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Le jeu — c’est-à-dire le jeu axial entre la vis à billes et l’écrou — constitue l’une des causes les plus fréquentes de perte de précision dans les machines à mouler par injection entièrement électriques. Lorsque la vis inverse son sens de rotation, cet espace minuscule se traduit directement par un mouvement perdu, une masse de tir irrégulière et des variations dimensionnelles des pièces moulées.
Pour les mouleurs produisant des composants médicaux, des lentilles optiques ou des emballages à paroi fine, même quelques micromètres de jeu peuvent faire sortir les pièces des tolérances spécifiées. Cet article explique l’origine du jeu, la méthode permettant de le mesurer avec précision, ainsi que les solutions techniques permettant de l’éliminer.
Qu’est-ce que le jeu de vis à billes ?
Le jeu (aussi appelé jeu axial ou mouvement perdu) est la distance que peut parcourir l’écrou axialement sans que la vis ne tourne , ou vice versa. Il apparaît lorsqu’il existe un jeu entre les billes et les rainures de la portée.
Dans une vis à billes idéalement préchargée, les billes sont légèrement surdimensionnées par rapport au pas des rainures, ce qui élimine tout jeu et crée une charge élastique continue. Lorsque le préchargage est perdu — par usure, montage incorrect ou variation de fabrication — un jeu apparaît, entraînant du jeu.
Dans le moulage par injection, le jeu se manifeste par :
- Des variations de masse d’un tir à l’autre sur l’axe d’injection
- Incohérence de la position des broches d’éjection entre les cycles
- Dérive de la position de fermeture du moule sur les systèmes de serrage à bascule
- « Claquement » audible lors des inversions de sens
- Finition de surface médiocre sur les pièces nécessitant une pression de maintien précise
Causes profondes du jeu dans les applications de moulage par injection
1. Usure normale au fil du temps
Il s'agit de la cause la plus courante dans les environnements de production. Chaque vis à billes perd progressivement son précharge à mesure que les chemins de roulement s’usent. Le taux dépend de :
- Amplitude de la charge — Forces de serrage et d’injection plus importantes accélèrent l’usure
- Compte de cycles — Les machines d’emballage à haute vitesse, fonctionnant des millions de cycles par an, s’usent plus rapidement
- Condition de lubrification — Une maintenance insuffisante de la graisse réduit fortement la durée de vie utile
- Contamination — La poussière, les particules de plastique et l’intrusion d’eau de refroidissement accélèrent l’usure abrasive
Une vis à billes typique pour machine à mouler par injection peut conserver sa précharge d’usine pendant 5 à 10 millions de cycles dans des conditions normales. Par la suite, la précharge diminue progressivement jusqu’à l’apparition d’un jeu mesurable.
2. Précharge initiale incorrecte
Si la vis a été montée avec une précharge insuffisante dès le départ, le jeu peut apparaître presque immédiatement. Cela arrive parfois avec des vis de remplacement bon marché dont le fabricant omet l’étalonnage adéquat de la précharge.
3. Dommages au système de retour des billes
Des tubes de retour des billes endommagés ou mal alignés (dans les vis à circulation externe, comme les séries SFU/DFU) peuvent provoquer un coincement ou un saut des billes, entraînant un jeu intermittent. Cela s’accompagne souvent d’un bruit inhabituel pendant le fonctionnement.
4. Usure des paliers de support
Le jeu ne se situe pas toujours dans l’écrou. L’usure ou la mauvaise précharge des paliers de support aux extrémités de la vis génèrent également un jeu axial qui donne la même sensation que le jeu de l’écrou. Il s’agit d’un diagnostic erroné fréquent : les techniciens accusent l’écrou alors que le problème réel concerne le palier axial.
5. Surcharge dépassant la capacité nominale
Un fonctionnement prolongé au-delà de la charge dynamique nominale de la vis provoque une déformation plastique permanente des surfaces de la portée (phénomène de brinellage), créant un jeu permanent impossible à corriger par ajustement.
Comment mesurer le jeu axial d’une vis à billes
Une mesure précise est essentielle avant de choisir une solution. Voici les trois méthodes les plus fiables :
Méthode 1 : Essai avec comparateur à cadran (la plus courante)
Il s’agit de la méthode standard sur le terrain.
Procédé :
- Fixer un comparateur à cadran à base magnétique sur le bâti de la machine
- Positionner la tige de mesure du comparateur contre le boîtier de l’écrou ou la charge entraînée, alignée sur l’axe de la vis
- Appliquer manuellement ou à l’aide d’un levier une faible force axiale dans un sens, puis remettre le comparateur à zéro
- Appliquer une force dans le sens opposé sans faire tourner la vis
- La valeur indiquée par le comparateur correspond au jeu axial total
Pour les machines à injecter : Effectuez cet essai à plusieurs positions le long de la course complète, et non pas uniquement sur un seul point. L’usure est souvent inégale — généralement la plus importante aux positions de course les plus utilisées.
Méthode 2 : Interféromètre laser (précision maximale)
Pour les machines de précision, un interféromètre laser mesure l’exactitude et la reproductibilité du positionnement sur toute la course. Le jeu apparaît sous forme d’un « saut » caractéristique sur les points de données correspondant au sens inverse.
Cette méthode est plus coûteuse, mais fournit une vue d’ensemble complète, y compris l’erreur de pas et la dérive thermique, en plus du jeu.
Méthode 3 : Signature du couple moteur
En surveillant le couple du moteur servo lors des inversions de direction, vous pouvez détecter le jeu de manière indirecte. Une chute brutale du couple au point d’inversion indique que la vis passe dans une zone de jeu. Cette méthode est utile pour une surveillance continue sans démontage de la machine.
Solutions contre le jeu des vis à billes
Solution 1 : Réglage de la précharge (vis à écrous doubles uniquement)
Si la vis utilise une conception à deux écrous (séries DFU, DFI, DFS), la précharge peut souvent être rétablie en ajustant l’entretoise située entre les deux écrous.
Comment ça marche :
- Les vis à deux écrous créent la précharge en décalant deux écrous à l’aide d’une entretoise
- Au fur et à mesure de l’usure, l’entretoise peut être usinée pour la rendre plus fine ou complétée par des cales afin de rétablir la précharge
- Cela permet effectivement de « réinitialiser » la vis à un état proche de celui d’origine
Avantages :
- Beaucoup moins coûteux qu’un remplacement complet de la vis
- Peut être réalisé sur site avec les outils adéquats
- Prolonge la durée de vie totale de 30 à 50 %
Limitations :
- Ne fonctionne que sur les conceptions à deux écrous ; les vis préchargées à un seul écrou ne peuvent pas être ajustées
- Nécessite des techniciens qualifiés — un ajustement excessif génère une précharge trop élevée, ce qui accélère l’usure
Solution 2 : Remplacement de l’écrou
Pour les vis à écrou simple préchargé (FSW, FSC, SFU à écrou simple), lorsque le préchargement est perdu, l’écrou doit être remplacé.
Meilleure pratique :
- Conserver un écrou de rechange à portée de main pour les machines de production critiques
- Adapter le nouvel écrou à la vis existante si l’arbre reste dans les tolérances spécifiées
- Vérifier le préchargement et effectuer la phase de rodage du nouvel écrou avant de reprendre la production
Solution 3 : Remplacement complet de l’ensemble vis-écrou
Lorsque l’arbre de la vis présente une usure importante (rainures visibles, piqûres ou erreur de pas mesurée dépassant les spécifications), l’ensemble complet doit être remplacé.
Signes annonciateurs :
- Le jeu axial dépasse 0,05 mm et ne peut pas être éliminé par réglage
- Traces d’usure visibles sur l’arbre de la vis
- La répétabilité de positionnement se dégrade sur toute la course
- Le bruit et les vibrations ont augmenté de façon notable
Solution 4 : Compensation logicielle (mesure temporaire)
Les systèmes de commande numérique par ordinateur (CNC) modernes peuvent compenser le jeu en ajoutant un décalage lors des inversions de sens. Le contrôleur « dépasse » la valeur mesurée du jeu afin de garantir que la charge atteint effectivement la position commandée.
Mises en garde importantes :
- Il s'agit d'une mesure provisoire, non d'une solution définitive — elle masque le symptôme sans traiter l’usure
- La précision de la compensation diminue à mesure que le jeu s’aggrave avec le temps
- N’améliore pas la rigidité ni ne réduit les vibrations
- Ne doit être utilisée que comme mesure temporaire, en attendant une réparation mécanique
Prévention : Maximiser la durée de vie en service sans jeu
Lubrification adéquate
La graisse constitue le facteur n° 1 de la durée de vie utile. Suivez ces recommandations :
- Utiliser la graisse de grade spécifié par le fabricant (pas une graisse générique)
- Mettre en œuvre une lubrification automatique avec dosage calibré
- Surveiller l’état de la graisse et la recharger en fonction des heures de fonctionnement, et non du temps calendaires
- Bien étanchéifier l’écrou pour empêcher la pénétration de contaminants
Spécification correcte de la précharge
Ne pas surdimensionner la précharge sous prétexte que « plus, c’est mieux ». Une précharge excessive génère de la chaleur et accélère l’usure, réduisant ainsi la durée de vie sans jeu. Adapter la classe de précharge aux exigences réelles de l’application :
- Axes d’éjection → précharge légère Z1
- Axes d’injection → Z1–Z2
- Axes de serrage → précharge moyenne Z2
Protection de l'environnement
Les ateliers de moulage par injection constituent un environnement agressif, caractérisé par la présence de poussières plastiques, de brouillard de refroidissement et de variations thermiques. Protéger la vis à l’aide de :
- Couvercles soufflets ou couvercles télescopiques pour glissières
- Joints d’essuie-glace aux deux extrémités de l’écrou
- Purge d’air à pression positive sur les axes critiques
Inspection régulière
Prévoir des contrôles de jeu dans le cadre de la maintenance préventive :
- Nouvelle machine : Mesure de référence lors de la mise en service
- Tous les 6 mois : Contrôler et enregistrer les valeurs de jeu
- L'analyse des tendances : Suivre la vitesse d’augmentation afin de prévoir le moment du remplacement
Conclusion
Le jeu de la vis à billes est une conséquence inévitable de l’usure, mais comprendre ses causes et ses méthodes de mesure permet aux moulistes de le gérer de façon proactive plutôt que réactive.
Points clés à retenir :
- Mesurer d’abord, diagnostiquer ensuite — confirmer systématiquement que le jeu provient de l’écrou, et non des paliers de support
- Les conceptions à double écrou permettent d’économiser de l’argent à long terme — la réglabilité prolonge considérablement la durée de vie utile
- La lubrification est l’assurance la moins coûteuse — un entretien adéquat de la graisse retarde l’usure plus que tout autre facteur
- La compensation logicielle est temporaire — la réparation mécanique constitue la véritable solution
Pour les opérations de moulage par injection de précision, un programme proactif de surveillance du jeu axial s’autofinance grâce à une réduction des rebuts, à moins d’arrêts imprévus et à une qualité constante des pièces sur toute la durée de vie de la machine.