Brevet FR2560110A1 — publié le 19850830

La présente invention concerne un procédé pour la réalisation de formes pour des outils de moulage1 d'emboutissage et analogues et elle s'étend aux produits obtenus par sa mise en oeuvre. On connaît de longue date la fabrication de formes en bois au moyen desquelles il est possible d'obtenir une bonne précision des cotes, c'est-à-dire une précision de l'ordre de 3 à 4/10 de mm. Par ailleurs, une forme en bois peut être enduite et sa surface traitée pour présenter une finition de très bon aspect. Les formes en bois ainsi réalisées constituent des formes mères qui sont généralement conservées pour permettre l'établissement d'empreintes successives au cours du temps. Ces formes présentent néanmoins des inconvénients; elles sont longues à réaliser, donc onéreuses et leur stabilité dimensionnelle est aléatoire puisque fonction des variations hygrométriques et du vieillissement du bois. Pour palier à ces inconvénients, on est conduit dans la technique depuis une vingtaine d'années à réaliser une empreinte femelle de la forme en bois, puis d'utiliser cette empreinte femelle pour l'exécution d'un moulage reproduisant la forme, ce moulage étant fait généra- lement en résine époxy qui présente une grande stabilité dans le temps. Dans l'industrie automobile, on utilise aussi depuis plusieurs années le polystyrène expansé ou extrudé expansé pour la réalisation de modèles de fonderie pour lesquels il n'était pas jugé nécessaire d'obtenir une pré- cision analogue à celle des modèles de carrosserie. L'avantage du polystyrène expansé ou extrudé expansé et d'autres résines sous forme de mousse réside dans la facilité d'usinage, le faible poids et une rela tive insensibilité aux variations hygrométriques et de la température dans les ateliers. L'inconvénient du polystyrène est son manque de dureté superficielle par rapport au bois, ce qui empêche tout relevé de points pour le contrôle dimensionnel et géométrique au moyen de machines automatiques à mesurer. Un autre inconvénient est que, jusqu t à présent, la technique n'a pas permis d'obtenir un état de surface comparable à celui d'une laque et, par conséquent, il n'est pas possible de réaliser des pièces pour la fabrication de prototypes initiaux de véhicules ou des maquettes de ceux-ci. La présente invention remédie à la fois aux inconvénients des formes en bois et des formes en polystyrène en rendant possible la réalisation de modelage expansé précis, de faible prix de revient, dont l'état des surfaces est tout à fait comparable à celui d'une laque et qui rend possible la constitution de pièces prototypes, ainsi éventuellement que la fabrication de pièces en petites séries, en permettant de plus la réalisation d'outils de travail. Conformément à l'invention, le procédé pour la réalisation de formes et outils pour le moulage, l'emboutissage et opérations analogues dans lequel on utilise un bloc en mousse de résine synthétique, est caractérisé en ce que le bloc est découpé et usiné, à des cotes lé gèrement inférieures à celles de la forme à obtenir et en ce qu'on forme sur la majeure# partie au moins de la surface dudit bloc, une peau en résine dure dont la surface est traitée pour lui conférer un aspect correspondant à la brillance d'une laque. La forme ou modèle obtenu suivant l'invention permet d'éviter la création d'ébauches provisoires pour la réalisation de maquettes et prototypes puis d'un modèle définitif de référence souvent dénommé "master" dans la technique. Il s'ensuit une économie de matière, de temps et de délais jsaportants par rapport aux gammes de fabrication actuellement utilisées dans les ateliers de modelage dont les personnels bien qu'habitués à l'utilisation des matériaux de synthèse, se voient souvent contraints de procéder en deux étapes au moins. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'in vention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexe. La fig. 1 est une coupe élévation schémati- que d'une forme conforme à. l'invention. La fig. 2 est une coupe élévation schémati- que illustrant une opération de prise d'empreintes. La fig. 3 est une coupe élévation schématique illustrant la réalisation d'un poinçon d'usinage La fig. 4 est une coupe élévation schématique illustrant la réalisation d'une pièce. La fig. 5 est une coupe élévation illustrant un développement de l'invention pour la réalisation d'une forme modifiée à partir de la forme selon la fig. 1. La fig. 6 est une coupe élévation illustrant une opération d'usinage exécutée sur la forme de la fig.5. Les fig. 7 et 8 sont des coupes élévation schématiques illustrant deux développements de l'invention. La fig. 1 montre comment l'invention est mise en oeuvre pour la réalisation d'une forme permettant le développement d'outils de moulage et/ou d'emboutissage. Un socle 1 est prévu sur lequel est fixé un bloc 2 de mousse de résine synthétique pouvant être facilement travaillé, par exemple un bloc de polystyrène expansé. D'autres résines synthétiques mousse peuvent éventuellement être utilisées, mais le polystyrène expansé est généralement préféré étant donné la facilité qu'il présente pour être travaillé au moyen de nombreux types d'outils de découpage, d'abrasion et par d'autres moyens d'usinage, par exemple des outils chauffants. Lorsque le bloc 2 est mis en forme et présente des dimensions très proches de celles de la forme à obtenir, lesdites dimensions étant cependant choisies pour être inférieures aux dimensions définitives d'une mesure de l'ordre de grandeur d'un ou de quelques mil limettes, le-bloc 2 est recouvert par une-peau 3 constituée à partir de résine époxy, c 'est-àdire de résines obtenues par oxydation de polyoléfines au moyen d'acide feracétique choisies pour présenter une viscosite de préférence comprise entre 100 et 1000 cps permettant la projection par pulvérisation, notamment au pistolet, sans qu'il y ait à utiliser un solvant pouvant avoir une action quelconque sur le polystyrène. D'autres résines peuvent être utilisées : les phénoliques ou phase acqueuse, les vinyliques, etc. La peau 3 est de préférence formée par plusieurs dépits successifs réalisés respectivement avant polymérisation complète de la résine époxy déjà déposée. Bien que la formation de la peau 3 soit de préférence réalisée au pistolet, à la fois pour des raisons économiques et qualitatives, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en l'appliquant par d'autres moyens de la technique, notamment aux moyens de pinceaux, rouleaux ou becs distributeurs, les moyens de dépôt mis en oeuvre dépendant essentiellement de la surface du bloc 2, de la complexité, de son aspect et de l'intérêt qu'il peut y avoir à ce que la peau 3 soit d'épaisseur uniforme ou, au contraire, qu'elle présente des parties de plus fortes épaisseurs Dans ce qui précède, il est indiqué que les résines époxy devant former la peau 3 sont des résines sans solvant, c'est-à-dire des résines qui ne comportent aucun solvant susceptible de provoquer une modification chimique ou physique nuisible du bloc 2. I1 est possible, par contre, d'utiliser certains solvants de résine époxy, mais sous un très faible pourcentage, par exemple des alcools benziliques mélangés aux résines époxy dans une proportion égale ou inférieure à 3 % en poids. Ainsi que cela est exposé dans ce qui précède, la peau 3 peut présenter des épaisseurs variables; cette épaisseur peut être réduite si on le désire jusqu'à 500 oU et même 300 ~u, cette épaisseur étant suffisante pour que la peau 3 présente une dureté satisfaisante pour permettre la prise des mesures au moyen de palpeurs, de machines automatiques,. du type de celles qui sont utilisées dans l'industrie pour la vérification des mesures des formes en bois ou métal et cela sans qu'il en résulte des déformations, mêmes partielles, au voisinage de la zone d'appui du palpeur. Une opération de fabrication suivante consiste à polir la peau 3 ou, éventuellement, à la poncer puis à la polir, cette opération étant effectuée avant de procéder au contrôle géométrique et dimensionnel final. S'il y a lieu,des retouches peuvent être effectuées d'après les relevés réalisés et si ces retouches nécessitent un enlèvement de matière la peau 3 peut être reconstituée par une nouvelle application au pinceau ou au pistolet de résine époxy. Si certaines zones doivent être rechargées, cela peut être réalisé à l'aide de mastics à base de résine époxy ou.de résine polyester, le choix entre ces résines dépendant de l'importance des recharges à effectuer. Après retouche ou recharge, il est procédé comme précédemment à un nouveau contrôle géométrique et dimensionnel, puis la surface de la peau est traitée par ponçage et polissage pour recevoir une couche d'un apprêt de résine de polyuréthane, par exemple la résine polyuréthane P 14 de la société française NITROLAC. L'épaisseur de l'apprêt est avantageusement compris entre 80 et 160 xi et il est déposé en une seule application. Finalement, la couche d'apprêt est revêtue d'une laque polyuréthane pouvant être lustrée pour conférer à la surface de la forme 1 une profondeur d'aspect et une brillance parfaite tout en assurant une suppression totale des défauts du type peau d'orange. Les laques polyuréthanes présentent l'avantage de rendre possible d'autres retouches si besoin est et de procéder au dépôt ultérieur d'autres couches d'apprêts et de laques sans qu'aucune trace ni auréole n'apparaisse. La forme réalisée, comme expliqué ci-dessus, rend possible le dépôt de produits de démoulage sans qu'il n'en résulte aucune action nuisible, tant sur la peau que sur le bloc 2 en mousse de résine qui est totalement isolé par la peau 3, le complexe bloc de mousse 2, peau 3 présentant en outre une très grande stabilité dimensionnelle quelque soient les variations hygrométriques et les températures atmosphériques. La forme obtenue, comme expliqué ci-dessus, est directement utilisable pour la réalisation d'une matrice 4, comme l'illustre la fig. 2, ladite matrice 4 pouvant être réalisée en résine armée ou non et d'une nature quelconque qui dépend de sa destination. Il est possible en particulier de déposer sur la peau 3 un produit de démoulage, puis une résine de surface couramment dénommée gel-coat dans la technique, puis des couches successives de résine polyester et de fibres. La matrice 4 peut alors être utilisée pour la réalisation d'un poinçon 5 (fig. 3), ce poinçon étant lui-même fabriqué en résine, ou le cas échéant, en alliage métallique eutectique à bas point de fusion. Dans le cas de la réalisation d'une matrice, il est possible, si on le désire, de couler directement l'alliage eutectique sur la peau 3 de la forme qui est alors disposée à l'intérieur d'un récipient. La matrice 4, obtenue de la manière décri.te en référence à la fig. 2,. peut être utilisée pour la réalisation de pièces prototypes 7 ou de petites séries, ce qui permet de les obtenir à un prix de revient extrêmement bas lors de la fabrication des prototypes ou maquettes de véhicules dont on désire pouvoir mesurer les caractéristiques aérodynamiques et ou d'habitabilité. En effet, les prototypes 7 peuvent alors être réalisés dans des configurations tout à fait comparables à celles d'un véhicule de série. La forme 1 obtenue initialement et permettant la réalisation de pièces diverses, telles que décrites dans ce qui précède, rend possible également l'élaboration de pièces modifiées, par exemple lorsqu'on souhaite changer la forme de certaines parties d'un véhi- cule automobile. Dans ce cas, comme l'illustre la fig.5, on procède au dépôt d'une chape 8 rapportée par projection d'une résine usinable époxy ou polyester, cette chape étant formée après des usinages éventuels 9 (fig. 5). Après durcissement de la chape 8, celle-ci est usinée par un outil de travail 10 qui peut par exemple être une fraise d'une machine à reproduire. Comme précédemment, on procède ensuite à la peinture de la forme 1 au moyen d'une laque polyuréthane, puis à son lustrage pour que la forme soit utilisée comme dans les-modes de réalisat#ion exposés dans ce qui précède. La fig. 8 montre qu'il est possible d'obtenir une matrice 4a ou un poinçon à partir de la forme 1 ou d'une de ses empreintes en réalisant cette matrice ou ce poinçon en résine synthétique rendue conductrice. Dans ce cas, la matrice ou le poinçon sont reliés à la cathode d'un bain électrolytique 11 comportant une anode 12, par exemple en nickel, ce qui permet de déposer une peau supplémentaire conductrice dure 13 rendant possible l'utilisation de ladite matrice ou dudit poinçon. comme électrode d'électro érosion ou comme peau métallique pour moulage de matériaux organiques ou composites. La forme obtenue comme décrite ci-dessus en référence a la fig 1 ou l'une de ses empreintes qui sont de grande précision peuvent constituer également des noyaux de moulage pour la réalisation de moulages au sable de grande précision. En effet, les formes obtenues sont susceptibles de supporter sans déformation les contraintes dues au compactage sous vide de sable de moulage et, par conséquent, il devient ainsi possible,en constituant les moules et noyaux de moulage en mousse de résine synthétique revêtus de la peau réalisée con formément à l'invention, d'obtenir des pièces présentant des tolérances de fabrication très étroites. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et aux applications décrites dans ce qui précède car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. RFVENDICATIONS 1 - Procédé pour la réalisation de formes et outils pour le moulage, l'emboutissage et opérations analogues dans lequel on utilise un bloc en mousse de résine synthétique, caractérisé en ce que le bloc (2) est découpé et usiné à des cotes légèrement inférieures à celles de la forme à obtenir et en ce qu'on forme sur la majeure partie au moins, de la surface dudit bloc, une peau (3) en résine dure dont la surface est traitée pour lui conférer un aspect correspondant à la brillance d'une laque. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme le bloc en polystyrène expanse ou extrudé expansé, en ce qu'on l'usine et en ce qu'on dépose sur sa surface au moins une couche de résine époxy, phénolique ou vinylique. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la résine époxy phénolique ou vinylique est déposée sans solvant du polystyrène. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résine époxy phénolique ou vinylique est déposée par exemple par projection ou pulvérisation. 5 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'après durcissement de la peau on procède à des contrôles géométriques-et/ou dimensionnels puis au dépôt de couches d'apprêt et de finition réalisées à partir de laques polyuréthanes. 6 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pour modifier l'aspect de la forme on procède à des usinages subséquents, au dépôt d'une chape supplémentaire de résine, à l'usinage de la chape nouvellement déposée, puis au traitement de la surface de celle-ci. 7 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on réalise une empreinte de la forme à l'aide d'une résine rendue électriquement conductrice et en ce qu'on revêt ladite empreinte d'une couche de métal par dépôt électrolytique. 8 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on utilise la forme ou une empreinte de celle-ci pour la coulée d'un alliage eutectique à bas point de fusion devant constituer une matrice ou un poinçon. 9 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la forme est revêtue d'un produit de démoulage puis est mise en oeuvre pour la formation d'une pièce par contact. 10 - L'application du procédé selon l'une des revendications 1 à 9 à la réalisation d'outils pour l'emr boutissage, le moulage de précision et la réalisation de pièces prototypes ou de petites séries.