Brevet FR2498119A1 — publié le 19820723

Perfectionnements apportés aux procédés et aux moules pour le moulage de pièces en matière plastique souple ou semisouple présentant des parties de dimensions très différentes et pièces ainsi obtenues La présente invention concerne des perfectionnements apportés au moulage en une seule pièce, par injection de matière plastique souple ou semi-souple telle que des polyoléfines, des polyamides, des polyacétals souples, du polychlorure de vinyle souple, etc., de pièces présentant au moins une partie épaisse et au moins une partie mince s'étendant sensiblement perpendiculairement l'une à l'autre et telles que - l'épaisseur de la partie épaisse soit au moins trois fois supérieure à l'épaisseur de la partie mince, - la longueur de la partie mince soit au moins quatre fois supérieure à la longueur de la partie épaisse, - et la longueur de la partie mince soit au moins trente fois supérieure à l'épaisseur de la partie mince, ledit moulage étant effectué dans un moule fermé présentant au moins un élément mobile. L'obtention par moulage en une seule pièce, en une matière plastique souple ou semi-souple telle que celles précédemment mentionnées injectée par une seule buse d'injection dans le moule, de pièces présentant les critères dimensionnels précités a jusqu'à présent posé des difficultés qui n'ont jamais été résolues de façon satisfaisante. D'une façon générale, les difficultés d'obtention de telles pièces étaient essentiellement dues à un mauvais cheminement de la matière ramollie, au cours de l'injection, dans les parties étroites du moule, et à des déformations de la pièce dues à des tensions internes dues à des vitesses de refroidissement différentes dans les parties minces, se refroidissant rapidement, et dans les parties épaisses, se refroidissant plus lentement. Par ailleurs, pour combattre autant que faire se pouvait le cheminement difficile et le refroidissement plus rapide de la matière ramollie dans la partie étroite du moule, on était conduit à ramollir au maximum la matière injectée et donc à la porter, dans la machine d'injection, à une température élevée, d'où des dépenses énergétiques importantes qui augmentaient le coût de fabrication des pièces. En fait, pour éviter ces inconvénients, on a eu recours à un artifice consistant à fabriquer les pièces en au moins deux parties : d'une part, la partie épaisse et, d'autre part, la partie mince. Ces deux parties étaient ensuite assemblées d'une façon appropriée. Si les pièces finalement obtenues ne présentaient plus les défauts exposés ci-dessus, il en apparaissait par contre d'autres. Il était en effet nécessaire de fabriquer plusieurs moules, de procéder à plusieurs opérations d'injection sous pression, puis d'assembler d'une manière ou d'une autre les parties constitutives des pièces ; en bref, il en résultait une multiplication des étapes de fabrication qui se traduisait par un accroissement des manipulations, un allongement des temps de fabrication, et donc en définitise un coût de revient relativement plus élevé des pièces. Par ailleurs, les zones d'assemblage des parties constitutives des pièces constituaient des points faibles qui affectaient les performances des pièces. On peut donner l'exemple de récipients cylindriques à fond épais et à paroi latérale mince dont les caractéristiques dimensionnelles correspondent à celles précédemment mentionnées, tels que par exemple les carters étanches en matière plastique entrant dans la fabrication de certains types de piles électriques. Comme représenté à la figure 1 des dessins annexés, un carter étanche de type connu, ayant une hauteur d'environ 60,5 mm et un diamètre d'environ 32 mm, est constitué d'un fond épais I et d'une paroi latérale mince 2. Le fond épais i possède une forme complexe et son épaisseur moyenne est de l'ordre de 2 mm, mais certaines zones présentent entre faces opposées une dimension beaucoup plus importante, telle que la zone 3 de la figure 1 dont la dimension d est de l'ordre de 5 mm et qui correspond à une accumulation de matière longue à refroidir. La paroi latérale 2 est cylindrique de révolution et son épaisseur est d'environ 0,5 mm. Dans les tentatives faites pour fabriquer ce carter en une seule pièce par moulage par injection sous pression, la matière plastique molle était injectée en un seul point situé au voisinage de la périphérie du fond, comme symbolisé par la flèche F. il apparaissait alors les défauts exposés plus haut, savoir une pénétration difficile de la matière plastique dans la région étroite du moule correspondant à la paroi 2 à la suite d'un refroidissement trop rapide de la matière dans cette région, tensions internes entralnant, au cours du refroidissement, des déformations de la paroi (phénomène de tonneau), impossibilité pour ces mêmes raisons de diminuer l'épaisseur de la paroi 2 pour l'adapter au diamètre du carter pour d'autres types de piles plus petites. On a alors fabriqué séparément le fond 1 et la paroi cylindrique 2 qui se raccordaient en 4. Dans un premier mode de réalisation, on a simplement appliqué l'un contre l'autre le fond 1 et la paroi 2 qui étaient maintenus par un conteneur extérieur en acier (non représenté). Toutefois, il était difficile d'obtenir et de conserver une étanchéité parfaite au niveau de la zone de contact 4. Pour tenter de remédier à cet inconvénient, on a, dans un autre mode de réalisation, soudé les deux parties l'une à l'autre dans la zone 4. Toutefois, là encore, le résultat escompté nta pas été obtenu en raison de la difficulté de positionner parfaitement les deux pièces l'une par rapport à l'autre pour effectuer les soudures. Des défauts d'étanchéité apparaissaient en cours de fonctionnement, sous l'action des pressions internes régnant dans l'électrolyte. L'invention a essentiellement pour but de remédier aux inconvénients précédemment exposés des procédés utilisés jusqu'à présent et de proposer un procédé perfectionné qui permette de mouler par injection, en une seule pièce, des pièces en matière plastique possédant des parties constitutives dimensionnellement très différentes et répondant mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique. Un premier aspect de l'invention est relatif à un procédé qui se caractérise par le fait qu'on injecte la matière plastique en une pluralité de points d'injection répartis sur la partie épaisse et, en chaque point d'injection, sous un angle compris entre 50 et 750 par rapport à l'axe du déplacement de l'élément mobile du moule. En raison de la multiplication du nombre des points d'injection, la matière plastique injectée pénètre beaucoup plus rapidement dans le moule et atteint les parties étroites de celui-ci alors qu'elle est encore à une température suffisamment élevée et qu'elle est encore suffisamment molle. Elle pénètre alors sans problème jusqu'au trél fonds des parties étroites du moule. En outre, en utilisant un nombre suffisamment important de points d'injection et donc un débit de matière plastique injectée suffisamment élevé, il n'est plus nécessaire que la température d'injection soit aussi élevée que par le passé. Cette diminution de la température de la matière injectée entrain son refroidissement beaucoup plus rapide dans les zones de grand volume telles que la zone 3 du carter de la figure 1 : il en résulte une diminution très notable des tensions internes et donc la suppression des déformations, telles que l'effet de tonneau précité. Enfin, en raison de la plus grande plasticité de la matière plastique injectée qui parvient dans les zones étroites du moule, il est possible de diminuer encore les dimensions desdites zones étroites du moule et donc d'obtenir des pièces dont les parties minces présentent une épaisseur encore moindre que Jusqu'à présent. En revenant sur l'exemple du carter de pile envisagé plus haut, il est possible de prévoir une épaisseur plus faible nue celle de 0,5 mm considérée jusqu'à présent comme un minimum. il est alors envisageable d'adapter l'épaisseur de la paroi latérale au diamètre du carter, et en particulier de réaliser des carters de piles de petit diamètre avec des parois latérales plus minces, par exemple de l'ordre de 0,3 ou 0,4 mm. On économise alors de la matière tout en conservant des qualités mécaniques suffisantes. Dans le cas où le procédé de l'invention est utilisé pour la fabrication d'une pièce présentant la forme d'un récipient sensiblement cylindrique, dont le fond constitue la partie épaisse susmentionnée et la paroi sensiblement cylindrique constitue la partie mince susmentionnée, il est avantageux que les points d'injection soient régulièrement répartis sur une courbe fermée parallèle au bord périphérique du fond et s'étendant entre l'axe de révolution du récipient et ledit bord périphérique, et en ce que le susdit angle d'injection, pour chaque point d'injection, soit mesuré par rapport à l'axe de révolution du récipient cylindrique. De préférence, l'angle d'injection est le même pour tous les points d'injection, l'angle d'injection étant alors avantageusement de l'ordre de 150. Dans le cas où, lorsque le procédé est mis en oeuvre pour la fabrication d'une pièce en forme de récipient comme me susmentionné, ledit récipient doit comporter un trou axial dans le fond épais, on prévoit que le moule comporte un noyau dont une partie s'étend axialement à travers la chambre dans laquelle doit être moulé le fond épais, et que les points d'injection soient régulièrement répartis autour du noyau. Un second aspect de l'invention est relatif à un moule pour le moulage par injection de pièces en matières plastiques telles que des polyoléfines, des polyamides, des polyacétals souples, du polychlorure de vinyle souple, etc., pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'entre défini, ledit moule comportant une cavité de moulage délimitée partiellement par une partie mobile du moule déplaçable selon une direction donnée, lequel moule se caractérise en ce qu'il comporte une pluralité de buses d'injection débouchant dans la partie de la cavité de moulage correspondant à la partie épaisse de la pièce à obtenir et en ce que l'axe moyen de chaque buse est incliné, par rapport à la direction de déplacement de la partie mobile du moule, d'un angle compris entre 50 et 750, de préférence de 150. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de l'application du procédé de l'invention à la fabrication d'un carter de pile électrique, étant entendu qu'il s'agit là d'un exemple donné uniquement à titre illustratif, sans aucun caractère limitatif. Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 2 représente, en coupe diamétrale partielle, un carter de pile fabriqué conformément à l'invention, et - la figure 3 est une vue simplifiée partielle en coupe d'un moule d'injection agencé conformément à l'invention pour la fabrication du carter de pile de la figure 2. A la figure 2, un carter 5 de pile électrique, fabriqué conformément à l'invention, comporte un fond épais 6 et une paroi latérale mince 7, cylindrique de révolution, en eux-mêmes identiques aux parties correspondantes 1 et 2 de la figure 1, mais ne formant qu'un tout monobloc. Comme représenté, le fond 6 est percé d'une ouverture axiale 8 pour le passage de l'électrode positive de la pile. Le fond 6 possède une épaisseur moyenne beaucoup plus importante que l'épaisseur de la paroi latérale 7. D'une façon générale, les dimensions du carter 5 satisfont aux relations suivantes : épaisseur la plus grande > 3 > s épaisseur la plus faible longueur de la partie mince > 4 longueur de la partie épaisse longueur de la partie mince 1 30 0 épaisseur de la partie mince Dans ces relations, on entend - par "épaisseur la plus grande, non pas seulement l'é- paisseur moyenne de la partie épaisse (fond du carter), mais la distance la plus importante entre faces opposées de la partie épaisse, c'est-à-dire la distance d de la figure 2 - par "longueur de la partie épaisse", la longueur 1 de la partie épaisse comprise depuis sa face supérieure jus qu'à la région de raccordement avec la paroi latérale 7 d'épaisseur sensiblement constante - par "longueur de la partie mince", la longueur L de la paroi latérale 7 qui possède une épaisseur sensiblement constante. Conformément à l'invention, on prévoit plusieurs points d'injection situés entre l'axe de symétrie 9 du carter et le bord périphérique du carter. Dans l'exemple représenté, ces points d'injection sont situés à proximité du bord de l'ouverture 8 et sont au nombre de deux, diamétralement opposés, comme symbolisé par les flèches 10. Si l'on souhaite accrortre le débit d'injection, on peut prévoir deux autres points d'injection décalés de 900 par rapport aux précédents, comme symbolisé par les flèches 11 (une seule flèche étant visible). On peut encore accrottre le débit d'injection en prévoyant d'autres points d'injection entre les précédents, comme symbolisé par les flèches 12. Bien entendu, quel que soit le nombre des points d'injection, il est préférable qu'ils soient disposés symétriquement autour de l'ouverture 8. Comme le carter 5 est symétrique de révolution, l'injection aur différents points s'effectue selon une direction nui fait, par rapport à l'axe 9, un angle compris entre 50 et 750, et qui, dans l'exemple représenté, est de l'ordre de 150. La figure 3 représente, en vue partielle, un moule d'injection agencé pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention en vue de la fabrication de carters de piles en une seule pièce tels que celui représenté à la figure 2. Le moule comporte une matrice 13 munie d'une empreinte 14 correspondant au contour extérieur du carter. Une partie 15 du moule, mobile (en vue du démoulage) par rapport à la matrice 13 selon la direction de la double flèche 16 (qui est parallèle à l'axe de révolution du carter à mouler par injection), porte un noyau 17 conformé au profil intérieur du carter. Ce noyau 17 se termine, à son extrémitd supérieure, par un doigt 18 qui permet la formation, au cours du moulage, de 11 ouverture 8 prévue dans le fond du carter. L'empreinte 14 de la matrice et le noyau déterminent une cavité de moulage 19. La matrice est munie d'un canal 20 pour amener le produit d'injection ramolli à des buses d'injection 21 (deux buses diamétralement opposées sont représentées, correspondant par exemple aux deux flèches 10 de la figure 2). Les buses d'injectior 21 débouchent dans la cavité de moulage 19 au voisinage du pourtour du doigt 18 du noyau et leur axe moyen est incliné d'environ 150 par rapport à la direction du déplacement de la partie mobile 15 du moule (double flèche 16). Bien entendu, la description qui précède d'une application de l'invention à la fabrication d'un carter de pile n'a été donnée qu'à titre d'exemple, et le procédé de l'invention permet de fabriquer, en une seule pièce, toute pièce dont les dimensions satisfont aux relations mentionnées plus haut, par moulage par injection d'une matière plastique souple ou semi-souple telle que des polyoléfines, des polyamides, des polyacétals souples, du polychlorure de vinyle souple, etc. De telles pièces peuvent titre par exemple des tubes souples pour crème (cosmétique, pharmaceutique ou autre) avec une partie réservoir à paroi mince fabriquée d'un seul tenant avec la tête filetée et percée, des enveloppes de cartouches pour la chasse, des emballages d'explosifs, etc. En outre, bien que cela ne soit pas une obligation, il semble que l'invention doive trouver son application la plus intéressante dans la réalisation de pièces dont l'épaisseur de la paroi mince est de l'ordre du millimètre, notamment comprise entre quelques dixièmes de millimètre et 1,5 millimètre. D'une façon générale, le nombre des points d'injection est à déterminer en fonction du débit souhaité de matière injectée dans le moule, lui-même devant titre suffisant pour que les parties étroites de la cavité de moulage puissent être remplies par de la matière molle non encore refroidie. Quant aux emplacements des points d'injection, ils sont essentiellement fonction de la forme de la pièce à mouler et pourront être déterminés de façon habituelle par l'homme de l'art. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 -Procédé pour mouler en une seule pièce, par injection sous pression de matière plastique telle que des polyoléfines, des polyamides, des polyacétals souples, du polychlorure de vinyle souple, etc., des pièces présentant au moins une partie épaisse et au moins une partie mince s'étendant sensiblement perpendiculairement l'une à l'autre et telles que - l'épaisseur la plus grande soit au moins trois fois su périeure à l'épaisseur la plus faible, - la longueur de la partie mince soit au moins quatre fois supérieure à la longueur de la partie épaisse, - et la longueur de la partie mince soit au moins trente fois supérieure à 11 épaisseur de la partie mince, ledit moulage étant effectué dans un moule fermé présentant au moins un élément mobile, caractérisé en ce qu'on injecte la matière plastique en une pluralité de points d'injection répartis sur la partie épaisse et, en chaque point d'injection, sous un angle compris entre 50 et 750 par rapport à l'axe du déplacement de l'élément mobile du moule. 2 - Procédé selon la revendication 1, la pièce présentant la forme d'un récipient sensiblement cylindrique dont le fond constitue la partie épaisse susmentionnée et la paroi sensiblement cylindrique constitue la partie mince susmentionnée, caractérisé en ce que les points d'injection sont régulièrement répartis sur une courbe fermée parallèle au bord périphérique du fond et s'étendant entre l'axe de révolution du récipient et ledit bord périphérique, et en ce que le susdit angle d'injection, pour chaque point d'injection, est mesuré par rapport à l'axe de révo lutin du récipient cylindrique. 3 - Procédé selon la revendication i ou 2, caractérisé en ce que l'angle dtinjection est le même pour tous les points d'injection. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle d'injection est de tordre de 150. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, le fond du récipient devant comporter un trou axial, caractérisé en ce que le moule comporte un noyau dont une partie s'étend axialement à travers la chambre dans laquelle doit être moulé le fond épais, et en ce que les points d'injection sont rértulièrement répartis autour du noyau. 6 - boule pour le moulage par injection de pièces en matière plastique telle que des polyoléfines, des polyamides, des polyacétals souples, du polychlorure de vinyle souple. etc., pour la mise en oeuvre du procédé selon l'u- ne quelconque de revendications 1 à 5, ledit moule comportant une cavité de moulage délimitée partiellement par une partie mobile du moule déplaçable selon une direction donnée, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de buses d'injection débouchant dans la partie de la cavité de moulage correspondant à la partie épaisse de la pièce à obtenir, et en ce que l'axe moyen de chaque buse est inc ] iné, par rapport à la direction de déplacement de la partie mobile du moule, d'un angle compris entre 50 et 750, de préférence de 150. 7 - Pièce moulée par injection sous pression d'une matière plastique, caractérisée en ce qu'elle est fabriquée par mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 8 - Application du procédé selon l'une quelconque des revendicotions 1 à 5 à la fabrication de carters étanches pour piles électriques.