Brevet FR2515097A1 — publié le 19830429

1. La présente invention concerne un moyen peu co- teux pour reproduire des formes et des finis compliqués et, plus particulièrement, des moyens concernant l'art de l'en- roulement des filaments et le moulage des matériaux plasti- ques en général. L'enroulement des filaments de formes compliquées est effectué par dép 6 t d'un brin sous tension dans les ca- vités d'un moule conçu pour maintenir le fil déposé dans la forme désirée Le brin est entouré plusieurs fois autour des mêmes cavités du moule jusqu'à obtention de l'épaisseur désirée du brin En général, le brin est totalement inbibé d'un liant avant d'être enroulé dans les cavités du moule, mais la présente invention n'est pas limitée à cet égard. Pendant que le brin inbibé de liant est soumis à une trac- tion dans le moule, le liant en excès s'écoule dans les espaces séparant les enroulements du brin et vient aussi en contact avec les surfaces du moule Le liant est alors ame- né à se durcir dans le moule, lie les fibres ensemble et les maintient dans la forme désirée Les liants se colle- ront généralement contre la surface du moule, et l'homme de l'art a pendant longtemps atténué le problème du collage contre le moule en incorporant au liant des agents de dé- moulage Il semble que les agents de démoulage agissent en 2. s'élevant jusqu'aux surfaces externes du liant pendant qu'il s'agglomère, de façon à revêtir ensuite la surface du mou- le. Un autre problème soulevé dans l'art de l'en- roulement des filaments est qu'il est impraticable, dans sa majeure partie, lorsqu'on veut incorporer des fibres en travers des enroulements dans le but de lier ensemble ces enroulements Par conséquent, la séparation des enroule- ments est empêchée presque entièrement par le liant, et son attachement aux filaments du brin C'est pour cette raison que la résistance mécanique du liant peut être davantage critique dans les pièces à filaments enroulés que dans d'au- tres types de pièces armées par des fibres. Un autre problème existe dans le processus d'en- roulement des filaments, en ce sens que les moules sont gé- néralement mis en rotation, alors qu'un "doigt" positionne le brin dans l'emplacement approprié par rapport aux cavi- tés du moule La tension exercée sur le brin imbibé de liant, en conjonction avec la rotation du moule, provoque la sortie du liant en excès hors des cavités du moule et son écoulement sur les autres surfaces du moule, y compris les surfaces de séparation et de fixation Il s'est avéré coûteux d'enlever cet excès de résine. De plus, dans la fabrication industrielle des pièces obtenues par enroulement de filaments, un temps considérable est consacré à l'enroulement du brin dans les cavités du moule Par conséquent, pour augmenter le volume de production, il est nécessaire de disposer d'un grand nombre de moules non seulement pour l'opération d'enroule- ment, mais également pour supporter la pièce enroulée pen- dant le durcissement du liant Dans le cas o le liant est une résine thermodurcissable, le moule comportant une piè- ce enroulée est acheminé dans un four et chauffé à une température d'environ 1750 C pour permettre le durcissement du liant Pendant cette période, un autre moule aura été placé dans la machine d'enroulement et une autre pièce for- mée Les moules sont généralement en aluminium coulé, ou 3 2515097 en autre métal, de façon à supporter la température et les manutentions, et le coût de la fabrication et de l'usinage des formes compliquées du moule sont appréciables. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est un schéma sous forme de blocs représentant les diverses étapes impliquées dans un mode recommandé de réalisation de la présente invention pour la fabrication et l'utilisation de moules d'enroulement de filaments; La figure 2 est une vue éclatée d'une feuille de démoulage de la présente invention, telle qu'elle est pla- cée de façon à se monter dans un moule construit selon d'autres aspects de la présente invention; La figure 3 est une vue éclatée oblique de l'en- semble réalisé de la manière indiquée en figure 2, avec certains segments de maintien dans la position permettant de compléter le moule d'enroulement de filaments; La figure 4 est une vue partielle en coupe prise approximativement le long de la ligne 4-4 de la figure 3; et La figure 5 est une vue partielle en coupe prise approximativement le long de la ligne 5-5 de la figure 3. Selon certains aspects de la présente invention, l'agent de démoulage incorporé au liant peut ûtre réduit ou éliminé en plaçant une feuille d'agent de démoulage sur les surfaces du moule Cette feuille peut être formée in si- tu, mais cela demande un certain temps, et elle a de préfé- rence une épaisseur suffisante pour être formée au cours d'une opération séparée et être placée dans le moule On a trouvé que non seulement cela est pratique, mais qu'on peut obtenir un fini pour les pièces ainsi fabriquées plus lis- se que dans le cas o les pièces sont fabriquées directe- ment sur les surfaces du moule Cela permet à son tour de réaliser certaines économies dans la fabrication des mou- les, pourvu que des mesures soient prises pour corriger 4 2515097 les variations de dimensions se produisant pendant le pro- cessus de fabrication de la feuille d'agent de démoulage. Certains aspects généraux du processus de la présente in- vention sont décrits schématiquement en figure 1, et cer- taines de ses étapes représentées avec davantage de dé- tail dans les figures 2 à 5 dans le cas de l'enroulement des filaments d'un volant pour véhicule automobile. Dans le mode de réalisation de la présente in- vention décrit en figure 1, on utilise du polypropylène comme feuille de séparation démoulage, et de l'aluminium coulé pour les moules de production Des feuilles de poly- propylène après avoir été extraites du moule de formation sous vide se rétrécissent de 0,05 mm par 25 mm L'aluminium fondu, pendant son refroidissement à partir de la tempéra- ture de coulage à l'état fondu, se rétrécit d'environ 3,2 mm par 30 cm La valeur précise du rétrécissement de l'alu- minium coulé peut être maîtrisée dans une certaine mesure par l'alliage particulier utilisé, la température de cou- lage etc La feuille de polypropylène qui doit être utili- sée a une épaisseur de 0,06 mm, et on a déterminé qu'elle s'étirait jusqu'à une épaisseur de 0,38 mm pendant la for- mation sous -vide Compte tenu de ce qui précède, un moule de modèle initial 10 est réalisé en bois ou autre matériau facilement mis en forme, avec ses cavités d'enroulement de filament plus larges de 0,75 mm et plus profondes de 0,38 mm que la pièce désirée Les dimensions hors-tout des ca- vités d'enroulementce filaments sont de 6,4 mm par 30 cm plus larges que la pièce de fabrication souhaitée, étant donné que le polypropylène se rétrécit, ou peut être ame- né à se rétrécir de cette valeur. Le moule de formation sous vide 12 peut être réa- lisé de différentes façons Dans le processus représenté schématiquement en figure 1, un moule au sable précis 14 est constitué du modèle initial 10 Des tubes sous vide sont placés dans la cavité du moule au sable, et la cavi- té est rempli d'un matériau plastique, chargé de poudre métallique, qui a un très petit rétrécissement pendant sa 2515097 solidification Le moule de formation sous vide 12 sera seulement très légèrement plus petit que le modèle 10 Des trous sont percés à partir des surfaces appropriées du ma- tériau plastique jusqu'aux tubes sous vide, et on donne-aux surfaces un poli élevé. Le modèle initial 10 sert également à la fabri- cation des moules de production Dans le processus, repré- senté schématiquement, un moule au sable précis 16 est d'abord construit et de l'aluminium à l'état fondu y est coulé de façon à obtenir un modèle en aluminium coulé 18. Après refroidissement, le modèle 18 se sera rétréci d'en- viron la moitié de la valeur permettant de tenir compte du rétrécissement du polypropylène On procède au contrôle de la surface et des dimensions du modèle 18 Si elles sont acceptables, un moule précis au sable 20 est fabri- qué à partir du modèle, et de l'aluminium coulé y est ver- sé cette fois dans des conditions destinées à obtenir un rétrécissement donnant un moule sur lequel se montera la feuille de séparation de formation sous vide Pour toute production à grande échelle des pièces à filaments enrou- lés, un grand nombre des moules de production 22 sont né- cessaires; l'objectif est qu'un grand nombre de moules au sable 20 soient d'abord réalisés à partir du modèle en métal coulé 18, et que les moules de production 22 soient obtenus à partir de ce dernier. Un avantage du procédé de moulage de la présen- te invention est que les feuilles de séparation 24 permet- tront le maintien du haut degré de fini du moule de for- mation sous vide 12 Les moules métalliques de production 22, lorsqu'ils sont enlevés des moules au sable 20, com- porteront des irrégularités de surface dues aux cavités entre grains de sable On a trouvé que dans l'enroulement des filaments les feuilles de séparation 24 ne sont pas amenées à s'introduire dans ces irrégularités de surface et que par conséquent aucune opération coûteuse d'usinage ou de polissage n'a besoin d'être exécutée sur les moules de production 22. 6 2515097 Les pièces à filaments enroulés sont fabriquées en plaçant une feuille de séparation 24 formée sous vide sur un moule de production 22 comme indiqué en 26 et en installant les plaques de maintien de filament sur le bord supérieur des cavités de maintien des filaments du moule. Un brin humidifié avec un prépolymère de polyester cataly- sé, ou autre prépolymère approprié, est placé par un doigt situé à l'opposé des cavités de maintien de filament du moule; et soit le moule est mis en rotation de façon à ap- pliquer le brin dans la cavité, soit le doigt est déplacé pour mettre le brin dans la cavité Cette opération est in- diquée en 28 et expliquée en détail dans les brevets de l'art antérieur de sorte qu'il est inutile de la développer ici davantage, sauf lorsqu'un tel procédé est utilisé en même temps que la feuille de démoulage 24 de la présente in- vention Le moule comportant les enroulements de filament est placé dans un four à une température d'environ 1750 C de façon à durcir le liant comme indiqué en 30; ensuite, le moule est ouvert pour dégager la pièce fabriquée, comme in- diqué en 32. En liaison avec les figures 2 à 5, on a représen- té une feuille de démoulage et des parties de moule appa- riées pour la fabrication d'un volant en filaments enroulés de véhicule automobile La figure 2 représente un moule d'enroulement de filaments 22 comportant une rainure annulai- re 34 de formation de pourtour, s'ouvrant vers l'extérieur de sa périphérie Quatre paires de guides verticaux 36, 38, et 42 s'étendent généralement radialement à partir d'un plateau 44 de support de moyeu jusqu'à la rainure 34 pour constituer des canaux respectifs permettant la construc- tion des bras de support du pourtour du volant Six boulons 46 sont verticalement en saillie sur la base du moule juste radialement vers l'intérieur de la rainure 34, afin de re- tenir des plaques en forme de segments 48, 50, 52 et 54 qui fournissent la paroi supérieure de la rainure 34 Des bou- lons à oreilles 56 sont vissés sur les boulons 46 de façon à maintenir en place les plaques 48 à 54 Cependant, avant 7. de mettre les plaques en place, une feuille de démoulage 24 en polypropylène formée sous vide est placée sur les bou- lons 46 et mise en correspondance avec les surfaces du mou- le 22 En liaison avec les vues en coupe 4 et 5, on verra que la feuille de démoulage 24 est maintenue par les plaques 48 à 54, et qu'elle est étroitement appliquée aux surfaces du moule 22 On verra également que la feuille de démoula- ge 24 comporte une gorge périphérique 34 de maintien de résine destinée à recueillir toute résine en excès pouvant provenir de la rainure pendant la rotation du moule 22. Une gorge de maintien de résine 58 est réalisée pendant la formation sous vide dans une partie appropriée du moule de formation sous vide 12 qui a été ajoutée à la forme de base produite par le moule au sable 14 à partir duquel le moule de formation sous vide a été obtenu Un es- pace périphérique 60 existe entre la surface du moule 22 et les plaques de couverture 48 à 54 de façon à recevoir un brin de verre imprégné de résine provenant d'un doigt (non représenté), qui est placé à l'extérieur de la gorge 58 pendant la rotation du moule 22 La rotation du moule 22 s'arrête aux moments appropriés, le doigt étant en regard de la gorge entre une paire de guides verticaux 36-42,à la suite de quoi le doigt se déplace vers l'intérieur entre les guides dans la direction du centre Lorsque le centre est atteint, le moule 22 tourne de nouveau de façon à en- rouler le brin autour d'un moyeu (non représenté), puis le doigt se déplace radialement vers l'extérieur entre une au- tre paire de guides verticaux Ce fonctionnement se pour- suit jusqu'à ce que la cavité 34 de formation de pourtour et les cavités de formation de bras entre les plaques ver- ticales de guidage, représentées dans les vues en coupe 4 et 5 soient remplies de brins Le moule avec les filaments enroulés, saturés de résine, est alors placé dans un four à une température d'environ 1750 C pour y être maintenu pen- dant 20 minutes de façon à durcir le liant dans l'armature 32 du volant Le moule chaud est ouvert, et la feuille de démoulage avec l'armature 32 est extraite des surfaces du 8 2515097 moule chaud 22, et laissée se refroidir. Alors que la figure 1 décrit une suite recomman- dée d'étapes de fabrication des feuilles de démoulage pour moules de production, d'autres suites peuvent être emplo- yées Dans le cas o le rétrécissement des feuilles de dé- moulage est le double de celui des moules de fabrication pendant leur refroidissement, il est possible de construi- re un moule de formation sous vide totalement indépendant, plus grand que le modèle initial à partir duquel ont été construits les moules de production Dans le cas de feuil- les de démoulage en polypropylène, on pourrait fabriquer un moule de formation sous vide plus grand de 6,4 mm par cm que la pièce de production désirée, alors que le mo- dèle pour les moules de production n'a que 3,2 mm de plus par 30 cm que la pièce à fabriquer Cependant, au lieu d'aménager chaque moule indépendamment des autres, un moule de production peut être découpé en un certain nombre de pièces, par exemple 16, qui sont alors disposées à une cer- taine distance les unes des autres, de façon à donner des dimensions horstout qui sont supérieures de 6,4 mm par cm au moule de production Les pièces peuvent être gou- jonnées ensemble avec un matériau plastique rempli de pou- dre métallique de façon à remplir les espaces, et les ca- vités de moule sont alors usinées aux dimensions correctes. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, le matériau constituant les feuilles sous vide est composé ou sélectionné de façon à avoir le même rétré- cissement que le matériau à partir duquel le moule de pro- duction est construit Dans ce cas, seul un modèle initial doit être fait, et les moules de production peuvent être réalisés à partir de moules au sable dont les cavités pro- viennent du modèle initial lui-même. -Alors que la présente invention a été décrite comme présentant des avantages particuliers dans la fabri- cation de moules pour l'enroulement de filaments,elle n'est pas limitée à cette seule fabrication et ne l'est pas non plus à l'utilisation d'une seule feuille de démoulage. 9 2515097 L'appréciation de certaines des valeurs de me- sures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'el- les proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifica- tions qui apparaîtront à l'homme de l'art. 10. REVENDICATIONS 1 Procédé peu coteux de reproduction de for- mes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivan- tes: la fabrication d'un modèle initial, la fabrication d'un moule au sable négatif du modèle initial, le coulage d'une réplique du modèle initial à partir du moule au sa- ble, la fabrication d'un modèle de formation sous vide, la fabrication d'une feuille de séparation formée sous vide sur le modèle de formation sous vide, la couverture des sur- faces de la réplique avec une feuille de séparation formée sous vide,le bourrage d'un mélange plastique contre la feuille de séparation formée sous vide dans le moule et le durcissement du mélange plastique. 2 Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le matériau plastique comporte un liant ther- modurcissable, et en ce qu'il est durci contre la feuille formée sous vide pendant la couverture des surfaces-de la réplique. 3 Procédé selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que le matériau plastique est une résine polyes- ter armée de fibres. 4 Procédé selon la revendication 2, caractéri- sé'en ce que les fibres d'armement comprennent de longs tronçons de fibres parallèles placées côte à côte. 5 Procédé selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que la feuille de séparation est amenée à avoir des surfaces plus lisses que la réplique sur laquelle elle est placée, et en ce rue le mélange plastique durci est amené à prendre sur la surface lisse de la feuille de sé- paration.