Brevet FR2610566A1 — publié le 19880812

L'invention a pour objet un procédé et un appatreillage de fabrication d'un soufflet de protection pour un dispositif de transmission, comme un joint homocinétique ou analogue, et les soufflets obtenus par mise en oeuvre de ce procédé. Différents systèmes de transmission du mouvement d'un arbre mené & un-arbre menant sont actuellement mis en oeuvre de préférence aux joints à cardan, en particulier dans l'industrie automobile où l'on fait de plus en plus appel pour l'entrainement des roues à partir du moteur à des dispositifs de joints homocinétiques. Dans de tels dispositifs de joints, un ensemble mécanique est lubrifié en permanence par une masse de graisse qui est enfermée dans un soufflet de protection. Celui-ci doit pouvoir se déformer élastiquement dans plusieurs directions d'une part et, d'autre part, conserver ses propriétés nonobstant les multiples causes d'endommagement qui peuvent apparaître au cours de la-vie du véhicule, par exemple celles dues au frottement les unes contre les autres des spires de soufflet, ou encore celles dues aux chocs provoqués par des projections de parties de revêtement routier qui entraînent des amorces de fissures du matériau élastomère utilisé, lesquelles à plus ou moins long terme, conduisent à une destruction du soufflet dont on a pu constater, statistiquement, qu'elle était une des causes importantes de recours à la garantie des constructeurs d'automobiles. On a déjà proposé, pour essayer de s'affranchir de cet inconvénient, de remplacer le matériau élastomère constitutif des soufflets, -et qui est habituellement un caoutchouc du type polychloroprène mis en forme par moulage ou injection-, par un matériau à plus grandes caractéristiques de rigidité, comme un polyester, par exemple du type HYTREL (une Marque déposée de PUPONT DE NEMOURS). Toutefois, l'emploi d'un tel matériau n'est pas d'utilisation facile si l'on envisage des techniques de fabrication usuelles, notamment en raison des difficultés de démoulage, et l'on a par conséquent proposé de réaliser des soufflets de protection en un tel matériau par les techniques d'extrusionsoufflage.Un appareillage dans ce but et un procédé pour sa mise en oeuvre sont décrits, par exemple, dans EP-B1 0022343. Si les résultats obtenus peuvent être considérés comme satisfaisants pour certaines applications, par exemple des soufflets de protection du mécanisme de colonnes de direction, -comme décrit spécifiquement dans le Brevet européen précité-, le procédé connu d'extrusion-soufflage est mal adapté à la fabrication des soufflets de protection de joints homocinétiques, qui sont des pièces de forme complexe dont l'épaisseur de paroi n'est pas constante sur une méme spire et/ou sur des spires adjacentes, d'une part, et dont les parties d'extrémités ou bouts ne peuvent pas être "soufflés" en raison de leur plus grande épaisseur indispensable à la fixation sur la tulipe et l'arbre du joint, par exemple à l'aide de colliers de serrage ou de moyens analogues. Le problème posé est donc de fournir un procédé de fabrication d'un soufflet de protection de structure complexe, du type de ceux actuellement utilisés en tant que soufflets de protection de mécanismes de transmission, comme des joints homocinétiques, qui puisse être mis en oeuvre avec les matériaux souhaités pour ce type de soufflets de protection, tout en autorisant une production industrielle à un coût de revient acceptable. Le problème est résolu par le fait que l'on met en oeuvre un procédé de fabrication par injection-soufflage d'une matière thermoplastique selon lequel on injecte d'abord dans un premier moule et au cours d'une première phase une ébauche de soufflet et les bouts de celui-ci et en ce que, selon l'invention, on procède, dans un second moule à noyau et coquilles définissant les spires du soufflet et qui ménage au moins une zone de pincement entre le noyau et les coquilles à la jonction d'au moins deux spires adjacentes, à un soufflage de l'ébauche spire par spire ou par groupe de spires au cours d'une seconde phase et jusqu'a obtention de la forme désirée du soufflet. Un tel procédé permet de donner aux bouts la forme et l'épaisseur voulues, puisque moulés par injection, et de donner aux spires le profil souhaité par soufflage de l'ébauche sur la paroi des coquilles qui forment ledit second moule. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé est mis en oeuvre en faisant application d'un seul et même noyau mobile, thermorégulé, en tant qu'élément constitutif du premier et dudit second moule. Pour l'injection de l'ébauche et des bouts du soufflet, le premier moule, comportant le noyau thermorégulé, est a coquilles chaudes, alors que dans le second moule, ou moule de soufflage, le noyau thermorégulé est associé a des coquilles, -avantageusement deux demi-coquilles-, dont la température est choisie pour figer la matière thermoplastique mise en oeuvre lors du contact de celle-ci et des coquilles. Un tel mode de mise en oeuvre est particulièrement avantageux en ce qu'il permet, lors de la fermeture dudit second moule,-c'est-#-dire lors de l'application des demicoquilles sur l'ébauche portée par le noyeau-, de conformer l'ébau- che au droit des zones de pincement suivant une forme prédéterminée, par un processus analogue a un moulage par 'Jemprein- te froide" de la matière thermoplastique chaude. On peut ainsi donner au soufflet et au moins dans certaines zones de jonctions de spires adjacentes, -qui sont celles dans lesquelles apparaissent en cours d'usage la plus grande concentration de contraintes-, une forme correspondant de façon précise a celle établie au bureau.d'études, ce qui était impossible jusqusa présent. Un appareillage de fabrication d'un soufflet de protection pour dispositif de transmission par mise en oeuvre du procédé tel que décrit ci-dessus comprend alors un premier moule a coquilles et noyau thermorégulé pour la formation par injection sur ledit noyau d'une ébauche du soufflet et des bouts de celui-ci, un second moule comportant ledit noyau et des coquilles dont la température est choisie pour figer la matière thermoplastique mise en oeuvre lors du contact de celle-ci et des coquilles, ces dernières étant conformées sur leurs parois internes en regard suivant le soufflet a fabriquer, d'une part et, d'autre part, suivant des empreintes de forme et de dimension telles qu'elles ménagent avec le noyau, dans la condition de fermeture dudit second moule, au moins une zone de pincement de l'ébauche a la jonction d'au moins deux spires adjacentes en limitant des chambres de soufflage de chaque spire ou de groupes de spires, le noyau étant percé de canaux circulaires de soufflage débouchant dans lesdites chambres, avec des moyens de réglage indépedasaent ou non les uns des autres des débits, des tempdra- tures, et des pressions de soufflage dans chacune desdites chambres. Dans une réalisation particulièrement avantageuse, ledit second moule est a deux demi-coquilles qui sont conformées de manière telle que la fermeture dudit moule provoque le sectionnement total ou quasi total du disque de matière formé a une des extrémités longitudinales de l'ébauche au cours du processus d'injection. La séparation de ce disque de matière des bouts de l'ébauche auxquels ils est adjacent rend alors inutile une opération ultérieure de sectionnement avec pour conséquence une absence de reprise sur une machine auxiliaire et, par suite, un gain de temps et de productivité important. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de soufflage associés au noyau thermorégulé sont organisés pour permettre le soufflage d'air chaud, une telle disposition contribuant également a l'obtention de résultats satisfaisants, tant en ce qui concerne la régularité de l'épaisseur des spires que la forme de celles-ci, par conservation du caractère plastique de la matière mise en oeuvre lors de ce soufflage d'air chaud. Dans une forme de réalisation préférée, on prévoit également d'associer aux demi-coquilles qui, avec le noyau thermorégulé, forment ledit second moule, des conduits ou canaux débouchant dans lesdites chambres et propres a être reliés a une source de vide, une telle disposition contribuant également à l'obtention d'une forme particulièrement précise en ce qui concerne chacune des spires soufflée et, le cas échéant, aspirée individuellement ou par groupes de spires. L'invention sera bien comprise par la description qui suit, faite a titre d'exemple et en référence au dessin annexé dans lequel - les figures 1 à 6 sont des vues schématiques illustrant les différentes phases du procédé selon l'invention - la figure 7 est une vue schématique partie en coupe et partie en élévation du second moule, ou moule de soufflage, d'un appareillage selon l'invention pour la fabrication d'un soufflet de protection de joint homocinétique - la figure 8 est une vue partielle, a plus grande échelle, d'une partie d'un tel soufflet, d'une partie d'une demi-coquille et d'un noyau constitutifs dudit second moule de soufflage. On se réfère d'abord-aux figures 1 à 6 qui-illus- trent, schématiquement, le procédé de fabrication par injection-soufflage d'une matière thermoplastique d'un soufflet de protection d'un dispositif de transmission, comme un joint homocinétique, sans que cette indication ait cependant quelque caractère limitatif que ce soit. Dans un tel procédé d'injection-soufflage d'une matière thermoplastique comme du polyester, par exemple celui connu sous la Marque HYTREL (une Marque déposée de DUPONT DE NEMOURS) on injecte d'abord dans un moule, du type de celui montré schématiquement sur la figure 1, une ébauche du soufflet à fabriquer. Ledit moule,10, comprend deux demi-coquilles 11 et 12, respectivement, et un noyau central 13 quelque peu tronconique dans l'application ici décrite d'un soufflet de protection pour joint homocinétique.Dans la condition de fermeture du moule, qui est celle montrée sur la figure 1, l'injection de matière thermoplastique est effectuée au droit du plan de joint, comme montré en 14, et dans un appareillage dont le noyau et les demicoquilles sont chauds, à une température compatible avec celle de la matière thermoplastique mise en oeuvre. Après injection, le noyau 13 est garni de l'ébauche E (figure 2) et les demicoquilles 11, 12 sont alors écartées du noyau qu'elles libèrent (figure 3). A partir de cette condition, le noyau 13 garni de l'ébauche E, -qui conserve son état de plasticité en raison de la thermorégulation du noyau 13-, est amené par un dispositif de manutention, non représenté, par exemple un carrousel, à l'intérieur d'un second moule, ou moule de soufflage a deux demi-coquilles 15 et 16 (figure 4), initialement distantes l'une de l'autre et qui viennent, ensuite se refermer autour du noyau 13. Lorsque, a partir de la condition de fermeture du second moule, on provoque le soufflage de l'ébauche E à l'aide d'un ou plusieurs courant(s) de fluide, comme montré schématiquement par la flèche S de la figure 5, l'ébauche est plaquée sur la paroi interne de chaque demi-coquille 15 et 16 et prend alors la forme souhaitée.On écarte alors les demi-coquilles 15 et 16 l'une de l'autre (figure 6), l'ouverture du moule permettant l'extraction du noyau 13 puis du soufflet ainsi fabriqué par injection-soufflage. Dans une mise en oeuvre préférée de l'invention, on prévoit un noyau 20, de révolution (figure 7), comportant a l'une de ses extrémités une partie 21 à surface externe 22, laquelle se poursuit, en direction de son autre extrémité frontale matérialisée par une face 23, par une surface externe a ondulations comme 25, 26, 27 etc... dont la dernière, 29, se raccorde à la face 23 par une surface externe sensi blement cylindrique 30 dans laquelle peuvent être ménagées des gorges comme 31 et 32. Le noyau 20, comme bien visible sur la figure 7, ménage des canaux circulaires 401,402,403... propres a être reliés a une ou des sources de fluides sous pression, non représentée(s), et qui débouche(nt) sur la face externe dudit noyau, lequel est muni de moyens, non représentés, de régulation de sa température. Des moyens, également non représentés, permettent de régler le débit, la température, et la pre#ssion du fluide de soufflage dans chaque canal 40 indépendamment ou non de la tepérature, du débit et de la pression dans les autres canaux. Alors que les demi-coquilles 11 et 12 associées au noyau 20 pour former le moule d'injection sont d'un type usuel pour l'obtention sur ledit noyau d'une ébauche de soufflet E, comme montrée en pointillé sur la figure 7, l'invention prévoit une réalisation particulière des deux demicoquilles dont l'une est montrée en 60, et qui, associées au noyau 20 forment le second moule ou moule de soufflage.Lesdites demi-coquilles sont conformées sur leur paroi interne 61 suivant la surface externe que l'on souhaite donner au soufflet de protection et chacune présente ainsi des creusures adjacentes 621,622,623,etc... par exemple a section droite sensiblement triangulaire et qui peuvent être semblables ou, au contraire, différentes les unes des autres en fonction de la forme définitive de la pièce à fabriquer laquelle résulte fréquemment d'un calcul~complexe fonction de la transmission a protéger, par exemple un joint homocinétique que le soufflet de protection est destiné a équiper.Aux extrémités des deux demi-coquilles, - considérées dans le sens longitudinal de l'axe de révolution A-, chaque demi-coquille présente une portée 63, 64, respectivement, cette dernière se poursuivant par une face 65 perpendiculaire a l'axe A. Comme bien montré, également, sur la figure 8, les deux demi-coquilles 60 sont conformées chacune, au moins dans certaines zones de jonction d'au moins deux creusures adjacentes, suivant des empreintes 66 dont la forme corres pond treks exactement a celle que l'on souhaite donner au soufflet dans les zones correspondantes, par exemple dans la réalisation décrite et représentée, suivant une section droite a flancs 67 et 68 inclinés et reliés à leur apex par une nervure en U a bords 69, 70, parallèles et fond 71 légerement incurvé. Selon l'invention, également, les demi-coquilles, comme 60, sont maintenues a une température choisie pour figer la matière thermoplastique mise en oeuvre lors de leur contact avec elles, comme explicité ci-après,et elles sont conformées et dimensionnées par rapport au noyau 20 de façon telle que dans la condition opératoire du second moule ou moule de soufflage, qui est celle montrée sur la figure 7, le noyau logé a l'intérieur des deux demi-coquilles 60 limite avec celle-ci une première zone d'extrémité entre la portée 63 et la surface 22, une seconde zone d'extrémité entre la portee 64 et la surface 30 et un espace entre la face 65 et la face 23, respectivement.Entre les deux zones d'extrémités les demi-coquilles 60 et le noyau 20 sont très proches l'un de l'autre en des zones de pincement, comme 35, 36, 37, etc... définissant ainsi des chambres dont chacune est limitée par la surface interne des coquilles entre deux zones de pincement consécutives et la surface en regard du noyau, lesdites zones correspondant dans l'exemple représenté a des arêtes circulaires de diamètre différents ou non des demi-coquilles 60 au droit des empreintes comme 66. On prévoit, en outre, dans chaque demi-coquille 60, des forages comme 76, sur lesquels sont branchés en dérivation des canaux comme 771 772' 773 etc... qui débouchent a leur autre extrémité dans les creusures 62, sensiblement aux sommets de celles-ci. Ces canaux et forages sont prévus pour, le cas échéant, provoquer un vide partiel dans chacune ou certaines des chambres limitée(s) par la surface interne des coquilles et la surface en regard du noyau 20, le degré de vide pouvant etre différent d'une chambre a l'autre. Lorsque le processus d'injection-soufflage est mis en oeuvre avec un appareillage selon l'invention, la fermeture du moule de soufflage sur l'ébauche E, c'est-adire la réalisation de la condition montrée sur la figure 4, a pour conséquence que, d'une part, les empreintes comme 66 des demi-coquilles a une température choisie pour figer la matière thermoplastique mise en oeuvre lors de leur contact avec elles, façonnent l'ébauche E de manière analogue a un moulage dans l'espace compris entre les empreintes et le noyau 20, donnant ainsi aux zones concernées du soufflet la forme exacte voulue et, d'autre part, provoquent le pincement de la matière constitutive de l'ébauche au droit de ces empreintes, avec pour résultat la séparation étanche les unes par rapport aux autres des chambres limitées par lesdites empreintes et les surfaces en regard du noyau et des coquilles.Il est alors possible de provoquer le soufflage indépendant de chaque spire ou groupe de spires en réglant pour chaque chambre dans laquelle débouche au moins un canal 40 la température, la pression et/ou le débit de soufflage. Cette opération de soufflage sur des volumes nettement plus petits que ceux généralement mis en oeuvre permet d'accroitre la précision de forme conférée a chaque spire ou groupe de spires, qui peut ainsi être réalisé(e) très exactement au dessin voulu, avec une précision de forme équivalente a celle que l'on pourrait obtenir par moulage, alors qu'un tel procédé ne peut pas être mis en oeuvre avec les matériaux utilisés, et cela en raison de l'impossibilité de démouler des pièces qui, comme c'est le cas en l'espèce, ont subi un allongement plus grand que 12 a 14 %. Si, complémentairement au soufflage, on procède également dans toutes ou certaines des chambres de formation des spires ou groupes de spires a un vide partiel à l'aide des canaux comme 76, 77, ainsi que, le cas échéant, a un soufflage de fluide a température plus forte que l'ambiante, alors les conditions de mise en forme de la matière thermoplastique sont encore améliorées, avec pour conséquence l'obtention, directement de soufflage, des pièces aux formes souhaitées, comme montré en trait plein sur la figure 7.Lesdites pièces, qui sont en outre conformées, au moins dans certaines zones de jonction des spires c'est-à-dire dans les zones a plus forte concentration de contraintes en cours de fonctionnement, a la forme exacte requise, sont alors tron çonnées pour éliminer le disque comme 78 formé lors de l'injection de la matière thermoplastique constitutive du soufflet à une extrémité de celui-ci. Dans une forme de réalisation préférée de l'appareillage, on prévoit que les demi-coquilles comme 60 présentent a la périphérie de leur face 23 des poinçons dimen sonnés et places de façon telle que, a la fermeture du second moule, ledit disque 78 soit automatiquement sectionné. On obtient ainsi, au démoulage, un soufflet dont la forme est immédiatement celle souhaitée pour le montage sur un joint homocinétique, par exemple a l'aide de colliers de serrage ou a l'aide de dispositifs comme ceux décrits dans la Demande de Brevet français, FR-A-86 10899, au nom de la Demanderesse, c'est- -dire des moyens de raccord rapides a anneau en alliage a mémoire de forme. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un soufflet de protection pour dispositif de transmission, comme un joint homocinétique ou analogue, par injection-soufflage d'une matière thermoplastique dans un dispositif de moule, selon lequel on injecte d'abord dans un premier moule et au cours d'une première phase une ébauche de soufflet et les bouts de celui ci, caractérisé en ce que l'on procède, dans un second moule à noyau et coquilles définissant les spires du soufflet et qui ménage au moins une zone de pincement entre le noyau et les coquilles à la jonction d'au moins deux spires adjacentes, à un soufflage de l'ébauche spire par spire ou par groupe de spires, au cours d'une seconde phase et jusqu'a obtention de la forme désirée du soufflet. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le soufflage est conduit à l'aide d'un ou de fluide(s) chaud(s). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le soufflage est conduit, pour chaque spire ou groupe de spires à température, pression et débit de fluide égaux ou différents. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le soufflage est accompagne, le cas échéant, d'une mise en dépression de certaines parties dudit second moule. 5. Appareillage de fabrication d'un soufflet de protection pour un dispositif de transmission, comme un joint homocinétique ou analogue, par injection-soufflage d'une matière thermoplastique dans un dispositif de moule comportant un premier moule à coquilles et noyau thermorégulé pour la formation par injection sur ledit noyau d'une ébauche du soufflet et des bouts de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend un second moule comportant ledit noyau (20) et des coquilles (60) dont la température est choisie pour figer la matière thermoplastique mise en oeuvre lors du contact de celle-ci et des coquilles, celles-ci étant conformées sur leurs parois internes (61) en regard suivant le soufflet à fabriquer, d'une part et, d'autre part, suivant des empreintes (66) de forme et de dimension telles qu'elles ménagent avec le noyau, dans la condition de fermeture dudit second moule, au moins une zone de pincement de l'ébauche (E) à la jonction d'au moins deux spires adjacentes en limitant des chambres (62) de soufflage de chaque spire ou de groupes de spires, le noyau (20) étant percé de canaux circulaires de soufflage (40) débouchant dans lesdites chambres avec des moyens de réglage indépendarmrent ou non les uns des autres des débits, des températures et des pressions de soufflage dans chacune desdites chambres. 6. Appareillage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un seul et même noyau mobile (20), thermorégulé, en tant qu'élément dudit premier et dudit second moule dont les coquilles sont, respectivement, des coquilles "chaudes" et des coquilles (60) dont la température est choisie pour figer la matière thermoplastique mise en oeuvre lors du contact de celle-ci et des coquilles. 7. Appareillage selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que les coquilles (60) qui, avec le noyau thermorégulé (20), constituent ledit second moule, sont conformées de manière telle que la fermeture dudit moule provoque le sectionnement total ou quasi-total du disque de matière (78) formé à une des extrémités longitudinales de l'ébauche (E) au cours du processus d'injection. 8. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 5 a 7, caractérisé en ce que les coquilles (60) qui, avec le noyau thermorégulé (20) forment ledit second moule, comportent des conduits (76) et canaux (77) débouchant dans lesdites chambres (62) et propres à être reliés à une source de vide, le degré de vide pouvant être différent d'une chambre a l'autre.