Problèmes et solutions liés à la déformation plane en formage rotationnel.

I. Causes profondes des déformations de grande surface
Le rotomoulage est un procédé de refroidissement, la déformation se produisant principalement durant cette phase. Son principe physique fondamental repose sur un retrait irrégulier.

Vitesse de refroidissement inégale :

C’est la cause principale. En cas de refroidissement naturel ou de réglages de ventilation inadéquats, la vitesse de refroidissement de la grande surface du moule diffère de celle des coins, des bords et des nervures.

Principe : Les parties plus épaisses (comme les angles) ou celles qui dissipent rapidement la chaleur (comme à proximité des inserts métalliques) refroidissent lentement, tandis que la zone centrale de la grande surface refroidit rapidement. Les parties qui refroidissent en premier se solidifient et se contractent en premier, créant une contrainte de traction sur les parties qui refroidissent plus tard. Lorsque ces dernières (comme les angles) se contractent finalement, elles exercent une traction vers l’intérieur sur la grande surface déjà solidifiée, provoquant son affaissement.

Accumulation de stress interne :

Lors des cycles de chauffage et de refroidissement, les chaînes moléculaires du plastique s'étirent et se réorganisent. Si le refroidissement est trop rapide, ces chaînes se figent dans un état de déséquilibre, empêchant la relaxation complète des contraintes internes. Après démoulage, ces contraintes résiduelles se relâchent progressivement, provoquant des déformations.

Défauts de conception structurelle :

Surfaces planes excessivement grandes et insuffisamment supportées : une grande surface plane est comme une fine feuille de papier, manquant de rigidité suffisante pour résister aux contraintes de retrait.

Épaisseur de paroi irrégulière : si la conception ou la fabrication du moule entraîne des différences excessives dans l’épaisseur de la paroi du produit, l’interface entre les sections épaisses et minces devient un point de concentration des contraintes et le point de départ de la déformation.

Angle de démoulage inapproprié : Un angle de démoulage excessivement petit provoque un enroulement serré du produit autour du noyau du moule pendant le refroidissement et le retrait, ce qui entraîne un étirement et une déformation supplémentaires lors du démoulage.

Paramètres de processus inappropriés :

Temps de chauffage/refroidissement inadaptés : chauffage insuffisant ou excessif, ou procédures de refroidissement mal paramétrées (comme le temps et la séquence du refroidissement par air et du refroidissement par eau).

Vitesse de rotation inappropriée : un rapport de vitesse inapproprié entre les arbres principal et auxiliaire peut entraîner une distribution inégale de la poudre et une épaisseur de paroi irrégulière sur de grandes surfaces planes.

Problèmes de conception des moules :

Conductivité thermique irrégulière du matériau du moule : par exemple, le moule lui-même peut présenter des zones chaudes ou froides.

Rigidité structurelle insuffisante du moule : les micro-déformations du moule lui-même lors des phases de haute température et de refroidissement se reproduiront directement sur le produit.

II. Solutions systématiques La résolution des grandes déformations planes nécessite une approche systématique, chaque étape étant interconnectée, de la conception du produit et du moule aux ajustements du processus.

1. Conception de la structure du produit (La solution la plus efficace et fondamentale)

Il s'agit de l'approche privilégiée et optimale, consistant à augmenter la rigidité à la source pour contrer les contraintes de retrait.

Ajout de nervures de renfort :

Il s'agit de la méthode ultime pour gérer les déformations planes importantes. Les nervures augmentent considérablement la rigidité et se rétractent lors du refroidissement, « maintenant » ainsi la pièce et contrant sa tendance à la rétraction.

Considérations de conception :

La hauteur de la nervure doit être 2 à 3 fois supérieure à l'épaisseur de la paroi.

La largeur à la base de la nervure doit être approximativement égale à 0,5 à 1 fois l'épaisseur de la paroi.

Le sommet de la nervure doit être arrondi afin d'éviter la concentration des contraintes.

Toutes les bases des nervures doivent avoir des angles arrondis pour assurer un écoulement régulier de la poudre et une bonne résistance.

La disposition des nervures doit être symétrique et uniforme afin d'éviter la création de nouvelles contraintes déséquilibrées.

Concevoir une forme arquée ou ondulée :

Transformer une surface plane en une courbe légèrement arquée (comme l'arche d'un pont) exploite les principes de la mécanique des structures pour répartir les contraintes uniformément, améliorant ainsi considérablement la résistance à la déformation. Il s'agit d'une solution plus performante que l'utilisation de raidisseurs.

Conception d'un bord à bride :

Concevez un bord vertical ou incliné (bord à bride) sur le pourtour de la grande surface plane, formant une section transversale en « L » ou en « U ». Cela revient à ajouter un bord à une feuille de papier, ce qui augmente considérablement sa rigidité en flexion.

Garantir une épaisseur de paroi uniforme :

Évitez les changements brusques d'épaisseur des parois dans la conception, afin d'assurer une transition en douceur.

2. Optimisation de la conception du moule

Optimisation du système de refroidissement :

Conseils relatifs à la circulation de l'air : Utilisez des conduits, des hottes, etc., afin d'assurer une répartition uniforme de l'air de refroidissement sur toute la grande surface plane, plutôt que de le concentrer en un seul point. Évitez un flux d'air direct et concentré au centre de la surface.

Refroidissement segmenté : Commencez par refroidir lentement l’arrière du moule et les surfaces non creuses à l’aide d’une brume d’eau ou d’une légère brise, en laissant au produit le temps de relâcher les tensions à l’intérieur du moule, avant de refroidir de force la grande surface plane.

Ajustement du matériau du moule : Pour les surfaces planes particulièrement difficiles à usiner, envisagez d’ajouter des ailettes conductrices de chaleur à l’arrière du moule afin d’équilibrer la dissipation de la chaleur dans l’ensemble du moule.

Garantir la rigidité du moule : le moule doit avoir une épaisseur et un support suffisants pour éviter toute déformation pendant le traitement.

Angle de démoulage approprié : assurez-vous d’un angle de démoulage suffisant (généralement 1° à 3° est recommandé pour les parois intérieures et extérieures) afin de réduire la résistance au démoulage.

3. Ajustement du processus de moulage : Une fois la conception et le moule fixés, les améliorations ne peuvent être apportées qu'en peaufinant le processus.

Réglage du programme de refroidissement (très important) :

Refroidissement différé : après chauffage, ne pas activer immédiatement un refroidissement rapide. Laisser le moule tourner lentement à l’air libre pendant un certain temps (« refroidissement par étouffement ») afin d’assurer une répartition plus uniforme de la température à l’intérieur et à l’extérieur du produit et de relâcher certaines contraintes.

Refroidissement segmenté : Commencez par utiliser un faible débit d’air froid pour un refroidissement progressif pendant un certain temps, puis activez le débit d’air maximal et la pulvérisation d’eau pour un refroidissement rapide. L’important est de refroidir simultanément les zones à parois épaisses (comme les angles) et les zones à parois fines (comme les surfaces planes).

Refroidissement asymétrique : si une face du produit présente des nervures de renfort tandis que l’autre face est plate, essayez de refroidir d’abord la face nervurée.

Optimisation du cycle de chauffage :

Veiller à un temps de chauffage suffisant et à une température appropriée pour assurer la fusion complète de la poudre et une bonne plastification, formant une structure dense et réduisant les contraintes causées par les défauts internes.

Régler la vitesse de rotation :

Ajustez avec précision le rapport de vitesse des arbres principal et auxiliaire pour assurer un dépôt uniforme de poudre sur de grandes surfaces planes, afin d'obtenir l'épaisseur de paroi la plus constante possible.

4. Méthodes de post-traitement
Dispositif de mise en forme :

C'est la solution de dernier recours. Créez un gabarit de mise en forme (ou moule) épousant la forme idéale du produit. Après démoulage, placez ou fixez le produit sur le gabarit encore chaud jusqu'à ce qu'il refroidisse complètement à température ambiante. Cette méthode corrige efficacement les déformations, mais elle augmente le temps de travail et le coût.

Résumé et recommandations
Pour résoudre le problème des grandes déformations planes en rotomoulage, il convient de suivre l'approche suivante :

Premièrement, solutions de conception : introduire des nervures de renfort, des structures cintrées ou des brides dès la phase de conception du produit. C’est la méthode la plus économique et la plus efficace.

Deuxièmement, optimisation du moule : concevoir des canaux de refroidissement appropriés pour assurer la rigidité du moule et une conduction thermique uniforme.

Ensuite, affinez le processus : concentrez-vous sur l’ajustement du programme de refroidissement, en employant des stratégies telles que le refroidissement différé, segmenté et asymétrique pour équilibrer le retrait.

Enfin, corrections après traitement : lorsque cela est inévitable, utiliser des gabarits de mise en forme pour maintenir la forme du produit.

En production, ces méthodes sont généralement combinées et la solution optimale pour un produit donné est déterminée par des essais répétés. Il est important de rappeler que « mieux vaut prévenir que guérir » ; la prise en compte et la réduction des risques de déformation dès la conception initiale du produit constituent l’approche la plus efficace.