Brevet FR2332854A1 — publié le 19770624

La présente invention concerne, d'une part, une machine à vis de plastification alimentée par un appareil d'alimentation en matière première à débit variable et, d'autre part, des procédés d'utilisation de telles machines. La machine selon l'invention est adaptée au travail des matières plastiques, élastomères8 duromètres et plus spécialement aux matières plastiques sensibles à la chaleur. L'invention concerne plus particulièrement une presse å injection, notamment pour le moulage par injection de matière plastique, du type comportant une vis-piston mobile axialement et en rotation dans un fourreau chauffé terminé par une buse, des moyens moteurs de rotation pour entraîner la vis en rotation, des moyens moteurs d'injection pour entraîner la vis en translation dans le sens avant et un dispositif d'alimentation de la vis en fragment de matière à débit variable. Les machines d'injection à vis-piston sont les plus répandues. Ces machines comprennent une vis sans fin montée dans un fourreau. La vis est accouplée å un mécanisme pouvant lui donner deux types de mouvements successifs a savoir une rotation accompagnée d'une translation vers l'arrière, puis une translation tendant a la faire rentrer dans son fourreau tout en l'empêchant de tourner. La matière plastique prise par les filets de la vis rotative se déplace vers l'avant. Cette opération permet à la matière de s'échauffer par frottement le long du fourreau. La matière plastique qui s'accumule progressivement à l'avant du fourreau fait reculer la vis. La fin de course arrière de la vis détermine le volume qui sera injecté lors du mouvement d'avance de la vis.La vis piston d'injection est alimentée par une trémie à matière plastique disposée au-dessus d'une ouverture de chargement du fourreau. Il est connu d'associer cette trémie d un dispositif d'aiin#entaticn qui est constitué par exemple par un piston coulissant dans une chambre de mme section ou par un tiroir. Ce dispositif dégage et obture, d chaque moulée, la base de la trémie et fait tomber une quantité déterminée de matière plastique Cette quantité est constante.L'intensité de la plastification est directement fonction de la longueur du parcours de la matière plastique entre l'ouverture d'entrée de la matière plastique et le nez de la vis piston. Or le recul de la vis-piston lors de la plastification fait varier ce parcours. L'intensité de la plastification n'est donc pas uniforme du début du dosage à la fin du dosage.La longueur en charge de matière dans la vis doit etre adaptée à la nature de la matière plastique. De ce fait, à diamètre égal et a capacité d'injection égale, on est obligé de choisir des vis de longueurs différentes suivant les matières plastiques utilisées. Pour éviter les inconvénients précédents, certaines machines d'injection comportent un appareil d'alimentation de la vis à débit réglable. Le brevet français n0 2 143 458 montre une presse d'injection de ce genre. Le volume de matière plastique injecté peut varier d'une injection à une autre, par exemple à cause d'un mauvais remplissage du moule ou à cause de bavures. Il n'est pas possible de maintenir constant le débit de l'appareil d'alimentation de la vis car les erreurs ne seraient pas corrigées Il faut donc modifier dans le temps le débit de l'appareil d'alimentation, de manière a maintenir constant le nombre de filets de la vis en prise avec la matière. Cette régulation est obtenue au prix d'un appareillage compliqué. La présente invention a pour objets un procédé et une presse d'injection qui donnent une qualité de plastification constante du début à la fin du dosage d'une quantité de matière plastifiée prête a être injectée. La zone avant de la vis sert à la plastification et la zone arrière sert uniquement au transport de la matière. Le problème selon l'invention consiste à faire en sorte que la longueur de la zone de plastification soit maintenue constante. La présence d'une zone de transport à l'arrière permet d'augmenter la course de recul de la vis afin de pouvoir augmenter le volume injecté sans pour autant gêner la plastification qui reste homogène et constante. La longueur de plastification à l'avant de la vis est réglable selon les matières travaillées.Ainsi, pour les matières faciles à injecter, on peut utiliser une grande longueur de filets en prise avec la matière, tandis que pour les matières sensibles à la température ou demandant un fort couple d'entrainement, on peut réduire la longueur de matière en prise afin d'éviter la détérioration par séjournement de la matière dans la vis. Ce but est atteint conformément à l'invention du fait que la presse comprend en outre des moyens de mesure pour mesurer le couple appliqué à la vis par les moyens moteurs et une unité de régulation recevant la mesure dudit couple et commandant l'organe de réglage de débit du dispositif d'alimentation, de manière à maintenir sensiblement constante la valeur dudit couple Avantageusement, les moyens moteurs de rotation sont constitués par un moteur hydraulique et les moyens de mesure comprennent un capteur mesurant la pression du fluide d'alimentation dudit moteur hydraulique. Avantageusement, les moyens moteurs d'injection comprennent un vérin à double effet permettant lsentrainement positif d'un recul de la vis-piston. Avantageusement, on interrompt l'alimentation en fragments de matière pendant la phase d'injection. Ce procédé selon l'invention permet d'éviter les pertes de charge à l'injection dues à la coupure des grains par les filets de vis et à l'usure de ceux-ci dans le cas des matières chargées de verre ou d'une autre charge. L'invention a pour objet un procédé de repérage de la longueur de la zone avant de plastification,consistant à reculer positivement la vis-piston jusqu'à ce que la matière plastifiée logée dans les filets de la vis apparaisse dans l'ouverture de chargement du fourreau. La presse d'injection de matière plastique selon l'invention permet ainsi le procédé consistant à mesurer le couple appliqué à la vis piston par la matière plastique plastifiée au contact du fourreau et à réguler automatiquement le débit du dispositif de dosage de matière plastique en fonction du couple appliqué à la vis de manière à maintenir la valeur mesurée de ce couple sensiblement constante. Les caractéristiques et avantages de l'invention, seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 représente une machine d'injection de matière thermoplastique selon l'invention au début de la phase de dosage La figure 2 représente la machine d'injection conforme à la figure 1 en fin de phase de dosage La figure 3 représente la machine d'injection conforme à la figure 1 en fin de course de recul de la vis pendant l'opération de réglage La figure 4 représente schématiquement le système de commande de la machine selon l'invention et La figure 5 représente un autre mode de réalisation de l'appareil d'alimentation d'une machine d'injection selon lmention, La presse d'injection selon l'invention se compose d'une presse d'ouverture et de fermeture de moule non représentée sur les dessins et d'un dispositif de plastification et d'injection représenté sur les figures 1 a 5. La presse à injecter représentée comporte un fourreau 6 qui se termine par une buse d'injection 1, qui est chauffé extérieurement par un équipement de chauffe 2 et dont l'alésage est équipé d'une vis de plastification 5. Cette vis est munie à son extrémité avant d'une bague formant piston et clapet antiretour 4 fermant dans le sens allant de l'aval vers l'amont relativement au sens d'écoulement de la matière plastifiée. La vis 5 munie du clapet-piston annulaire 4 joue le roule de piston d'injection lorsqu'elle se déplace d'arrière vers l'avant.Aussi cette vis 5 peut être également appelée vis-piston La vis 5 est, à son extrémité arrière, accouplée à un mécanisme a d'entrai- nement permettant deux types de mouvements successifs de ladite vis 5 : 10 > une rotation autour de son axe accompagnée d'une translation axiale vers l'arrière et 20) une translation axiale vers l'avant tendant à faire rentrer la vis 5 dans le fourreau 6, ladite vis étant en même temps empêchée de tourner autour de son axe. Selon le mode de réalisation représenté aux dessins, ce mécanisme d'entraînement comprend un moteur 13 qui entraîne en rotation la vis 5 par l'intermédiaire d'un engrenage 15,12. Le moteur 13 est monté sur le carter 40 de l'engrenage 12,15. Le carter 40 est monté à coulissement sur des colonnes fixes Il parallèles entre elles et à l'axe de la vis 5 et du fourreau 6. Le carter 40 est solidaire d'un piston d'un vérin à double effet 14 qui, alimenté en fluide sous pression par l'orifice 30, provoque la phase injection tandis que son alimentation par l'orifice 31 provoque le recul(vers l'arrière) de la vis. L'alimentation de la vis 5 en granulés se fait à partir d'un dispositif d'alimentation à débit réglable, par un orifice de chargement 41 ménagé à l'arrière du fourreau 6 et prolongé vers le haut par une paroi en forme d'entonnoir 7. Selon un premier mode de réalisation représenté aux figures I à 4, le dispositif d'alimentation comprend une trémie de stockage des granulés 8 cpiestrtunie à sa partie inférieure, d'une ouverture prolongée par une goulotte 8a permettant l'écoulement des granulés dans l'entonnoir 7. Un alimentateur associé à la trémie 8 et monté au-dessous de ladite trémie, a pour fonction d'entraîner avec un débit variable les granulés pour qu'ils tombent de la goulotte Sa dans l'ouverture de chargement 41. Cet alimentateur peut autre constitué par un vibreur 9 monté sur une potence 10 fixée sur le fourreau 6. Cet alimentateur peut encore etre du type comportant une vis de dosage entraînée en rotation par un moteur. Selon un deuxième mode de réalisation représenté à la figure 5, le dispositif d'alimentation comprend une cuve de stockage 29 contenant les granulés et un dispositif d'extraction et d'entraînement des granulés hors de la cuve 29 ; ce dernier dispositif est constitué par un tube dans lequel tourne un ressort hélicoidal de transport des granulés entraîné en rotation par un moteur 28. A son extrémité supérieure, le tube 26 débouche par une goulotte 26a dans l'entonnoir 7. Le moteur 13 d'entraînement en rotation de la vis 5 est du type hydraulique. La vitesse de rotation du moteur hydraulique 13 est proportionnelle au débit d'huile d'alimentation fourni par une pompe et elle est pratiquement indépendante de la pression d'utilisation. Le couple fourni par le moteur 13 augmente avec la pression d'huile d'alimentation. Le procédé selon l'invention va maintenant être décrit en se référant aux figures 1 à 5. Sur la figure 1, la presse est représentée en début de phase de dosage. Les granulés constituant la matière à injecter sont distribués par le dispositif d'alimentation.La matière est directement prise par les filets de la vis 5 qui, par rotation, entraînent les granulés vers son extrémité avant. Cette opération permet à la matière de s'échauffer par frottement sur le fourreau 6 et par malaxage de la vis 5. La matière thermoplastique est ainsi amenée progressivement à l'avant de la vis dans une chambre de réserve 42. Le frottement de la matière plastifiée sur la surface de l'alésage du fourreau induit un couple résistant sur la vis 5. La vis 5 ne travaille pas à la plastification de la matière sur toute sa longueur. En effet, la matière plastifiée ne s'étend que sur une longueur partielle de vis repérée "L" sur les figures 1 et 2. A l'arrière de cette zone de matière plastifiée, la matière est à l'état de granulés et la partie de la vis correspondante sert uniquement au transport desdits granulés. La zone de matière plastifiée "LE" est maintenue de longueur constante au fur et à mesure du recul de la vis 5 pendant la phase de dosage ,jusqu'à la position de fin de course de la vis représentée à la figure 2. Pour maintenir constante la longueur "LE" de matière plastifiée, le procédé selon l'invention consiste à mesurer le couple appliqué sur la vis-piston 5 et à asservir le débit du dispositif d'alimentation à cette mesure du couple afin que ce dernier reste sensiblement constant.Ce procédé est utilisable car les paramètres tels que matière, température,autoéchauffement de la vis sont stables en fonctionnement normaldela presse. Pratiquement, le moteur 13 étant du type hydraulique, la mesure du couple résistant appliqué à la vis-piston 5 est donnée par un capteur de mesure de pression disposé sur le circuit d'alimentation en fluide hydraulique dudit moteur . En fin de la phase de dosage la séparation entre la zone de matière plastifiée "LE" et la zone des granulés reste à l'avant de l'ouverture de chargement 41. L'alimentation en granulés est interrompue pendant la phase d'injection de la matière plastique contenue dans la chambre 42, afin d'éviter les pertes de charge à l'injection dues à la coupure de grains de matière thermoplastique par les filets de la vis 5 et à l'usure desdits grains. L'injection est réalisée par mise sous pression de la chambre du vérin 14 alimentée par l'orifice 31. La détermination de la longueur de la zone "L" de matière plastifié-e pose des problèmes particuliers du fait que la zone de séparation entre la matière plastifiée et les granulés est située, pendant toute la durée du cycle, à l'intérieur du fourreau 6 et n'est donc pas visible. La longueur de cette zone de matière plastifiée t'L" varie notamment lorsque l'on change la nature de la matière, et/ou la vis, et/ou la température de chauffage du fourreau et il faut donc procéder à un réglage initial après un changement des paramètres précités. Ce réglage comprend deux phases. Dans une première phase, l'alimentation de la vis 5 en matière plastique est assurée, en même temps que ladite vis est entraînée en rotation. En meme temps la matière plastifiée s'accumulant dans la chambre de réserve 42 fait reculer axialement la vis 5.Dans une deuxième phase, l'alimentation et l'entraînement en rotation de la vis sont ensuite arrêtés. La vis est alors positivement reculée par la mise sous pression de la chambre alimentée par l'orifice 31 du vérin 14.0n pousuit ce mDuvementderecul de > vis 5 jusqu'à ce qu'on amène au droit de l'orifice de chargement 21, la zone de séparation entre la zone de plastification "L" et la zone de transport de granulés. Pour que la détermination de la longueur de la zone de plastification L soit possible, il faut que la position initiale de la course de recul de la vis soit déterminée. Cette position initiale est la position de fin de dosage de la vis telle que représentée à la figure 2. La longueur de la zone de plastification "L" s'obtient alors en retranchant de la longueur totale de la vis la longueur de B cirse de dosage et la longueur de la course de recul jusqu'à l'ouverture de chargement. Ainsi, par exemple, si pour une vis dont la longueur est égale à 20 fois son diamètre on constate que le dosage nécessite une longueur de vis égale à 3 fois le diamètre de la vis et que la course de recul de réglage est égale à 2 fois le diamètre de la vis, on déduit que la zone de plastification "L" a une longueur égale à 15 fois le diamètre de la vis. Un mode de réalisation du dispositif de commande de la machine selon l'invention est représenté schématiquement sur la figure 4. Une pompe à débit constant 20 entraînée par un moteur 19 alimente, d'une part, le circuit d'alimentation du moteur hydraulique 13 d'entraînement en rotation de la vis avec retour à la bache et, d'autre part, le circuit d'alimentation du vérin d'injection 14 avec retour à la bâche. Un distributeur à trois positions 21 permet de commander l'inversion de l'alimentation du vérin 14 pour permettre le réglage initial décrit ci-dessus. La commande opposée provoque l'injection. Des régulateurs de débit avec retour à la bâche 17 et 22 servent à régler, respectivement, le débit d'alimentation du moteur 13 et le débit d'alimentation du vérin 14. Un distributeur à deux positions une voie 16 est prévu dans le circuit d'alimentation du moteur 13. Les pressions d'alimentation du moteur 13 et la pression d'alimentation du vérin 14 sont déterminées, respectivement, par des soupapes 18 et 23. Un capteur de pression 24 détecte et mesure la pression hydraulique régnant dans le circuit d'alimentation du moteur hydraulique 13.Le signal fourni par le capteur 24 est transmis- à un régulateur électromécanique 25 qui ajuste la tension d'alimentation du vibreur électromagnétique 9, de manière à faire varier le débit a d'alimentation en granulé ou à interrompre cette alimentation pour que la pression hydraulique dans le circuit d'alimentation du moteur 13 reste sensiblement constante et qu'ainsi le couple appliqué à la vis 5 reste sensiblement constant. Selon un autre mode de réalisation, non représenté, l'alimentateur 9,25 peut etre remplacé par une vis d'Archimède qui est entraînée par un moteur électrique à courant continu à vitesse variable réglable, d'une part, par un premier organe de réglage, en fonction du volume de matière plastifiée à injecter et, d'autre part, par un deuxième organe de réglage en fonction des variations du couple appliqué à la vis 5 par le moteur 13. Le moteur 28 de la figure 5 est réglé en vitesse de la même manière. L'invention n'est pas limitée aux presses à injection mais s'étend au contraire aux extrudeuses à vis alimentée par un dispositif à débit variable. Dans ce cas la buse d'injection est remplacée par une filière et la vis piston 5 est remplacée par une vis boudineuse sans clapet-piston 4. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Presse à injection du type comportant une vis-piston mobile axialement et en rotation dans un fourreau chauffé terminé par une buse, des moyens moteurs de rotation pour entraîner la vis en rotation, des moyens moteurs d'injection pour entraîner la vis en translation dans le sens avant et un dispositif d'alímentation de la vis en fragments de matière à débit variable, ce dispositif étant pourvu d'un organe de réglage de débit, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre : des moyens pour mesurer le couple appliqué à la vis par les moyens moteurs, une unité de régulation recevant la mesure dudit. couple et commandant l'organe de réglage de débit du dispositif d'alimentation de manière à maintenir sensiblement constante la valeur de ce couple et des moyens pour mettre hors service le dispositif d'alimentation pendant la mise en service des moyens moteurs d'injection et en ce que le débit de fragments de matière alimentant la vis est réglé par l'organe de réglage à des valeurs suffisamment faiblespour que, sur un tronçon de vis situé en aval de l'ouverture de chargement du fourreau, les filets soient incomplètement remplis par lesdits fragments. 2. Presse à injection, selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens moteurs de rotation sont constitués par un moteur hydraulique et les moyens de mesure comprennent un capteur mesurant la pression du fluide d'alimentation dudit moteur hydraulique. 3. Presse à injection selon l'une quelconque des revendi cations 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens moteurs a d'injec- tion comprennent un vérin à double effet. 4. Presse à injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le fourreau est muni à son extrémité arrière d'une fenêtre de visualisation permettant de voir la vis. 5 Presse à injection selon la revendication 4, caractérisée en ce que la entre de visualisation est constituée par l'ouverture de chargement du fourreau. 6. Procédé de mesure de la longueur de la zone de matière plastifiée de la vis d'une presse à injection, caractérise en ce qu'on recule positivement la vis-piston à partir de sa position extrême avancée jusqu'à ce que la matière plastifiée logée dans les filets de la vis apparaisse dans une fenêtre de visualisation du fourreau ,on mesure cette course de recul de la vis et on retranche cette course de recul de la longueur utile totale de la vis.