Brevet FR2593740A1 — publié le 19870807

Cylindre de plastification pour des machines à mouler par injection ____________________________________________ L'invention concerne un cylindre de plastification pour des machines à mouler par injection pour le traitement de matières plastifiables, divisé en zones de chauffage et/ou de refroidissement et comportant des éléments chauffants et des éléments thermosensibles associés à des zones indépendantes les unes des autres. On entend par matières plastifiables dans le sens de l'in- vention des matières à mouler thermoplastiques, des matières à mouler réticulantes telles que les matières thermodurcissables, les élastomères. Lorsque les produits moulés par injection doivent être d'une haute qualité, en particulier en ce qui concerne le res- Pect des propriétés des matières et leur stabilité dimension- nelle, les systèmes de commande doivent satisfaire à des exi- gences considérables. Un problème essentiel pas encore résolu consiste en ce que, après une phase de démarrage, le fonctionnement des ma- chines * mouler par injection n'est pas stationnaire en ce sens qu'il ne se produit plus que des variations de température pra- tiquement négligeables dans l'unité de plastification et d'injection, c'est-à-dire dans la matière plastifiée. Les va- riations de température de la matière plastifiée conduisent no- tamment à des variations de la viscosité. Jusqu'ici, il a été possible de tenir à peu près compte de ces variations de la viscosité, mais pour la fabrication de pièces de précision elles posent des difficultés considérables qui n'ont pas encore pu être surmontées de manière satisfaisante. Les variations de température qui sont provoquées notam- ment par la friction dans la matière à plastifier peuvent avoir pour effet que les produits moulés par injection présentent des propriétés variables. Ce problème aussi n'a pu être résolu jusqu'à présent de manière satisfaisante. Les causes doivent être recherchées avant tout dans la construction des cylindres de plastification et d'injection bien connue jusqu'ici. Compte tenu des pressions extrêmement élevées appliquées lors de l'injection, il est nécessaire de dimensionner en conséquence l'épaisseur de la paroi de ces cylindres de plastification et d'injection. Les cylindres de plastification et d'injection comportent, sur l'enveloppe extérieure, des bandes chauffantes ainsi que des éléments thermosensibles qui sont généralement répartis sur trois zones. La pleine puissance calorifique n'est nécessaire que pen- dant la phase de démarrage. Toutefois, ces cylindres de plastification et d'injection présentent une grande capacité calorique de telle façon que les températures signalées par les détecteurs de chaleur sur la paroi extérieure ne correspondent pas, même en première ap- proximation, aux températures de la matière plastifiée. A cela s'ajoute encore un déphasage temporel entre les variations de température survenant dans la matière plastifiée et les varia- tions de température indiquées par les éléments thermosen- sibles. A cela s'ajoute encore le fait aggravant que la tempéra- ture de la matière plastifiée est soumise, elle aussi, à des variations. Pendant la plastification, la température augmente à la suite de la friction pour retomber ensuite légèrement pen- dant l'injection de la matière plastifiée. I1 est donc compréhensible que des déphasages temporels considérables se produisent d'une manière générale entre les températures enregistrées par les éléments thermosensibles sur la paroi extérieure des cylindres de plastification et les tem- pératures momentanées au sein de la matière plastifiée de telle façon que jusqu'ici il était nécessaire, en raison des grandes constantes de temps, de recourir à des algorithmes compliqués pour le contrôle de la température afin de pouvoir maîtriser approximativement de tels systèmes de régulation. - Des problèmes se posent en particulier lorsqu'il s'agit de traiter de nouvelles matières pour lesquelles la conduite de la température s'avère critique: C'est ainsi qu'il est nécessaire, par exemple pour la fabrica- tion de diques ompactes en polycarbonates, d'effectuer la plastifi- cation et l'homogénéisation du matériel en un temps aussi court que possible à proximité de la limite supérieure de la tempéra- ture de traitement. Compte tenu des déviations de réglage survenues jusqu'ici, il était nécessaire de prévoir une grande marge de sécurité par rapport à la température de décomposition et d'accepter des in- convénients qualitatifs éventuels. La présente invention a donc pour objet de crier un cy- lindre de plastification chauffant qui assure le traitement de matières plastiques aussi près que possible de la limite supé- rieure de la température de traitement et qui présente une al- lure de température suffisamment précise. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le cylindre de plastification comporte un cylindre extérieur et un cylindre intérieur, que les deux cylindres sont solidarisés dans la région de l'antichambre de vis, que le cylindre inté- rieur est équipé des éléments chauffants et des éléments ther- mosensibles, et que la section terminale du cylindre extérieur éloignée de l'antichambre de vis présente un ajustement avec jeu pour le cylindre intérieur. 4 2593740 Ces mesures ont pour effet que les cylindres intérieur et extérieur ne sont solidarisés que dans la région dans laquelle s'établissent des pressions importantes, alors que, du fait de l'ajustement avec jeu prévu selon l'invention dans la région de la section terminale du cylindre de plastification éloignée de l'antichambre de vis, le cylindre intérieur peut suivre sans difficulté des allongements d s à des variations de température auxquelles le cylindre extérieur n'est pas exposé dans cette même proportion compte tenu de sa capacité calorique considéra- blement plus grande. Selon une autre caractéristique de l'invention, une chambre annulaire est conformée, à l'extérieur de la région de l'antichambre de vis, entre les cylindres intérieur et exté- rieur. Cette mesure a pour effet que la transmission de chaleur entre le cylindre intérieur et le cylindre extérieur est ré- duite considérablement de telle façon que le cylindre intérieur peut suivre sans difficulté les variations momentanées de la température de la matière plastifiée ou à plastifier. Selon une autre caractéristique de l'invention, la chambre annulaire est munie de raccords pour l'amenée d'un milieu fluide. Ce milieu peut être un réfrigérant, par exemple de l'eau, mais il est également possible de mettre en oeuvre un fluide de chauffage qui assure le chauffage du cylindre de plastification à la température de service avant la mise en service de la machine à mouler par injection. Pour obtenir un contact intime des éléments chauffants et des éléments thermosensibles avec le cylindre intérieur, il est prévu, selon une autre caractéristique de l'invention, d'encas- trer les éléments chauffants et les éléments thermosensibles - disposés sur la paroi extérieure du cylindre intérieur dans une couche métallique appliquée par pulvérisation sur le cylindre intérieur. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le cy- lindre intérieur présente, dans le sens axial, des rainures pour les lignes de raccordement des éléments chauffants et/ou 2593740 des éléments thermosensibles de telle façon que les lignes de raccordement pour les différentes zones passent en partie en dessous des éléments chauffants et des éléments thermosensibles des autres zones. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les rai- nures débouchent, dans la section terminale du cylindre inté- rieur éloignée de l'antichambre de vis, dans une zone de rac- cordement pour une connexion enfichable de façon à permettre un raccordement aisé des éléments chauffants et des éléments ther- mosensibles. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le cylindre extérieur est emmanché sur le cylindre intérieur de telle façon qu'un contact intime est établi entre les deux cy- lindres dans la région de l'antichambre de vis et que les va- riations différentes de la longueur des deux cylindre se si- tuent à l'intérieur de la plage de l'ajustement avec jeu. Dans un exemple de réalisation préféré de l'invention, le cylindre extérieur est emmanché avec une précontrainte qui cor- respond à peu près à la contre-pression maximale exercée par la matière plastifiée. De ce fait, les éléments chauffants et les éléments thermosensibles ne sont pas exposes, dans la région de l'antichambre de vis, à des pressions inadmissibles pendant le fonctionnement de la machine à mouler par injection. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les lignes de raccordement des éléments chauffants et des éléments thermosensibles sont conduites, dans la région de l'antichambre de vis, dans des rainures axiales en passant en dessous des éléments chauffants et des éléments thermosensibles des autres zones, mesure qui n'est rendue possible que grâce au fait que l'on dispose aujourd'hui d'éléments chauffants et d'éléments thermosensibles ayant une durée de vie extrêmement longue même dans des conditions de service sévères. Dans encore un autre mode de réalisation de l'invention, un joint est disposé dans la région de l'ajustement avec jeu entre le cylindre extérieur et le cylindre intérieur de façon à 6 2593740 - permettre d'utiliser sans difficulté comme substance en circu- lation une substance liquide, par exemple de l'eau, de l'huile caloporteuse ou une substance analogue. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés & titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure- représente une coupe longitudinale du cylindre de plastification; la figure 2 représente une coupe longitudinale du cylindre intérieur; la figure 3 représente une coupe suivant la ligne A-B dans la fig. 2; la figure 4 représente une coupe suivant la ligne C-D dans la fig. 2; la figure 5 représente une coupe suivant la ligne E-F dans la fig. 2. La fig. 1 représente, en coupe longitudinale, le cylindre de plastification désigné par 1. Il se compose du cylindre extérieur 2 et du cylindre inté- rieur 3. Les cylindres intérieur et extérieur sont solidarisés, dans la région de l'antichambre & vis 4, par frettage, tandis que la section de vis 5 éloignée de l'antichambre de vis est conformée en ajustement avec jeu entre le cylindre intérieur et le cylindre extérieur. Cette section terminale 6 du cylindre intérieur éloignée de l'antichambre de vis est guidée de manière coulissante par le cylindre extérieur et elle comporte, en outre, une rainure annulaire 7 dans laquelle est placé un cordon 8' servant de joint d'étanchéité. La région entre l'antichambre de vis et l'ajustement avec jeu entre le cylindre extérieur et le cylindre intérieur est 7 2593740 conformée an espace annulaire 8, ce qui peut être obtenu de la manière la plus simple en donnant au cylindre extérieur un dia- mètre intérieur plus grand que dans la région de l'antichambre de vis, comme cela ressort de la fig. 1. Le cylindre extérieur comporte des tubulures de raccordement 9 et 10 pour l'amenée ou l'évacuation d'une substance qui nécessite, dans le cas d'une substance liquide, la mise en place du joint d'étanchéité 8. Le cylindre intérieur représenté de manière simplifiée dans la fig. 1, est montré avec ses détails dans la fig. 2. Sa paroi 4 est subdivisée en quatre zones 1', 2', 3' et 4' dans lesquelles sont disposes les éléments chauffants, généra- lement désignés par 12, et les éléments thermosensibles 13. En ce qui concerne les éléments chauffants 12, il s'agit de bandes chauffantes hélicoidales bien connues en soi dont les lignes de raccordement s'étendent dans le sens axial. A cet ef- fet, la paroi du cylindre intérieur comprend des rainures 15, 16, 17 et 18 orientées dans le sens axial et abritant ces lignes de raccordement des éléments chauffants, de même que les lignes de raccordement des éléments thermosensibles, les lignes de raccordement des éléments chauffants et des éléments thermo- sensibles étant guidées dans les rainures, en dessous des zones de chauffe 3', 2' et 1', et réunies en un connecteur désigné schématiquement par 19 (cf. fig. 1). Les éléments chauffants et les éléments thermosensibles sont encastrés dans une couche métallique appliquée par pulvé- risation, dans le cas présent dans une couche de nickel 20 ap- pliquée par projection, qui, après l'application, est soumise à une opération de finissage par polissage. Ensuite, le cylindre de chauffage avec ses éléments chauf- fants et éléments thermosensibles est solidarisé par frettage avec le cylindre extérieur dans la région de l'antichambre de vis. Le cylindre extérieur est alors emmanché avec une précon- trainte qui correspond à peu près à la contre-pression maximale exercée par la matière plastifiée. REVENDICATION 1. - Cylindre de plastification pour des machines à mouler par injection pour le traitement de matières plastifiables, di- visé en zones de chauffage et/ou de refroidissement et compor- tant des éléments chauffants et des éléments thermosensibles, c a r a c t é r i s é e n c e que le cylindre de plastifica- tion (1) comporte un cylindre extérieur (2) et un cylindre in- térieur (3), que les deux cylindres sont solidarisés dans la région de l'antichambre de vis, que le cylindre intérieur com- porte les éléments chauffants et les éléments thermosensibles, et que la section terminale du cylindre extérieur éloignée de l'antichambre de vis présente un ajustement avec jeu pour le cylindre intérieur. 2. - Cylindre de plastification selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une chambre annulaire (8) est conformée en dehors de la région de l'antichambre de vis, entre le cylindre intérieur et le cylindre extérieur. 3. - Cylindre de plastification selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre annulaire est équipée de rac- cords (9, 10) pour l'amenée d'une substance en circulation. 4. -.Cylindre de plastification selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments chauf- fants et les éléments thermosensibles disposés sur la paroi ex- térieure du cylindre intérieur sont encastrés dans une couche métallique appliquée par pulvérisation sur le cylindre inté- rieur. 5. - Cylindre de plastification selon l'une quelconque des re- vendications i à 4, caractérisé en ce que le cylindre intérieur est muni de rainures axiales (15, 16, 17, 18) pour les lignes de raccordement des éléments chauffants (12) et/ou des éléments thermosensibles (13). 2593740 6. - Cylindre de Dlastification selon la revendication 5, caractérisé en ce que les rainures dé- bouchent, dans la section terminale du cylindre intérieur éloi- gnée de la région de l'antichambre de vis, dans une région de raccordement pour une connexion enfichable. 7. - Cylindre de plastification selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 6, caractérisé en ce que le cylindre extérieur est emmanché sur le cylindre intérieur. 8. - Cylindre de plastification selon la revendication 7, cara térisé en ce que le cylindre extérieur est emmanché avec une précontrainte qui correspond à peu près à la contre-pression maximale exercée par la matière plastifiée. 9. - Cylindre de plastification selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 8, caractérisé en ce que les lignes de raccor- dement des éléments chauffants et des éléments thermosensibles sont conduites, dans la région de l'antichambre de vis, par des rainures orientées axialement, en passant en dessous des élé- ments chauffants et des éléments thermosensibles des autres zones. 10. Cylindre de Plastification selon l'une quelconque des rE vendications 1 à 9, caractérisé en ce que, danF la région de l'ajustement avec jeu, un joint d'étanchéité (8') est disposé entre le cylindre extérieur et le cylindre intérieur.