Brevet FR2605931A1 — publié le 19880506

PRESSE HYDRAULIQUE A ARCADE A COURSE RAPIDE POUR LE FORMAGELE DOUBLAGE ET LA COMPRESSION DE PIECES DE FAIBLE EPAISSEUR A BASE DE MATIERE PLASTIQUE La présente invention se rapporte à une presse hydraulique à arcade à course rapide comprenant une table, un chapiteau et un coulisseau mobile entre la table et le chapiteau, pour le formage, le doublage et la compression de pièces de grande étendue et de faible épaisseur de paroi, en matière plastique ou en matériaux composites à base de matière plastique ou de mats de fibres imprégnés de matière plastique, sous la forme de pièces profilées, la moitié supérieure du moule étant portée par le coulisseau qui peut être soulevé et abaissé à l'aide d'un dispositif hydraulique à mouvement rapide pour la course à vide et d'un dispositif hydraulique à petite course pour la course de travail. Lors de la mise en forme, du doublage et de la compression de pièces de grande étendue et de faible épaisseur de paroi, en matière plastique, matériaux composites à base de matière plastique ou de mats de fibres imprégnés de matière plastique, sous la forme de pièces profilées, il est nécessaire de disposer de presses extrêmement rigides, de grande précision et de pression élevée. Dans la construction automobile, il existe également une tendance à fabriquer en matière plastique ou en matériaux composites à base de matière plastique des pièces profilées de grande étendue fabriquées jusqu'à présent. en tôle d'acier, telles que des portières, des pavillons, etc. On a mis au point à cet effet de nombreuses nouvelles matières plastiques et combinaisons de matières plastiques présentant les caractéristiques requises. En tant que matériau de départ, on peut cependant utiliser également des mats de fibres imprégnés de matière plastique ou des plaques de matière plastique, qui sont comprimés et mis en forme à froid ou à chaud dans la presse. En particulier la mise en forme de pièces de carrosserie de grande étendue avec des épaisseurs de paroi extrêmement faibles exigent un guidage parallèle exact des parties d'outil (moule) afin de ne pas obtenir des différences d'épaisseur sur la pièce. On connaît des presses hydrauliques suivant la demande de brevet DE-32 07. 242 qui répondent à ces exigences. Afin de satisfaire aux impératifs sévères mentionnés ci-dessus, une telle presse se compose d'un sommier supérieur (semelle supérieure) de grande hauteur, déplaçable sur des colonnes circulaires latérales de grande longueur et servant de table de presse, et d'une partie inférieure de presse de grande hauteur, composée d'un sommier inférieur (semelle inférieure) sur lequel sont montés des cylindres de presse et une table de presse. Sur cette presse, le sommier supérieur d'abord verrouillée sur les colonnes circulaires est déverrouillé et tiré *sur les colonnes circulaires à la position de travail inférieure. Le sommier supérieur est ensuite de nouveau verrouillé sur les colonnes circulaires, après quoi la moitié inférieure de l'outil de presse est poussée avec le sommier inférieur par les cylindres à montage hydrostatique vers le haut contre la partie supérieure de l'outil en vue de la compression et de la mise en forme. Par le grand jeu obligatoirement nécessaire pour le guidage du sommier supérieur sur les colonnes circulaires, un guidage parallèle et un réglage des moitiés d'outil de presse avec la precision requise est difficilement réalisable. Le façonnage de matières thermodurcissables et thermoplastiques renforcées de fibres impose cependant encore d'autres exigences, à savoir: a) des temps de repos sans pression extrêmement courts pour le matériau thermodurcissable soumis à une accélération relativement forte (par exemple résine polyester pour grandes pièces profilées) ou également pour des matériaux thermoplastiques préchauffés qui sont placés dans l'outil froid; b) des courtes durées d'établissement de pression afin d'arriver, depuis le contact du matériau avec les parties de moule jusqu'au démoulage, à une durée de mise en forme = Les conditions selon a) ou b) doivent être satisfaites pour obtenir des pièces qualitativement parfaites afin d'assurer, par exemple dans le cas d'un prédurcissement ou d'un refroidissement trop rapide du matériau non encore façonné ou, dans le cas b) pour des matériaux à réaction rapide, un façonnage complet même avec des trajets d'écoulement longs et des sections d'écoulement étroites. En dehors de ces exigences imposées pour le façonnage dit "forgeage de matières plastiques", il est nécessaire, en vue d'une grande précision des pièces façonnées ainsi que d'une bonne fidélité de forme ou également en vue d'un doublage mince et uniforme dans l'outil, que c) un mouvement en parallèle soit assuré pendant la descente rapide du coulisseau et pendant la phase de compression, dans des limites très étroites (mesurées sur les quatre angles de la table de presse). La présente invention a pour objet une presse hydraulique à course rapide qui, en répondant aux trois impératifs a), b) et c) ci-dessus, permet des cycles de compression extrêmement courts. - Suivant un mode de réalisation de l'invention, le coulisseau est soulevé et abaissé pendant la course à vide par un système d'entraînement hydraulique à mouvement rapide, agissant de façon centrale dans le chapiteau, et est guidé coulissant à l'aide de tiges de poussée dans le chapiteau; les tiges de poussée sont couplées, après la course à vide, en passant par des verrouillages hydrauliques à douilles de serrage, de façon synchrone et par serrage avec des carters annulaires servant de guides aux tiges de poussée et ancrés dans le chapiteau; la course de travail est effectuée par des cylindres à petite course qui sont fixés sur le c8té supérieur du coulisseau et dont les pistons se trouvent aux extrémités inférieures des tiges de poussée, les pistons étant précontraints sous contre- pression hydraulique par rapport aux cylindres à petite course avant le verrouillage. Suivant un autre mode 'de réalisation de l'invention, le coulisseau est soulevé et abaissé pendant la course à vide par un système d'entraînement hydraulique à mouvement rapide, agissant de façon centrale dans le chapiteau, et est guidé à l'aide de tiges de poussée dans le chapiteau; les tiges de poussée sont couplées, après la course à vide, en passant par des verrouillages hydrauliques à douilles de.. serrage, de façon synchrone et par serrage avec les pistons annulaires de cylindres différentiels ancrés dans le chapiteau; la course de travail est effectuée par lesdits cylindres différentiels, par l'intermédiaire des pistons annulaires et des tiges de poussée verrouillées avec ces pistons, les pistons étant précontraints sous contre-pression hydraulique par rapport aux cylindres différentiels avant le verrouil- lage. La force antagoniste établie dans les coussins de pression des cylindres est de préférence maintenue quelque peu plus importante que le poids total de toutes les tiges de poussée et pistons. Le verrouillage hydraulique par. douilles de serrage et le ou les agencement(s) de cylindres et pistons hydrauliques différentiels ou à petite course constitue de préférence une unité de construction avec les tiges de poussée. Suivant un mode de réalisation préféré, des contacts mécaniques réglables de façon continue dans les glissières du bâti de presse et des systèmes de mesure à haute sensibilité commandent avantageusement un dispositif de commande hydraulique commun pour le déclenchement en série de la précontrainte de pression centrale dans les coussins de pression, du verrouillage hydraulique par douilles de serrage, de l'établissement de pression dans les cylindres avec régulation de marche parallèle (synchronisation) simultanée du coulisseau par commande volumétrique de fluide des cylindres à petite course ou cylindres différentiels. De préférence, le système d'entraînement à mouvement rapide pour la course à vide est commandé, jusqu'à proximité avant le contact des arêtes d'interpénétration de l'outil, avec un profil de marche (vitesse et freinage), exactement prédéterminé par un système à calculateur à commande numérique. De préférence, en vue de la régulation de marche parallèle (synchrone), une servo-valve à action proportionnelle est directement associée à chaque cylindre différentiel ou cylindre à petite course. Les avantages obtenus par l'invention résident en particulier dans le fait qu'avec des masses efficaces réduites, on obtient pratiquement un couplage sans à- coups et sans usure par le verrouillage synchrone par serrage des tiges de poussée, la réalisation technique étant possible par l'amortissement hydraulique et la compensation automatique des masses ajoutées dans les coussins de pression précontraints. La neutralisation du poids des tiges de poussée et des pistons favorise, par les faibles masses résiduelles, d'une manière avantageuse l'obtention de temps de freinage plus courts, de vitesses plus élevées sur le trajet à parcourir en course libre, ainsi que de vitesses de fermeture élevées. Il en résulte des temps de repos extrêmement courts du matériau à mettre en forme depuis la mise en place dans la partie de moule jusqu'au début du formage et de ce fait une meilleure aptitude à la mise en forme jusque dans les coins extrêmes de la pièce. Il est également avantageux que les dispositions de commande et de régulation ainsi que les dispositions de construction choisies assurent une précision de marche parallèle synchrone déjà lors de l'entrée de la partie femelle du moule (matrice) dans les glissières et dans les arêtes d'interpénétration de la partie mâle de moule (poinçon), avant le début du contact avec le matériau à mettre en forme. Un autre avantage réside dans le fait que le - verrouillage hydraulique par douilles de serrage forme un ensemble de construction avec l'agencement de cylindres-pistons hydrauliques à petite course pour des courtes durées d'établissement de pression, l'utilisation de cylindres à petite course permettant des vitesses de compression particulièrement élevées. Dans le cas des agencements de cylindres-pistons à petite course, la consommation d'énergie ainsi que les quantités de fluide hydraulique à commander et à réguler sont également particulièrement faibles et en raison du faible volume de fluide hydraulique dans les cylindres, la durée d'établissement de pression est très faible en raison du faible volume de compression de la colonne de fluide, c'est-à-dire que la quantité de fluide hydraulique à comprimer est d'environ 20 fois plus faible que dans le cas d'un système entièrement hydraulique. Des quantités plus faibles de fluide hydraulique à déplacer sont à leur tour en faveur d'une grande précision du mouvement du poussoir de presse par commande numérique, pendant la course de fermeture et de compression, dans la plage de tolérances étroite de l'écart "valeur de consigne-valeur réelle" suivant les profils de vitesse, de marche freinée et de pression de compression prédéterminées. Comparativement aux autres systèmes de compression à petite course, la presse à course rapide conforme à l'invention ne nécessite pas de commandes compliquées pour un mouvement ininterrompu du poussoir ainsi que pour un mouvement synchrone entre le poussoir et le système de pression de compression. La presse conforme à l'invention à course rapide procure ainsi un cycle de compression plus court pour la pièce à produire, donc une cadence plus élevée avec une qualité meilleure et um plus faible taux de rebut, ainsi qu'une durée de vie prolongée des outils grace au fait que les arêtes d'interpénétration de l'outil se trouvent ménagées par la marche parallèle synchrone. En se référant aux dessins annexés, on va décrire ci-après plus en détail deux exemples de réalisation illustratifs et non limitatifs de l'objet de l'invention; 1'0 sur les dessins: la figure 1 est une coupe du verrouillage hydraulique par douilles de serrage.et d'un agencement de piston-cylindre à petite course d'un mode de réalisation d'une *presse à course rapide suivant l'invention; la figure 2 est une coupe de l'ensemble de la presse à course rapide utilisant le système de la figure 1; O la figure 3 est une coupe du verrouillage hydraulique par douilles de serrage et d'un agencement de piston-cylindre différentiel d'un autre mode de réalisation de la presse à course rapide conforme à l'invention; la figure 4 est une coupe de l'ensemble de la presse utilisant le système de la figure 3; la figure 5 représente un diagramme course- temps-pression pour la presse à course rapide suivant la figure 2 ou 4. La figure 2 représente un exemple de réalisation d'une presse hydraulique à course rapide du type à arcade, comprenant un bâti de presse 1, un chapiteau ou sommier supérieur 15 et une table 14. Entre le chapiteau et la table 14 est disposé un coulisseau 6 supportant la moitié supérieure de moule ou matrice 28 et susceptible d'être soulevé ou abaissé à l'aide d'un système d'entraînement hydraulique rapide 9, 10. Le il système d'entraînement rapide comprend un poussoir 9 fixé en position centrale au coulisseau 6, et un agencement de cylindre-piston hydraulique 10 ancré dans le chapiteau 15. Le coulisseau 6 est fixé à deux (ou quatre) tiges de poussée 5 guidées dans le sommier 15. Un verrouillage hydraulique à douilles de serrage 2,3,7, 13 et un agencement hydraulique de cylindrespistons de compression 4,8,11 et 12 se trouvant en liaison avec le verrouillage constituent un ensemble de construction avec les tiges de poussée 5. Il y a lieu de noter que les tiges de poussée 5 sont conformées en pistons 8 à leur extrémité infé- rieure. La figure 1 est une coupe de l'agencement d'une tige de poussée 5 d'un verrouillage hydraulique par douille de serrage 2,3,7,13 et d'un cylindre hydraulique à petite course 4,8,11,12 pour la pression de compression. Par envoi de fluide sous pression dans la canalisation 13 d'un carter annulaire 2, la membrane 7 contenue dans le carter annulaire 2 exerce une pression sur la douille de serrage 3, la tige de poussée 5 se trouvant ainsi verrouillée par serrage par rapport au carter annulaires. Le carter annulaire 2 est ancré dans le chapiteau 15, de sorte que la tige de poussée 5 est alors également reliée au sommier 15. Déjà lors du début ou avant le début de l'abaissement du coulisseau 6, du fluide sous pression est envoyé d'un accululateur dans les coussins -de pression 11 des cylindres 4 afin de compenser le poids de toutes les tiges de poussée 5 et de tous les pistons 8 par rapport au sommier 15. Le verrouillage synchrone des tiges de poussée 5 avec le sommier 15 assure ainsi un amortissement sans choc des masses mobiles. Après le verrouillage, l'envoi supplémentaire de fluide sous pression par la conduite 12 dans les cylindres engendre la pression de compression nécessaire pour l'opération de compression, les pistons 8 poussant le coulisseau 6 avec la matrice 28 contre le poinçon 29 et la table de presse 14. Au début d'un cycle de compression, le verrouillage par douilles de serrage 2,3,7,13 est déverrouillé dans la position supérieure du poussoir 9. Au début du mouvement de descente rapide commandé par l'agencement de cylindre-piston hydraulique 10, les tiges de poussée 5 descendent avec le coulisseau 6 et la matrice 28. A proximité avant l'entrée en contact des deux moitiés d'outils (matrice 28 et poinçon 29), lorsque le contact 18 atteint la butte 16, le mouvement de descente du coulisseau 6 et des tiges de poussée 5 reliées au coulisseau 6 se trouve freiné. Lors du couplage synchrone, il suffit d'accélérer la masse relativement faible des pistons 8 et donc des tiges de poussée 5 solidaires de ces pistons, à l'encontre des coussins de pression it légèrement précontraints en 13 2605931 fonction du poids propre, de la viesse V=0 rmm/sec à la vitesse de marche freinée du coulisseau 6. Le couplage à l'aide du verrouillage par douilles de serrage 2,3,7,13 peut donc avoir lieu de façon amortie, sans interruption du mouvement du coulisseau, sans choc pour la masse du piston 8 et des tiges de poussée 5. Lorsque le contact 18 touche la butée 17, l'établissement de la pression de compression commence et la régulation de marche synchrone démarre. A cet effet, une servo-valve ayant une réaction proportionnelle au volume de fluide sous pression introduit est associée directement à chaque cylindre 4. Les Abutées mécaniques 16 et 17 sont fixées de façon réglable dans les glissières 19 afin de permettre la fabrication de pièces 31 d'épaisseurs différentes. Le mouvement de déplacement du poussoir 9 peut être commandé et régulé également par un système central de mesure en fonction du temps et/ou du trajet. Le mode de réalisation suivant les figures 3 et 4 diffère principalement du mode de réalisation des figures 1 et 2 par le fait que les tiges de poussée 5' sont fixées par leur extrémité inférieure au coulisseau 6 et sont entourées par un carter annulaire 2' comportant deux douilles de serrage 3,3' avec deux membranes 7 et 7'. A sa partie inférieure, le carter annulaire 2' est conformé en piston annulaire 8' coulissant dans un cylindre 4' fixé au chapiteau.5. Le cylindre 4' est un cylindre différentiel délimitant avec le piston annulaire 8' un coussin de pression 11' créant une précontrainte de pression pour compenser le poids des tiges de poussée 5' et des pistons annulaires 2' par rapport au chapiteau 15, et un compartiment 8" alimenté par le conduit 12'. A part ces différences de structure, le fonctionnement du mode de réalisation des figures 3 et 4 est comparable à celui du mode de réalisation des figures 1 et 2. La figure 5 illustre sous la forme d'un diagramme trajet-temps-pression, avec. représentation schématique des parties de moule 28 et 29, le déroulement de la mise en forme conforme à l'invention d'une pièce 31 depuis le démarrage du poussoir 9 en 21 jusqu'à la fin du temps de compression en 33. En abscisses, on a représenté la course du poussoir et en ordonnées la vitesse de fermeture. La courbe de profil de vitesse montre en 22 le début et en 23 la fin du couplage entre les pistons annulaires 2 (fig. 1 et 2) ou les carters annulaires 2' (fig. 3 et 4) et les tiges de poussée 5.En même temps, la régulation de marche synchrone commence en 23. Tandi: que le contact avec la matière à' mettre en forme commence en 25, les flèches indiquent en 26 la courte durée d'établissement de pression en raison de l'exécution des cylindres 4,4' sous forme de cylindres à petite course. Après l'établissement de pression en 26, la pression de compression proprement dite commence en , comme indiqué à droite sous forme de profil de pression. Le déroulement dans le temps d'un cycle de compression est indiqué -en bas par les parties fléchées "course à vide" et "course de compression avec temps d'établissement de pression", le temps de 0,3 sec étant le temps de verrouillage ou de couplage des tiges de poussée 5. 27 désigne la course à vide nécessaire pour permettre l'accès du robot de chargement et d'enlèvement. Le mouvement rapide du poussoir (environ 1000 mm/sec de vitesse de fermeture) est exécuté jusqu'à peu de temps avant le contact des arêtes d'interpénétration 20 avec un profil de vitesse et de marche freinés exactement prédéterminé.24 désigne dans l'exemple supposé la course de presse avec régulation synchrone jusqu'à la fin de la mise en forme du matériau ou de la pièce 31 à l'épaisseur 32. REVENDICATIONS 1. Presse hydraulique à arcade à course rapide comprenant une table de presse, un. chapiteau et un coulisseau mobile entre le chapiteau et la table de presse pour mettre en forme, doubler et comprimer des pièces de matériau de grande étendue et de- faible épaisseur de paroi, en matière plastique ou en matériaux composites à base de matière plastique ou de mats de fibres imprégnés de matière plastique, sous forme de pièces profilées, la moitié supérieure du moule étant portée par le coulisseau qui peut être abaissé et soulevé à l'aide d'un dispositif hydraulique à mouvement rapide pour la course à vide et d'un dispositif hydraulique à petite course pour la course de travail, caractérisée par le fait que le coulisseau (6) est soulevé et abaissé pendant la course à vide par un système d'entraînement hydraulique (9,10) à mouvement rapide, agissant de façon centrale dans le chapiteau (15), et est guidé coulissant à l'aide de tiges de poussée (5) dans le chapiteau (15), qu'après la course à vide, les tiges de poussée (5) sont couplées en synchronisme et par serrage, en passant par des verrouillages hydrauliques à douilles de serrage (3,7, 13), avec des carters annulaires (2) servant de guides aux tiges de poussée (5) et ancrés dans le chapiteau (15), et que la course de travail est exécutée par des cylindres à petite course (4) qui sont fixés sur le côté 1, supérieur du coulisseau (6), et dont les pistons (8) se trouvent aux extrémités inférieures des tiges de poussée (5), lesdits pistons (8) étant, avant le verrouillage, précontraints sous contre-pression hydraulique par rapport aux cylindres à petite course (4). 2. Presse hydraulique à arcade à course rapide comprenant une table de presse, un chapiteau et un coulisseau mobile entre le chapiteau et la table de presse pour mettre en forme, doubler et comprimer des pièces de matériau de grande étendue et de faible épaisseur de paroi, en matière plastique ou en matériaux composites à base de matière plastique ou de mats de fibres imprégnés de matière plastique, sous la forme de pièces profilées, la moitié supérieure de moule étant portée par le coulisseau qui peut être abaissé et soulevé à l'aide d'un dispositif hydraulique à mouvement rapide pour la course à vide et d'un dispositif hydraulique à petite course pour la course de travail, caractérisée par le fait que le coulisseau (6) est soulevé et abaissé pendant la course à vide par un système d'entraînement hydraulique (9,10) à mouvement rapide agissant de façon centrale dans le chapiteau (15), et est guidé coulissant à l'aide de tiges de poussée (5') dans le chapiteau (15), qu'après la course à vide, les tiges de poussée (5') scnt couplées en synchronisme et par serrage, en passant par des verrouillages hydrauliques à douilles de serrate (3,3'7',13) avec les -pistons annulaires (2') -de. cylindres différentiels (4') ancrés dans le chapiteau (15), et que la course de travail est exécutée par lesdits cylindres différentiels (4') par l'intermédiaire des pistons annulaires (2') et des tiges de poussée (5') verrouillées avec ces pistons, lesdits pistons (2') étant,avant le verrouillage, précontraints sous contre- pression hydraulique par rapport aux cylindres différentiels (4'). 3. Presse suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la force antagoniste établie dans les coussins de pression (11) des cylindres (4,4') est maintenue quelque peu supérieure au poids total de toutes les tiges de poussée (5,5') et des pistons (2,2'). 4. Presse suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le verrouillage hydraulique par douilles de serrage (3,7, 13;3,3-',7',13) et les agencements de cylindres-pistons hydrauliques forment un ensemble de construction avec les tiges de poussée (5,5'). 5. Presse suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que des contacts mécaniques (16,17), réglables de façon continue, dans les glissières (19) du bâti de presse et des systèmes de mesure à haute sensibilité commandent un dispositif de commande hydraulique commun en vue du déclenchement en série de la précontrainte centrale de pression dans les coussins de pression (11), du verrouil- lage hydraulique par douilles de serrage (3,7,13;3,3',7', 13), de l'établissement de pression dans les cylindres (4,4'), avec régulation de marche parallèle simultanée (synchronisation) du coulisseau (6) par commande volumé- trique de fluide des cylindres. 6. Presse suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'entraînement à mouvement rapide pour la course à vide est exécuté, jusqu'à proximité avant le contact des arêtes d'interpénétration (20) du moule, avec un profil de vitesse et de marche freinés exactement prédéterminée par un système de calculateur à commande numérique. 7. Presse suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'en vue de la régulation de marche synchrone, une servo-valve à action proportionnelle est directement associée à chaque cylindre (4,4')