Brevet FR2527976A1 — publié le 19831209

Machine de moulage par inJection avec mesure de l'ouverture du moule L'invention concerne une machine de moulage par injection avec mesure de l'ouverture du moule. Une telle machine comporte - un moule constitué d'au moins deux coquilles, - un système de commande du moule pour fermer ce moule en accolant ces coquilles de manière à permettre un moulage, et pour ouvrir ce moule en séparant ces coquilles de manière à permettre un démoulage, - un fourreau allongé muni d'un orifice d'alimentation pour recevoir de la matière moulable pendant une phase "de dosage", et d'une sortie avant débouchant dans ce moule; - un élément d'injection mobile longitudinalement dans ce fourreau. - un vérin hydraulique pour pousser l'élément d'injection vers l'avant pendant une phase "d'injection" et injecter la matière moulable sous pression dans le moule, - un système de commande pour commander notamment ce système de commande de moule et ce vérin hydraulique au cours de cycles suecess fs ~e dosage, injection et démoulage. Lorsque le moule est rempli par la matière injectée sous pression, il apparat entre les bords des coquilles un écartement appelé par l'homme du métier "ouverture du moule". L'ouverture qui apparat en fin de remplissage du moule dépend de la force de fermeture appliquée au moule et de la pression appliquée à la matière moulée, qui peuvent provoquer un écartement et parfois une déformation élastique des coquilles. Lorsque l'ouverture est incontrôlée, son amplitude est aléatoire. Il s'ensuit, dans le cas de certaines machines connues, une dispersion des propriétés physiques des pièces produites (dispersion du poids, bavures, ligne de soudure, contraintes internes, variations de cotes, etc....). C'est pourquoi, dans le cas d'autres machines connues, on mesure cette ouverture par mesure d'un intervalle apparaissant entre deux points en regard d'une coquille fixe et d'une coquille mobile. L'amplitude de l'ouverture peut alors être contrôlée par la modulation de la pression de la matière injectée. On a obtenu ainsi une meilleure uniformité des pièces produites comme connu par exemple par le brevet US n0 2 1133 132 (Lester). Cette uniformité reste - cependant souvent insuffisante. Le présent inventeur a expliqué cette insuffisance d'uniformité par les phénomènes suivants Dans les dispositifs connus les éléments du système de mesure de l'ouverture ne sont pas fixés dans le joint des deux coquilles mais à une certaine distance de part et d'autre de celui-ci. Le résultat de la mesure dépend donc non seulement de la pression de matière et de la force de fermeture du moule, mais aussi de toute autre source de déformation mécanique ou thermique des coquilles. L'inventeur a trouvé que ces autres déformations provoquaient une importante erreur de mesure et que là était la cause de défauts constatés dans les pièces produites. Les variations des températures de divers éléments du moule peuvent notamment entraîner des erreurs de plusieurs dizaines de microns sur la mesure de l'ouverture.Or de telles variations thermiques sont pratiquement inévitables d'un cycle de fonctionnement au suivant. La présente invention a pour but améliorer encore la qualité des pièces produites par une machine de moulage par injection avec mesure de l'ouverture du moule, ceci en réduisant la dispersion de leurs propriétés physiques. Elle a pour objet une machine de moulage par injection avec mesure de l'ouverture du moule, cette machine comportant - un moule constitué d'au moins deux coquilles, - un système de commande du moule pour fermer ce moule en accolant ces coquilles de manière à permettre un moulage, et pour ouvrir ce moule en séparant ces coquilles de manière à permettre un démoulage, - un fourreau allongé muni d'un orifice d'alimentation pour recevoir de la matière moulable pendant une phase "de dosage", et d'une sortie avant débouchant dans ce moule, - un élément d'injection mobile longitudinalement dans ce fourreau. - un vérin hydraulique pour pousser 1'élément d'injection vers l'avant pendant une phase "d'injection" et injecter la matière moulable sous pression dans le moule, - un système de commande pour commander notamment ce système de commande de moule et ce vérin hydraulique au cours de cycles successifs de dosage, injection et démoulage, - un capteur de déplacement pour fournir un signal "de déplacement" représentatif de l'ouverture du moule, cette ouverture résultant de l'ëcartement et/ou de la déformation des coquilles et dépendant de la pression d'injection, - au moins un actionneur pour commander la pression d'injection, - et un régulateur pour comparer un signal de mesure, fourni avec l'aide du capteur de déplacement, à une valeur de consigne et pour fournir un signal d'action commandant l'actionneur de manière à maintenir ce signal de mesure à cette valeur de consigne, - cette machine étant caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre un système d'initialisation recevant d'une part le signal de déplacement fourni par le capteur de déplacement et d'autre part une impulsion de fermeture indicative de la fermeture du moule avant la phase d'injection, ce système d'initialisation comportant - un circuit bloqueur recevant ce signal de déplacement et cette impulsion de fermeture et conservant en mémoire pendant chaque phase d'injection la valeur qu'avait ce signal de déplacement lors de l'impulsion de fermeture précédant cette phase, - et un sommateur algébrique recevant sur deux entrées de signes opposés le signal de déplacement et la valeur conservée en mémoire dans le circuit bloqueur de manière à fournir en sortie un signal différen tiel représentatif de la variation du signal de déplacement depuis l'instant de l'impulsion de fermeture, ledit signal de mesure reçu par le régulateur étant issu de ce signal différentiel. De préférence le système d'initialisation comporte en outre un redresseur algébrique recevant ledit signal différentiel issu du sommateur et fournissant un signal d'ouverture corrigé représentant la valeur absolue de ce signal dîfferentiel. Ce signal d'ouverture corrigé peut alors constituer ledit signal de mesure reçu par le régulateur. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ciaprès, à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les memes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente un schéma de l'ensemble d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 représente une vue en coupe partielle d'un moule de ce dispositif muni d'un capteur d'ouverture. La figure 3 représente le schéma du système d'initialisation de la mesure de l'ouverture à chaque cycle de la presse. Les figures 4a et 4b représentent les déplacements des coquilles d'un moule non déformable élastiquement et d'un moule déformable, respectivement, les positions avant et après injection étant représentées en traits pleins et tiretés, toujours respectivement. Les figures Sa, 5c et Se représentent des diagrammes de variations de signaux dans le cas d'un moule déformable élastiquement. Les figures 5b, 5d et Sf représentent les mêmes diagrammes dans le cas d'un mopule déformable élastiquement. La figure 6 représente le schéma du régulateur du dispositif de la figure 1. Le dispositif objet de l'invention est associé à une presse classique comportant un moule M alimenté par une vis VS, et munie d'un système de commande automatique DC. Il a pour fonctions - de contrôler la pression de la matière contenue dans le moule quand son ouverture atteint une valeur prédéterminée et compatible avec la qualité de la pièce, - et de contrôler ensuite cette ouverture par action par exemple sur la pression appliquée à la matière moulée, la force de fermeture du moule étant alors maintenue constante. La liste de ces fonctions n'est pas limitative, le dispositif pouvant notamment contrôler d'autres grandeurs telles que des pressions en différents points de la machine ou dans le moule de façon à éviter à ces grandeurs d'atteindre des valeurs prohibitives pour la qualité des pièces produites. Le dispositif comporte donc les éléments suivants - un ou plusieurs capteurs mesurant l'ouverture du moule, et éventuel lement divers autres capteurs aux points de la machine où apparaissent des grandeurs devant être limitées. - un système d'initialisation associé à chaque capteur d'ouverture. - un ou deux actionneurs pour commander la pression appliquée à la matière moulée. - un régulateur qui compare la mesure de l'ouverture du moule à une valeur de consigne affichée ou déterminée par un autre automatisme, et qui élabore les signaux de commande des actionneurs en fonction de l'écart trouvé et des grandeurs à ne pas dépasser aux points où des capteurs ont été placés. L'exemple de réalisation décrit correspond au cas du moulage par injection sous pression de matière plastique (figure 1). Le moule M est composé de deux ou plusieurs coquilles, par exemple une coquille fixe MF et une coquille mobile MM, et la force de fermeture est fournie par un vérin V1, alimenté par une pompe Pi dont la pression est réglée par une vanne de limitation L1. La matière plastique chaude est introduite dans le moule à travers un ou plusieurs orifices SA avec clapet antiretour AR. Le dispositif d'injection est constitué par une vis VS, mobile dans un fourreau F entouré par des résistances de chauffage F1. La vis VS est poussée hydrauliquement par un vérin V2 alimenté par une pompe P2 dont la pression est réglée par une vanne de limitation de pression L2, et dont la vitesse d'avance est limitée par une vanne de limitation de débit L3. Une seule vanne (type servovalve) placée en L3 peut remplir les deux fonctions. Un capteur de déplacement CO est monté sur un côté du moule plus ou moins près du plan de joint comme représenté sur la figure 2 et délivre un signal "de déplacement" qui représente la valeur instantanée de l'écartement entre les points de fixation du capteur. Ce signal est appliqué au système d'initialisation 5 lequel fournit au régulateur P une mesure corrigée de l'ouverture du moule, cette mesure représentant l'action de la pression de matière sur les coquilles. Le régulateur R commande la vanne de limitation L2. La vanne L3 est commandée par un dispositif de commande DC habituellement associé au dispositif d'injection. Le système d'initialisation 5 est composé essentiellement du capteur de déplacement CO, coopérant avec une butée réglable BCO, du échantillonneur-bloqueur Sa constituant ledit bloqueur, d'un sommateur 5b et d'un redresseur algébrique 5c. Son fonctionnement (voir figure 3a) est le suivant Lors de la fermeture du moule, le capteur CO fournit un signal "de déplacement" compris de préférence entre +5V et -5V (son étendue de mesure allant de +10V à -10V). Le système de commande automatique de la presse DC émet une impulsion "de fermeture" qui indique que le moule est fermé et qui permet à l'échantillonneur-bloqueur Sa de mémoriser cette valeur issue du capteur et de fournir en sortie un signal égal à cette valeur mémorisée. Le sommateur 5b fournit alors un signal différentiel nul représentatif d'une ouverture corrigée égale à zéro. Toute variation du signal de sortie du capteur fait évoluer ensuite ce signal différentiel issu du sommateur, et ce signal indique en permanence l'ouverture variable du moule sous l'action de la matière injectée. Le redresseur 5c fournit une valeur corrigée égale à la valeur absolue du signal délivré par le sommateur. La présence de ce redresseur est indispensable dans le cas fréquent de moules peu rigides qui commencent par une déformation apparaîssant en sortie du sommateur comme une fermeture supplémentaire du moule (voir figure 4b). Les diagrammes indiquent les variations des signaux de sortie du capteur CO (figures Sa et Sb), du sommateur 5b (figures 5c et 5d) et enfin la valeur corrigée qui apparait en sortie du redresseur 5c et qui est exploitée pour la régulation (figures Se et Sf), ceci dans le cas d'un moule non déformable et dans celui d'un moule déformable élastiquement, respectivement. Chaque cycle de moulage comporte les phases suivantes après un refroidissement de la pièce précédemment moulée - Le dosage : la nouvelle matière est introduite dans le fourreau, à travers un orifice d'alimentation EN, par la rotation de la vis VS qui recule à une vitesse dépendant de la contre pression dans le vérin V2 cette rotation étant assurée par un moteur MT. - L'injection (après démoulage de la pièce précédente) : la vis avance, poussée par la pression hydraulique dans le vérin V2. Elle applique à la matière une pression d'injection qui tend à remplir le moule dans un temps donné, et qui peut être de l'ordre de 140 bars. - Le maintien : la vis peut encore nourrir la pièce par un léger apport de matière, en maintenant une pression sur la matière moulée en cours de solidification. La pression hydraulique de maintien est réglée par la vanne de limitation de pression L2. Elle peut être de l'ordre de 60 à 100 bars, selon le moule. - Le refroidissement (avec dosage pour le cycle suivant). - Le démoulage. Le circuit de commutation 6 compare l'ouverture corrigée issue du système d'initialisation à une consigne affichée et provoque, dès que la valeur de consigne est atteinte, le passage de la phase d'injection à la phase de maintien, appelé commutation injection-maintien. Pendant la phase d'injection le dispositif de commande DC, commande l'avance de la vis VS selon un programme prédéterminé en agissant sur la vanne de limitation de débit L3. Pendant la phase de maintien, le régulateur R actionne la vanne L2 pour maintenir l'ouverture du moule à la valeur de consigne jusqu'à la solidification de la carotte C. La pression hydraulique est ainsi modulée jusqu a la fin de la phase de maintien. Le dispositif comporte en outre une commande CC élaborant ladite valeur de consigne qui peut être fixe ou varier entre la commutation et la fin du maintien. Le régulateur comporte une voie proportionnelle VP, une voie intégrale VI et une voie dérivée VD et applique à chaque actionneur un signal d'action résultant de la combinaison des signaux fournis par ces trois voies. La voie proportionnelle peut avoir par exemple un gain de l'ordre de 40, et la voie intégrale une constante de temps de l'ordre de 1 seconde. Quant à la voie dérivée son choix dépend essentiellement des caractéristiques des actionneurs. Le schéma de régulateur reproduit sur la figure 6 est très classique, le signal de mesure étant annliqué en 2, le signal de consigne en 11, et le signal d'action étant fourni en 7. A titre d'exemple on peut indiquer - Pour la fabrication d'objets dits épais, en matière transparente nécessitant un aspect très soigné, on fixe une consigne d'ouverture de 10 à 15 micromètres. - Pour la fabrication d'objets minces, de grande surface la consigne d'ouverture peut atteindre 100 à 150 micromètres. Il faut également préciser que - La commutation injection-maintien était classiquement commandée par la position de la vis par un contact électrique de fin de course. Grâce à l'invention elle se fait toujours dans les mêmes conditions, parfaitement reproductibles et fidèles, quelles que soient les variations des autres paramètres (dosage, température du moule, température de la matière, etc). - La dispersion du poids des pièces (critère de qualité unanimement admis) est diminuée notablement grâce à l'invention. Pour une pièce de 300g environ fabriquée sur une presse classique, on peut trouver un écart-type du poids de Ilg. L'invention abaisse cet écart à 0,77g. Ces valeurs correspondent à l'utilisation du dispositif sur une presse de 450T de force de fermeture. - La commande des vannes L2 et L3 peut être réalisée non seulement comme précédemment décrit, mais aussi par substitution ou par superDo- sition du signal du régulateur aux signaux de commande fournis par le dispositif de commande normal du dispositif d'injection. - Le régulateur peut être réalisé en technique analogique, numériqueS microprocesseur, etc.... - L'invention est applicable à la majorité des presses en service On peut noter également que, outre la qualité des pièces réalisées, l'invention permet de choisir une force de fermeture plus petite que dans les dispositifs connus. On peut réaliser alors des économies d'énergies et de matériel (en durée de vie) en ce qui concerne la pompe P1). La constitution du circuit de commande CC est subordonnée au type de commande automatique de la presse choisie. Cette commande est de type classique et comporte de nombreuses séquences et commandes auxiliaires (dont la rotation de la vis pour faire le dosage). REVENDICATIONS 1/ Machine de moulage par injection avec mesure de l'ouverture du moule, cette machine comportant - un moule (M) constitué d'au moins deux coquilles (MM, MF), - un système (V1) de commande du moule pour fermer ce moule en accolant ces coquilles de manière à permettre un moulage, et pour ouvrir ce moule en séparant ces coquilles de manière à permettre un démoulage, - un fourreau allongé (F) muni d'un orifice d'alimentation (EN) pour recevoir de la matière moulable pendant une phase "de dosage", et d'une sortie avant (SA) débouchant dans ce moule, - un élément d'injection (VS) mobile longitudinalement dans ce fourreau, - un vérin hydraulique (V2) pour pousser l'élément d'injection (VS) vers l'avant pendant une phase "d'injection" et injecter la matière moulable sous pression dans le moule, - un système de commande (DC,6) pour commander notamment ce système de commande de moule (V1) et ce vérin hydraulique (V2) au cours de cycles successifs de dosage, injection et démoulage, - un capteur de déplacement (CO) pour fournir un signal "de déplacement" représentatif de l'ouverture du moule (M), cette ouverture résultant de l'écartement et/ou de la déformation des coquilles (MF, MM) et dépendant de la pression d'injection, - au moins un actionneur (L2, L3) pour commander la pression d'injection, - et un régulateur (R) pour comparer un signal de mesure, fourni avec l'aide du capteur de déplacement (CO), à une valeur de consigne et pour fournir un signal d'action commandant l'actionneur de manière à maintenir ce signal de mesure à cette valeur de consigne, - cette machine étant caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre un système d'initialisation (5) recevant d'une part le signal de déplacement fourni par le capteur de déplacement (CO) et d'autre part une impulsion de fermeture indicative de la fermeture du moule avant la phase d'injection, ce système d'initialisation comportant - un circuit bloqueur (5a) recevant ce signal de déplacement et cette impulsion de fermeture et conservant en mémoire pendant chaque phase d'injection la valeur qu'avait ce signal de déplacement lors de l'impulsion de fermeture précédant cette phase, - et un sommateur algébrique (5b) recevant sur deux entrées de signes opposés le signal de déplacement et la valeur conservée en mémoire dans le circuit bloqueur de manière à fournir en sortie un signal différentiel représentatif de la variation du signal de déplacement depuis l'instant de l'impulsion de fermeture, ledit signal de mesure reçu par le régulateur étant issu de ce signal -différentiel. 2/ Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le système d'initialisation (5) comporte en outre un redresseur algébrique (5c) recevant ledit signal différentiel issu du sommateur (5b) et fournissant un signal "d'ouverture corrigé" représentant la valeur absolue de ce signal différentiel, - ce signal d'ouverture corrigé constituant ledit signal de mesure reçu par le régulateur (R). 3/ Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte - un actionneur d'injection (L3) pour commander le débit d'injection de matière dans le moule (M) pendant une phase d'injection, - un actionneur de maintien (L2) commandé par le régulateur (R) pour commander la pression d'injection appliquée à la matière emplissant le moule (M), - un dispositif de commande d'injection (DC) pour commander l'actionneur d'injection, - et un dispositif de commutation (6) recevant lui assui le signal de mesure fourni par le système d'initialisation (5), ce dispositif de commutation mettant en action d'abord le dispositif de commande d'injection (DC) pendant une phase d'injection qui se termine lorsque ce signal de mesure atteint une valeur de consigne prédéterminée correspondant à l'emplissage correct du moule, puis le régulateur de maintien (R) pendant une phase de maintien consécutive