargées et à haute viscosité nécessitent une pression plus élevée.
• Il vaut mieux adapter le nombre de cavités plutôt que de le maximiser, afin que l'outil s'intègre facilement dans une catégorie de machine donnée, sans passer à la catégorie supérieure.
• Envisagez un circuit chaud lorsque le volume le justifie, car la suppression du circuit permet de réduire la taille de la pièce moulée et la quantité de matière utilisée par cycle.

Il convient de souligner l’importance du nombre de cavités, car cela va à l’encontre de l’intuition. Un nombre plus élevé de cavités n’est pas automatiquement synonyme de moindre coût. Un moule nécessitant une machine plus grande pour le fermer coûte plus cher à l'heure, et ce surcoût peut annuler le gain de productivité obtenu. Le nombre de cavités idéal est celui qui permet d'obtenir le coût unitaire le plus bas pour votre volume de production ; votre mouliste peut effectuer ce calcul si vous le lui demandez.

Que faut-il fournir à un mouleur pour pouvoir estimer le tonnage avec précision ?

• Le modèle 3D, puisque c'est à partir de celui-ci que l'on mesure directement la surface projetée.
• Spécifications du matériau, y compris la nuance et tout matériau d'apport, car le facteur de pression en dépend.
• Épaisseur de paroi prévue, en particulier si vous envisagez d'amincir davantage la pièce.
• Volume annuel et calendrier de lancement prévu, qui déterminent le nombre de cavités.
• Les exigences en matière de tolérance et de finition de surface, car ces deux facteurs influencent la pression d'emballage et le choix de la machine.
• Déterminer si l'utilisation de matière recyclée est acceptable, ce qui a une incidence sur la stratégie de canaux de coulée et le coût des matériaux.
• Toute contrainte budgétaire liée à l'outillage, car cela modifie le nombre de cavités et la configuration du circuit de distribution à chaud.

En fournissant ces informations, on transforme une simple estimation en un calcul précis. Un mouliste qui dispose d’un modèle, d’un matériau et d’un volume peut choisir la machine adaptée et proposer le nombre de cavités qui minimise réellement vos coûts, plutôt que de se rabattre sur une hypothèse prudente qui le protège.

Tuowei Precision propose services de moulage par injection de plastique et l'outillage pour les moules d'injection provenant d'un seul site ; ainsi, le nombre de cavités, le tonnage et le coût de l'outillage sont pris en compte globalement, plutôt que d'être chiffrés séparément par différents fournisseurs. Veuillez envoyer le modèle de la pièce et le volume cible à Précision Tuowei pour obtenir un devis précisant la catégorie de la machine, le nombre de cavités et les hypothèses relatives au cycle sur lesquelles repose ce chiffre.

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