Brevet FR2214577A1 — publié le 19740819

L'invention a pour objet un perfectionnement au procédé d'in- jection de matières plastiques ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. On sait que les machines à mouler par injection comportent deux temps de fonctionnement a' savoir dtune part l'alimentation et le ramollissement de la matière plastique et d'autre part l'injection de la matière ramollie. Ces deux fonctions peuvent être assurées par la même pièce ou le même ensemble de pièces ou bien par deux pièces distinctes ou deux ensembles de pièces distincts. Dans le premier casRctest-à-dire un seul ensemble pour les deux fonctions, on aura une vis et son fourreau fonctionnant dans un premier temps, comme vis d'alimentation - ramollissement et dans un deuxième temps comme piston d'injection. (Souvent dans cette technique on désigne par les mots ramollissement, plastification, fusion, la fonction de ladite vis qui est la transformation de la matière en un milieu continu Suide". Pour des raisons de concision on emploiera ci-après ind#éremment ces mots pris dans ce sens). Dans le deuxième cas, soit deux ensembles, la machine comporte, montés de façon distincte pour chacune des deux fonctions d'une part une vis de plastification et son fourreau et d'autre part un piston d'injection et son cylindre. Dans les machines à mouler de ce type et de construction classique, la vis d'alimentation plastifie, par sa propre rotation, la résine synthétique et la refoule dans le cylindre dtinjection. Pour cette opéra#tion d'alimentation du cylindre d'injection, le piston d'injection se retire d'abord sous l'effet de la pression exercée par la résine accumulée en tête de la vis puis dans le cylindre.Lorsque la quantité de résine accumulée atteint une valeur prédéterminée, la rotation de la vis est arrêtée, ce qui interrompt le refoulement de la résine fondue, après quoi la machine effectue ltopération d'injection proprement dite, le piston d'injection étant à cet effet repoussé par un fluide de façon à chasser la résine dans le moule. Pour obtenir le fonctionnement décrit sommairement ci-dessus, les machines comportent dans les deux cas un circuit -pour le fluide de commande du mouvement de piston assurant l'injection (vis fonctionnant en piston ou piston proprement dit) ledit circuit comportant des pompes, bâches et tuyauteries pour l'amenée du fluide dans la chambre d'accumulation dudit fluide pour agir sur le piston, lten- semble fonctionnant à la manière d'un vérin hydraulique. On désigne souvent cet ensemble par le terme "vérin d'injection. Toutes ces machines donnent des résultats plus ou moins satisfaisants quant à l'homogénéité et/ou l'apparence des pièces injectées obtenues. Le procédé suivant l'invention est caractérisé par le fait que, dans un processus d'injection à vitesse programmée, toute variation de la vitesse d'injection est rendue progressive sans à- coups et peut être modifiée à volonté sans changement de- l'appareil de commande de ladite variation. Selon une autre caractéristique, pour toute variation, la vitesse b'injection est une fonction linéaire du temps. Suivant une première variante, le procédé comporte une vitesse d'injection croissant de façon linéaire du début à la fin de l'o- pération d'injection. Selon une deuxième variante, le procédé comporte, au début, une période à vitesse d'injection constante puis une période à vitesse d'injection croissant de façon linéaire jusqu'a la fin de' li opération d'injection. Dans une troisième variante, le procédé comporte au début une période à vitesse d'inject-ion croissant de façon linéaire puis une période à vitesse restant constante jusqu'à la fin de ltopération d'injection. Suivant un autre mode de mise en oeuvre, le programme de vites ses comporte plusieurs périodes d'injection à vitesse constante séparées par des périodes intermédiaires d'injection à vitesse variant de façon- progressive et sans à-coups. Dans une variante particulière de ce mode de mise en oeuvre, le programme -comporte d'abord une vitesse dtinjection constante, puis une vitesse croissant de façon linàireIpendant un temps donné et enfin une vitesse constante jusqu'a la fin de ltopération dtinjection. Dans une presse à injecter comportant un circuit de fluide sous pression formant vérin d'injection, le procédé est caractérisé par un réglage avec possibilité de faire varier en continu le débit dudit fluide, le changement et/ou la modification du programme de réglage ne nécessitant pas le remplacement de ltorgane de commande dudit réglage. L'appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est caractérisé par l'interposition, dans le circuit de fluide, d'un dispositif de type servomoteur réglant le débit du fluide agissant sur l'organe fonctionnant en piston. Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif servomoteur est constitué par une vanne du type à pointeau, le mouvement de déplacement du pointeau étant obtenu par l'action d'un moteur à vitesse variable Selon un mode encore plus particulier, le moteur est un moteur-réducteur agissant sur la vis portant le pointeau. Plus spécialement encore le moteur-réducteur est un moteur électrique à vitesse variable par rhéostat. Suivant un mode de mise en oeuvre le dispositif servomoteur est intégré, lors de la construction de la machine, dans le système de circuit de fluide. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif servomoteur est monté indépendant ou de façon amovible, postérieurement à la construction de la machine. Le procédé d'injection suivant l'invention est applicable au moulage de matières thermoplastiques telles que polymères d'oléfines, polymères et copolymères du chlorure de vinyle, et polymères et copolymères modifiés. A titre d'exemple nullement limitatif, on cite polychlorure de vinyle rigide, polychlorure de vinyle surchloré (ou postchloré). Sur le dessin on#a représenté un mode de réalisation donné à titre d'exemple. L'invention étant limitée au-procédé et au dispositif de réglage, y compris les accessoires découlant des caractéristiques, les autres accessoires habituels ne seront mentionnés avec référence que dans la mesure où ceci est absolument nécessaire pour la compréhension. Sur le dessin annexé - la figure 1 est une coupe de l'ensemble #is-piston d'injection avec le dispositif suivant l'invention, - la figure 2 représente, sur un même graphique, quatre courbes traduisant des programmes différents de vitesses d'injection, ces dernières étant variables en fonction du temps au cours de 11 opération d'injection. - la figure 3 est une photographie dun fond de gobelet injecté de la manière habituelle. - la figure 4 est une photographie d'un fond de gobelet injecté suivant le programme A. Sur la figure 1, on voit schématiquement une presse à injecter comprenant une vis (1) et son fourreau (2) débitant la matière plastique à injecter par une buSe (3) dans un moule (4), ladite matière-étant introduite par une trémie (5). -La vis comporte des filets (6) sur un noyau (7) et une tête de piston ou flasque (8)* Cette tête de piston délimite avec le fond (9) du fourreau (2), à l'intérieur dudit fourreau (2), une chambre de pression (10). Dans cette chambre de pression débouche une conduite (11) pour l'alimen tation en fluide et une conduite (12) pour l'évacuation dudit fluide.La conduite d'alimentation (11) relie une vanne (13) a poin tau (14) reliée elle-même à une pompe ou groupe de pompes non re présentées, Le déplacement du pointeau (14) est commandé par une vis (15) qui est actionnée par un moteur (16), du type moteur élec trique réducteur. Le moteur (16) est commandé du point de vue mise en marche, durée de marche et vitesse, par-des minuteries (17) et (18) et un rhéostat-régulateur de tension (l9)0-Les minuteries (17) et (18) et le rhéostat (19) ou régulateur de tension sont branchés sur le circuit électrique correspondant au cycle dtinj-ec- tion.Les fonctions des minuteries (17) et (18) et du rhéostat (19) sont les suivantes, La minuterie (17) règle le- tèmps -pendant le quel est maintenu constant le débit d'huile de la vanne (13) ré glant la vitesse d'injection. La minuterie (18) permet de régler le temps de variation de la vitesse d'injection- qui résulte du dé bit de la vanne (13). Le rhéostat ou régulateur de tension (19) permet d'alimenter, à l'intensité voulue, le moteur-réducteur (16) Sur la figure 2 on voit quatre courbes correspondant à quatre régimes ou programmes d'injection différents. Ces courbes seront mieux comprises lorsqu'on aura détaillé le fonctionnement du dis positif. A titre d'exemple on décrit un cycle d'injection et à cette occasion les organes assurant des fonctions autres que l'opération d'injection, ainsi que les programmes de fonctionnement les concer nant ne seront mentionnés que dans la mesure- où ceci est néces saire pour la compréhension0 Comme on l'a déjà écrit le cycle d'injection est précédé d'un cycle de plastification bien connu impliquant préalablement des ré glages de température, de vitesse et durée de rotation de la vis, de volume de matière plastifiée et autres variables habituelles0 C'est une fois ce cycle de plastification terminé que se déclenche la commande du cycle d'injection et à partir de-ce moment qusintervient le perfectionnement suivant l'invention dont on va décrire maintenant le fonctionnement, La durée totale de l'opération dtinjection ayant une valeur(t) (déterminée préalablement, comme d'habitude, en fonction de la ma tière travaillée, de la température, de la quantité de matière, de la machine elle-meme), on a affiché, pour un programme de vitesse d'injection représenté par la courbe A figure 2, - d'une part à la minuterie (17) un temps (a) pendant lequel le débit de lthuilerentrant dans la chambre de pression (10) restera constant, - d'autre part à la minuterie (18) un temps (b) pendant lequel on veut faire varier la vitesse d'injection, ce dernier étant inférieur au temps nécessaire pour achever le remplissage du moule, - et enfin au rhéostat (19) une graduation #correspondant à la vitesse désirée pour le moteur (16). Suivant le processus bien- connu, à la fin du cycle de plastification, un contact déclenche la mise-en communication du circuit de fluide sous pression avec la chambre de pression (10). Il s'établit pratiquement immédiatement une vitesse d'injection (vl) désirée habittellement pour le début de l'opération0 A ce moment, le moteur réducteur (16) n'étant pas alimenté en courant et du fait de l'introduction de fluide dans-la chambre~10) à débit constant, la vis (1) fonctionne comme piston provoquant l'injection à vitesse constante pendant une durée (a). Le temps (a) étant écoulé, le courant s'établit dans le circuit comprenant la minuterie (18) et le moteur (16). Gracie au rhéostat (19) l'intensité du courant a été préréglée, donc la vitesse du moteur.Ce dernier se met en marche et agit sur la vis (15) qui fait alors remonter le pointeau (14). Ainsi le débit de fluide sous pression augmente progressivement sans à-coups-et ledit fluide communique à la vis (1) une vitesse de déplacement, donc une vitesse d'injection, croissant progressivement sans à-coups. A 1 t expiration du temps (b) le moteur (16) starrete et la vitesse d'injection reste constante jusqu'à la fin de l'injection. C'est le cas (a) + (b) inférieur à (t) (figure A). A la fin de l'opération d'injection se produit une remise au point de départ pour une nouvelle opération. Pour une vitesse d'injection programmée suivant la courbe B, c'est-à-dire correspondant à une vitesse dtinjection croissant du début à la fin, dans ce cas on "affiche", à la minuterie (17) un temps (a) > 0. La minuterie (18) est sollicitée dès le début, par suite le moteur (16) est alimenté dès que se déclenche le cycle d'injection et le processus d'accroissement de la vitesse d'injection commence en mtme temps. La vitesse d'injection varie donc progressivement, sans à-coups, dès le début du remplissage du mou le et pendant la durée totale dudit remplissage. C'est le cas (a) # O et (b) = (t). La courbe C correspond à des temps (a) et (b) tels que a + bx (t). Dans ce cas, on a une vitesse d'injection d'abord constante puis progressivement croissante0 Enfin avec la courbe D, on travaille avec une vitesse d'injec tion d'abord croissante puis constante, ctest-àre (a) P O et (b) inférieur à (t). Ci-dessus on a décrit le fonctionnement en marche automatique mais il#est bien entendu qu'on peut prévoir l'intervention manuelle, en particulier lors de la mise au point avant la fabrication en série. Du point de vue vitesses d'injection, il est bien entendu que l'on ne sort pas du cadre de l'invention en opérant avec des programmes différents de ceux représentés à la figure 2. De ce qui précède, il ressort que l'utilisation de la technique décrite ci-dessus permet de faire varier de façon progressive et sans à-coups la vitesse d'injection, cette variation étant choi au libitum sie et régi e sanscangement du dispositif commandant cette dernière, ce qui est obligatoire dans le cas d'emploi-de cames pour les différents programmes de vitesses d'injection. Cette technique d'injection permet-d'améliorer considérablement l'aspect des pièces produites par moulage par injection. Sur les photographies jointes données à titre comparatif, apparat un défaut qui semble da à-l'inclusion de bulles lors de la rupture du front de matière lors de la coulée dans le moule, la photographie 3 montrant le fond de gobelet injecté suivant le procédé habituel et la photographie 4 tun fond de gobelet injecté suivant le procédé de l'invention. Cette amélioration est obser#vée de façon par ticulièrement nette dans le cas du moulage du polychlorure de vinyle (PVC) rigide (sans plastifiant) et du polychlorure de vinyle surchloré. L'amélioration concerne aussi l'homogénéité de la pièce au niveau de la zone voisine du canal de remplissage, zone sensible aux effets de "stratification" appelée également "feuilletage". Ce phénomène est d'autant plus marqué que le début de remplissage est effectué à une vitesse trop grande. C'est donc un avantage apporté par le procédé de pouvoir débuter avec des vitesses d'injection faibles puis d'augmenter ces vitesses progressivement et sans à-coups et ainsi assurer des cadences de production intéressantes, Dans les presses à injecter antérieures, lorsqu'on veut augmenter la vitesse d'injection, on fait intervenir en général une pompe supplémentaire d'où un changement de régime brutal et des à-coups, ce qui provoque l'apparition de défauts et/ou contraintes dans les pièces moulées. Un avantage du procédé réside dans le fait qu'il permet par ailleurs de maintenir une vitesse de remplissage du moule constante en faisant varier la vitesse d'injection, celle-ci étant fonction de la température, de la pr#écision d'injection et de la fluidité des matières plastiques utilisées0 R E V E N D I C A T I O N S la Précédé de moulage de matières plastiques par injection à vitesse programmée caractérisé par le fait que toute variation de la vitesse d'injection est rendue progressive sans à-coups et peut Otre modifiée sans changement d'appareil de commande de ladite va ration ' , Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait e caque variation de la vitesse d'injection est une fonction linéaire du temps. 3. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait qui il comporte une vitesse d'injection croissant de façon linéaire du début à la fin de la phase d'injection, 4o Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte, au début, une période à vitesse dtinjection constante puis une période à vitesse d'injection croissant de façon linéaire jusqu'a la fin de l'opération d'injection0 5. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte,au début, une période à vitesse d'injection croissant de façon linéaire puis une période à vitesse restant constante jusqu'a la fin de l'opération d'injection. 6. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte d'abord une vitesse d'injection constante-, puis une vitesse croissant de façon linéaire pendant un temps donné et enfin une vitesse constante jusqu'à la fin de l'opération d'injection 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 appliqué à une presse à injecter comportant un circuit de fluide sous pression actionnant la pièce formant #piston d'injection caractérisé par le fait qu'on règle la vitesse d'injection en agissant sur le débit dudit fluide, les variations nécessaires dudit débit étant réalisées de façon continue et sans à-coupsO 8o Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 7 caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de type servo-moteur réglant le débit du fluide agissant sur l'or- gane fonctionnant en piston, 9o Appareil suivant la revendication 8 caractérisé par le fiait que le dispositif servomoteur comporte une vanne du type à pointeau le mouvement de déplacement du pointeau étant obtenu par l'action d'un moteur à vitesse variable par rhéostat, 10o Appareil suivant la revendication 9 caractérisé par le fait que le moteur est un moteur - réducteur agisant sur la vis portant le ~pointeau. 11. Appareil suivant la revendication 10 caractérisé par le fait que le moteur est un moteur électrique. 12. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 8 à 11 caractérisé par le fait que le dispositif est intégré lors de la constuction dudit appareil. 13. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 8 à 11 caractérisé par le fait ;e le dispositif est monté indépendant ou de façon amovible, postérieurement à la construction de la machine.