Brevet FR2511638A1 — publié le 19830225

La présente invention concerne les moyens mis en oeuvre pour moduler la pression d'injection par un procédé de détection de pression d'injection agissant sur un système électronique d'affichage et de calcul avec un moyen de détection placé avant la fin de rem- plissage permettant, avec le calculateur, de mémoriser des erreurs "delta P" et de les introduire en mémoire pour les faire agir sur la pression de fin de remplissage, toutes ces commandes, augmentées des pertes de charges et frottements, étant traduites en pression bars/cm 2 sur le circuit hydraulique des machines à injecter les mia- tières thermoplastiques, thermodurcissables ou élastomères. Les machines à injecter connues comportent un système de fermeture du moule et un système permettant l'injection de la matière plastique, par la poussée d'une vis, munie d'un clapet anti- retour, mise en mouvement de translation à l'injection, cette même vis pouvant être mue en rotation pour la plastification avec, en addition, un chauffage sur le fourreau, un système hydraulique lié à une armoire de commande de la machine en permet la programmation de cycle et de chauffage. Le but recherché est d'améliorer la qualité en méca- nique, géométrie, aspect, avec le minimum de tensions internes avec un poids injecté précis et régulier de la grappe injectée. Le procédé suivant l'invention permet, avec des moyens très modiques, sans recourir aux sondes de température dans les moules, en traduisant uniquement les différences de viscosité matière, d'obtenir ces critères de qualité, malgré les fluctuations dues aux différences de température des empreintes dans le moule, ainsi que de la température de la matière plastique pénétrant dans le moule. Dans les procédés connus utilisant des sondes de température placées dans le moule, celles-ci sont toujours trop loin de chaque point de l'empreinte et donnent des résultats très approximatifs. La viscosité de la matière étant le résultat de la tem- pérature matière et de son refroidissement pendant l'écoulement dans le moule, il est beaucoup plus précis de se servir de cette viscosité et de la contrôler juste avant la fin de remplissage, pour appliquer les modifications de pressions nécessaires en fin de remplissage Il faut considérer également la vitesse d'injection 11638 qui doit rester stable pour ne pas modifier les paramètres ci-dessus. Il est bien entendu que ce n'est que losque l'on aura trouvé les bons réglages de vitesse, de pression de remplissage et de maintien de pression (pression secondaire), que l'on pourra afficher les paramètres et faire fonctionner en marche automatique le procédé correcteur en fonction du "delta P" d'erreur, mémorisé à chaque cycle. Le profil de pression que l'on obtiendra pendant le remplissage du moule, est fonction de la vitesse de remplissage, de la température matière et de la température des empreintes, au fur et à mesure du cheminement matière Cette pression sera traduite en pression hydraulique en bars/cm 2, elle sera'la résul- tante de la contre-pression due aux différences de viscosité ma- tière, augmentées des pertes de charge par étranglement et frotte- ments dans le moule et dans la machine Le procédé de modulation de pression de fin de remplissage d'un moule, s'applique aux ma- chines à injecter ayant une vanne de régulation de vitesse d'injec- tion, un capteur de pression amplifié et converti, un affichage par roues codeuses de la pression et un affichage numérique avec une mémoire 52 au passage en automatique, suivant une valeur affi- chée correspondant à l'obtention d'une pièce correcte, en géométrie, en aspect et en poids, cette valeur étant recherchée en fonction de la température matière et de la vitesse d'injection adéquates, caractérisé en ce qu'on utilise un moyen qui prend en compte à chaque cycle automa- tique, un "delta P" d'erreur, correspondant à la différence de viscosité matière, à une position déterminée, juste avant la fin de course d'injection, par un capteur de position ou autres moyens Cette pré-pression ayant été prise en mé- moire à chaque-cycle de réglage et cette mémoire 48 étant verrouillée au passage en automatique. Cette valeur mémorisée 48 de pré-pression sera comparée par 50 à chaque cycle automatique en fonction d'une diffé- rence éventuelle de viscosité matière à une nouvelle valeur mémorisée en 49 pour ressortir en comptage ou décomptage 11638 une valeur d'erreur (delta P). applique cette valeur d'erreur (delta P) à la mémoire 52 à chaque cycle pour modifier la valeur de référence de pression de fin de remplissage du moule. met en comparaison par 44 cette nouvelle valeur de 52 à cha- que cycle avec la valeur de pression du capteur de pression 14 amplifiée et convertie jusqu'à coïncidence des deux va- leurs. donne un ordre à cette comparaison qui sera amplifié par 45 pour actionner, soit un relai de commande de coupure de la vanne de distribution, donc de la pression, soit un autre moyen de remise à zéro de la pression de fin de remplissage du moule. La fig 1 est un schéma synoptique de l'objet de l'in- vention. La fig la est un schéma synoptique partiel d'une va- riante. La fig 2 est un diagramme montrant certaines carac- téristiques de l'invention. La fig 3 est un schéma explicatif de l'un des éléments de l'invention. Selon la fig 1, le procédé s'applique à un moule, son unité d'injection, son ensemble hydraulique et son armoire de com- mande. Le moule 36 et son unité d'injection sont reliés à deux schémas hydrauliques possibles mais non limitatifs, l'armoire de commande de la machine, assurant les commandes de l'unité de ferme- ture comme de celle d'injection, n'est pas représentée car elle varie suivant chaque machine. Le moule 36 comporte généralement une partie noyaux 2, une partie matrices 4, une partie éjections 3, un refroidissement noyaux 1, un refroidissement matrices 5 Cet exemple n'est pas du tout limitatif, car les moules sont tous différents L'unité d'in- jection comporte un cylindre 7 chauffé par des résistances 16 ré- gulées par une armoire ce contr 8 le Une vis 8, associée au cylindre 11638 7, est entraînée en rotation par un pignon 15 mû par un moyen annexe d'entraînement Cette vis 8 peut être mue en translation dans le vérin 10 par le piston Il pour effectuer l'injection par la ferme- ture du clapet 6 Une trémie d'alimentation 9 permet d'amener la matière sur la vis Le piston Il est associé à une came 40 pour mesurer le déplacement de-la vis, c'est-à-dire le volume injecté théorique Le recul de la vis 8 fournit le volume théorique d'in- jection, coupé par le micro-switch 12. Selon l'invention, sur cette unité d'injection, donnée à titre général, sont raccordés deux éléments, un capteur de pression 14 et un capteur de position 13 qui est placé avant la fin de course de remplissage du moule, la position du capteur 13 cor- respond par exemple à la pocition C (fig 2) Les deux éléments 13 et 14 sont reliés à un calculateur électronique 38 par des conduc- teurs 27, 28 et 26. Le circuit hydraulique peut avoir deux schémas diffé- rents, non limitatifs, chacun d'eux passant par une vanne de régu. larion de vitesse d'injection 37 Le premier (fig 1) s'applique aux machines ayant des régulateurs de pression d'injection à ré- glage manuel 17 et 18 controlant une première pression bloquée à la valeur maximale et une deuxième pression réglable, ces deux régulateurs étant mis en action par l'intermédiaire du distribu- teur 41 ayant une bobine de commande 22 pour le régulateur 17 et une bobine 21 pour le régulateur 18 Le deuxième schéma (fig la) agit directement avec les valeurs électriques différentes sur la bobine en continu d'un régulateur de pression 19 à action propor- tionnelle reliée au calculateur 38 par un conducteur 39. Dans les deux cas, l'alimentation se fait par un moteur électrique 25 faisant tourner une pompe 24 avec un limiteur de pression en sécurité 23 et un distributeur à trois positions 20 pour l'injection et le retour éventuel du vérin. Le calculateur 38 porte en façade, des boutons marche - arrêt 31 et 33 et une clé de mise en réglage ou de mise en automa- tique 32 Il porte à droite, un ensemble de première pression, avec les roues codeuses 30 et un affichage 29 Il porte à gauche, un ensemble de deuxième pression ou pression de maintien, avec les 11638 roues codeuses 34 et un affichage 35 Ce calculateur 38 pourrait porter d'autres ensembles de pressions de maintien à des pressions affichées différentes avec un temporisateur sur chaque ensemble pour une pression de maintien en gradins La fig 2 donne un dia- gramme qui pourrait illustrer un enregistreur ou un oscilloscope, avec les deux courbes d'injection, soit une courbe de référence et une courbe à chaque cycle On remarque en C le "delta P" répercuté en courbe maximale et en courbe de maintien La fig 3 représente le calculateur 38 se composant, après raccordementdu capteur de pression 14 et du capteur de posi- tion 13 associé à un inverseur 32 de marche, réglable ou automa- tique de tout un ensemble électronique Cet ensemble comprend un ampli 42 amplifiant les informations du capteur 14 suivi par un convertisseur 43 à 12 bits relié à une mémoire 48 avec son trans- fert sur "réglage" et à une mémoire 49 avec son transfert sur "auto" Au passage sur le capteur 13, un comparateur 50 compare les mémoires 49-48 et ressort un comptage ou décomptage sur des por- tes 55. Le procédé suivant l'invention prélève, par le capteur 14 de pression dans le vérin hydraulique 10, des informations de viscosité de la matière plastifiée Ces informations, augmentées des pertes de charge, sont traduites en force hydraulique et en pression hydraulique bars/cm et sont affichées par l'intermé- diaire du capteur hydraulique de pression 14, amplifiées et conver- ties, pour être transmises au calculateur électronique 38 Une vitesse d'écoulement matière est appliquée par réglage de la vanne de vitesse 37 en fonction de la géométrie de la pièce, d'une part, et de la matière employée, d'autre part. La viscosité de la matière dans le moule varie en fonc- tion de la peau refroidie au contact du moule et de l'épaisseur de la gaine de matière chaude à l'intérieur, ainsi que de la tem- pérature de la matière pénétrant dans le moule et de sa vitesse d'écoulement en profil et valeur. Le profil d'injection sera donc l'image de la somme des pertes de charge crées par les différentes viscosités matière 251 1638 (variables) augmentées des pertes de charge, au passage dans les différents éléments géométriques, ainsi que de la vitesse et tem- pérature d'injection de cette matière dans le moule. Dans la phase de réglage, l'inverseur 32 est mis en position "réglages" (R) Pendant le réglage, le calculateur 38 agit en coupure de pression par comparaison, entre un comparateur digital 44 et la pression affichée en 30, sur une mémoire 52 associée à l'affichage numérique 29 et donnera l'ordre de montée en pression par l'amplificateur à mémoire 45 Et de coupure de pression en fin de remplissage moule par un relai 46. Le calculateur ne fera aucune correction, il conservera, par contre, à chaque cycle dans la mémoire 48, la valeur de pres- sion au passage sur le capteur 14 jusqu'à ce que le régleur ait reconnu une pièce bonne en correspondance-d'une pression affichée. A ce moment, le régleur tournera l'inverseur 32 en position auto- matique A et le procédé de correction de pression ou de modulation entrera en action. Le procédé de modulation de pression est caractérisé par la combinaison de deux moyens successifs Le premier moyen, mis en service par l'inverseur 32 sur la position automatique, conservera dans la mémoire 48 la dernière valeur de pression, donnée au pas- sage sur le détecteur de position 13, suivant le remplissage du moule C. La mémoire 49 mémorisera à chaque cycle, au passage sur le capteur 13, une nouvelle valeur comparée par le comparateur 50 à la valeur de la mémoire 48 pour sortir une valeur en comptage ou décomptage correspondant au delta P par le truchement de portes et d'une bascule 51 La bascule 51 attaquera alors la mémoire 52 en comptage ou en décomptage du nombre de points delta P en correction sur la valeur affichée sur les roues codeuses 30 en ressortant un nouvel affichage 29 Le comparateur digital 44 com- parera la nouvelle valeur de la mémoire 52 avec la valeur du capteur de pression 14 amplifiée et convertie, jusqu'à coïncidence, ce qui donnera un ordre à l'amplificateur 45 qui actionnera le relais 46 pour couper le ligne 22 au retour du vérin, pendant la 251 1638 plastification le passage sur le capteur de position 13 de la came aura pour effet de réintroduire la valeur des roues codeuses dans la mémoire 52 Dans le cas d'une presse équipée d'une valve proportionnelle, le convertisseur analogique 53 transformera le contenu de la mémoire 52 en une tension continue proportionnelle à la valeur de 29. L'amplificateur 54 commandera la valve proportionnelle 19 jusqu'à la coïncidence de la valeur affichée suivant 29 et 52 comparée par 44 à la valeur amplifiée et convertie du capteur 14, ce qui donnera la valeur "zéro" de pression par RAZ sur 53 de la première pression ou un maintien de pression pour deuxième, troi- sième, etc pression, sans comparaison par 44 donc sans valeur "zéro" par RAZ, avec une temporisation désirée sur chaque étage de maintien de pression. Le deuxième moyen portant une valeur de pression de référence de fin de remplissage, affichée sur les roues codeuses 30, prise en compte par une mémoire 52 avec l'affichage numérique 29, sera corrigé par le premier moyen, au passage sur le capteur de po- sition 13, de la valeur du delta P en comptage ou décomptage avec un nouvel affichage numérique 29 Le comparateur 44 comparera cette nouvelle valeur à chaque cycle avec la valeur du capteur 14 ampli- fiée par 42 et convertie par 43, jusqu'à coïncidence des deux va- leurs, l'ordre sera alors donné à l'amplificateur à mémoire 45 qui actionnera le relais 46 et le maintiendra pendant le cycle par la mémoire pour donner la'coupure de pression par l'électro-vanne 22. Dans le cas d'une vanne de pression proportionnelle, le comparateur 44 agira directement sur un convertisseur 53 qui agira sur un amplificateur 54 pour donner à la comparaison des deux valeurs une valeur "zéro" RAZ donnant la coupure de pression à la bobine en continu de la vanne proportionnelle Le retour du piston Il donnera par une came 40 une nouvelle impulsion sur 13 qui aura pour effet de réintroduire dans la mémoire 52 la valeur de référence 30. Dans ce cas d'action en valeur électrique sur une bobine continu, avec une force antagoniste sur le ressort de la vanne hydraulique de pression, on pourra répéter l'ensemble composé par 30, 52, 29, 11638 53 et 55, autant de fois qu'on le désirera, avec à chaque fois une autre valeur affichée pendant un certain temps (temporisation) et en lui appliquant à chaque cycle le "delta P" du premier moyen, pour obtenir une pression de maintien en gradins Dans ce cas, RAZ, qui relie comparateur 44 à un convertisseur 53, ne sera pas con- necté, soit deuxième, troisième, quatrième, etc pressions dites "de maintien" Sur la fig 1, le calculateur 38 fait apparaître une deuxième pression 34-35 plus basse que la première, ce qui est pra- tiqué dans la plupart des cas En effet, des pressions de maintien, plus élevées que la pression de remplissage, créent des tensions internes, néfastes pour les pièces, mais parfois indispensables pour maîtriser le phénomène des "bulles de retrait". Il faut noter que dans les anciennes machines portant un circuit hydraulique avec un deuxième distributeur 41 et des vannes de pression manuelles 17-18, on pourra réguler la pression 1 avec bloquage de la vanne 17 au maxi et appel de 22 jusqu'à coupure à l'arrivée à la pression affichée en numérique au calculateur, par contre, la deuxième pression dans ce cas se fera par la méthode classique sur l'armoire machine ellemême, avec régulation de pression par réglage de 18 et appel de 21. Il n'y aura pas dans ce cas de modulation en maintien de pression, comme il n'y aura pas de maintien de pression en gradins. Ce procédé de modulation des pressions d'injections s'applique à la première pression d'injection dans tous les cas de schémas hydrauliques, ce qui est le plus important pour le poids régulier des pièces et pour éviter les tensions internes. Par contre, dans le cas de vanne-proportionnelle pouvant facile- ment s'adapter à un circuit hydraulique, on obtient en plus une qualité parfaite en géométrie et en caractéristiques mécaniques. Ce procédé peut donc s'appliquer sur chaque ensemble "machine et armoire". Ces procédés de modulation peuvent être reliés à une unité fixe de contrôle visuel, avec un sélecteur pour contrôler chaque unité de modulation, ou à une unité centrale d'enregistre- ment par traçage. 11638 Une autre unité visuelle (oscilloscope) (fig 2) peut se brancher sur chaque appareil de modulation, à volonté, au moment du réglage d'un outillage. Dans le premier cas d'enregistrement par traçage, on pourra constater les modifications des courbes à chaque injection et envisager, après démontage du moule, des améliorations dans les systèmes de refroidissement de leur régulation. Le procédé de l'invention peut s'adapter aux machines à injecter existantes et à leurs armoires de commande Il pourra être réalisé de façon différente en fonction du schéma hydraulique existant sur la machine. Le procédé s'applique également aux machines neuves, soit par raccordement sur l'armoire de commande de la machine, soit par incorporation directe dans ladite armoire. REVEND ICAT IONS 1 Procédé de modulation de la pression d'injectio W en fin de remplissage d'un moule, par presse à injecter les matières plastiques, comprenant une vis, mue en rotation pour la plastification de la matière à injecter et d'injection de cette matière par déplacement axial de la vis, sous l'action d'un vérin hydraulique, alimenté en fluide par une vanne de distribution et régulé en vitesse par un régulateur de vitesse. avec un capteur de pression amplifié et converti, un affichage par roues codeuses et numérique de la pression de référence, mémorisée par la mémoire 52 au passage en automatique suivant une valeur affi- chée correspondant a l'obtention d'une pièce cor- recte en géométrie en aspect et en poids, cette valeur étant recherchée en fonction de la tepéra- ture matière et de la vitesse d'injection, adé- quates, caractérise en ce qu'on utilise un moyen qui prend en compte à chaque cycle automatique, un delta P d'erreur, cor- respondant à la différence de viscosité ma- tière, à une position déterminée, juste avant la fin de course d'injection, par un capteur de position ou autres moyens Cette pré-pres- sion ayant été prise en mémoire à chaque cycle de règlage et cette mémoire 48 étant verrouil- lée au passage en automatique. Cette valeur mémorisée de pré-pression sera comparée par le comparateur 50 à chaque cycle automatique en fonction d'une différence éventuelle de viscosité matière a une nouvelle valeur mémorisée dans la mémoire 49 A*-I pour ressortir en comptage ou décomptage une valeur d'errei (delta P). applique cette valeur d'erreur (delta P) à la mémoire 52 à chaque cycle pour modifier la valeur de référence de pression de fin de remplissage du moule. met en comparaison par le comparateur 44 cette nouvelle valeur de la mémoire 52 à chaque cycle avec la valeur de pression du capteur de pression 14 amplifiée et convert jusqu'à coïncidence des deux valeurs. donne un ordre à cette comparaison qui sera amplifié par l'amplificateur 45 pour actionner, soit un relai 46 de commande de coupure en 22 de la vanne de distribution, dc de la pression, soit un autre moyen de remise à zéro par R.A Z de la pression de remplissage du moule sur la bobi 19. 2 Revendication, en relation avec la revendication 1, carac. térisée en ce que le procédé produisant un (delta P) d'eri s'applique à des pressions multiples agissant sur une bob: électrique unique, d'une vanne de pression à action pro- portionnelle, soit à: la pression de fin de remplissage du moule. la montée en pression dans le vérin 10 agira sur le captet 14 amplifié par l'amplificateur 42 et converti par le conv tisseur 43 jusqu'à coïncidence avec la valeur corrigée aff chée en 29 et transmise au convertisseur 53, par comparais avec le comparateur 44, l'ordre sera alors donné au conve tisseur 53 par R A Z pour remise à une valeur zéro de la pression la pression de fin de remplissage pourra alors être suivie d'une ou de plusieurs pressions dites de "maintien", pour cela on coupera R A Z sur le convertisseur 53 et on a. utilisera autant d'ensemble de roues codeuses et de mémoires, corrigées par le (delta P) quel'on désirera de pressions maintenues. Chacun de ces ensembles sera mis en correspondance avec le convertisseur 53 successivement et pendant un temps déterminé. dans les deux cas présentés le convertisseur 53 sera amplifié par l'amplificateur 54 et agira en valeur électrique sur la bobine 19 de la vanne à action proportionnelle. 3 Installation pour la mise en oeuvre du procédé, selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend un capteur de position 13 ou autres moyens un calculateur déclenché par le dit capteur de position, relié au capteur de pression et comprenant I un circuit de mémorisation de la pré-pression 48 à la mise en automatique. un circuit de mémorisation 49 de la pré-pression à chaque cycle. un circuit par comparateur 50 de comparaison entre mémoire 48 et mémoire 49. un circuit de comptage-décomptage 51 et 55 ressortant le (dèlta P). un circuit d'affichage 30 mémorisé en mémoire 52 et corrigé par le delta P d'erreur, comparé par le comparateur 44 à la montée en pression de fin de remplissage. un circuit d'ordre de coupure reçu par le comparateur 44 et amplifié par l'amplificateur 45 sur un relai 46. un-ou plusieurs circuits pour afficher, mémoriser, corriger du delta P, une ou plusieurs pressions de maintien. 1 tb __ 2511638 circuit convertisseur 53 avec amplificateur 54 sur la bobine 19 de la vanne proportionnelle. 4 installation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coupure de pression de fin de remplis- sage peut être suivie d'une pression de maintien, non corrigée, par l'appel de 21 pour une commande d pression de maintien règlée par 18.