Brevet FR2513563A1 — publié le 19830401

Procédé pour fabriquer à la presse des pièces moulées à partir d'une feuille de matière composite. La présente invention concerne un procédé pour fabriquer à la presse des pièces moulées, no- tamment pour automobiles, à partir d'une feuille de matière composite. On a récemment introduit en construction au- tomobile, pour remplacer des pièces en tôle métalli- que, des pièces moulées à partir d'une feuille de ma- tière composite, constituée par exemple de matières plastiques thermodurcissables, telles que des rési- nes synthétiques à base de polyesters non saturés, associées à une armature de fibres de verre Jus- qu'à présent, les pièces ainsi moulées à partir d'une feuille de matière composite ont été fabri- quées sur des presses classiques, dont le fonction- nement correspond au graphique schématique de la figure 1, quant à leur course (indiquée en ordon- née) en fonction du temps (indiqué en abscisse). Le processus de fabrication couramment ap- par exemple pliqué sur une presse de ce genre consiste/à mettre en place dans le moule une feuille de matière compo- site (phase A); à fermer le moule (phase B); à provoquer une fusion gélatineuse de la feuille de matière à mouler, afin de faire fluer la matière pour remplir la cavité de moulage (phase C); à sou- mettre la feuille à un traitement de compression et de durcissement (phase D); à ouvrir le moule (phase E); et enfin à extraire la pièce moulée ainsi obte- nue (phase F) L'utilisation de telles pièces moulées, notamment en construction automobile, permet d'obte- nir certains avantages, notamment en simplifiant les processus d'assemblage et en assurant une réduction de poids, avec cependantl'inconvénient d'augmenter la durée du cycle de fabrication des pièces concer- nées. On a cherché de diverses manières à réduire la durée du cycle de fabrication de ces pièces mou- lées, en vue d'aboutir à une cadence de fabrication élevée; mais les propriétés particulières des ma- tières composites constituant ces pièces n'ont pas permis cette réduction, car il fallait notamment assurer les réactions chimiques nécessaires pour leur durcissement. Les auteurs de la présente invention, en étudiant le diagramme du cycle de fabrication men- tionné plus haut, ont constaté que les phases correspondant au traitement de compression et de durcissement des pièces moulées représentent plus de la moitié de la durée totale du cycle de fabrica tion considéré, le reste étant consacré à des opéra- tions annexes effectuées sans compression notable, notamment pour mettre en place la feuille de matière composite dans son moule, et pour mettre le moule en position de fermeture, puis d'ouverture On voit que ces opérations annexes n'ont pas la même importance que l'opération de moulage sous pression proprement dite En outre, on peut observer que pour le traite- ment de compression et de durcissement de la feuille de matière composite à mouler, il faut obligatoire- ment une presse ayant une puissance importante et prédéterminée, alors que les opérations annexes à effectuer sans effort notable peuvent s'effectuer avec des machines de puissance bien plus faible. D'autre part, comme le montre le graphique schémati- que de la figure 1, le traitement de compression et de durcissement peut s'effectuer avec une presse ayant une course très faible, alors que les opéra- tions annexes demandent une course importante On peut donc conclure que les systèmes connus servant à fabriquer à la presse des pièces moulées en matiè- re composite ont été conçus d'une manière peu écono- mique, ne permettant qu'une cadence de production relativement faible. Le processus de fabrication à réaliser con- siste à chauffer une première fois la matière compo- site, pour la faire fondre à l'état gélatineux, en la comprimant pour la faire fluer afin de remplir la cavité de moulage; puis à la soumettre à un nouveau traitement de compression à chaud, pour la durcir en la mettant exactement en forme dans la cavité de moulage Dans ce processus de moulage, la durée du traitement de durcissement est beaucoup plus longue que la durée des autres opérations C'est là le prin- cipal inconvénient, auquel est due la durée relative- ment longue du procédé classique de fabrication des pièces en matière composite moulées à la presse. Le but de l'invention est de proposer un nouveau procédé économique pour fabriquer à la pres- se des pièces moulées en matière composite L'inven- tion a également pour but un procédé de fabrication à la presse de pièces moulées en matière composite, avec une productivité sensiblement doublée par rap- port aux procédés connus, sans augmenter dans une pro- portion du même ordre les frais d'investissement à prévoir pour l'équipement de fabrication correspon- dant. Selon l'invention, le procédé pour fabriquer à la presse des pièces en matière composite moulée est caractérisé en ce qu'il comporte les particulari- tés et les phases opératoires suivantes: on réalise séparément l'opération principa- le, consistant à soumettre la feuille de matière com- posite à un traitement de compression et de durcisse- ment dans un moule, pour obtenir une pièce de forme voulue, et les opérations annexes, effectuées sans compression, notamment pour mettre en place dans le moule la feuille de matière composite, et pour fer- mer puis ouvrir le moule; on réalise le traitement de compression et de durcissement dans une presse principale à grande puissance de valeur prédéterminée, de construction compacte, et de faible course utile; on réalise les opérations annexes, effec- tuées sans compression, dans au moins une presse au- xiliaire de construction simple, de faible puissance, ayant une longue course utile; on conjugue ces diverses opérations, en faisant circuler les moules dans les deux sens entre la presse principale et chacune des presses auxiliai- res, suivant les gammes de fabrication à réaliser. On sépare donc l'opération principale de com- pression à chaud, pour durcir la pièce moulée afin de la mettre exactement en forme, et les opérations annexes peuvent s'effectuer sans compression, notam- ment pour ouvrir le moule, pour y introduire la feuille de matière composite à traiter, pour fermer le moule et y faire fondre la feuille de matière com- posite en la faisant fluer pour remplir la cavité de moulage On effectue l'opération principale dans une presse de grande puissance, et on effectue en même temps les opérations annexes dans au moins une presse auxiliaire de faible puissance, ce qui per- met de doubler la cadence de production. On voit ainsi que le procédé de fabrication conforme à l'invention permet de fabriquer à la presse des pièces moulées en matière composite, de manière économique et avec une grande productivité, grâce à la séparation des opérations effectuées sur des presses judicieusement adaptées, d'une part au traitement principal de compression à chaud, et d'autre part aux opérations annexes effectuées sans compression. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description d'un mode de réalisation préféré, présenté ci-après à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un graphique qui représente en fonction du temps le cycle d'exécution d'un pro- cessus habituel de moulage à la presse de pièces en feuilles de matières composites; la figure 2 est une vue latérale schématique d'un mode de réalisation d'un système de fabrica- tion prévu pour l'application du procédé conforme à l'invention; les figures 3 à 5, analogues à la figure 2, représentent schématiquement chacune des phases de fabrication d'une pièce moulée à partir d'une feuil- le de matière composite au moyen du système de fabri- cation de la figure 2. La figure 2 représente à titre d'exemple un mode de réalisation préféré d'un système conforme à l'invention, qui comporte une presse principale 10, et deux presses auxiliaires 12, 14, ainsi que deux dispositifs de transfert (non représentés) La pres- se principale 10 est une machine de construction compacte, de grande puissance prédéterminée et de faible course, qui est prévue pour mettre en forme et durcir à chaud une feuille de matière composite 16, dans un moule en deux parties 18 La partie supé- rieure 22 du bâti de la presse porte un vérin hydrau- lique 20 de forte puissance prédéterminée et de fai- ble course, qui commande un plateau mobile 24 monté à coulisse entre des colonnes 26 Le plateau coulis- sant 24 peut ainsi se déplacer verticalement par rap- port à la partie inférieure 28 du bâti de la presse, sous l'action du vérin 20 actionné par un système de servo-commande ou analogue (non représenté) En- tre le plateau 24 et la partie inférieure 28 du bâti est disposé le moule 18, qui a été fermé au préalable dans l'une des presses auxiliaires 12 ou 14, afin d'avoir une hauteur réduite à une valeur prédéterminée Dans le moule 18, la feuille de ma- tière composite 16 se trouve mise en forme au profil voulu dans la cavité de moulage 30. Les presses auxiliaires 12, 14, disposées symétriquement de part et d'autre de la presse prin- cipale 10, sont des machines de construction simple, de faible puissance et de longue course, qui servent pour des opérations sans compression telles que la mise en place de la feuille de matière composite 16 dans le moule 18, la fermeture et l'ouverture du moule 18, le fluage de la feuille 16 pour bien rem- plir la cavité de moulage 30, et l'enlèvement de la pièce moulée 32 La partie inférieure 40 de chaque presse auxiliaire comporte un certain nombre de vé- rins de soulèvement à longue course 34, 36, de fai- ble puissance, pour commander une partie supérieure mobile 38 du bâti La moitié supérieure 42 du moule est fixée de manière amovible à cette partie supé- rieure 38, constituant une poutre du bâti, au moyen de dispositifs de serrage 44, 46, pour permettre les mouvements verticaux appropriés de la partie 38, sous l'action des vérins de soulèvement 34, 36. La moitié inférieure 38 du moule est fixée solidement sur un socle 50, de manière à se trouver à une hauteur prédéterminée par rapport à la partie inférieure 40 de chaque presse auxiliaire et par rap- port à la partie inférieure 28 de la presse princi- pale Le socle 50 est lui-même monté à coulisse, pour pouvoir circuler dans les deux sens entre la presse principale 10 et les deux presses auxiliaires 12, 14, sous l'action de dispositifs de transfert, tels que des vérins hydrauliq ues Et le moule 18, constitué en amenant la partie supérieure 42 du moule en posi- tion de fermeture sur la partie inférieure 48, peut ainsi être véhiculé à la demande dans les deux sens entre les trois presses, suivant le processus de fabrication prévu Le moule 18 comporte des moyens appropriés (non représentés) pour maintenir une cer- taine température, qui dépend des caractéristiques de la feuille de matière composite 16, grâce à une circulation d'un fluide de chauffage, tel que de la vapeur ou de l'huile Des rails transversaux 52 sont prévus pour le passage des dispositifs de trans- fert On ne décrit pas en détail divers moyens an- nexes pouvant être réalisés d'une manière connue, notamment pour le réglage de la température, pour le guidage du plateau mobile de la presse, et pour le renfort de ce plateau vis-à-vis des efforts excentrés. On va maintenant exposer l'opération de for- mage, en référence aux figures 3 à 5. D'abord (figure 3), on met en place une feuille 16 de dimensions appropriées de matière com- posite à mouler, sur le moule inférieur 48 de la presse auxiliaire 12, dont le moule supérieur 42 se trouve en position relevée, à une hauteur prédéter- minée, o il a été amené par les vérins de soulève- ment 34, 36 On abaisse ensuite rapidement le moule supérieur 42 pour l'amener contre le moule inférieur 48, en actionnant simultanément les vérins de sou- lèvement 34, 36 Dans ce mouvement de descente, le moule supérieur 42 se trouve doucement appliqué sur la feuille de matière composite à mouler 16 (figure 4) de manière à soumettre la feuille 16 à un léger effet de compression, pour provoquer le fluage de la feuille 16 qui remplit la cavité de moulage 30. Au besoin, on utilise à cet effet des dispositifs de réglage de niveau (non représentés) Le chauffage du moule supérieur 42 et du moule inférieur 48, déjà indiqué, assure le ramollis- sement de la feuille à mouler 16, dont la matière composite devient fluide et peut ainsi fluer et rem- plir la cavité de moulage 30 sous un faible effort, qui résulte simplement du poids du moule supérieur 42 et de la partie supérieure 38 de la structure de la presse auxiliaire 12 Il suffit donc pour les presses auxiliaires 12, 14, de prévoir des machines de faible puissance et de construction simple Le fluage de la-feuille 16 de matière composite à mouler s'effectue dans des conditions strictes, mais dure peu de temps Cependant, le fonctionnement simultané de la presse principale 10, om se trouve une autre feuille 16 de matière composite à traiter, contenue dans un autre moule B 1 déjà fermé au moyen de l'au- tre presse auxiliaire 14, permet de traiter par com- pression cette autre feuille 16, au moyen du vérin à grande puissance 20, pour durcir la matière à mou- ler, après sa mise en forme exacte, comme on l'a schématisé sur la figure 3 La presse principale 10 ne sert ainsi que pour assurer le traitement de com- pression et de durcissement de la feuille 16 de ma- tière composite à mouler dans le moule 18 déjà fermé. Et la presse principale 10 peut ainsi fonctionner correctement avec le vérin hydraulique de grande puissance 20, à faible course, sans avoir besoin d'un vérin de grande puissance à longue course comme habituellement En conséquence, la presse principa- le 10 peut comporter une structure compacte et écono- mique, au lieu de la structure rigide de grandes dimensions nécessaire pour les presses connues ac- tuellement utilisées. Lorsque le traitement de compression et de durcissement de la feuille de matière composite 16 est entièrement terminé, on relève le plateau 24 (figure 4), pour renvoyer le moule 18 dans la pres- se auxiliaire 14, cependant que l'autre moule 18, qui vient d'être mis en position de fermeture comme exposé plus haut, passe dans la presse principale , sous l'action du dispositif de transfert corres- pondant Cette seconde feuille de matière composite 16 subit alors le traitement de compression et de durcissement dans la presse principale 10, comme déjà exposé, cependant que les vérins de soulèvement 34, 36, de la presse auxiliaire 14 sont amenés en position basse, pour engager les dispositifs de ser- rage 44, 46, dans les parties correspondantes du moule supérieur 42, afin de fixer celui-ci sous la traverse supérieure 38 de la presse auxiliaire Ceci permet de soulever le moule supérieur 42, pour l'ame- ner à la hauteur prédéterminée permettant le démoula- ge La pièce moulée 32 en matière composite est alors extraite du moule par un dispositif d'éjection (non représenté), et enlevée pour permettre la mise en place de la feuille suivante dans le moule ouvert 18. Ainsi, les feuilles de matière composite à mouler se trouvent transférées à tour de rôle entre la presse principale 10 et les presses auxiliaires 12, 14, pour être mises en forme au profil et aux dimensions voulues. Comme on effectue ainsi en même temps le traitement de compression et de durcissement dans la presse principale, et les opérations sans compres- sion dans les presses auxiliaires, on peut réduire sensiblement la durée du cycle de formage de la feuille de matière composite à mouler, sensiblement jusqu'à la moitié de la durée du cycle de traitement admis jusqu'à présent, suivant notamment les caracté- ristiques de la matière à mouler et les dimensions de la pièce à réaliser Le fluage de la matière à mouler, en vue de remplir la cavité de moulage, peut s'effectuer pendant la durée du traitement dans la presse principale; et on peut utiliser des matières de faible viscosité pour obtenir l'écoulement voulu afin de remplir toutes les anfractuosités de la cavité de moulage En outre, en réduisant d'environ % la durée du cycle de traitement, on double la productivité, sans que pour autant les frais d'inves- tissement augmentent dans une proportion comparable, grâce à la simplification apportée à la presse prin- cipale, ainsi qu'on l'a exposé. Par ailleurs, cette simplification de la presse principale, dont on peut réduire fortement la course utile grâce à l'invention, permet de réduire dans une large mesure le volume de fluide hydrauli- que sous pression, et l'effet de compressibilité correspondant, au profit d'une meilleure souplesse de réponse du système, d'une meilleure précision de positionnement et de réglage de pression, et d'une meilleure qualité des pièces ainsi fabriquées Tous ces avantages sont sensibles par rapport aux systèmes de fabrication connus, utilisant une presse de gran- de puissance à longue course. Dans le mode de réalisation de l'invention que l'on a décrit et représenté à titre d'exemple, il est possible de prévoir des moules permettant de traiter la feuille de matière composite à mouler en vue d'obtenir des formes différentes, ce qui est particulièrement commode dans le cas de la construc- tion automobile o existent beaucoup de pièces symé- triques. Dans le mode de réalisation que l'on a décrit à titre d'exemple, les moules subissent un mouvement de transfert simultané entre la presse principale et les presses auxiliaires Mais il est évident que les mouvements des moules peuvent s'effectuer séparément, suivant les gammes de fabrication à réaliser Les moules peuvent être prévus pour être déplacés au moyen de dispositifs de transfert connus, notamment du genre dit "pour changement rapide d'outillage". En outre, dans un atelier comportant plusieurs pres- ses principales, associées chacune à des presses auxiliaires, on peut prévoir un système de manuten- tion et de transfert des moules commandé par un or- dinateur, pour desservir les presses Par ailleurs, un tel atelier peut facilement être prévu pour pro- duire en même temps un certain nombre de pièces dif- férentes à partir de feuilles de matière composite moulées. On a décrit un système de fabrication com- portant des presses hydrauliques, mais il est évi- dent que le système conforme à l'invention peut aussi bien comporter des presses d'un autre genre, notamment des presses mécaniques. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation que l'on vient d'indiquer à titre d'exemples, et on peut y apporter diverses variantes sans sortir du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé pour fabriquer à la presse des pièces moulées à partir d'une matière composite en feuille, caractérisé en ce qu'il comporte les parti- cularités et les phases opératoires suivantes on réalise séparément l'opération principale consistant à soumettre la feuille de ma- tière composite à un traitement de compression et dé durcissement dans un moule ( 18) pour obtenir une pièce de forme voulue ( 32), et les opérations an- nexes, effectuées sans compression, notamment pour mettre en place dans le moule la feuille ( 16) de matière composite, et pour fermer et ouvrir le moule; on réalise le traitement de compression et de durcissement dans une presse principale ( 10) à grande puissance de valeur prédéterminée, de cons- truction compacte, et de faible course utile; on réalise les opérations annexes, ef- fectuées sans compression, dans au moins une presse auxiliaire ( 12, 14) de construction simple, de faible puissance, ayant une longue course utile; on conjugue ces diverses opérations en faisant passer les moules dans les deux sens entre la presse principale ( 10) et chacune des presses auxiliaires ( 12, 14), suivant les programmes de fabrication à réaliser. 2 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on effectue d'abord dans une presse auxiliaire ( 12) la mise en place de la feuille ( 16) de matière composite dans le moule ( 18) , et la ferme- ture du moule; en ce qu'on fait passer dans la pres- se principale ( 10) le moule préalablement garni et fermé, pour obtenir la pièce moulée de forme voulue à partir de la feuille de matière composite; et en ce qu'on fait à nouveau passer le moule dans une presse auxiliaire ( 14) pour ouvrir le moule, et en extraire la pièce moulée ( 32). 3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la presse principale est associée à plusieurs presses auxiliaires dispo- sées de part et d'autre de la presse principale, et reliées à celle-ci par des dispositifs de transfert le moule qui contient une pièce obtenue par compres- sion et durcissement dans la presse principale se trouvant transféré dans une presse auxiliaire, cepen- dant que, simultanément, un autre dispositif de transfert introduit dans la presse principale un au- tre moule, garni d'une feuille de matière composite à mouler, et mis en position de fermeture dans une autre presse auxiliaire.