Brevet FR2482899A1 — publié le 19811127

L'invention concerne un dispositif perfectionné à soupape d'entrée d'injection, destiné au moulage par injection de matière plastique, et elle a trait plus particulièrement à une nouvelle forme de canal de coulée à chaud aboutissant à l'entrée d'injection. Il est bien connu que l'orientation moléculaire affecte la solidité des produits moulés par injection en matière plastique. On pense généralement que l'orientation est due aux contraintes élevées de cisaillement résultant d'une injection rapide de la masse en fusion dans la cavité et, dans un appareil normal ou classique de moulage, cette orientation est généralement parallèle à la direction du remplissage. L'orientation unidirectionnelle qui en résulte rend le produit moulé plus résistant dans la direction de l'orientation et plus faible dans les directions perpendi- culaires à cette orientation. Par exemple, une tasse à café à entrée d'injection centrale est plus résistante dans la direction verticale, mais très faible dans la direction circonférentielle. Par ailleurs, il est bien-connu de former une feuille de matière plastique possédant une orientation moléculaire biaxiale afin d'accroître ses caractéristiques de résistance. Plus récemment, la rotation du moule a été utilisée, dans le moulage par injection, pour former des produits à orientation moléculaire biaxiale ou multi-axiale. Bien que ce procédé permette avec succès d'accroître la résistance du produit, il ne constitue pas une solution pratique au problème, en raison des difficultés posées par la réalisation et le fonctionnement des moules tournants. Ce procédé ne convient pas aux applications à cavités multiples et il est très difficilement applicable à des produits de forme irrégulière. On a essayé encore plus récemment de conférer une orientation moléculaire biaxiale ou multi-axiale en dessinant la cavité du moule afin de faire suivre un trajet d'écoulement irrégulier à la masse en fusion pénétrant dans le moule. Ceci est généralement obtenu au moyen de nervures ou d'autres profils contre lesquels la masse fondue pénétrant dans le moule porte afin de se répandre ou de se disperser dans des directions différentes. Bien que donnant de meilleurs résultats en ce qui concerne la résistance du produit, ce procédé ou concept a évidemment pour inconvénient de réaliser sur le produit les nervures ou autres profils entrant dans le dessin du moule pour produire cette action de remplissage. Il est inutile de préciser que ceci ne convient pas à une grande gamme de produits. L'invention a pour objet d'éliminer au moins partiellement les inconvénients de l'art antérieur au moyen d'un dispositif de moulage par injection à soupape de coulée, dans lequel la configuration du canal de coulée à chaud aboutissant à l'entrée d'injection communique un mouvement en courbe à la masse fondue pénétrant dans la cavité, ce qui réduit l'orientation moléculaire unidirectionnelle du produit moulé. A cet effet, le dispositif de moulage par injection à soupape de coulée selon l'invention comprend une entrée d'injection ménagée dans une plaque à cavité aboutissant à une cavité, une machine de moulage, un canal de coulée à chaud qui passe à travers une pièce chauffée de réchauffage afin de diriger la masse de matière plastique sous pression de la machine de moulage vers l'entrée d'injection, un pointeau allongé de soupape pouvant exécuter un mouvement alternatif dans un alésage à peu près cylindrique ménagé dans la pièce de réchauffage, entre des positions d'ouverture et de fermeture, ce pointeau comportant une extrémité menée et une pointe extrême qui pénètre dans l'entrée d'injection en position de fermeture, et un mécanisme de commande du pointeau de soupape. Selon une caractéristique de l'invention, la pièce de réchauffage comporte une extrémité de buse à travers une partie de laquelle le canal de coulée à chaud est divisé en plusieurs canaux formant chacun une hélice autour du pointeau de soupape et convergeant à proximité de l'entrée d'injection, afin de communiquer un mouvement en courbe à la masse fondue lorsqu'elle pénètre dans la cavité par l'entrée d'injection ouverte, ce qui réduit l'orientation moléculaire uni- directionnelle de la masse fondue. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 'est une vue en perspective, avec coupe partielle, d'une forme préférée de réalisation du dispositif de moulage par injection à soupape de coulée selon l'invention; la figure 2 est une vue en perspective, avec coupe partielle et à échelle agrandie, d'un détail du dispositif représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue en perspective éclatée, avec coupe partielle, d'un détail du dispositif représenté sur la figure 1; la figure 4 est une vue en perspective éclatée, avec coupe partielle, d'un détail du dispositif représenté sur la figure 1; la figure 5 est une vue en plan du bec de la buse du dispositif représenté sur la figure 1; et la figure 6 montre schématiquement les trajets d'écoulement de la masse fondue dans le bec de la buse. La figure 1 représente une partie d'un dispositif de moulage par injection comportant un canal 10 de coulée à chaud par lequel une masse fondue sous pression s'écoule d'une machine de moulage (non représentée) vers une cavité 12. Le canal 10 traverse une contre-plaque 13 et un élément chauffant 14 duquel elle passe, par une entrée 16 d'injection ménagée dans une plaque 18 à cavité, dans une cavité 12. L'élément chauffant 14 est chauffé par un élément 20 de chauffage à effet Joule noyé dans l'élément 14. Ce dernier est fixé dans la plaque 18 à cavité au moyen d'une bague isolante 22, et un espace d'air 24 est ménagé afin de réduire les pertes de chaleur de l'élément chauffant 14 vers la plaque refroidie 18 à cavité. Le canal 10 de coulée à chaud traverse une bague 26 d'étanchéité qui est logée dans l'élément chauffant 14 et qui porte contre la contre-plaque 13. L'élément chauffant 14 comporte une partie chauffée 27 qui contient.l'organe 20 de chauffage et un bec 28 de buse qui est fixé à la partie chauffée 27 par des filets 30. Comme montré sur la figure 2, un joint 32 de buse, présentant un alésage 34, est logé dans le bec 28 de la buse de l'élément chauffant 14 et traverse l'espace 24 d'air afin de porter contre la plaque 18 à cavité, autour de l'entrée 16 d'injection. Bien qu'apportant une certaine quantité supplémentaire de chaleur à la masse fondue dans la zone de l'entrée, le joint 32 de la buse est normalement réalisé en titane dont la cavité thermique est relativement faible, afin d'éviter toute perte excessive de chaleur vers la plaque 18 à cavité. Le joint 32 sert également à empêcher la masse fondue sous pression de pénétrer dans l'espace d'air 24. Un pointeau 36 de soupape est disposé dans un alésage 38 à peu près cylindrique, réalisé dans l'élément chauffant 14, et ce pointeau comporte une extrémité menée 40 à crête et une pointe extrême 42 qui est configurée de manière à se loger dans l'alésage 34 du joint 32 de la buse et dans l'entrée 16 d'injection. Un mécanisme de commande du pointeau de soupape comprend un piston 44 actionné par air et un bras culbuteur 46 qui est monté de manière à pouvoir pivoter sur un axe 48 logé dans la contre-plaque 13. Comme montré sur la figure 2, l'alésage cylindrique 38 traversant l'élément chauffant 14 est élargi au niveau du bec 28 de la buse afin de recevoir une bague cylindrique 50 dans laquelle passe le pointeau 36 de soupape. Cette bague 50 doit être réalisée afin de s'ajuster étroitement autour du pointeau 36 et afin également que sa surface extérieure 52 porte contre la surface intérieure 54 du bec 28 de la buse de l'élément chauffant 14. Le bec 28 de la buse de l'élément chauffant 14 présente une surface intérieure 54 qui comprend trois gorges- hélicoidales 56 dont le diamètre et l'aire de la section droite diminuent progressivement jusqu'à ce que ces gorges disparaissent immédiatement avant le joint 32 de-la buse, à proximité de l'entrée 16 d'injection. La surface extérieure 52 de la bague cylindrique 50 s'étend au-dessus des gorges hélicoïdales 56 afin de les obturer hermétiquement pour former trois canaux hélicoïdaux séparés 58 d'écoulement de la masse fondue. Comme représenté, le canal 10 de coulée à chaud se divise en trois branches 60 dans la partie chauffée 27 de l'élément chauffant 14 et il aboutit à ces trois canaux 58 du bec 28 de la buse. La bague cylindrique 50 s'étend sur une distance seulement suffisante pour que, lorsque le pointeau 36 de soupape est en position d'ouverture, la masse fondue s'écoulant par les trois canaux séparés 58 converge vers l'alésage 38 du pointeau, puis s'écoule par l'entrée 16 d'injection dans la cavité 12. Il convient de noter que les filets 30 doivent être réalisés afin d'assurer un alignement des canaux 58 entre la partie chauffée 27 et le bec 28 de la buse de l'élément chauffant 14, et que l'ensemble de la structure à canal de coulée à chaud doit être conçu pour éviter la formation de trous dans le circuit d'écoulement de la masse fondue. En outre, en position de serrage, le bec 28 de la buse doit être fixé sous une force suffisante pour que le couple de la masse fondue tourbillonnante ne provoque pas son desserrage. L'écoulement de la chaleur vers la zone de l'entrée d'injection constitue un paramètre primordial pour le fonctionnement satisfaisant du dispositif. Bien qu'il ne- faille pas qu'une chaleur excessive provoque un échauffement de la plaque refroidie 18 à cavité dans la zone de l'entrée d'injection, il faut-une chaleur suffisante pour permettre un fonctionnement rapide et sûr de l'entrée d'injection. La partie chauffée 27 de l'élément chauffant 14 est normalement réalisée en cuivre au béryllium dont la conductivité thermique est élevée afin que cet élément transmette la chaleur au bec 28 de la buse. Le bec 28 est normalement réalisé en nickel au béryllium qui ne conduit pas aussi bien que le cuivre au béryllium, mais la bague cylindrique 50 est réalisée en alliage de cuivre, de cobalt et de béryllium ayant une conductivité thermique très élevée afin de transmettre la chaleur de la partie chauffée 27 de l'élément chauffant 14 à la masse fondue. Lors de l'utilisation, le pointeau 36 de soupape opère de manière classique pour ouvrir et fermer l'entrée 16 d'injection. La pression de l'air agit sur le piston 44 pour faire pivoter le bras culbuteur 46 qui entraîne le pointeau 36 de soupape vers la position de fermeture dans laquelle sa pointe extrême 42 se loge dans l'entrée 16 d'injection et, lorsque la pression de l'air est relâchée et que la pression de la masse en fusion est de nouveau appliquée par la machine de moulage, la pression de la masse fondue soulève le pointeau de soupape vers la position d'ouverture. Dans.cette position d'ouverture, la masse fondue et chaude sous pression, provenant de la machine de moulage (non repré- sentée), s'écoule par le canal 10 de coulée à chaud et par l'entrée 16 d'injectiorn dans la cavité 12. Immédiatement avant de pénétrer dans le bec 28 de la buse, la masse fondue se divise entre les trois canaux hélicoïdaux 58 qui la font de nouveau converger avant de la faire passer dans l'entrée 16 d'injection. L'écoulement par les canaux hélicoïdaux imprime un mouvement de tourbillon à la masse fondue à son passage dans l'entrée d'injection, de sorte qu'elle pénètre dans la cavité en tournant. Ce mouvement de tourbillon au passage par l'entrée 16 d'injection est accéléré par la diminution progressive du diamètre de l'hélice des canaux 58 et également par la diminution progressive de l'aire de la section des canaux 58, ce qui entraîne un accroissement de la vitesse d'écoulement de la masse fondue à son approche de l'entrée 16 d'injection. Il est important que le mouvement tourbillonnaire continue d'être imprimé jusqu'à un point aussi proche que possible de l'entrée d'injection et il est également important qu'une quantité minimale de masse fondue ne soit pas soumise à un mouvement tourbillonnaire au début de l'ouverture de l'entrée d'injection. Par conséquent, les canaux 58 convergent dans la zone formée dans l'alésage 38 entre l'entrée d'injection et la pointe extrême 42 du pointeau ouvert 36 et, lorsque l'entrée d'injection est fermée, cette zone est occupée par la pointe extrême 42 du pointeau afin de minimiser le volume de masse fondue se trouvant à proximité immédiate de l'entrée d'injection. Selon sensiblement la forme de la cavité 12, ce mouvement tourbillonnaire de la masse fondue, à son passage dans l'entrée 16 d'injection, provoque l'écoulement de cette masse dans la cavité vers l'extérieur de l'entrée d'injection, avec un mouvement tournant au moins à proximité de l'entrée. Ce mouvement tournant, combiné au fait que la masse fondue commence à se solidifier dans la cavité, à proximité de la surface, empêche de ce fait celle-ci de prendre une orientation moléculaire unidirectionnelle, au moins à proximité de l'entrée d'injection, c'est-à-dire dans la zone qui est autrement et habituellement la plus faible. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de moulage par injection à soupape de coulée, comprenant une entrée (16) d'injection ménagée dans une plaque (18) qui aboutit à une cavité (12), une machine de moulage, un canal (10) de coulée à chaud qui passe à travers un élément chauffant et chauffé (14) afin de diriger une masse fondue de matière plastique sous pression de la machine de moulage vers l'entrée d'injection, un pointeau allongé (36) de soupape destiné à exécuter un mouvement alternatif dans un alésage (38) à peu près cylindrique, ménagé dans l'élément chauffant, entre des positions d'ouverture et de fermeture, ce pointeau comportant une extrémité menée (40) et une pointe extrême (42) qui est logée dans l'entrée d'injection, lorsque ledit pointeau est en position de fermeture, le dispositif, qui comprend un mécanisme de commande du pointeau, étant caractérisé en ce que l'élément chauffant comporte un bec (28) de buse dans une partie duquel le canal de coulée à chaud se divise en plusieurs canaux (58) formant chacun une hélice autour du pointeau et'convergeant à proximité de l'entrée d'injection, afin qu'un mouvement en courbe soit imprimé à la masse fondue lorsqu'elle pénètre dans la cavité par l'entrée ouverte d'injection, ce qui provoque une réduction de l'orientation moléculaire unidirectionnelle de la masse fondue. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre de l'hélice formée par chaque canal (58) diminue progressivement vers l'entrée d'injection. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aire de la section droite de chaque canal (58) diminue progressivement vers l'entrée d'injection. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bec (28) de la buse de l'élément chauffant (14) est vissé (30) à la partie restante de l'élément chauffant. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bec (28) de la buse de l'élément chauffant (14) présente une surface intérieure (54) qui définit l'alésage cylindrique, ce dernier étant élargi dans le bec de la buse afin de recevoir une bague (50), à peu près cylindrique et dans laquelle passe le pointeau (36) de soupape, la surface intérieure (54) étant interrompue par plusieurs gorges hélicoïdales (56) et la bague cylindrique présentant une surface extérieure (52) qui s'étend au-dessus des gorges afin que ces dernières forment les canaux séparés (58) partant du canal (10) de coulée à chaud. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 5, caractérisé en ce qu'il présente trois canaux séparés (58) ménagés dans le bec (28) de la buse de l'élément chauffant (14). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un joint creux (32), à peu près cylindrique et conducteur de la chaleur, présentant un trou central (34), est logé dans un évidement cylindrique s'ouvrant radialement vers l'intérieur et ménagé dans le bec (28) de la buse de l'élément chauffant (14), cet évidement étant ouvert axialement vers le bas et dimensionné pour loger étroitement le joint afin que la surface du trou du joint et la surface, axialement adjacente, de l'alésage de la buse soient continues, le joint traversant un espace d'air (24) constituant une séparation entre le bec de la buse de l'élément chauffant et la plaque (18) à cavité, afin que ledit joint soit en contact avec la plaque, à proximité de l'entrée (16) d'injection, sous l'effet de la dilatation thermique de l'élément chauffant.