Guide de sélection de la pas de vis à billes pour le moulage par injection | YOSO

Lors de la spécification de vis à billes pour les machines de moulage par injection entièrement électriques, l’une des décisions les plus critiques est aussi l’une des plus fréquemment négligées : pas de l'écrou le pas — c’est-à-dire la distance parcourue par l’écrou lors d’un seul tour de l’arbre de la vis — détermine directement la relation entre la vitesse du moteur, la vitesse linéaire et la force de poussée.

Choisir un pas trop fin, et la machine ne parvient pas à atteindre les vitesses d’injection requises. Choisir un pas trop grossier, et l’on perd en force de poussée et en résolution de positionnement. Trouver le bon compromis permet à la machine d’atteindre tous ses objectifs de performance ; se tromper implique une vitesse, une force ou une précision réduite.

Ce guide explique le fonctionnement du pas de la vis à billes, les compromis associés et la méthode pour sélectionner le pas optimal pour chaque axe d’une machine à mouler par injection.

Qu’est-ce que le pas d’une vis à billes ?

La plomb le pas d’une vis à billes correspond à la distance linéaire parcourue par l’écrou lors d’une rotation complète de 360° de l’arbre de la vis. Il s’exprime en millimètres par tour (mm/tour).

Les pas courants utilisés dans les applications de moulage par injection comprennent :

• Pas fins : 5 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm/tour
• Pas moyens : 16 mm, 20 mm, 25 mm/tour
• Pas élevés : 32 mm, 40 mm, 50 mm/tour
• Pas très élevés : 63 mm, 80 mm, 100 mm/tour

Important : Pas ≠ pas de filetage Le pas de filetage est la distance entre deux crêtes de filet consécutives. Pour les vis à un seul filet, le pas égale le pas de filetage. Pour les vis à plusieurs filets (à deux filets, à quatre filets, etc.), le pas = pas de filetage × nombre de filets. Les vis à billes à pas élevé sont presque toujours conçues avec plusieurs filets afin de maintenir une taille adéquate des billes et une capacité de charge appropriée.

Le compromis fondamental : vitesse contre poussée

Le pas de la vis à billes crée une relation inverse entre la vitesse linéaire et la force de poussée, régie par des principes mécaniques de base :

Vitesse linéaire = tr/min de la vis × pas

• Doubler le pas double la vitesse linéaire à tr/min constant
• Exemple : 1 500 tr/min × 10 mm de pas = 15 m/min ; 1 500 tr/min × 20 mm de pas = 30 m/min

Force de poussée = Couple × 2π / Pas × Rendement

• Doubler le pas divise par deux la force de poussée pour un couple identique
• Exemple : couple de 10 Nm × 2π / 0,01 m × rendement de 90 % = ~5 650 N ; avec un pas de 20 mm → ~2 825 N

Voici le compromis fondamental :

• Pas fin → forte poussée, faible vitesse, haute résolution de positionnement
• Pas élevé → faible poussée, haute vitesse, résolution de positionnement réduite

La tâche de l’ingénieur concepteur consiste à déterminer le pas qui satisfait à la fois la demande de vitesse ET la demande de force de poussée, compte tenu du couple moteur disponible.

Sélection du pas pour l’axe de moulage par injection

Chaque axe d’une machine de moulage par injection présente des exigences différentes en matière de vitesse et de force, ce qui exige pour chacun une stratégie de pas distincte.

1. Axe de serrage

Recommandé : Pas fin à moyen (10–20 mm/tour)

L’axe de serrage requiert une force de poussée maximale et une vitesse modérée. La force de fermeture du moule peut varier de 50 kN sur les machines petites à plus de 5 000 kN sur les machines à forte capacité.

Pourquoi un pas fin à moyen ?

• Un avantage mécanique élevé génère une force de serrage considérable à partir d’un couple moteur raisonnable
• La vitesse est acceptable — les courses de serrage sont des opérations relativement lentes
• Une résolution fine permet un positionnement précis de la protection du moule (fermeture à faible pression)

Exemples typiques :

• Machine petite (50–100 T) : pas de 16 mm, vis de Ø40 mm
• Machine moyenne (200–350 T) : pas de 20 mm, vis de Ø50–63 mm
• Machine volumineuse (500 T et plus) : pas de 16 à 20 mm, vis de Ø 80 à 100 mm (souvent conception à double vis)

Point important : Les axes de serrage utilisent généralement les vis de plus grand diamètre avec les pas les plus fins par rapport à la taille de l’arbre, afin de maximiser la capacité de poussée.

2. Axe d’injection

Recommandé : pas moyen à élevé (20 à 40 mm/tour)

L’axe d’injection doit assurer à la fois une grande vitesse (pour le remplissage rapide des pièces à paroi mince) et une force importante (pour la phase de compactage et de maintien sous pression). C’est l’axe le plus exigeant en matière de choix du pas, car il sollicite simultanément les extrêmes du spectre vitesse/force.

Pourquoi un pas moyen à élevé ?

• Doit atteindre des vitesses d’injection de 100 à 300 mm/s pour les applications à paroi mince et d’emballage
• Doit également générer une force d’injection de 50 à 200 kN pour le compactage
• Les pas moyens offrent le meilleur compromis entre ces deux exigences

Exemples typiques :

• Usage général (100 à 200 T) : pas de 20 à 25 mm, vis de Ø 40 à 50 mm
• Emballage à grande vitesse : pas de 32 à 40 mm, vis de Ø50 à 63 mm
• Précision / optique : pas de 16 à 20 mm, vis de Ø32 à 40 mm (privilégie la résolution plutôt que la vitesse)

Point important : Pour l’injection à grande vitesse, le pas est souvent le facteur limitant de la vitesse maximale d’injection. Si la vitesse requise dépasse ce que peut fournir un pas standard à la vitesse maximale du moteur, une vis à pas plus élevé est nécessaire — mais uniquement si le moteur délivre suffisamment de couple pour maintenir la force d’injection à ce pas.

3. Axe d’éjection

Recommandé : pas moyen (10 à 20 mm/tour)

L’éjection nécessite une vitesse modérée et une force relativement faible comparée au serrage ou à l’injection.

Pourquoi un pas moyen :

• Les forces d’éjection représentent typiquement 5 à 20 % de la force de serrage
• La vitesse est importante pour le temps de cycle, mais moins critique que la vitesse d’injection
• Résolution suffisamment fine pour un positionnement précis des broches d’éjection

Exemples typiques :

• Machine petite : pas de 10 mm, vis de Ø20 à 25 mm
• Machine moyenne : pas de 16 mm, vis de Ø32 à 40 mm
• Machine grande taille : pas de 20 mm, vis de Ø40 à 50 mm

4. Translation de l’unité d’injection / contact buse

Recommandé : pas moyen à élevé (20 à 32 mm/tr)

Le contact de la buse est un axe à faible force et vitesse modérée. Des pas plus élevés conviennent bien ici, car les exigences en matière de force sont minimales.

Pourquoi un pas plus élevé ?

• La faible exigence en force signifie que l’avantage mécanique n’est pas critique
• Une vitesse de déplacement plus élevée réduit le temps de cycle
• Une résolution plus grossière est acceptable pour le contact avec la buse

Comment calculer le pas approprié

Le processus de sélection du pas consiste à vérifier à la fois les exigences en vitesse et en force par rapport au moteur disponible.

Étape 1 : Déterminer la vitesse linéaire requise Calculer la vitesse linéaire maximale que l’axe doit atteindre :

• Axe d’injection : vitesse d’injection (mm/s) × 60 = mm/min
• Axe de serrage : vitesse de fermeture du moule (mm/s) × 60 = mm/min

Étape 2 : Calculer le régime requis de la vis Régime (tr/min) = vitesse linéaire requise (mm/min) ÷ pas (mm/tr)

Vérifier que ce régime se situe dans la plage de vitesse nominale du moteur ET dans les limites de vitesse critique et de classe DN de la vis.

Étape 3 : Calculer le couple moteur requis Couple (N·m) = force de poussée (N) × pas (m/tr) ÷ (2π × rendement)

Le rendement est typiquement compris entre 0,85 et 0,95 pour les vis à billes.

Vérifiez que ce couple reste dans les plages de couple continu et de pointe du moteur.

Étape 4 : Vérifier la résolution de positionnement Déplacement incrémental minimal = Pas ÷ (Résolution de l’encodeur du moteur × Rapport de réduction)

Veillez à ce que cette valeur soit plus fine que la précision de positionnement requise pour l’application.

Vis à plusieurs filets : pas élevé sans compromis sur la capacité de charge

Une idée reçue courante veut que les vis à grand pas aient une capacité de charge réduite. Ce n’est pas nécessairement le cas, grâce à la conception de vis à plusieurs filets .

Vis à un seul filet contre vis à plusieurs filets :

• Vis à un seul filet : Un filet continu. Pas = pas axial.
• 2-début : Deux filets parallèles. Pas = 2 × pas.
• 4-début : Quatre filets parallèles. Pas = 4 × pas.

Les vis à plusieurs filets permettent d’obtenir un pas élevé tout en conservant un pas raisonnable (distance entre filets adjacents). Cela signifie que :

• La taille des billes reste identique → la capacité de charge reste identique
• La taille de l’écrou reste identique → l’interchangeabilité est préservée
• Seul le pas change → la capacité de vitesse augmente

Par exemple, une vis de Ø40 mm est disponible en :

• 40-5 (filet simple, pas de 5 mm) — forte poussée, faible vitesse
• 40-10 (2 départs, pas de 10 mm) — poussée moyenne, vitesse moyenne
• 40-20 (4 départs, pas de 20 mm) — poussée réduite, vitesse élevée

Tous utilisent la même taille de billes et présentent des charges dynamiques nominales similaires, mais la version à pas de 20 mm fournit une vitesse linéaire 4 fois supérieure à la même vitesse de rotation (RPM).

Valeur DN : la contrainte cachée

Lors du choix du pas pour des applications à haute vitesse, vous devez également vérifier la Valeur DN — le produit du diamètre de la vis (D, en mm) par sa vitesse de rotation (N, en tr/min). La valeur DN mesure la vitesse de déplacement des billes à l’intérieur de l’écrou, et elle est soumise à une limite maximale déterminée par la conception de la vis et son lubrifiant.

Valeur DN : la contrainte cachée

Lors du choix du pas pour des applications à haute vitesse, vous devez également vérifier la Valeur DN — le produit du diamètre de la vis (D, en mm) par sa vitesse de rotation (N, en tr/min). La valeur DN mesure la vitesse de déplacement des billes à l’intérieur de l’écrou, et elle est soumise à une limite maximale déterminée par la conception de la vis et son lubrifiant.

Limites typiques de la valeur DN :

• Vis usinées avec précision standard : environ 70 000 à 100 000 DN
• Vis optimisées pour les hautes vitesses : environ 120 000 à 160 000 DN
• Conceptions spéciales à très haute vitesse : jusqu’à 220 000 DN

Pourquoi cela importe-t-il dans le choix du pas ? Si vous avez besoin d’une vitesse linéaire de 30 m/min avec un pas de 10 mm, cela correspond à 3 000 tr/min. Pour une vis de Ø40 mm, DN = 40 × 3 000 = 120 000 — ce qui peut dépasser la valeur nominale de la vis.

Avec un pas de 20 mm, vous n’avez besoin que de 1 500 tr/min pour obtenir la même vitesse linéaire de 30 m/min. DN = 40 × 1 500 = 60 000 — bien en dessous de la limite.

Compréhension clé : Les vis à pas élevé tournent à une vitesse de rotation plus faible pour une même vitesse linéaire, ce qui réduit la valeur DN et prolonge la durée de vie utile. C’est l’une des principales raisons pour lesquelles les vis à pas élevé sont privilégiées dans les applications d’injection à haute vitesse.

Erreurs courantes dans le choix du pas

Erreur n° 1 : Choisir le pas uniquement en fonction de la vitesse De nombreux ingénieurs dimensionnent le pas pour atteindre la vitesse cible, mais oublient de vérifier la force de poussée. Le résultat est une machine qui se déplace rapidement, mais ne parvient pas à générer une pression d’injection ou une force de serrage suffisante. Vérifiez toujours à la fois la vitesse ET la force.

Erreur n° 2 : Surdimensionner le pas « par mesure de sécurité » Un pas plus élevé que nécessaire implique :

• Avantage mécanique inférieur → moteur plus volumineux et plus coûteux requis
• Résolution de positionnement grossière → peut ne pas satisfaire aux exigences de précision
• Inertie réfléchie plus élevée au moteur → difficultés de réglage

Erreur n° 3 : ignorer la vitesse critique Les vis longues à fort pas peuvent fonctionner au-dessus de la vitesse critique à la vitesse de rotation maximale, provoquant des vibrations dangereuses. Calculez toujours la vitesse critique en fonction du diamètre, de la longueur et de la configuration de support choisis.

Erreur n° 4 : oublier l’accélération Les axes de moulage par injection accélèrent et décélèrent rapidement. Le couple requis pour l’accélération s’ajoute au couple requis pour la force de poussée. Si le pas est trop fin, le moteur peut manquer de couple pour une accélération rapide, même si la force en régime permanent est adéquate.

Tableau de référence rapide pour le choix du pas

tableau

Axe	Plage de pas typique	Plage de diamètre de la vis	Prioritaire
Serrage	10–20 mm/tour	ø40–100 mm	Force de poussée > vitesse
Injection (générale)	20–25 mm/tr	ø32–50 mm	Vitesse et force équilibrées
Injection (haute vitesse)	32–40 mm/tr	ø40–63 mm	Vitesse > force
Injection (précision)	16–20 mm/tr	ø32–40 mm	Résolution > vitesse
Éjecteur	10–20 mm/tour	ø20–50 mm	Équilibré
Contact buse	20–32 mm/tr	ø20–32 mm	Vitesse > force

Conclusion

Le pas de la vis à billes est un paramètre fondamental qui détermine les performances de chaque axe d’une machine à mouler par injection entièrement électrique. Il constitue le levier permettant d’échanger vitesse et force — et trouver le bon équilibre est essentiel.

Points clés à retenir :

• Axes de serrage : Pas fins pour une poussée maximale
• Axes d’injection : Pas moyens pour un équilibre entre vitesse et force ; pas élevés pour les machines à parois minces / hautes vitesses
• Axes éjecteurs : Plages moyennes pour vitesse et force modérées
• Conception à plusieurs filets permet d’obtenir une grande avance sans compromettre la capacité de charge
• Valeur DN favorise souvent des avances plus élevées pour les applications à haute vitesse (moins de tr/min = DN plus faible)

En adaptant soigneusement l’avance aux exigences spécifiques de vitesse, de force et de précision de chaque axe, les concepteurs de machines et les ingénieurs en rétrofit peuvent optimiser les performances, réduire la taille et le coût du moteur, et maximiser la durée de vie de l’ensemble vis à billes.