Les pièces moulées en quartz synthétique pourraient-elles améliorer les performances des machines ?

Terry Capuano, Î.-P.-É. | 12 mai 2023

Des matériaux traditionnels tels que la fonte, les soudures en acier et les pièces moulées en acier inoxydable et en aluminium sont utilisés pour les principales structures de base des machines-outils, des machines de mesure et des équipements de prélèvement et de placement. Les colleurs de copeaux imposent des limites à la précision de cet équipement en raison de leur manque de stabilité et de leurs caractéristiques élevées de transmission des vibrations. Le remplacement préféré de ces matériaux est les pièces moulées composites en quartz synthétique (SQ). Des machines de tous types sont repensées pour remplacer les structures métalliques par des pièces moulées SQ afin de réduire les coûts, réduire les délais de livraison, améliorer les performances des machines, éliminer la peinture, améliorer la résistance aux liquides de refroidissement agressifs et réduire la consommation d'énergie pour produire la structure. Ces pièces moulées sont également utilisées à la place de l’acier inoxydable pour la transformation des aliments et les bases de pompes chimiques.

Il a fallu 20 millions d’années pour produire du quartz de haute pureté avec une dureté MOHS de 8. Ce quartz représente 92 % d’un mélange SQ typique. Le reste du composite est généralement une résine liquide à haute résistance, telle que de l'époxy, du polyuréthane ou du méthacrylate de méthyle, avec des additifs pour l'adhérence des agrégats et la libération de l'air.

Les pièces moulées SQ consomment 85 % moins d'énergie totale à produire que la fonte et coûtent moins cher, et elles peuvent souvent être produites selon les tolérances finies en quelques jours. Ils peuvent être coulés en couleur et offrent une excellente résistance chimique. Les caractéristiques supérieures d’amortissement des vibrations des pièces moulées SQ permettent aux machines de fonctionner à des vitesses plus élevées avec une plus grande précision et à un niveau sonore réduit.

Des affirmations empiriques selon lesquelles la durée de vie des outils de coupe et des meules serait de 30 à 50 % plus longue ont été rapportées. Une durée de vie plus longue des outils de coupe signifie moins de temps d'arrêt et un coût d'outil inférieur pour l'utilisateur final. L'usure rapide des outils peut entraîner l'usinage de pièces hors tolérance au cours d'un cycle de production. La finition de surface des pièces usinées, la tolérance, la vitesse de production et la durée de vie de l'outil sont directement liées à la quantité de vibrations transmises au sein du système.

Les pièces moulées SQ sont moins coûteuses à produire, avec un temps de production typique de plusieurs jours, car elles peuvent souvent être coulées selon les tolérances finies ou ensuite répliquées selon des tolérances très précises. Ils peuvent être coulés en couleur, éliminant ainsi la peinture et les nombreuses réglementations EPA associées en matière de peinture.

Le moulage SQ a remplacé un moulage en aluminium de 36 po x 72 po x 6 po à la moitié du coût, coulé à une planéité de 0,001 po et le délai de livraison a été réduit de 3 mois à 1 semaine.

Les caractéristiques d’un SQ correctement produit comprennent :

Bien que les pièces moulées SQ puissent être réalisées à l'aide de méthacrylate de méthyle (acrylique), d'uréthane ou de résines, l'époxy est le système de résine le plus couramment utilisé. L'époxy offre une résistance élevée et une excellente stabilité à long terme et est facile à manipuler. Il peut également être utilisé dans des applications en contact avec les aliments en remplacement de l'acier inoxydable.

L'époxy est une formulation stoechiométrique et nécessite un dosage précis de la résine à l'agent de durcissement. Un mélange inapproprié, avec trop ou pas assez d’agent de durcissement, peut donner lieu à une masse non durcie pendant des années. Il est également important de sélectionner le système de résine époxy approprié en fonction de la viscosité, du taux de durcissement, de la stabilité, de la résistance et du coût. La formulation peut être modifiée pour permettre un durcissement très rapide ou être ralentie pour prendre plusieurs heures lors du moulage d'une grande masse afin de réduire l'exothermie.

Bases de collage de copeaux avec dessus coulé à une planéité de 0,001 po et perpendiculaire à un côté à moins de 0,001 po.

Pour produire le bon mix SQ, le système doit prendre en compte :

La première chose qu’un concepteur doit faire est d’oublier à peu près toutes les règles empiriques qu’il connaît en matière de conception de structures de machines. Ils doivent réfléchir librement aux fonctionnalités qui produiraient la meilleure structure pour leur application. Et ils ne devraient plus être contraints à des épaisseurs de paroi constantes. L’épaisseur des murs peut aller de 1 à 12 pouces dans une même zone sans conséquence négative. Des tubes en plastique ou des conduites hydrauliques peuvent être coulés dans la base, de sorte qu'il n'y ait plus de conduites autour de l'extérieur de la base sur la chaîne de montage.

Moule montrant 161 lignes de vide coulées dans la pièce.