Brevet FR2340195A1 — publié le 19770902

L'invention concerne un appareil et un procédé permettant de réduire ou dtéliminer les problèmes soulevés par le moulage du caoutchouc et d'autres matières sur des prisonniers. te "moulage sur prisonnier" est un procédé dans lequel un élément métallique ou tout autre élément dur ou "prisonnier" est totalement renfermé ou fait saillie partiellement dans la cavité dans laquelle une pièce, par exemple un joint, est destiné à setre moulé. L'invention se rapporte également à dtautres procédés de moulage de caoutchouc ou de matières plastiques. Les procédés de sur moulage/prisonnier sont fréquemment mis en oeuvre pour la production de garnitures d'étanchéité à lrhuile ou de joints, comportant une ou plusieurs lèvres dlétanchéité réalisées en élastomère et liées à un bâti rigide. te bâti ou la coupelle de la plupart de ces garni- tures présente une section transversale en S et il est réalisé par emboutissage. te corps du joint est annulaire et il comporte une ou plusieurs lèvres d'étanchéité. te corps, réalisé en élastomère, assure ltétanchéité aux fluides avec un arbre sur lequel il porte hermétiquement. La plupart des joints sont actuellement réalisés par moulage par compression au cours duquel une pièce de caoutchouc est introduite à force, par simple compression ou fermeture du couvercle drun moule, dans une cavité qui ne présente sa forme définitive que lorsque le moule est totalement fermé. te moulage par compression est souhaitable en raison de son faible coft et de sa simplicité relative, notamment dans le cas dtun grand nombre de pièces à réaliser dans un moule à cavités multiples. Par exemple, une presse de moulage peut produire, en une seule passe ou en un seul cycle, 24, 36 ou 48 pièces, ou plus. Cependant, certains problèmes de contre de qualité se posent lors du moulage par compression, notamment lorsque le joint est moulé à ses dimensions exactes, plutôt que moulé à certaines dimensions avant d'être ébavuré à ses dimensions exactes Un problème se posant très fréquemment aux procédés de moulage par compression est le remplissage précis de chaque cavité du moule et le maintien du caoutchouc dans ces cavités sous une pression élevée convenable. Dans le cas où une cavité du moule n'est pas totalement remplie, la pièce peut présenter des trous, des poches, des cloques et une forme généralement irrégulière. Lorsqu'une pression suffisante n'est pas maintenue, le joint peut devenir poreux. Lorsqutune trop grande quantité de caoutchouc est introduite, les forces de fermeture du moule provoquent une fuite ou des "bavures" du caoutchouc, qui est à peu près incompressible lorsqu'il est totalement renfermé, vers ltextérieur de la cavité, en général le long du prisonnier. Ces bavures sont indésirables, car elles doivent être éliminées de la pièce finie au cours d'une opératioisupplémentaire, ou bien elles sont laissees sur la pièce finie, ce qui est peu souhaitable. Les dimensions de la pièce ou de la partie en caoutchouc étant difficilement contrtlables, la plupart des pièces moulées par compression présentent certaines bavures qui doivent entre éliminées après le moulage. Bien que certains procédés tendant à éliminer les bavures soient relativement satisfaisants, la plupart d'entre eux présentent un ou plusieurs inconvénients graves. L'invention est destinée à éliminer ces inconvénients. L'invention concerne un appareil de moulage qui comporte un premier élément fixe de moule, et des deuxième et troisième éléments mobiles l'un par rapport à l'autre, et suivant un axe donné par rapport au premier élément.Des organes élastiques, associés à chacun des deuxième et troisième éléments, sont destinés à entre soumis à ltaction d'un oqplusieurs des éléments du moule pour effectuer une séquence de mouvements afin de délimiter une cavité de moulage entre les premier et deuxième éléments et de remplir ensuite cette cavité par 11 application d'une force limitée sur le troisième élément, la matière de moulage étant alors déplacée de la zone dans laquelle elle arrive vers la cavité de moulage. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe axiale partielle, dans un plan vertical, de l'appareil de moulage selon l'invention, dont les éléments sont représentés en position de fermeture, un prisonnier étant disposé partiellement dans la cavité de moulage et lié à la matière à mouler remplissant cette cavité la figure 2 est une coupe axiale partielle de 12appa- reil de moulage de la figure l en position d'ouverture totale la figure 3 est une coupe axiale partielle de I'appa- reil des figures 1 et 2 dont deux des éléments sont en position de fermeture alors que le troisième élément se déplace vers sa position de fermeture ;; la figure 4 est une coupe axiale partielle d'une variante de l'appareil de moulage selon lJinvention, dont les éléments sont représentés dans les positions correspondant à celles indiquées sur la figure 3 ; et la figure 5 est une coupe axiale partielle d'une autre forme de réalisation de l'appareil de moulage selon ltin- vention, en position de fermeture complète. Pour pluie clarté, on suppose que les éléments du moule se déplacent verticalement et que 12 élastomère est introduit à force vers le bas dans une cavité de moulage lorsque les éléments du moule se déplacent verticalement dans le sens souhaité tes figures 1 à 3 représentent l'appareil 20 de mou lage selon ltinvention, destiné à la production d'une garniture d'étanchéité ou joint 22 comprenant un corps 24 en caoutchouc lié à un prisonnier 26 qui se présente sous la-forme d'un bâti annulaire 28 de section en B. Appareil de moulage comprend une plaque supérieure 30, une plaque inférieure 32, un noyau central 34 fixé par un organe 35 à la plaque inférieure 32, une plaque 36 de dégagement qui repose sur la plaque inférieure 32, et un anneau 38 de maintien du prisonnier, disposé au-dessous d'un dispositif supérieur 40 de maintien. Ces organes tendent à être éloignés les uns des autres par un ressort hélicoïdal 42 logé dans un alésage supérieur cylindrique 44 du dispositif supérieur 40 et dans un évidement inférieur 46 de l'anneau 38, aligné axialement sur l'alésage 44 du dispositif 40. Un élément cylindrique 48 de moule, disposé radialement vers ltintérieur par rapport au dispositif supérieur 40, présente une surface supérieure 50, une extrémité inférieure 52 et des surfaces 54 orientées vers l'intérieur (figures 2 et 3) et délimitant en partie une cavité 56 de moulage (figure 3). ta partie supérieure de cet élément 48 présente un épaulement annulaire 58. Un plongeur intérieur 60, situé radialement à llin- térieur de l'élément 48, présente, à son extrémité inférieure, une annulaire surface axiale/62 62 faisant partie d'un plan radial. Un joint annu- laire rigide 66, assurant une certaine lubrification, est logé dans une gorge 64 du plongeur. Ce dernier comporte un épaulement annulaire radial 68, situé au-dessus du joint et orienté face à l'épaulement 58 de l'élément 48. L'extrémité supérieure du plongeur 60 présente une surface annulaire 70. te dispositif supérieur 40 présente une ouverture cylindrique 72 délimitée à l'extérieur par une paroi interne 74 et, à l'intérieur, par la surface extérieure d'un organe 76 de fixation comprenant une extrémité filetée 78 qui est fixée à la plaque supérieure 30. ta tete 80 de l'organe de fixation est située à une certaine distance d'un épaulement radial 82 présenté par la surface interne du plongeur 60. ta partie supérieure de ltévidement 72 loge une rondelle 84 dont la surface supérieure 86 porte contre la surface inférieure 88 de la plaque supérieure 50, et dont la surface inférieure 90 porte contre les extrémités supérieures de piles intérieure 92 et extérieure 94 d'organes élastiques. Le noyau central 34 présente plusieurs surfaces extérieures 96 qui coopèrent avec les surfaces 54 de l'extrémité 52 de l'élément 48 du moule pour former la cavité 56 de moulage. L'élément 48 présente des surfaces 98, orientées vers l'intérieur, situées au-dessus des surfaces 54 et coopérant avec des surfaces opposées 100 de la partie inférieure du noyau 34 pour former une zone ou un canal 102 de passage entre les éléments 48 et 34 du moule. Ce canal 102 (figure 5) comprend également au moins un épaulement présenté par l'élément mobile du moule et délimitant une zone de section transversale réduite pour faciliter le déchirement ou l'élimination des déchets en les séparant de la pièce finie suivant une ligne prédéterminée. Une tige cylindrique 39 repose sur la plaque 32 et traverse la plaque 36 de dégagement ou d'éjection et ltanneau 38 de retenue. Sa surface supérieure porte contre le dispositif 40 de retenue. Cette tige 39 constitue une cale qui détermine la hauteur du moule et transmet les forces entre les plaques 30 et 32 lors de la fermeture du moule. Une zone 104, située au-dessus du canal 102, re çoit la matière~105 dans laquelle la pièce finie doit titre réalisée. Cette zone 104 est délimitée par un épaulement 106 et une paroi axiale 108 du noyau 34 du moule, par une surface interne 110 de 12élément 48 (figure 2) et par la face extr#me axiale 62 de la partie inférieure du plongeur 60. L'appareil 20 (figures t à 3) étant ouvert et vide, la plaque supérieure 30 est élevée (figure 2) et la rondelle 84 porte sur les deux piles 92 et 94 de ressorts, tout en étant située à Itextérieur de l'ouverture 72. te premier élément 48 du moule est maintenu par le plongeur intérieur 60, en raison de l'entrée en contact entre les épaulements 58 et 68 de cet élément 48 et du plongeur 60. Ces deux derniers peuvent se déplacer ltun par rapport à L'autre sur uniaxe vertical. La figure 2 montre également que le dispositif supérieur 40 de retenue est espacé de la plaque 38, et que l'organe 76 de fixation supporte le plongeur 60 qui lui-même supporte l'élément 48 du moule, de manière qu'une charge préalable puisse être exercée sur l'une des piles 92 et 94 de ressort ou sur les deux. Une pièce emboutie 26, constituant le prisonnier, est ensuite placée sur une surface de la plaque 36 d'éjection, de manière que le bord intérieur de la pièce 26 repose sur un épaulement 112 du noyau central 34. ttensemble constituant la partie supérieure de l'appareil représenté sur la figure 2 est ensuite descendu suivant llaxe central de l'organe 76 de fixation. La surface inférieure de l'anneau 38 vient en contact avec le bord supérieur de l'embouti 26 et le maintiens La poursuite de ce mouvement de des cente provoque la compression du ressort 44 de retenue et, par conséquent, une augmentation de la force de retenue, et ltentrée en contact du bord inférieur 114 de ltelement 48 avec la surface supérieure d'une aile de ltembouti, à proximité du bord interne de cette aile. la plaque 30 transmet par les ressorts 94 la force nécessaire au déplacement de ltélément 48. La surface inférieure 62 du plongeur 60 vient ensuite contre la matière 105 qui devient fluide pendant la fermeture du moule, en raison de la chaleur transmise par ce dernier.La poursuite du mouvement de la plaque supérieure 30 provoque l'application d'une force qui, par l'intermédiaire de la pile intérieure 92 de ressorts,continue de faire descendre le plongeur (figure 3). Il en résulte le refoulement à force de la matière 105 par le canal #02, entre les surfaces 98 et 100, et dans la cavité 56 de moulage. Comme répré- senté sur la figure 1, la cavité 56 et la zone 102 de séparation sont ensuite totalement remplies de caoutchouc, de manière qu'une certaine quantité résiduelle 115 de caoutchouc reste dans la zone 104. La compression de la pile extérieure 94 de ressorts provoque l'application de l'élément extérieur 48 du moule contre l'embouti avec une force suffisante pour empêcher la formation de bavures le long des surfaces de ltembouti 26. la pile 92 de ressorts tendant également à faire descendre le plongeur intérieur 60, ce dernier atteint une position d'équilibre dans laquelle la cavité 56 de moulage se remplit totalement de matière sous la pression souhaitée, cette dernière ne s'élevant pas suffisamment pour provoquer la formation de bavures. De mêmes la pression est suffisamment importante pour provoquer un remplissage total de la cavité et pour empenner la formation de bulles ou de trous dans la pièce. les forces exactes exercées par les ressorts sont déterminées en fonction de ces pressions et peuvent titre réglées aisément. La force totale appliquée à l'élément 48 et au plongeur 60 est limitée par les ressorts et par la tige 39 de calage. Le joint 64, généralement réalisé en matière rigide,par exemple en "Téflon11 (polytétrafluoréthylène),interdit la formation de bavures entre ltélément 48 et le plongeur 60. Le caoutchouc placé dans la cavité subit ensuite un mûrissage suffisant pour permettre ltouverture du moule. Lorsque les divers éléments de ce dernier sont déplacés de la position dans laquelle ils sont représentés sur la figure 1 vers celle dans laquelle ils sont représentés sur la figure 2, le caoutchouc se déchire suivant la zone de faible section comprise entre la cavité 56 et le canal 102, de manière qu'un ébavurage par déchirure soit réalisé classiquement entre les dé clients ou la carotte de caoutchouc et la pièce finie. Les lignes pointillées 116, qui délimitent un tronçon du canal ou de la zone 102, représentent plusieurs enco ches ou entailles pouvant être réalisées à la circonférence du noyau intérieur 34, si cela est souhaité, de manière à améliorer ltécoulement du caoutchouc fluide, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d1 ] #mérique NO 3 773 454, La figure 4 représente une variante de l'appareil selon l1inveiition, qui ne diffère de la forme de réalisation représentée sur les figures 1 à 3 que par des détails. La figure 4 représente une plaque supérieure 30a et une rondelle 84a, disposée au-dessous de la plaque et portant sur des piles intérieure 92a et extérieure 94a de ressorts, de manière à faire descendre les éléments interne 60a et externe 48a du moule. Les positions de la matière 105a à mouler, de la zone 102a de passage et de la cavité 55a de moulage correspondent à celles des éléments correspondants sur les figures 1 à 3. La retenue du prisonnier, comme représenté sur la figure 4, steffec- tue par un ensemble de forme légèrement différente de 11 ensemble correspondant des figures 1 à 3. Cependant, cet ensemble comprend un ressort 42a, un élément inférieur 38a de retenue et une cavité 46a, et il assure 11 entrée en contact entre le ressort 42a et une partie du dispositif supérieur 40a de retenue auquel il est associé. Un organe 41 de fixation limite l'amplitude du mouvement vers le bas de l'élément inférieur 38a sous la force du ressort 42a. L'appareil de moulage représenté sur la figure 4 comprend un noyau intérieur 34a, une plaque 36a de dégagement et d'éjection, et une plaque inférieure 32a. Ces organes diffèrent de ceux représentés sur les figures 1 à 3 par le fait que le mouvement relatif entr#e les éléments extérieur 48a et intérieur 60a, mobiles axialement, s'effectue par l'alignement de surfaces opposées et tronconiques 49 et 51. Lorsque l'appareil de moulage est en position de fermeture, l'entrée en contact des deux surfaces tronconiques 49 et 51 limite la descente de l'élément 60a, Le fonctionnement de l'appareil de moulage représenté sur la figure 4 est à peu près analogue à celui de l'appareil représenté sur les figures 1 à 3. La figure 5 représente une autre forme de réalisation de l'appareil selon l'invention qui diffère cependant des appareils représentés sur les figures 1 à 3 et sur la figure 4, comme décrit ci-après. Appareil 20b de moulage représenté sur la figure 5 présente une cavité 56b délimitée par des surfaces du premier élément de moulage ou élément extérieur 48b, et des surfaces opposées, présentées par le noyau central 34b. En comparant les formes de réalisation représentées sur les figures 4 et 5 avec celle représentée sur les figures 1 à 3, il apparut que les cavités' 56a et 56b de moulage sont délimitées par trois éléments, le troisième élément étant un noyau 35a (figure 4) ou 35t (figure 5)c )De plus, dans toutes les formes de réalisation, lorsque le prisonnier pénètre partiellement dans la cavité de moulage et qu'il en sort également partiellement, il délimite également en partie cette cavité.En fait, ces considérations sont peu importantes et leur seul objet est de signaler qu'il n'est pas essentiel que la cavité de moulage soit formée par deux éléments, mais qu'elle soit simplement délimitée par au moins deux éléments pouvant se déplacer l'un par rapport à 11 autre pour ouvrir et fermer le moule. Le dispositif de retenue et les piles 92b, 94b de ressorts représentées sur la figure 5 sont analogues à ceux représentés sur la figure 4. La garniture d'étanchéité représentée sur la figure 5 est du type "à talon", ctest-à-dire comportant un rebord 27 constitué par un repli et orienté radialement vers l t extérieur de l'aile axiale 29 de l'embouti 26b. Des goupilles 31 assurent le centrage de cette pièce en portant par leur côté intérieur contre l'arête extérieure du rebord 27. Une bague 67, poussée axialement par un manchon fileté ou une autre bague 69,porte contre le joint 66b en "Téflon" ou autre. Comme décrit dans le brevet des Etats-Unis dtAmérique ND 3 841 809, la bague filetée 69 est serrée périodiquement, de manière que la bague 67 maintienne le joint 66b en contact étroit contre la surface intérieure de ltélément 48b avec lequel il assure l'étanchéité. Il est ainsi possible de compenser le fluage à froid de l'anneau 66b de "Téflon", et d'assurer l'étanchéité entre ces organes coulissants, cette étanchéité étant nécessaire pour empêcher la formation de bavures et pour permettre l'accumulation des pressions nécessaires au moulage. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REXESICATIOB t. Appareil de moulage de pieces constituées d'un corps en matière marie, lié à un prisonnier relativement rigide, l'appareil étant caractérisé en ce qu'fil comporte des premier et deuxième éléments de moule, disposés de manière à pouvoir se déplacer sur un axe donné entre des positions d'ouverture et de fermeture, ces élSments présentant des surfaces au moins orientées en partie les unes vers les autre3 de manière à former entre elles, lorsque lesdits éléments sont en position de fermeture, une cavité de moulage présentant la forme exacte du corps de la pieee a' réaliser, le premier élément com#ortoeit des organes destinés à porter contre un prisonnier relativement rigide et à empocher, par contact avec ce prisonnier, la formation de bavures, le deuxième élément comportant des organes destinés à supporter le prisonnier suivant au moins 11 une de ses surfaces, uilément, mobile par rapport aux premier et deuxième éléments de moule étant destiné à comprimer une matière, le deuxième élément de moule comportant des organes destinés à recevoir une matière préparée à mouler, destinée à la réalisation de la pièce, des organes pouvant exécuter un mouvement alternatif le long dudit axe donné pour appliquer une force prédéterminée de fermeture sur le premier élément de moule et sur l'élément de compression, des premiers organes élastiques étant disposés entre les organes appliquant une force et le premier élément de moule et des seconds organes élastiques étant disposés entre l'élément de compression et les organes appliquant une force, les premier et deuxième éléments de moule et l'élément de compression entourant la matière à mouler et présentant des surfaces voisines d'étanchéité, séparées les unes des autres par un jeu permettant leurgtnouvements relatifs, les premiers et seconds organes élastiques pouvant prendre des positions dans lesquelles ils ne sont pas comprimés et peuvent s'élever librement, de manière qu'-un mouvement des organes d'application de force provoquent un déplacement du premier élément de moule de la position d'ouverture vers la position de fermeture pour former ladite cavité de moulage entre les premier et deuxième éléments de moule et le prisonnier, un mouvement con sécutif de l'élément de compression provoquant l'entrée en contact de ce dernier avec la matière à mouler et ne provoquant l'écoulement que de la matière pouvant pénétrer dans la cavité, cet écoulement se produisant de la zone délimitée par les organes destinés à recevoir la matière à mouler, vers la cavité de moulage sous la force appliquée par l'élément de compression par l1intermé- diaire des seconds organes élastiq > les,la forme du corps de la pièce tétant ainsi déterminée qu'en fonction de la forme prédéterminée de la cavité et non par la quantité de matière présente dans la cavi- té, l'élasticité des seconds organes élastiques limitant la force pouvant être appliquée sur la matière. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément de moule et l'élément de compression comprennent des parties destinées à entrer en contact les unes contre les autres pour limiter l'amplitude de leurs mouvements relatifs. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des organes destinés à porter contre une partie du prisonnier pour maintenir ce dernier dan une position souhaitée en alignement dans l'appareil, avant l'entrée en contact du deuxième élément de moule avec ledit prisonnier. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément de moule et l'élément de compression comprennent chacun un tronçon cylindrique, la surface extérieure du tronçon cylindrique de l'élément de compression glissant contre la surface intérieure du tronçon cylindrique du premier élément. 5. Appareil de moulage par compression, destiné à produire des pièces liées à un prisonnier relativement rigide, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un premier élément fixe de moule présentant des surfaces qui délimitent respectivement une partie de cavité de moulage, une zone d'écoulement et une zone de réception de la matière à mouler, un second élément de moule mobile par rapport au premier -élément entre une position d'ouverture et une position de fermeture et présentant des surfaces qui coopèrent avec lesdites surfaces du premier élément pour délimiter au moins une partie de la cavité de moulage et une partie de la zone d'écoulement, les premier et second éléments en position de fermeture délimitant, avec le prisonnier, la forme de la pièce à réaliser, des organes étant destinés à déplacer le second élément entre ses positions d'ouverture et de fermeture le long d'un axe donné, des premiers organes élastiques étant disposés entre les organes destinés à déplacer le second élément et celui-ci , un élément de compression de matière pouvant se déplacer le long dudit axe, entre des positions d'ou- verture et de fermeture, des seconds organes élastiques, associés audit élément de compression, étant disposés entre les organes destinés à déplacer le second élément et cet élément de compression, ce dernier présentant au moins une surface destinée à porter, lors du mouvement le long dudit axe entre les positions d'ouverture et de fermeture, contre une partie de la matière à mouler, disposée dans la zone de réception, et à faire passer cette matière dans la zone d'écoulement pour l'introduire dans la cavité de moulage sous la force appliquée à l'élément de compression par les organes destinés à déplacer le second élément, cette force étant transmise par l'intermédiaire des seconds organes élastiques, de manière que la cavité se remplisse et que la matière ne pouvant pénétrer dans cette cavité reste à l'extérieur. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les premier et second éléments de moule présentent des surfaces orientées les unes vers les autres et destinées à porter contre un prisonnier disposé entre elles lorsque le second élément de moule est en position de fermeture, de manière que lesdites surfaces empêchent la formation de bavures en portant contre le prisonnier et qu'elles interdisent toute fuite de matière de la cavité de moulage lors de l'application de la force de fermeture de l'appareil0