La vis à billes (souvent appelée « vis à billes ») vis") d'une machine à mouler par injection Il s'agit de son composant principal, souvent appelé le « cœur » de la machine. Son fonctionnement est un processus complexe intégrant la physique, la mécanique et la thermodynamique.En termes simples, sa tâche principale consiste à transporter, faire fondre, comprimer et homogénéiser des granulés de plastique solide, pour finalement injecter le plastique fondu dans la cavité du moule avec une pression et une vitesse suffisantes.Pour mieux comprendre son fonctionnement, on peut diviser son cycle de travail en plusieurs étapes : un cycle de travail complet d’une vis à billes de machine à mouler par injection. Lors d'un cycle d'injection complet, la vis à billes effectue principalement deux actions : une rotation et un déplacement axial. Son cycle de fonctionnement peut être divisé en trois étapes :1. Étape de rotation (plastification/dosage)Objectif : Transporter, chauffer, faire fondre et homogénéiser les granulés de plastique solide dans la trémie.Action : La vis mère tourne à grande vitesse à l'intérieur du cylindre mais n'avance pas (à ce moment-là, le cylindre d'injection à l'arrière de la vis mère relâche la pression, permettant à la vis mère de se rétracter grâce à la force de réaction du plastique pendant la rotation).Processus opérationnel :Alimentation et transport : les granulés de plastique tombent de la trémie dans le tambour. La rotation de la vis sans fin, à l’instar d’une vis dans un écrou, utilise le plan incliné du filetage pour propulser continuellement les granulés de plastique vers l’avant.Compression et fusion : La structure de la vis est divisée en trois sections de l'arrière vers l'avant : la section d'alimentation, la section de compression et la section de dosage.Section d'alimentation : La profondeur du filetage est relativement importante, principalement utilisée pour le transport stable de granulés solides.Section de compression : La profondeur du filetage diminue progressivement. Le plastique est alors fortement comprimé et cisaillé, tandis que la résistance chauffante extérieure au cylindre contribue également à son chauffage. Sous l’action combinée de la chaleur de cisaillement et du chauffage externe, le plastique solide fond rapidement et devient un fluide visqueux. En réalité, plus de 80 % de la chaleur de fusion provient de la chaleur de cisaillement générée par la rotation de la vis.Section de dosage : La profondeur du filetage y est minimale. Sa fonction principale est d’homogénéiser davantage la température et la composition du bain de fusion, garantissant ainsi la qualité uniforme du bain stocké en amont.Résultat : Le plastique fondu uniformément est poussé vers l'avant de la vis (au niveau de la buse), et la pression accumulée (contre-pression) repousse toute la vis vers l'arrière, réservant une quantité fixe de matériau fondu pour la prochaine injection.2. Phase de mouvement axial (pression d'injection/de maintien)Objectif : Injecter le plastique fondu mis de côté à l'étape précédente dans la cavité du moule à grande vitesse et à haute pression.Action : La vis cesse de tourner et, sous l'effet de la puissante poussée du cylindre d'injection, se déplace vers l'avant à grande vitesse comme un piston.Processus opérationnel :Injection : La vis avance à très grande vitesse, injectant le plastique fondu stocké à l’avant par la buse, le canal d’alimentation et l’orifice d’injection dans la cavité fermée du moule. Ce processus doit être réalisé très rapidement afin que le matériau fondu remplisse simultanément chaque recoin de la cavité.Pression de maintien : Lorsque la cavité est sur le point d’être remplie, la vitesse d’injection diminue, passant à une phase de « pression de maintien » à haute pression. La vis continue d’avancer lentement, exerçant une pression extrêmement élevée pour compenser le volume libéré par le refroidissement et le retrait du plastique, évitant ainsi les défauts tels que les marques de retrait et les manques de matière dans le produit.3. Réinitialisation (Préparation du cycle suivant)Objectif : Préparer la matière fondue pour le prochain cycle de moulage par injection.Action : Une fois la pression de maintien atteinte, la vis cesse son mouvement axial et se remet à tourner (retour à la première étape) pour la plastification et le dosage suivants. Le moule s’ouvre alors, éjecte le produit, puis se referme, en attendant la prochaine injection.Caractéristiques principales de conception de la vis à billesPour accomplir ces tâches complexes, la vis à billes elle-même est conçue avec une grande précision :Rapport longueur/diamètre (L/D) : rapport entre la longueur et le diamètre de la vis à billes. Un rapport L/D élevé favorise une meilleure plastification et une température plus uniforme. Les valeurs courantes se situent entre 18:1 et 25:1.Taux de compression : Rapport entre le volume de la première rainure filetée de la section d’alimentation et celui de la dernière rainure filetée de la section de dosage. Il détermine le degré de compression du plastique et est essentiel à l’efficacité de la fusion. Différents plastiques requièrent différents taux de compression.Conception en trois étapes : comme mentionné ci-dessus, la section d’alimentation, la section de compression et la section de dosage remplissent chacune leurs fonctions respectives, constituant ainsi la base du fonctionnement efficace de la vis-mère.En résumé, le fonctionnement d'une vis de machine à mouler par injection peut se visualiser comme suit :C'est comme un « hachoir à viande » : en tournant, il broie, coupe, mélange et transporte les matières.C'est comme un « piston » ou une « seringue » : en se propulsant vers l'avant, il injecte le « fluide » traité sous haute pression.C'est aussi un « générateur de chaleur » : grâce à son propre cisaillement rotationnel, il génère la majeure partie de la chaleur nécessaire pour faire fondre le plastique.Cette combinaison ingénieuse de « plastification rotationnelle » et d’« injection axiale » permet à la vis de la machine de moulage par injection de réaliser efficacement et précisément le processus de transformation des granulés solides en produits plastiques de précision.

Dans l'automatisation industrielle et les équipements de précision, les vis à billes trapézoïdales constituent le mécanisme de transmission essentiel pour la conversion d'un mouvement rotatif en mouvement linéaire, influençant directement la précision et la stabilité des équipements. Cependant, les praticiens constatent souvent une baisse d'efficacité et une réduction de la durée de vie de leurs équipements, dues à une compréhension insuffisante des principes de fonctionnement et à un choix inapproprié. Cet article détaille le principe de fonctionnement des vis à billes trapézoïdales et propose un guide pratique pour leur sélection.I. Principe de mouvement du produit et paramètres associés1. Principe de fonctionnement : La vis-mère trapézoïdale convertit le mouvement de rotation en mouvement linéaire grâce à l'engrènement de la vis et de l'écrou, transmettant simultanément énergie et puissance. II. Caractéristiques du produit1. Structure simple, traitement et fonctionnement pratiques, et coût économique ;2. La fonction d'autoblocage est obtenue lorsque l'angle d'hélice du filetage est inférieur à l'angle de frottement ;3. Processus de transmission fluide et stable ;4. Résistance au frottement relativement élevée, avec un rendement de transmission de l'ordre de 0,3 à 0,7. En mode autobloquant, le rendement est inférieur à 0,4 ;5. Possède un certain degré de résistance aux chocs et aux vibrations ;6. La capacité de charge globale est supérieure à celle des vis à laminage ordinaires. III. Calculs de sélection et de vérificationPour les vis de transmission de force classiques, les principaux modes de défaillance sont l'usure de la surface du filetage, la rupture sous contrainte de traction, le cisaillement et le cisaillement ou la flexion au fond du filetage. Par conséquent, les dimensions principales de la vis sont déterminées dès la conception en fonction de la résistance à l'usure et des calculs de solidité.Pour les vis de transmission, le principal mode de défaillance est un jeu excessif dû à l'usure ou à la déformation, entraînant une diminution de la précision du mouvement. Par conséquent, les dimensions principales de la transmission par vis doivent être déterminées dès la conception en fonction de la résistance à l'usure du filetage et du calcul de la rigidité de la vis. Si la vis de transmission supporte également une charge axiale importante, sa résistance doit être calculée en outre.Les vis longues (rapport d'élancement supérieur à 40) qui ne sont pas réglables manuellement peuvent produire des vibrations latérales ; par conséquent, leur vitesse critique doit être vérifiée.IV. Précautions d'emploi1. Considérations relatives à la charge : Les charges radiales supplémentaires doivent être évitées autant que possible, car de telles charges peuvent facilement provoquer un dysfonctionnement des vis, une usure accrue et un blocage.2. Exigences relatives à la prévention de la poussière : Il est impératif d’empêcher toute pénétration de corps étrangers dans le filetage. Si des impuretés telles que de la limaille de fer, des scories d’étain et des copeaux d’aluminium sont facilement générées en conditions de fonctionnement, un capuchon de protection doit être installé afin d’empêcher leur pénétration dans le filetage et de provoquer une usure anormale ou un blocage.3. Exigence relative à l'élancement : Lorsque l'élancement dépasse un certain seuil (60 ou plus), la vis se déforme sous son propre poids, ce qui engendre une charge radiale décentrée sur l'écrou. Selon la vitesse et le couple de fonctionnement, cela peut provoquer une usure anormale, un blocage, une déformation de l'extrémité de la vis, voire une rupture. Pour pallier ce problème, un dispositif anti-faux peut être installé au centre de la vis afin de la maintenir en place.4. Lors de l'installation, il convient de veiller à la coaxialité et à l'étalonnage du niveau de la méthode d'installation à support fixe ; pour la structure en porte-à-faux fixe-libre, il convient de veiller au contrôle des tolérances d'extrémité de l'arbre ainsi qu'au verrouillage et au renforcement de la tête.5. Lors de l'installation d'une vis à filetage trapézoïdal, il est impératif de vérifier son faux-rond. En l'absence d'équipement de mesure adapté, il est possible de déplacer la vis manuellement sur toute sa longueur, une ou plusieurs fois, avant d'installer l'élément d'entraînement. Si la force nécessaire pour déplacer le diamètre extérieur de l'arbre est irrégulière et présente des marques d'usure, cela indique un défaut d'alignement entre la vis-mère, le support d'écrou et le rail de guidage. Dans ce cas, desserrez d'abord les vis de fixation concernées, puis déplacez la vis-mère une fois à la main. Si la force requise devient uniforme, les composants correspondants peuvent être recalibrés. Si la force reste irrégulière, desserrez à nouveau les vis de fixation afin de déterminer l'origine du défaut de calibrage.

La capacité de vis-mère de machine-outil Un fonctionnement efficace et sans blocage 24 heures sur 24 repose principalement sur l'effet synergique de trois facteurs : une conception et une sélection appropriées, une lubrification et un entretien adéquats, et un contrôle raisonnable des conditions de fonctionnement. Plus précisément, cela se décompose en les dimensions clés suivantes :1. Processus de conception et de fabrication structurelle de haute précisionAjustement précis de la paire de transmission : vis à billes L'utilisation de billes d'acier comme éléments roulants confère à ce système un contact ponctuel, contrairement au contact de surface des vis sans fin, ce qui engendre un coefficient de frottement extrêmement faible (de 10 à 3 fois inférieur à celui des vis sans fin). Il en résulte une faible résistance au frottement et une moindre production de chaleur en fonctionnement, évitant ainsi les blocages dus à la surchauffe.Le processus de précharge élimine le jeu : une structure de précharge à double écrou (de type rondelle, à pas variable ou filetée) élimine le jeu axial entre les deux écrous. vis-mère et écrou, assurant ainsi la précision de la transmission et empêchant les mouvements axiaux et les blocages lors d'un fonctionnement à grande vitesse.Matériaux de haute qualité et traitement thermique : Les vis-mères et les écrous sont généralement fabriqués en acier à haute teneur en carbone. (comme GCr15) ou en acier de construction allié, traité par trempe, revenu et rectification pour obtenir une surface dureté de HRC58~62. Il en résulte une forte résistance à l'usure, prévenant l'usure et la déformation lors d'une utilisation prolongée et maintenant une précision d'ajustement stable.2. Système de lubrification et d'étanchéité stable et fiableLubrification continue et efficace :** Équipée d’un système de lubrification automatique (pompe à graisse ou dispositif de lubrification par brouillard d’huile, par exemple), la vis-mère est régulièrement lubrifiée avec une graisse ou une huile spéciale, formant un film d’huile qui réduit le frottement direct entre les billes d’acier et la bague, limitant ainsi l’usure et la génération de chaleur. Les machines-outils fonctionnant 24 h/24 sont généralement équipées d’une lubrification automatique intermittente afin de prévenir une lubrification insuffisante ou le vieillissement de la graisse.Protection d'étanchéité optimale : Les deux extrémités de la vis-mère sont équipées de joints anti-poussière, de racleurs et d'autres composants empêchant le fluide de coupe, les copeaux de métal et la poussière de pénétrer dans le chemin de roulement. L'infiltration d'impuretés dans le chemin de roulement est une cause fréquente de blocage de la vis-mère ; le système d'étanchéité isole efficacement les contaminants et maintient le chemin de roulement propre.3. Paramètres de fonctionnement raisonnables et contrôle de la chargeAdaptation charge/vitesse : Lors de la sélection, les charges dynamiques et statiques nominales de la vis-mère sont déterminées en fonction de la charge réelle de la machine-outil (force de coupe, poids de la table) afin de garantir que la charge ne dépasse pas la valeur nominale pendant un fonctionnement continu de 24 h/24, évitant ainsi la déformation des roulements à billes et la flexion de la vis-mère dues à une surcharge. Parallèlement, la vitesse est maintenue en dessous de la vitesse critique de la vis-mère afin de prévenir la résonance et les vibrations lors de la rotation à haute vitesse.Contrôle de la température : La machine-outil est équipée d’un système de refroidissement qui contrôle la température de fonctionnement de la vis-mère et de la broche. Un échauffement de la vis-mère peut provoquer une déformation thermique, entraînant des variations de pas, voire un blocage. Le système de refroidissement permet de limiter les fluctuations de température et de garantir ainsi la stabilité de la transmission.4. Coordination précise des systèmes d'entraînement et de contrôleLiaison rigide entre le servomoteur et la vis-mère : des accouplements (tels que des accouplements à diaphragme et des accouplements lamellaires) sont utilisés pour obtenir une liaison sans jeu entre le moteur et la vis-mère, assurant une transmission de puissance fluide et évitant les à-coups de transmission causés par des liaisons lâches.Réglage précis du système CNC : grâce à un système de contrôle en boucle fermée ou semi-fermée, la position et la vitesse de la vis-mère sont surveillées en temps réel, et le couple de sortie du moteur est ajusté dynamiquement pour compenser la déformation élastique et la déformation thermique de la vis-mère, garantissant une vitesse uniforme et l’absence d’impact pendant le fonctionnement.Complément : Rôle crucial de la maintenance de routine : Même avec une conception et des conditions d’exploitation optimales, une maintenance régulière est essentielle pour un fonctionnement continu 24 h/24 et 7 j/7. Par exemple, le nettoyage régulier des joints, la vérification de l’état de la graisse lubrifiante, la détection du faux-rond et du jeu de la vis-mère, ainsi que le remplacement rapide de la graisse usée et des billes usées permettent de prolonger efficacement la durée de fonctionnement stable de la vis-mère.