Brevet FR2543883A1 — publié le 19841012

PROCEDE D'INJECTION DE PIECES MOULEES EN MATIERE PLASTI- QUE. L'invention concerne un procédé perfectionné pour l'injection de pièces moulées en matière plastique. Le moulage par injection de pièces en matière plas- tique est bien connu De la sorte, il n'est pas utile de décrire ici en détail cette technique. L'invention concerne plus particulièrement un pro- cédé pour la fabrication d'objets moulés ou injectés ouverts et dans laquelle la ceinture qui doit être aussi rectiligne et plane que possible présente une grande longueur par rapport à la largeur. De tels objets ouverts en ceinture sont bien connus pour différentes applications, notamment pour la confec- tion des boites à eau des radiateurs automobiles, c'est- à-dire des boites d'entrée et de sortie qui viennent s'emmancher et s'ajuster sur les faisceaux tubulaires de refroidissement o circule l'eau. Avec certaines matières plastiques,telles que notam- ment les polyamides notamment chargées en fibres de verre, les faces de la ceinture se voilent dans le plan vertical et horizontal Plus exactement, en pratique, la face plane de la ceinture, du moins dans le sens de la lon- gueur se bombe dans le plan horizontal et se creuse dans le plan vertical de sorte que les faces rentrent vers l'intérieur qui se déforme en planéité Ces déformations se traduisent par un défaut de rectitude et de planéité. Pour pallier cet inconvénient, on a suggéré d'uti- liser d'autres matières plastiques,telles que par exem- ple celles à base de PPO Malheureusement, ces matières coûtent relativement cher. Pour compenser ces déformations, on-a suggéré à la sortie du démoulage de placer la pièce dans un conforma- teur dans lequel la pièce encore chaude est mise en contrainte sur un poinçon en forme o on la laisse refroidir. -2- On obtient de la sorte une planéité et une rectitude suffisantes dans les deux dimensions Malheureusement, dans le temps, les contraintes initiales réapparaissent, ce qui nécessite alors d'utiliser ces pièces assez rapi- dement et rend tout stockage difficile sinon impossible. Comme il s'agit en outre d'une opération supplémentaire, cela se traduit par une augmentation appréciable du coût. Par ailleurs, il est bien connu dans l'injection de refroidir par une pluralité de puits l'empreinte de moulage-qui est formée par une matrice et un poinçon. Cette technique de refroidissement permet de mieux con- trôler les différentes contraintes et ainsi la forme définitive de la pièce A ce jour, pour ce faire, les différents puits sont reliés entre eux à une source unique de refroidissement voire de réchauffement. L'invention pallie ces inconvénients Elle vise à un procédé du type en question qui soit économique, faci- le à mettre en oeuvre et permette d'obtenir et de réaliser des pièces ouvertes dans lesquelles la ceinture présente une rectitude et une planéité satisfaisantes. Ce procédé perfectionné pour l'injection de pièces moulées en matière plastique, du type dans lequel l'em- preinte de moulage est constituée par une matrice et par un poinçon qui comportent une pluralité de puits de re- froidissement, se caractérise en ce que chaque puit est individuellement régulé thermiquement. Avantageusement, en pratique: les puits sont régulés par groupe les puits sont répartis en trois groupes sensible- ment égaux, à savoir deux groupes placés à chacune des extrémités et qui sont refroidis et un groupe placé au centre qui est réchauffé; l'organe de régulation thermique du circuit relié à chaque puit comprend: -3- une source de fluide thermique, une pompe de circulation du fluide dans le circuit, un régulateur de débit placé sur le circuit retour du puits à la source de fluide, un manomètre placé sur le circuit départ la pièce à injecter comporte une partie ouverte dans laquelle la longueur est nettement supérieure à la largeur et se caractérise en ce que les faces latérales de l'empreinte (matrice et poinçon) de moulage à partir de chaque extrémité s'écartent progressivement et légè- rement sur la longueur et-sont reliées par une portion centrale médiane rectiligne, la flèche formée par la portion écartée de la face latérale de l'empreinte est comprise entre 0,6 et 1,2 mm les faces latérales de l'empreinte disposées dans le sens de la longueur sont écartées sur une portion com- prise, de chaque côté, entre le quart et le tiers de la longueur de l'empreinte l'embase de l'empreinte de montage côté ouverture est légèrement réhaussée à chaque extrémité, puis diminue progressivement pour se raccorder avec la portion centrale médiane rectiligne; l'embase de l'empreinte de moulage côté ouverture est réhaussée de 0,4 à 0,7 mm à chaque extrémité, puis diminue progressivement sur un quart à un tiers de la longueur de l'embase pour se raccorder à une portion centrale rectiligne médiane; le plan de joint poinçon matrice est situé au niveau du milieu de la partie destinée à former le rebord de la ceinture de l'objet moulé. Comme déjà dit, la régulation thermique du poinçon voire de la matrice pendant l'injection était connue, notamment pour obtenir des meilleures conditions d'injec- tion Or comme on le sait, plus on moule rapidement, _ 4- plus le poinçon s'échauffe, ce qui se traduit par des irrégularités sur les pièces moulées car, plus la matière est chaude, plus les contraintes sont augmentées L'in- vention consiste alors à ne plus réguler globalement chaque puits, mais au contraire à réguler thermiquement individuellement chaque puits en fonction des résultats que l'on désire obtenir Ainsi, en chacune des deux extrémités c'est-à-dire aux endroits o normalement il y a le plus de matière, on réalisera un refroidissement actif alors qu'au centre, en revanche, on pourra même dans certains cas préconiser un léger réchauffement. En d'autres termes,, on régule thermiquement dans l'empreinte grâce à des puits connus de points en points suivant les formes des épaisseurs de matières à refroidir dans la zone considérée. Comme déjà dit, il est indispensable que les puits régulés individuellement soient au moins placés sur le poinçon éventuellement également sur la matrice. Egalement comme déjà dit, au lieu de réguler indivi- duellement chaque puits, on peut réguler ces puits re- groupés entre eux. Par ailleurs, on sait que lorsque l'on injecte la matière plastique chaude dans un moule de manière à se former une pièce ouverte dans laquelle la ceinture comporte une grande longueur par rapport à la largeur, après refroidissement, les faces ouvertes parallèles n'ont plus tendance à être parfaitement parallèles mais au contraire à être incurvées vers le centre Pour compen- ser ce défaut, selon l'invention, les faces latérales de l'empreinte du moule ne sont plus disposées en parallèle comme on le faisait jusqu'à ce jour mais au contraire, à partir de chaque extrémité de l'empreinte, on écarte les faces latérales,par exemple sur le quart ou le tiers de la longueur et on relie les deux portions ainsi écar- tées avantageusement de 0,6 à 1 mm par une portion - centrale médiane rectiligne On a déterminé qu'il n'était pas utile de dépasser un écartement, c'est-à-dire une flèche de 1,2 mm sinon on obtenait des effets de voute irréversibles préjudiciables. De même, on a observé que si l'empreinte initiale de ces pièces ouvertes dans lesquelles la longueur est notablement plus grande que la largeur était plane, après démoulage on obtenait un bombé pouvant présenter une flèche appréciable. Selon l'invention, pour compenser ce défaut prédudi- ciable: la partie centrale de l'outillage formant l'embase est placée à la côte voulue mais en revanche, chacune des deux extrémités était écartée de 0,6 à 1 mm à compter de l'extrémité sur le quart ou le tiers de la longueur de l'embase; de même, avantageusement, le plan de joint poinçon- matrice doit être situé au niveau du milieu de la partie destinée à former le rebord de la ceinture de l'objet moulé. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent donnés à titre indi- catif et non limitatif à l'appui des figures annexées. La figure 1 représente un schéma général d'une machine d'injection moulage. La figure 2 est une représentation schématique d'une empreinte de moulage conforme à l'invention. La figure 3 est une représentation d'un puits indi- viduel de régulation. La figure 4 est une représentation du système d'alimentation d'un ensemble de plusieurs puits groupés ensemble. Les figures 5 et 6 montrent respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale une empreinte réalisée conformément à l'invention avec le plan de joint -6- disposé sur la partie médiane du rebord. La figure 7 représente une disposition sommaire du système de régulation thermique. Les figures 8 et 9 représentent schématiquement les déformations appliquées au moule pour obtenir une pièce ouverte rectiligne et plane. Comme on le sait (voir figure 1), une machine d'injection se compose de deux groupes, l'un A d'injec- tion, l'autre B de fermeture, comprenant essentiellement une trémie ( 1), une vis rotative chauffée ( 2), une tête d'injection ( 3) débouchant dans l'empreinte de moulage formée de deux parties ( 4-5) qui portent le moule, un ensemble de bras articulés ( 6-7) par des verins ( 8) et enfin une réserve hydraulique ( 9). Le fonctionnement d'une telle machine est bien connu, de sorte qu'il n'est pas utile de le décrire ici en détail. L'empreinte de moulage proprement dite est formée essentiellement (voir figure 2) par un poinçon ( 10) porté par exemple par la plaque ( 4) et par une matrice ( 11) portée alors par la plaque ( 5) Poinçon( 10) et matrice ( 11) ménagent entre eux un intervalle ( 12) destiné à recevoir la matière plastique chaude à injecter de manière à constituer l'objet moulé Le poinçon UO) comporte une pluralité de puits individuels ( 13) de régulation, par exemple au nombre de neuf, disposés à vingt millimètres les uns des autres et regroupés par groupes de trois, à savoir: deux groupes, respectivement ( 14) et ( 15) placés à chacune des extrémités; - un groupe central ( 16) placé au milieu. Les deux groupes ( 14) et ( 15) placés à chaque extré- mité sont reliés à un groupe frigorifique ( 20) ou à l'eau de ville du réseau ( 33), alors qu'en revanche le groupe central ( 16) est relié à un organe de chauffage ( 21) Les groupes frigorifiques ( 20) et de chauffage ( 21) sont montés sur des roulettes ( 22),de manière à pouvoir -7- être amenés aussi près que possible de la machine d'in- jection. Le groupe frigorifique ( 20) (voir figure 7) se com- pose essentiellement d'une cuve ( 23 Y contenant une réser- ve d'eau réfrigérée ( 24) Une pompe ( 25) assure la circu- lation de cette eau réfrigérée ( 24) dans le circuit Une arrivée ( 26 ou 26 ') relie après passage dans un régulateur chacun des circuits individuels de retour ( 34 ou 31) aux puits ( 13) de chaque groupe ( 14 ou 15) En revanche, une pompe ( 28) placée en haut de la cuve ( 23) assure le départ ( 45-45 ') vers le circuit des puits ( 13) et ce après que l'eau refrigérée,envoyée dans le circuitsoit passée dans un manomètre collectif ( 29) pour alimenter chacun des circuits individuels ( 30) reliant l'entrée des groupes de puits ( 14-15) De la sorte, chaque circuit de puits individuel ( 13) est toujours -en circulation. De manière connue,le débitmètre ( 27),les manomètres ( 29) et les pompes ( 25-28) sont connectés et asservis entre eux,de manière à bien assurer cette circulation et cette régulation. Le réchauffeur ( 21) relié à la portion centrale ( 16) des puits individuels présente une constitution analogue à celle de ( 20 ou 33) à l'exception toutefois que la source frigorifique y est remplacée par une source chauffante, telle qu'une résistance chauffante ( 46) et par des circuits départ ( 47) et retour ( 48) appropriés. En pratique, au lieu d'avoir trois circuits indi- viduels pour chacun des groupes ( 14, 15 ou 16), on peut avoir qu'une seule canalisation ( 26 ou 30), celle-ci - (voir figure 4) étant reliée à chacun des puits indivi- duels ( 13) regroupés ensemble. Chaque puits-individuel ( 13) est formé par un puits proprement dit ( 13) taillé dans le poinçon et dont l'ex- trémité ( 35) est située aussi proche que possible de la face ( 36) à refroidir,grâce à une pointe conique Dans -8- ce puits tubulaire, est placée une cloison,notamment en tôle,( 37) qui sépare ainsi le circuit d'arrivée ( 30) de l'eau froide du circuit départ ( 26) de l'eau réchauffée dans le contact avec la matière plastique injectée dans l'intervalle ( 12) Dans l'exemple de réalisation qui suit, on cherche à réaliser une boîte de sortie pour radiateur automobile en polyamide 6 6 chargé à 30 % en fibres de verre et coloré en noir Cette pièce d'environ grammes présente les caractéristiques suivantes. longueur de la ceinture ouverte: 350 mm largeur de la ceinture:46 mm hauteur de la pièce:45 mm épaisseur de cette pièce:2 à 2,5 mm épaisseur du rebord de la ceinture:4 mm largeur du rebord de la ceinture: 7 mm Si l'on moule une telle pièce par les techniques usuelles, c'est-à-dire celles dans lesquelles l'em- preinte (matrice + poinçon) présente une forme corres- pondante à celle de la pièce à réaliser, après démoula- ge et refroidissement, on obtient des pièces dans lesquelles la ceinture présente un défaut manifeste de planéité et de rectitude Ces écarts rendent l'emploi de ces pièces impossible pour la confection des radia- teurs automobiles, sauf à les passer au conformateur comme indiqué dans le préambule et à les utiliser de suite. Pour pallier cet inconvénient, (voir figures 5 à 9) d'une part, on écarte les flancs ( 40) de l'em- preinte de la ceinture initialement en ( 40) pour les amener en ( 41), tout d'abord sur une longueur L/3 AB ou CD à partir de chaque extrémité d'environ 1 = 0,8 mm les portions écartées AB et CD qui représentent le tiers (L/3) de la longueur totale L du flanc (voir figure 8) sont reliés ensuite par une portion centrale médiane BC recti- -9- tiligne d'autre part, l'embase de l'empreinte ( 45) (voir figure 9) est creusée à compter de chaque extrémité E et H sur le tiers également de la longueur L' sur une hau- teur h de 0,6 mm environ et chacune des portions creusées EF et GH est raccordée sur une partie médiane rectili- gne FG disposée à la cote souhaitée. Avantageusement, la dépouille va progressivement sur les flancs de O' en A et D jusqu'à 30 en B et C et ce pour se maintenir aux environs de 3 sur la portion centrale médiane rectiligne BC De la sorte, on facilite le démoulage de la pièce réalisée. Comme déjà dit, le plan de joint ( 50) n'est'pas disposé comme on fait actuellement au niveau de la cein- ture, mais environ au milieu du rebord ( 51) destiné à former cette ceinture (voir figures 5 et 6) De la sorte, après démoulage, on obtient une ceinture suffisamment rectiligne et plane. Grâce à un tel moule monoempreinte, on peut injecter, sans difficulté particulière,des pièces du genre en ques- tion à une cadence d'environ 90 pièces à l'heure Ces pièces, même après un stockage de un mois dans des con- ditions usuelles et normales, ne présentent pas de va- riation sensible des cotes de la ceinture. Le procédé selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport à ce qui était connu à ce jour. On peut citer: la suppression de la phase de conformation, ce qui réduit sensiblement le coût de fabrication de ces pièces; l'excellente stabilité dimensionnelle de ces pièces dans le temps, ce qui rend un stockage intermé- diaire possible; la possibilité d'obtenir des cadences de fabrica- tion élevéesnotamment par suite de la suppression des manipulations intermédiaires. - De la sorte, ce procédé peut convenir pour la réalisation de toutes pièces moulées ouvertes dans les- quelles la longueur est nettement supérieure à la lar- geur et dans lesquelles on recherche une rectitude et une planéité de la ceinture aussi bonnes que possible, notamment avec des matières plastiques qui présentent des contraintes internes élevées lors du refroidissement, telles que par exemple les polyamides, les polypropylènes, les polyéthylènes, notamment avec de telles matières chargées de fibres de verre ou autres charges fibreuses usuelles. A titre d'application, on peut citer les boîtes d'entrée ou de sortie des radiateurs, les carters de machines ou de moteurs. il - REVENDICATIONS 1/ Procédé perfectionné pour l'injection de pièces moulées en matière plastique du type dans lequel l'em- preinte de moulage est constituée par une matrice ( 11) et un poinçon ( 10) comportant une pluralité de puits ( 13) de régulation, caractérisé en ce que chaque puits ( 13) est individuellement régulé thermiquement. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les puits ( 13) sont régulés par groupes ( 14-15- 16). 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les puits ( 13) sont répartis en trois groupes ( 14-15-16) sensiblement égaux, les deux groupes ( 14-15) placés à chacune des extrémités du poinçon ( 10) étant refroidis, alors que le groupe ( 16) placé au centre est réchauffé. 4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de régulation thermique des puits individuels ( 13) comprend: une source ( 20-21-33)de fluide thermique ( 24), une pompe ( 28) de circulation du fluide ( 24) dans le circuit ( 26-30) du puits ( 13) concerné, un régulateur ( 27) du débit placé sur le circuit retour ( 26) du puits ( 13) à la source de fluide ( 21) j un manomètre ( 29) placé sur le circuit départ ( 30). / Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la pièce à injecter comporte une partie ouverte dont la longueur est nettement supérieure à la largeur, caractérisé en ce que les faces latérales de l'empreinte (matrice ll-poinçon 10) de moulage s'écar- tent progressivement et légèrement à partir de chaque ex- trémité et ce sur partie de la longueur de l'empreinte, les parties écartées étant ensuite reliées entre elles par une portion centrale médiane rectiligne. 12 - 6/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la flèche formée par la portion BC écartée de la face latérale de l'empreinte est comprise entre 0,6 et 1,2 mm. 7/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les faces latérales de l'empreinte disposée dans le sens de la longueur sont écartées sur une portion comprise,de chaque côté,entre le quart et le tiers de la longueur de l'empreinte. 8/ Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'embase de l'empreinte de moulage côté ouverture est légèrement réhaussée à chaque extré- mité,puis diminue progressivement pour se raccorder avec la portion centrale médiane rectiligne ( 9). 9/ Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'embase de l'empreinte de moulage côté ouverture est réhaussée de 0,4 à 0,7 mm à chaque extrémité, puis diminue progressivement sur environ le quart ou le tiers de la longueur de l'embase pour se raccorder enfin à une portion centrale rectiligne médiane. / Procédé selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le plan de joint ( 50) de l'ensem- ble: poinçon ( 10) matrice ( 11) est situé au niveau du milieu de la partie dest Einée à former le rebord ( 51) de la ceinture de l'objet moulé.