Brevet FR2493754A1 — publié le 19820514

DISPOSITIF POUR LE MOULAGE PAR INJECTION DE PIECES DE PRECISION La présente invention concerne un dispositif pour réaliser le moulage par injection de pièces de précision, de préfé- rence constituées en un matériau céramique, à l'aide d'un outil contenant une empreinte, d'un cylindre d'injection comportant de préférence une vispiston, et un réservoir raccordé à ce dernier et destiné à contenir le matériau devant être injecté. Lors de la fabrication de pièces de forme ou pièces moulées, dans le cas du moulage par injection on parle en général de granulés. Les granulés en matière plastique ou les masses céramiques peuvent capter, à partir de l'air, de l'humidité qui, lors de l'échauf- fement de la masse, forme des inclusions sous forme de bulles de vapeur. Dans la pièce moulée par injection, ces inclusions apparaissent alors sous la forme de vides. Une autre raison de l'apparition de ce que l'on appelle des retassures dans la pièce moulée par injection réside dans le fait que la masse capte toujours un peu d'air qui, lors de la compres- sion réalisée dans le cylindre d'injection, ne peut pas être éliminé complètement. Cet effet apparait principalement lors du traitement de masses céramiques de moulage par injection. Afin d'éliminer les difficultés indiquées, on a développé en tant que vispistons, ce qu'on appelle des vis de dégazage, qui disposent de deux zones de compression. Sur le cylindre d'injection, un perçage est ménagé entre ces zones de sorte qu'après a comnpression ue la masse danes une première n de la vaVaur d'eau et de l'air peuvent s'évacuer par ce perçage avant que la masse soit traitée. Cette méthode a été éprouvée pour le traitement de matières plastiques pures. Dans le cas de masses céramiques, le dégazage pouvant être obtenu n'est cependant pas suffisant, étant donné qu'ici, déjà de très petites bulles d'air (25 à 50um) peuvent affecter fortement la résistance des pièces. Enfin la réalisation de deux zones de compression est un inconvénient étant donné que le frottement entre la vis et la masse dans la zone de compression est particulièrement intense. C'est pour cette raison qu'il est nécessaire d'avoir une masse possédant les meilleures caractéristiques de fluage, ce qui ne peut être obtenu dans le cas de masses céramiques que par une augmentation du pourcentage du liant ou du lubrifiant. L'augmentation du pourcentage du liant a cependant pour conséquence une diminution de la densité à vert de l'ébauche en céra- mique (c'est-à-dire la densité de la céramique après l'élimination du liant, mais avant le frittage), ce qui entraîne une réduction de la densité finale de la pièce frittée et par conséquent une réduction de la résistance. Une autre difficulté des procédés usuels réside. dans le fait que, lors du remplissage de l'empreinte, la masse doit refouler l'air qui s'y trouve présent. Ceci peut entraîner deux effets en fonction des paramètres de ces procédés: de l'air peut être à nouveau inséré dans la masse; dans le cas d'une vitesse élevée d'injection, l'air est forte- ment comprimé dans l'empreinte, s'échauffe et brûle de ce fait la masse. Afin d'éviter ces effets indésirables, on pourrait réaliser lentement l'injection de manière que l'air puisse s'évacuer dans l'outil par suite de l'existence de défauts d'étanchéité, ou bien on pourrait aménager des canaux d'aération équipés d'un valve qui soit fermée par la masse. Les deux procé- dés ne conviennent pas pour le traitement de masse céramiques, étant donné qu'une injection lente altère la qualité de la pièce en céramique moulée par injection et que dans le cas de l'aménagement de canaux d'aération, il se présente toujours à nouveau le cas o ces canaux sont fermés avant que le moule soit complètement rempli. Alors une certaine quantité d'air est encore et toujours incluse, même s'il s'agit d'une quantité nettement moins importante. Etant donné que la résistance de la céramique réagit de façon très sensible à la présence de pores, la résistance de la pièce terminée se trouve réduite et, selon la quantité d'air qui est plus ou moins impor- tdnce de façon aléatoire, est si..inise à une dispe-,sion plus _levse. La présente invention a pour but de créer un dispositif du type indiqué à l'aide duquel on puisse éviter de façon sûre une inclusion d'air pendant le transport de la masse dans le cylin- dre d'injection et qui permette de réaliser, en un intervalle de temps suffisamment bref, le vidage complet (p Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que l'outil, le cylindre d'injection et le réservoir peuvent être vidés et que le réservoir est raccordé d'une manière étanche au vide au cylindre d'injection. Grâce à la réalisation, conforme à l'inven- tion, d'un dispositif pour réaliser le moulage par injection, la garniture 3. du cylindre munie du réservoir de granulés constitue une enceinte à vide. En cours de fonctionnement, l'ouverture de la buse du cylindre d'injection est fermée par le coussin formé par la masse devant la vis- piston. Des masses visqueuses, du type utilisé lors de la fabrication de la céramique, ne sont pas refoulées par l'air comprimé dans le cylindre d'injection. Bien qu'on la prévoit fréquemment, une buse à obturateur n'est plus néces- saire. Grâce à la réalisation d'un système fermé, dans lequel le vide peut être fait, conforme à l'invention il est possible de résoudre le problème posé moyennant une dépense de construction comparativement faible et moyen- nant des frais de fabrication réduits de façon correspondante pour un dispositif conforme à l'invention. Pour réaliser et maintenir le vide dans le système fermé il est avantageux que le réservoir et l'outil puissent être raccordés par l'intermédiaire de canalisations à vide et de valves au choix à une pompe à vide ou à un réservoir à dépression de volume important par rapport au volume de l'empreinte. Dans le-cas d'outils complexes, comportant plus de deux ou de trois pièces de forme mobiles (par exemple un moule à caisson coulissant pour les turbocompresseurs à suralimentation ou pour des roues de turbine), il est avantageux de loger ces pièces dans une enceinte à vide commune, qui s'ouvre et se ferme avec l'outil et dans laquel- le en supplément le vide est créé. Le réservoir à dépression de volume important doit posséder de préférence un volumed'une valeur comprise entre et 1000 fois le volume de l'empreinte, afin d'éviter de façon sûre que, lors du vidage des différentes parties du système, la pression n'augmente de façon inadmissible. Dans une autre forme de réalisation de l'inven- tion il est proposé que la canalisation à vide raccordée à l'outil puisse être obturée au moyen d'un tiroir d'obturation, à proximité immédiate de l'empreinte. Ceci permet de garantir que d'une part il est possible de prévoir un organe pour l'établissement du vide, de taille suffisante et destiné à être raccordé à l'empreinte, afin d'atteindre en quelques secondes le vide final dans l'empreinte, et que d'autre part la canalisation à vide est protégée vis-à-vis de la pénétration de la masse d'injection. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le tiroir d'obturation forme une partie de la paroi de l'empreinte. De ce fait il n'apparait sur la pièce moulée aucun angle supplémentaire ni aucune partie saillante supplémentaire devant être éliminé ultérieurement. Dans une autre forme de réalisation de l'in- vention il est proposé de prévoir une unité de commande qui actionne, selon une séquence prédéterminée, le tiroir d'obturation et les valves situées dans les canalisations à-vide. Ceci permet de réaliser le vide dans les différents composants non pas simultanément, mais successivement, tout en pouvant obtenir de ce fait un vide élevé dans le cas d'un réservoir à dépression de taille limitée. Selon une forme de réalisation préférée, le réservoir pour le matériau forme simultanément un réservoir à dépression, ce qui est particulièrement avantageux du point de vue de la dépense de construction. Enfin il est avantageux que, dans un dispo- sitif conforme à l'invention, la vitesse d'injection du matériau soit réglée en fonction de la taille de l'empreinte de manière que l'on puisse obtenir une durée d'injection non supérieure à 0,5 seconde. Ceci permet d'éviter que,pendant la durée d'injection, la pression présente dans l'empreinte et conditionnée par les fuites inévitables n'augmente de façon importante. D'autre caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre à titre d'exem- ple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels.: - La figure 1 représente le schéma d'un uisposicif con-eo,'rme à l'invention pour réaliser le moulage par injection - La figure 2 représente une coupe partielle, en vue agrandie, du dispositif de la figure 1; - La figure 3 illustre le montage de la buse d'injection d'un dispositif conforme à la figure 1 sur un outil, selon une première forme de réalisation; et - La figure 4 représente un dispositif tel que celui de la figure 3, mais comportant un outil constitué différement, selon une vue en coupe transversale prise perpendiculairement au plan de séparation et selon une vue en coupe transversale prise dans le plan de séparation. 4. Le dispositif représenté dans son ensemble sur la figure 1 et servant à réaliser le moulage par injection comporte un cylin- dre d'injection 1 muni d'une vis-piston 10, un réservoir 3 raccordé au cylin- dre d'injection et destiné à recevoir le matériau devant être injecté, et un outil 2, auquel le cylindre d'injection 1 est raccordé de façon étanche par sa buse d'injection 16. L'outil 2 est constitué de deux moitiés 21, 22 qui sont appliquées l'une contre l'autre le long du plan de séparation et forment ensemble l'empreinte 23, qui représente le contour négatif ou femelle de la pièce devant être moulée. L'empreinte 23 est fermée de façon étanche visà- vis de l'environnement, au moyen d'un joint torique 24 situé dans le plan de séparation. Des canalisations à vide respectives conduisent aussi bien depuis le réservoir 3 que depuis l'outil 2 à une pompe à vide 5 et une valve V2 est installée dans la canalisation à vide provenant du réservoir tandis qu'une valve V3 est montée dans la canalisation à vide provenant de l'outil. Les deux canalisations à vide arrivant du réservoir et de l'outil sont réunies, avant leur raccordement a la pompe à vide 5, pour former une canalisation à vide à laquelle est raccordée une autre canalisa- tion à vide qui aboutit à un réservoir à dépression 4. De même une valve 21 se trouve disposée dans la canalisation à vide citée en dernier. La canali- sation à vide raccordée à l'outil est reliée par l'intermédiaire d'un canal de liaison, qui peut être obturé au moyen d'un tiroir d'obturation 25, à l'empreinte 23. Dans l'illustration de la figure 2, on a repré- senté des détails du cylindre d'injection 1 et du réservoir 3 raccordé à ce cylindre d'une facon étanche au vide. Le raccordement est réalisé à l'aide d'un bloc de fixation 30, dans lequel sont montés d'une part le cylindre d'injection 1 et d'autre part le réservoir 3. Le réservoir à granulés 3 repose par un tube de raccordement 34 dans un perçage correspondant du bloc de fixa- tion 30 et est monté de façon étanche dans ce perçage moyennant l'utilisation de joints toriques 35. Sur une enceinte 31 du réservoir 3 est monté un couver- cle 32 qui est à nouveau étanche au vide grâce à l'utilisation d'un joint torique 36. Dans le couvercle 32 est prévu un raccord à vide 33, auquel peut être raccordée la canalisation aboutissant à la pompe à vide 5. Le cylindre d'injection 1 est rendu étanche par rapport au bloc de fixation 30 grâce à la présence de joints toriques 17 et 18, qui sont situés dans des gorges dis- posées en amont et en aval de l'ouverture 19 du réservoir à granulés 3. L'ar- bre d'entraînement 11 de la vis-piston 10 comporte un passage d'entraînement 5. en rotation étanche au vide, qui est constitué par une ou plusieurs bagues de feutre 12 et un ou plusieurs joints toriques 13. Le passage d'entraîne- ment en rotation est situé dans un écrou de fixation 14 du cylindre d'injec- tion. L'écrou de fixation 14 lui-même est monté de façon étanche par rapport au boîtier du cylindre d'injection 1, grâce à l'utilisation d'un autre joint torique 15. Sur la figure 3 on a illustré le mode d'étanché- ité de la buse 16 du cylindre d'injection par rapport à l'outil 2, qui est réalisé à l'aide d'un joint torique 26 monté dans l'outil 2. Sinon, on peut également prévoir un tel joint torique également dans la buse 16 ellemême. Une telle réalisation est représentée sur la figure 4, sur laquelle le joint torique correspondant est désigné par la référence 16a. Dans le cas de la forme de réalisation de la figure 4, le joint toriqué 16a doit être par conséquent inséré dans la buse 16, étant donné que l'injection s'effectue dans le plan de séparation de l'outil 2. Le joint torique 24a destiné à rendre étanche l'empreinte 23 n'est pas constitué, dans cette forme de réalisation, par une bague fermée, mais se termine respectivement contre le joint torique 16a de la buse 16, ce qui est visible sur la coupe A-A. Le déroulement du moulage par injection, qui peut être automatisé grâce à un appareil de commande non représenté sur les dessins, s'effectue conformément aux phases opératoires répertoriées ci-après. Dans la position de départ, les valves V1 et V2 sont ouvertes, la valve V3 est fermée, l'outil 2 est ouvert et le tiroir d'obturation 25 est fermé. Les opérations sont alors les suivantes: 1. Fer,èvure de l'outil 2. Rapprochement du cylindre d'injection 1 vers l'outil 2 3. Fermeture de la valve V2 4. Ouverture du tiroir d'obturation 25, ouverture de la valve V3. La majeure partie de l'air situé dans l'empreinte 23 pénètre en un bref intervalle de temps dans le réservoir à dépression 4. La pression dans le réservoir 3 ne peut alors pas augmenter étant donné que la valve V2 est fermée. 6. 5. Dès que l'équilibre de pression est atteint entre l'outil 2 et le réservoir à dépression 4, la valve V1 est fermée. La commande de la valve V1 peut être réalisée en fonction de la pression ou, de préférence, en fonc- tion de la durée. 6. Début de l'injection 7. Fermeture du tiroir d'obturation 25 8. Fermeture de la valve V3 9. Ouverture de la valve V1, ce qui permet de réaliser à nouveau le vide complet dans le réservoir à dépression 4, au moyen de la pompe à vide 5. 10. Ouverture de la valve V2, dès que le vide désiré est atteint 11. Retrait du cylindre d'injection 1 par rapport à l'outil 2 12. Ouverture de l'outil 2 13. La position de départ est alors à nouveau atteinte. L'avantage du déroulement indiqué précédemment des phases opératoires réside dans le fait que la majeure partie de l'air provenant de l'empreinte 23 pénètre en un intervalle de temps extrêmement bref dans le réservoir à dépression 4. Après la fermeture du réservoir à dÉpression 4 au irmoyen de la valve V1, seule encore une -faible quantité d'air doit être complètement aspirée hors de l'outil 2 par la pompe à vide. Ensuite, lorsque la valve V2 est à nouveau ouverte, on dispose d'un intervalle de temps suffisant pour réaliser à nouveau complètement le vide dans le réservoir à dépression 4. A titre de variante de la séquence indiquée précédemment des phases opératiores, on peut mettre en oeuvre simultanément les phases opératoires 6, 7 et 8. Si le réservoir 3 joue le rôle du réser- voir à dépression, il est possible de supprimer la valve V1 et le réservoir à dépression 4. L'actionnement du tiroir d'obturation 25 s'effectue de préférence de façon hydraulique, tandis que l'actionnement des valves V1 V2 et V3 s'effectue de préférence par voie électromagnétique. 7. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour réaliser le moulage par *injection de pièces de précision, notamment constituées en un matériau céramique, du type comportant un outil (2) contenant une empreinte (23), un cylindre d'injection (1) muni de préférence d'une vis-piston (10) et un réservoir (3) raccordé à ce cylindre et prévu pour le matériau devant être injecté, caractérisé en ce que l'outil (2), le cylindre d'injection (1) et le réservoir (3) sont agencés de manière à pouvoir être mis sous vide, et le réservoir (3) est raccordé d'une façon étanche au vide au cylindre d'injection (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le réservoir (3) et l'outil (2) peuvent être raccordés, par l'intermédiaire de canalisations à vide et de valves ( yl, 2, V3) au choix à une pompe à vide (5) ou à un réservoir à dépression (4) possédant un volume important par rapport au volume de l'empreinte (23). 3. Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le réservoir à dépression (4) possède un volume de 100 à 1000 fois celui de l'empreinte (23). 4. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications l à 3, caractérisé en ce que la canalisation à vide raccordée à l'outil (2) peut être obturée à l'aide d'un tiroir d'obturation (25) à proximité immédiate de l'empreinte (23). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tiroir d'obturation (25) forme une partie de la paroi de l'empreinte (23). 6. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 4 et 5 lorsqu'elles dépendent de la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu une unité de commande qui actionne, selon une séquence prédéterminée, le tiroir d'obturation (25) et les valves (Y1, V2, V3) situées dans les canalisations à vide. 7. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications l à 6, caractérisé en ce que le réservoir (3) prévu pour le maté- riau constitue simultanément un réservoir à dépression. 8. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que la vitesse d'injection du matériau est réglée sur la dimension de l'empreinte (23) de manière qu'il soit possi- ble d'obtenir une durée d'injection ne dépassant pas 0,5 seconde. 8.