Brevet FR2549770A1 — publié le 19850201

La présente invention concerne le domaine technique de la réalisation de pièces par moulage d'une matière plastique dans un moule délimitant l'empreinte de la pièce à obtenir. L'invention vise, indifféremment, le domaine de l'injection des matières thermoplastiques, thermodurcissables ou élastomères. Pour assumer la fonction ci-dessus, on utilise un cylindre d'injection contenant intérieurement une vis susceptible d'être entraînée en rotation, éventuellement à vitesse variable, indépen damnent d'un déplacement axial commandé dans les deux sens. Le cylindre du canon d'injection est en relation avec une trémie de distribution de matière première s'écoulant dans la chambre du cylindre occupée par la vis. En règle générale, la tête de vis comporte un clapet autorisant un transfert de matière depuis la chambre de réception de la matière première jusqu's la chambre d'injection ou, au contraire, la fermeture entre ces deux chambres lors d'une phase d'injection. Le fonctionnement d'une telle unité fait intervenir tout d'abord la rotation de la vis de manière à réaliser une montée en température, une plastification, ainsi qu'une homogénéisation de la matière première refoulée progressivement en direction de la chambre d'injection par passage au droit du clapet ouvert. La fonction de plastification provoque le recul de la vis entrainée en rotation. I1 s'ensuit que le nombre de filets de la vis contribuant à la fonction de plastification diminue au fur et à mesure du recul. Il en résulte une plastification qui n'est pas de qualité globale homogène, comme cela peut être obtenu par l'intermédiaire d'une boudineuse seule. Dans un second temps, la vis est arrêtée puis sollicitée en déplacement axial, ce qui a pour effet de fermer le clapet. La matière première plastifiée, ayant été transférée dans la chambre d'injection selon la dose requise, est alors refoulée en direction du moule d'injection par déplacement axial de la vis immobilisée en rotation. Une unité du type ci-dessus, bien que largement utilisée dans le domaine technique considéré, ne donne pas entière satisfaction. Pour accélérer les cadences d'injection, le temps de rotation de la vis est limité à sa valeur minimale. Pour que la plastification puisse avoir lieu convenablement, on a, généralement, tendance à augmenter la vitesse de rotation de la vis. Il se produit alors un effet de cisaillement de la matière première entre les filets de la vis et le cylindre, ainsi qu'un auto-échauffement au-delà de la température maximale supportable. La matière première est, frequemment, dégradée dans cette phase et les pièces obtenues sont de mauvaise qualité. Etant donné la pression d'injection relativement grande devant etre développée, la vis est sollicitée en flambage. Ceci a pour effet d'entraîner une usure prématurée des filets de la vis et de produire une plastification de mauvaise qualité. Une vis devant etre sollicitée en rotation et en déplacement axial ne peut pas supporter des pressions élevées, de sorte qu'une telle unité ne permet pas l'injection de matières plastiques chargées utilisée maintenant de plus en plus pour la réalisation de pièces à caractéristiques techniques ou mécaniques élevées. Le clapet d'extrémité de vis, destiné à faire office de piston, se ferme normalement automatiquement dès le début de la course en déplacement axial de la vis. Cependant, cette fermeture n intervient pas de façon stricte, étant donné que le clapet est monté de façon flottante et tournante. Il en résulte une perte de matière première plastifiée par reflux, ainsi qu'une incertitude de dosage pouvant entraîner, parfois, l'injection d'une dose trop faible pour l'empreinte à remplir. L'incertitude de fermeture est, en outre, variable en fonction de la modification ou de la variation des conditions de fonctionnement du canon et, notamment, de la température de la matière plastifiée. Le fonctionnement ou l'arrêt d'un collier chauffant introduit, en effet, des modifications de viscosité de la matière première, modifications influant sur le temps de fermeture du clapet. Cette incertitude de fermeture provient, également, de l'usure rapide du clapet ou de son support, par suite de la rotation relative existant entre ces pièces au sein d'un milieu abrasif. On a proposé, aussi, de mettre en oeuvre une unité d'injection comprenant une boudineuse ou extrudeuse délivrant de la matière dans un cylindre contenant un simple piston de transfert. Cette solution technique connaît des limites d'utilisation tenant à l'impossibilité de contrôler les fuites de matière plastifiée autour du piston. En outre, la course utile du piston est limitée par le plan passant par le trou d'alimentation du cylindre, ce qui pose des problèmes pour rendre possible le réglage de dosage de la masse de matière à injecter. Par ailleurs, avec un tel procédé d'injection, un volume important dematière est maintenu en stagnation à chaque cycle, ce qui est défavorable au maintien des conditions optimales requises pour l'injection. En d'autres termes, les dispositifs d'injection actuels ne peuvent pas être considérés comme assumant une fonction sans reproche. La présente invention vise à remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant une nouvelle unité d'injection particulièrement conçue pour supprimer tous les inconvénients portés au compte des unités d'injection de conception traditionnelle. L'objet de l'invention est de proposer une nouvelle unité d'injection de conception totalement différente de l'art antérieur, de réalisation simple, peu coûteuse et de grande fiabilité. Un autre objet de l'invention est de proposer une unité d'injection particulièrement conçue pour éviter toute zone de moindre ou morte circulation responsable des dégradations de la matière ou de colmatage de l'unité d'injection. Un autre objet de l'invention est, en outre, de rendre possible l'exécution simultanée d'une phase d'injection et de plastification, afin de réduire à la valeur minimale le temps mort existant entre deux cycles successifs d'injection. Un autre objet, encore, de l'invention est de rendre possible le maintien d'une pression d'injection, tout en -assurant la fonction de plastification. Un autre objet, encore, de l'invention est d'éviter le cisaillement des matières incorporant une charge à base de fibres longues, telles que le verre. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend - un cylindre d'injection divisé, par un piston mobile, en deux chambres à volume variable, l'une dite d'injection communiquant avec le conduit d'injection du moule, l'autre dite de transfert communiquant avec la sortie d'au moins une extru deuse de matière plastique à l'état plastifié, - une tige reliant le piston à un vérin de commande à double effet, - un clapet commandé de contrôle de trous d'inter communication ménagés dans le piston pour faire communiquer les deux chambres, - une chemise de transfert coulissant sur la tige de piston et dans la chambre de transfert du cylindre, - un vérin à simple effet de commande de la chemise. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe-élévation de l'unité d'injection conforme à l'invention. Les fig. 2 à 6 sont des coupes-élévations illustrant différentes phases particulieres de fonctionnement de l'unité selon l'invention. Selon la fig. 1, l'unité d'injection de matière plastique comprend un cylindre d'injection 1, formant un nez 2 destiné être appliqué et serré contre un moule 3. Le nez 2 comporte un trou d'injection 4 coïncidant avec un conduit d'injection 5 ménagé dans le moule pour conduire la matière première à injecter à l'inté- rieur d'une empreinte que délimite le moule 3. Le cylindre 1 comporte au moins, un collier chauffant la, comme représenté en traits mixtes. Le cylindre d'injection 1 est divisé,par parun piston mo- bile 6,en deux chambres à volume variable 7 et 8, respectivement dé nommées de transfert et d'injection. La chambre 7 communique, par au moins un trou radial 95 avec le nez 10 d'une extrudeuse Il chargée de fournir une matière plastique à l'état plastifié. A cet effet, tout type d'extrudeuse 11 peut être retenu, dans la mesure où son fonctionnement est capable d'assurer l'alimentation de la chambre 7 selon les capacités du cylindre 1. La chambre d'injection 8 est en relation directe par le nez 2 avec le trou 4. Le ou les trous radiaux 9 sont pratiqués de manière à être placés dans un plan transversal jouxtant la face arrière du piston 6 amené dans sa position de recul maximal dans laquelle il délimite une chambre 8 de capacité maximale. Le piston 6 comporte des trous d'intercommunication 12 établissant une communication entre les chambres 7 et 8. Le piston 6 est prolongé du coté opposé au nez 2 par une tige de piston 13 qui est associée, à l'extérieur du cylindre d'injection 1, à un vérin de commande à double effet, désigné dans son ensemble par la référence 14. De préférence, le verin 14 comprend un piston 15 formé par ou rapporté sur la tige de piston 13 et disposé à l'intérieur d'un cylindre 16 qui est en relation par des puits 17 et 18 avec un circuit d'alimentation en fluide sous pression approprié. Le piston 6 est associé à un clapet commandé 19 comportant un obturateur 20 chargé de coopérer avec la face du piston 6 orientée en direction du trou 4. L'obturateur 20 est conformé de manière à pouvoir obturer les orifices des trous d'intercommunication 12 s'ouvrant sur cette face. L'obturateur 20 est solidaire d'une queue 21 montée à coulissement dans un alésage de la tige de piston 13. La queue 21 se prolonge au-delà de la tige 13, à l'extérieur de laquelle elle est associée à un vérin de commande, par exemple à simple effet 22. De préférence, le cylindre du vérin 22 est formé par la tige 13, alors que le piston est constitué par une pièce rapportée en bout de la queue 21. La chambre de transfert 7 à volume variable est délimitee à l'intérieur du cylindre d'injection 1 par une chemise tubulaire 23, montée à coulissement, à la fois dans le cylindre d'injection 1 et sur la tige de piston 13. La chemise 23 présente une longueur su périeure à sa course utile dans le cylindre 1 et possède, ainsi, toujours une partie 23a, située hors d'une collerette 24 ménagée à l'extrémité du cylindre opposée au nez 2. La partie terminale extérieure de la chemise coulissante 23 est associée à un vérin de commande à simple effet 25 qui est en relation,par parun puits 26, avec un circuit de circulation d'un fluide sous pression. Le puits 26 est, de préférence, associé à un restricteur 26a ne fonctionnant que dans le sens de refoulement du fluide par le vérin 25.De préférence, le vérin 25 est constitué par un cylindre 16a dans lequel coulisse un piston 27 formé par l'extrémité de la chemise 23. La fig. 1 montre que, selon un exemple de construction préférée, les cylindres 16 et 16a sont placés dans un alignement commun, à la suite l'un de l'autre, et sont assemblés à la collerette 24 au moyen d'entretoises de liaison 28. L'unité d'injection se présente, ainsi, sous la forme d'un ensemble unitaire allonge, en forme de canon d'injection, sur le cylindre 1 duquel est rapportée au moins une extrudeuse à disposition préférentielle radiale. La fig. 1 montre que la ou les extrudeuses 11 pourraient aussi être conçues pour s'étendre selon une disposition différente, telle, notamment, que celle désignée par la référence I et représentee en traits mixtes. L'unité d'injection décrite ci-dessus fonctionne de la façon suivante. La fig. 1 peut être considérée comme illustrant l'unité d'injection dans un état de fonctionnement correspondant à la fin d'une phase de dosage de la quantité de matière plastique plastifiée devant être injectée et occupant, par conséquent, la chambre d'injection 8. Dans un premier cas possible de fonctionnement, le nez 2 est en relation directe par le trou 4 avec le conduit 5 du moule 3 et l'extrudeuse 11 est alors dans cette phase en arrêt de fonctionnement. Pour déclencher le cycle d'injection, il peut être considéré que, tout d'abord, le clapet 19 est sollicité en fermeture des trous 12, par alimentation dans le sens correspondant du vérin 22, lorsque ce dernier est à double effet. Ensuite, le vérin 14 est alimenté par le puits 17, de manière à solliciter le piston 6 en déplacement dans le sens de la flèche fl. Dans un autre cas de fonctionnement, l'alimentation du vérin 14 intervient tout d'abord de façon à provoquer, par déplacement relatif entre le piston 6 et l'obturateur 20, la fermeture du clapet 9, lorsque le vérin 22 est du type à simple effet. Dans les deux cas ci-dessus, la matière première, à l'é- tat plastifié et emprisonnée dans la chambre d'injection 8, est poussée et injectée par le trou 4 et le conduit 5 dans l'empreinte du moule 3 lorsque le piston 6 est amené dans la position illustrée par la fig. 2, par l'action du vérin 14. Selon une technique d'injection connue, la phase de fin d'injection peut se poursuivre par une phase de maintien en pression consistant à maintenir l'alimentation du vérin 14, de manière à exercer, par le piston 6, une pression permanente sur la matière encore incluse à l'intérieur de la chambre 8 et chargée de répercuter cette pression à la matière remplissant le trou 4 et le conduit 8 pour la transmettre à celle en course solidification dans l'empreinte du moule 3. En fin de phase d'injection et préalablement à l'ouverture du moule, il peut être prévu, si le nez 2 n'est pas équipé d'une buse à obturateur automatique, d'inverser l'alimentation du vérin 14, de façon à solliciter en recul le piston 6, pour établir un effet de succion et éviter le coulage ou le filage de la matière plastifiée lors de l'ouverture du moule. A la suite de cette phase d'injection et dans le cas où le nez 2 n'est pas équipé d'une buse à obturation automatique, le vérin 22, alors à double effet, est alimenté pour maintenir l'obturateur 20 dans la position de fermeture des trous d'intercommunica tion 12. L'extrudeuse 11 est alors mise en fonctionnement pour introduire, dans la chambre 7, une masse de matière plastique à l'état plastifié, qui a pour effet de provoquer le recul de la chemise 23 dans le sens de la flèche f2. Ce recul peut être contrarié par le restricteur 26a dont la présence permet d'introduire une contrepression favorable à des conditions optimales de fonctionnement de l'extrudeuse 11, ainsi qu'à une bonne homogénéisation à l'intérieur de la chambre 7 délimitant un volume maximal progressivement rempli. Il y a lieu de remarquer, par comparaison entre les##fig. 1 et 2, que la phase d'introduction de la matière à l'état plastifié exerce un effet de balayage de la face annulaire de la chaise 23 et contribue, ainsi, à éliminer de cette dernière toute trace ou fraction de matière susceptible de stagner ou de rester collée entre deux phases d1injection successives. Ainsi, tout risque de présence d'une charge de matière dégradée ou détériorée est exclu. La phase d'alimentation et de chargement du canon d'in jection,avec la matière plastique à l'état plastifié, se termine lorsque la chambre de transfert 7 est totalement remplie, comme illustré par la fig. 3, selon laquelle la chemise 23 occupe une position de recul maximal déterminée par le vérin-25. La phase de transfert peut alors débuter en commandant l'alimentation du vérin 25, de façon à provoquer le déplacement dans le sens de la flèche f3 de la chemise 23, comme illustré par la fig. 4. La matière occupant la chambre 7 est soumise à une montée en pression provoquant l'ouverture automatique de l'obturateur 20. La matière à l'état plastifié occupant la chambre 7 est ainsi transférée par les conduits d'intercommunication 12 dans la chambre 8 et provoque le recul du piston 6. Etant donné que, par construction, la chambre 7 définit un volume maximal inférieur à celui de la chambre 8, la phase de transfert décrite ci-dessus prend fin lorsque la chemise 23 occupe la position illustrée par la fig. 5. Dans cet état, toute la matière transfêrable par l'action de la chemise 23 est passée dans la chambre d'injection 8 qui offre un volume utile inférieur à son volume maxi- mal. La dose de matière plastique transférée peut alors être injectée en alimentant le vérin 14, dans le sens nécessaire pour le déplacement du piston 6 et du clapet 19, dans le sens de la flèche f1 selon la fig. 1. Dans la mesure où le nez de cylindre d'injection 2 est équipé d'une buse à obturation automatique, il peut être prévu de remplir, de façon maximale, la chambre d'injection 8 en commandant le recul du piston 6 et l'avancement de la chemise 23, tout en maintenant l'extrudeuse en position de fonctionnement. Ceci permet de placer l'unité dans la position illustrée par la fig. 6, favorable à un début de cycle d'injection d'une dose maximale qui est alors égale au volume utile de la chambre 8. Le contrôle du volume injectable pourra être effectué, dans un tel cas, par un dispositif extérieur associé à la tige 13. Il y a lieu de noter que, dans un tel cas de figure, le foncticnnement de ltextrudeuse peut être du type continu, de manière à fournir, en permanence, une matière plastique à l'état plastifié qui est amenée à remplir uniquement la chambre 7, puis, à partir de l'état de fonctionnement selon la fig. 5, à la fois cette dernière et la chambre 8 pour obtenir un dosage maximal. Dans certains cas, la phase de transfert peut être accélérée en conmandant, simultanément, par le vérin 14 le recul du piston 6. Ainsi. que cela ressort de ce qui précèdeg l'unité d'injection selon l'invention est de réalisation simple, étant donné qu'elle ne comporte que des éléments constitutifs coulissant relativement. Ceci permet de limiter les fuites de matière vers l'ex térieur. A ce titre, comme cela est représenté à la fig. 1, il peut autre prévu de faire comportera dans la partie 23a de la chemise, des trous 30 pour l'écoulement de la matière empruntant lors de la phase d'injection, l'interface entre la chemise 23 et la tige de piston 13. Il y a lieu de noter que les fuites éventuelles, entre le piston 6 et le cylindre 1, sont reprises dans la chambre de transfert-accumulation 7, ou règne une basse pression créée par le restricteur 26a ou, encore, par un étranglement réglable de la sortie de la boudineuse 11. Un autre avantage de la construction ainsi préconisée, réside dans la suppression d'une vis de plastification devant, également, assumer une fonction de piston. Il en résulte une meilleure portée des surfaces en contact, une moindre usure et, surtout, une possibilité de montée en pression notablement plus importante. Un autre avantage, encore, réside dans le fait que le piston est dépourvu d'un obturateur en forme de bague,-dont la rotation relative propre par rapport au piston produit un cisaillement des matières de charge incluses aux matières plastiques à injecter. Un avantage supplémentaire de l'invention réside dans le fait que la plastification est effectuée par une machine extrudeuse propre à cette fonction. Une matière plastifiée de bonne qualité est ainsi transférée dans la chambre 7 qui assume, uniquement, une fonction de transfert homogénéisation. Un autre avantage de l'invention tient au fait qu'il devient possible, par le vérin 14, de maintenir une pression enfin d'injection et, si besoin, de commencer, pendant ce maintien, le remplissage de la chambre 7, en vue d'une autre injection, ce qui est impossible avec les vis-pistons connues. Etant donné que la chambre 8 possède un volume pouvant être considéré constant pOur chaque injection, toutes choses étant égales par ailleurs pour deux injections successives, les pièces obtenues sont de même caractéristique, de même qualité et ne présentent pas de distorsion dans leur capacité ou caractéristique mécanique, consécutivement à un dosage imparfait entre deux injections successives. Ceci permet de limiter les rebuts de fabrication. La structure consistant à faire intervenir une chemise 23, une tige de piston 13 et une queue 21 coulissant relativement avec disposition concentrique, permet de relier rigidement le cylindre d'injection 1 aux cylindres 16 et 16a et d'obtenir ainsi un ensemble unitaire homogène résistant, de faible encombrement, bien que facilement démontable lors de l'entretien. A cet égard, les cylindres 16 et 16a peuvent être formés par des segments tubulaires s'étendant de part et d'autre d'un flasque commun 31 et fermés chacun par un chapeau 32 ou 32a. Dans un tel cas, les entretoises 28 peuvent être conçues pour assumer, également, une fonction de tirants maintenant relativement les éléments constitutifs des cylindres 16 et 16a. La partie 23a de la chemise 23, s'étendant dans tous les cas à l'extérieur de la collerette 24, peut être mise à profit pour commander un détecteur de dosage 34 en fonction du déplacement axial qui lui est imposé. L'utilisateur connaît ainsi, de façon précise, la quantité de matière dosée transférée dans la chambre d'inj-ection 8 et peut régler les paramètres ds fonctionnement d'un cycle d'injection, de manière à réaliser l'injection d'une dose de matière exactement nécessaire à celle de remplissage de l'empreinte. La liaison de commande entre la partie 23a et le détecteur 34 peut être de tout type convenable pour introduire une précision de lecture suffisante du détecteur 34. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Unité d'injection de matière plastique dans un moule, du type comprenant un cylindre d'injection (1) disposé en relation avec le conduit d'injection (5) d'un moule (3) et alimenté en matière première à injecter, caractérisée en ce qu'elle comprend - un cylindre d'injection (1) divisé, par un pis ton mobile (6), en deux chambres (7-8) à volume variable, l'une (8) dite d'injection communiquant avec le conduit d'injection du moule, l'autre (7) dite de transfert communiquant avec la sortie d'au moins une extrudeuse (11) de matière plas tique à l'état plastifié, - une-tige (13) reliant le piston (6) à un vérin de commande à double effet (14), - un clapet commandé (19) de controle de trous d'intercommunication (12) ménagés dans le piston (6) pour faire communiquer les deux chambres (7 et 8), - une chemise de transfert (23) coulissant sur la tige de piston (13) et dans la chambre de trans fert (7) du cylindre (1), - un vérin (25) à simple effet de commande de la chemise. 2 - Unité dsinjection selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre de transfert (7) communique avec la sortie d'au moins une extrudeuse (11) par au moins un trou (9) pratiqué radialement dans le cylindre (1) dans un plan jouxtant la postion de recul maximal du piston (6) dans le cylindre. 3 - Unité d'injection selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre de transfert (7) possède un volume maximal inférieur à celui de la chambre d'injection (8). 4 - Unité d'injection selon la revendication 1, caractérisée en ce que le clapet (19) comporte un obturateur (20) coopérant avec la face du piston (6) correspondant à la chambre d'injection (8), cet obturateur étant prolongé par une queue (21) coulissant dans la tige de piston (13) au-delà de laquelle elle est associée à un vérin de commande (22). 5 - Unité d'injection selon la revendication 1, caractérisée en ce que le vérin à simple effet (25) de la chemise (23) et le vérin à double effet (14) de la tige de piston (13) sont formés par un même cylindre de commande (16-16a). 6 - Unité d'injection selon la revendication 1 ou 5, caractérisée en ce que le circuit d'alimentation du vérin (25), associé à la chemise (23) est pourvu d'un restricteur (26a) fonctionnant dans le sens refoulement. 7 - Unité d'injection selon la revendication 1 ou 5, ca ractérisée en ce que le cylindre d'injection (1) est relié par des entretoises de liaison (28) au cylindre de commande (16-16a). 8 - Unité d'injection selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chemise de transfert (23) comporte une partie (23a) placée dans tous les cas, à l'extérieur du cylindre d'injection (1), cette partie coopérant avec un dispositif (34) indicateur du taux de remplissage de la chambre de transfert. 9 - Unité d'injection selon la revendication r, caractérisée en ce que le nez (2) du cylindre d'injection (1) est muni d'une buse à obturateur. 10 - Machine à injecter les matières plastiques comprenant une unité d'injection selon l'une des revendications 1 à 9