Brevet FR2640188A1 — publié le 19900615

L invention concerne un procédé de réalisation par moulage d'une pièce creuse en matière plastique et en particulier d'une pièce présentant une contre-dépouille. On utilise, dans certains domaines de l'industrie, en particulier dans l'industrie automobile, des pièces creuses en matière plastique présentant des contre-dépouilles, telles que des tubulures, des durites, des raccords pour circuit d'air, des collecteurs ou des répartiteurs d'air. Ces pièces présentent l'avantage de pouvoir être réalisées en grande série, par un procédé facilement automatisable et avec un faible prix de revient. Toutefois des difficultés de mise en oeuvre du procédé de moulage de pièces creuses à contredépouilles proviennent de la nécessité de prévoir des noyaux qui puissent entre extraits de la pièce moulée ou éliminés. à la fin du processus de moulage. On a proposé d'utiliser des noyaux expansibles ou démontables qui permettent de réaliser des formes creuses complexes comportant des contredépouilles. Ces procédés s'avèrent cependant très coûteux en ce qui concerne l'outillage à mettre en oeuvre et ne peuvent entre adaptés. de manière économique. au moulage en grande série. On a également proposé des techniques de noyautage mettant en oeuvre un noyau qui peut etre éliminé. par exemple par fusion ou fluidification; à la fin du moulage. On a par exemple proposé d'utiliser des noyaux fusibles en un alliage d'étain et de bismuth dont le point de fusion peut etre compris entre 70 et 140'C. On a également proposé, dans une demande de brevet Français 87-05225 déposée le 13 Avril 1987 par les Sociétés AUTOMOBILES PEUGEOT et AUTOMOBILES CITROEN, d'utiliser un noyau constitué par du sable lié par un silicate tel que le silicate de sodium. Le noyau est durci par cristallisation du silicate en présence de gaz carbonique. A la fin de l'opération de moulage, le noyau est éliminé par exemple par dissolution. On a enfin proposé, dans une demande de brevet français 88-09889, déposée le 21 Juillet 1988 par les Sociétés AUTOMOBILES PEUGEOT et AUTOMOBILES CITROEN, d'utiliser un noyau constitué au moins partiellement par un liquide tel que l'eau ayant un point de solidification voisin de 0 . Le noyau est éliminé par fluidification de la matière le constituant par réchauffage au moins partiel de ce noyau au-dessus de la température de solidification du liquide. De préférence, le noyau est réalisé à partir d'un mélange de sable et d'eau. Ces procédés comportant une élimination du noyau par fusion ou fluidification s'avèrent cependant coûteux en ce qui concerne les outillages utilisés et les procédures de mise en oeuvre. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de réalisation par moulage d'une pièce creuse en matière plastique, en particulier d'une pie- ce présentant une contre-dépouille consistant # réaliser un noyau correspondant à la partie creuse de la pièce, à enduire la surface externe du noyau avec un produit d'isolation, à réaliser un surmoulage de la pièce en matière plastique sur le noyau, à démouler la pièce et à extraire le noyau de la pièce moulée, ce procédé étant d'une mise en oeuvre simple et peu coûteuse, nécessitant un outillage réduit. Dans ce but - on réalise une enveloppe souple et imperméable aux gaz dont la forme de la surface externe correspond sensiblement à la forme du noyau, on remplit le volume intérieur de l'enveloppe souple avec un matériau sous forme de particules présentant une certaine fluidité, - on isole le volume intérieur de l'enveloppe de l'atmosphère extérieure, - on établit une pression sensiblement inférieure à la pression atmosphérique -dans le volume intérieur de l'enveloppe de manière à fixer la forme définitive du noyau et à le rigidifier par compactage des particules remplissant le volume intérieur de l'enveloppe et placage de l enveloppe- sur ces particules, - on introduit, après moulage de la pièce en matière plastique, un gaz dans le volume intérieur de 1 enve- loppe, de manière à établir dans ce volume une pression voisine de la pression atmosphérique, - on extrait le matériau en particules de l'enveloppe. - et on extrait l'enveloppe souple de la pièce moulée. Afin de bien faire comprendre l'invention. on va maintenant décrire à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux figures jointes en annexe, des pièces utilisées dans le domaine de la construction automobile et la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention pour réaliser un soufflet de transmission en caoutchouc ou en élastomère. La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un soufflet de transmission pour véhicules automobiles. ~La figure 2 est une vue en perspective d'un collecteur d'admission de véhicules automobiles. La figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif de remplissage et de compactage d'un noyau utilisé pour le moulage d'un soufflet de transmission d'un véhicule automobile tel que représente sur la figure 1. La figure 4 est une vue schématique en coupe axiale d'un moule permettant de réaliser par injection de matière plastique un soufflet de transmission tel que représenté sur la figure 1. Le soufflet représenté sur la figure 1 et désigné de manière générale par le repère I présente une forme générale tronconique et des ondes successives 2 de formes différentes. Le soufflet est constitué par une paroi en élastomère dont l'épaisseur est relativement faible et constante. Pour réaliser une pièce telle que le soufflet 1, il est nécessaire de réaliser un noyau d'une forme complexe dont la surface extérieure correspond, en forme et dimensions, à la surface intérieure de la paroi 2 du soufflet. La pièce peut être obtenue par une technique d'injection à basse pression de la matière plastique appropriée, à l'intérieur d'un moule, autour du noyau dont la surface externe est recouverte par un produit d isolation. Sur la figure 2, on a représenté un collecteur d'admission pour véhicules automobiles désigné de manière générale par le repère 3 comportant une branche principale 4. quatre branches secondaires 5 et des pièces de raccordement 6, 7 et 8. Une telle pièce d'une forme complexe peut également entre obtenue par un procédé d'injection à basse pression. De manière plus générale, dans le domaine de la construction automobile, on pourra réaliser par ce procédé des pièces telles que des durites, des rac cords d'air, des collecteurs de tout type ou des soufflets, Les matériaux plastiques convenant pour la mise en oeuvre du procédé d'injection à basse pression, généralement désignés sous l'appellation materiaux RIM (Reaction Injection Moulding) peuvent entre constitués par des produits du type polyuréthanne, polyuréthanne urée# ou polyurée. De tels matériaux permettent de réaliser des pièces de formes complexes dans le domaine de la construction automobile, qui sont utilisées dans le c#ompartiment moteur du véhicu- le, comme pièces de carrosserie ou encore comme pièces de garnissage intérieur. On peut réaliser par cette technique aussi bien des pièces souples que des pièces semi-rigides ou rigides, de formes très complexes, pouvant présenter de faibles épaisseurs de paroi et des parties en contre- dépouille. Le procédé selon l'invention permet de rea- liser de telles pièces dans des conditions avantageuses en ce qui concerne la simplicité de mise en oeuvre et le coût de réalisation. Un exemple de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, appliqué à la production de soufflets de transmission tels que représentés sur la figure 1, sera décrit ci-dessous. Ce procédé comporte de manière générale les étapes successives suivantes - réalisation d'une enveloppe souple dont la forme de la su#rface externe correspond sensiblement à la forme du noyau. - réalisation du noyau par remplissage de l'enveloppe par un matériau sous forme de particules par gravité et compactage de ce matériau, - moulage de la pièce par la technique d'injection à basse pression autour du noyau, cette opération étant généralement appelée surmoulage du noyau, - démoulage de la pièce et enlèvement du noyau. Dans un premier temps, on réalise une enveloppe souple ou membrane dont la forme de la surface externe correspond sensiblement à la forme de la surface externe du noyau, c'est-à-dire â la forme de la surface interne de la pièce. Dans l'exemple de réalisation décrit, cette enveloppe présente une surface externe dont la forme correspond sensiblement à la forme de la surface interne du soufflet représenté sur la figure 1. Suivant la forme du noyau à réaliser. on peut utiliser l'une de deux techniques connues. à savoir le moulage par trempé ou le moulage par injection. Le choix du procédé dépend de l'épaisseur de la pièce à réaliser et des caractéristiques du matériau utilisé pour constituer l'enveloppe souple. Dans le cas de la réalisation d'une enveloppe souple pour constituer le noyau de moulage d'un soufflet de transmission, on a utilisé une technique d'injection d'un matériau susceptible de constituer une enveloppe de grande souplesse susceptible de favoriser la mise en forme du noyau et son extraction finale après moulage. Un tel matériau est constitué par exemple å partir d'un mélange de silicone HS 30 de la Société DOW CORNING, pour 100 parties dans le mélange. et de LUCIDOL S 50 de la Société COMAIP pour 0,75 partie dans le mélange. Après mise en forme par injection, le matériau subit une cuisson à une température de 120*C, le temps de vulcanisation de ce matériau étant de 5 minutes. On effectue ensuite une post-cuisson de 4 heures à 200 C. Dans le cas ou l'enveloppe doit présenter une certaine rigidité. on pourra utiliser un mélange injectable donnant un produit semi-rigide et constitué par du silicone HS 70 de DOW CORNING pour 100 parties et de LUCIDOL S 50 de COMAIP pour 1.3 partie. Les conditions de cuisson du matériau sont les memes que dans l'exemple décrit plus haut. En se reportant à la figure 3, on voit une enveloppe souple 10 réalisée comme il vient d'etre décrit et présentant une forme correspondant sensiblement à la forme du noyau de moulage du soufflet de transmission représenté sur la figure 1. L'enveloppe souple 10 est représentée pendant son remplissage par un matériau particulaire, sur une installation désignée de manière générale par le repère 11. L'enveloppe 10, avant son remplissage, présente une forme susceptible de présenter certaines différences avec la forme définitive du noyau de moulage de la pièce 1. L'installation 1t comporte une pièce de fermeture 12 engagée dans la partie à grand diamètre de l'enveloppe 10 destinée à constituer avec cette enveloppe 10 un volume intérieur 13 ferme, la partie d'ex trémité 10a de l'enveloppe 10 constituant une paroi de fermeture disposée dans une zone correspondant à la partie initiale de l'extrémité à faible diamètre du soufflet 1. La pièce de fermeture 12 est traversée à sa partie centrale par un élément 14 de forme générale tubulaire fermé à son extrémité pour constituer une sorte de doigt de gant. La pièce 14 est constituée par une matière poreuse susceptible d'être traversée par un gaz tel que de l'air à l'exclusion de toute matière non gazeuse. Cette pièce 14 en doigt de gant peut être constituée par un métal poreux, une céramique, un verre borosilicaté poreux. une pièce à base de cellulose ou encore par une membrane laissant passer l'air ou les gaz équivalents, à l'exclusion de tout autre fluide. La piéce de fermeture 12 est également traversée par un conduit 16 relié à un réservoir 17 dont la capacité correspond sensiblement à celle du volume intérieur 13 de l'enveloppe 10 fermée par la pièce 12. Le réservoir 17 comporte un orifice d'alimentation 18 qui peut être obturé de manière étanche. La pièce poreuse en doigt de gant 14 est fixée à l'extrémité d'un support 20 traversé suivant sa direction axiale par un canal 19. Le canal 19 est relié par l'intermédiaire d'un conduit non représenté, à une pompe à vide susceptible d'aspirer l'air dans l'espace intérieur de la pièce 14 et à travers la paroi poreuse de cette pièce 14, dans le volume intérieur 13 de l'enveloppe 10. Le conduit de liaison 16 entre le réservoir 17 et le volume intérieur 13 de l'enveloppe 10 fermé par la pièce 12 comporte une vanne de fermeture 15 qui permet de mettre en communication le réservoir 17 avec le volume intérieur 13 de l'enveloppe 10 ou d'isoler complètement le volume intérieur 13 du réservoir 17 de l'atmosphère extérieure. On effectue dans un premier temps, le remplissage du réservoir 17 par des microsphères de verre présentant un diamètre moyen compris entre 100 et 1000 tu. La répartition granulométrique des microsphé- res de verre dépend de la forme de la partie creuse de la pièce à réaliser par moulage et donc de la forme du noyau. On utilisera généralement des microbilles de verre constituées par exemple par le produit vendu sous l'appellation commerciale Microcel M de la Société GLAVERBEL. Ce produit présente 1 avantage d'avoir une bonne fluidité et d'occuper un volume constant, même après avoir subi des vibrations. Le remplissage du réservoir 17 est réalisé en ouvrant l'orifice 18, la vanne 15 étant fermée. Lorsque le remplissage du réservoir 17 est termine, on ferme l'orifice 18 puis on transfère les microbilles de verre 23 du réservoir 17 au volume intérieur 13 de l'enveloppe souple 10, par ouverture de la vanne 1-5. Les microbilles 23 viennent occuper l'ensemble du volume intérieur 13 de l'enveloppe 10, autour de la pièce poreuse 14. On ferme alors la vanne 15 de manière à isoler totalement le volume intérieur 13 de l'enveloppe 10 de l'atmosphère extérieure. On met alors en fonctionnement la pompe a vide dont le conduit d'aspiration est en communication avec le canal 19 du support 20 de la pièce poreuse 14, de façon à aspirer l'air contenu dans le lit de microbilles remplissant l'enveloppe 10, à travers la paroi poreuse 14 et le canal 19. On crée ainsi une dépression de l'ordre de 800 à 20 mbar à l'intérieur du volume 13. La pression atmosphérique s'exerce sur la surface extérieure de l'enveloppe souple et imperméable 10 qui se trouve plaquée contre la masse des. mi- crobilles 23 qui sont elles-mêmes compactées par les pressions qui leur sont transmises. Ces microbilles telles que les microbilles du type MICROCEL M qui sont creuses et très légères présentent une bonne mobilité et peuvent être facilement compactées sous l'effet de la pression transmise par l'enveloppe souple 10. Lorsque la dépression est appliquée dans le volume 13, le noyau se trouve rigidifié et la surface extérieure de l'enveloppe 10 présente exactement la forme du noyau requis pour le moulage de la pièce 1. On passe alors à la phase de moulage autour du noyau 25 constitué par l'enveloppe 10 renfermant les microbilles 23 et maintenu sous une forme précise et dans un état rigide par la dépression à l'intérieur de son volume 13 sur lequel s'applique la pression atmosphérique. par l'intermédiaire de l'enveloppe 10. Sur la figure 4, on a représenté un moule permettant la réalisation par injection à basse pression d'un matériau RIM autour du noyau 25 réalisé comme expliqué ci-dessus et dans l'enveloppe 10 duquel on maintient la dépression afin de garder la forme et la rigidité du noyau. Le moule comporte un demi-moule supérieur 26 et un demi-moule inférieur 27 délimitant entre eux, dans leur position de fermeture comme représenté sur la figure 4, une cavité susceptible de contenir le noyau de moulage 25 et un noyau complémentaire 28 de forme globalement cylindrique. Le demi-moule supérieur 26 comporte un canal d'injection 29 dont l'extrémité extérieure communique avec un logement 30 dans lequel on introduit l'extrémité d'un dispositif d'injection de matière plastique sous pression. A son autre extrémité, le canal 29 communique avec une cavité de moulage 31 ménagée entre les deux parties du moule 26 et 27 d'une part et le noyau 25 ainsi qu'une partie d'extrémité du noyau 28 d'au-tre part. La cavité 31 permet le moulage de la paroi du soufflet de transmission 1 représenté sur la figure 1. Le dispositif de remplissage et de compactage du noyau représenté sur la figure 3 est monté dans son ensemble à l'extrémité correspondante de la cavité des pièces du moule, de manière que la dépre- ssion puisse être maintenue dans le volume intérieur 13 de l'enveloppe t0 pendant le moulage. Le matériau destiné à constituer le soufflet 1 dans la cavité de moulage 31 est injecté par le canal 29 à une pression relativement faible. La surpression est; dans tous les cas, comprise entre 1 et 30 bars. Le matériau RIM est injecté à une température d'environ 50 C et produit sa propre réaction de polymérisation dans la cavité de moulage. Ceci conduit à une élévation de température du matériau jusqu'à une température comprise entre 100 et 130'C. Le temps maximal nécessaire pour la polymérisation et par conséquent le temps de contact de l'enveloppe souple avec un matériau à haute température est de l'ordre de 15 à 40 secondes suivant le type de produit. La température du moule varie entre 40 et 100'C suivant le matériau injecte et la forme de la pièce à mouler. En conséquence. l'enveloppe souple 10 du noyau est amenée à supporter des pressions et temperatures modérées à l'intérieur du moule, si on les compare aux conditions correspondantes dans les procédés de moulage classiques des matières thermoplastiquesz Dans ce cas, les pressions peuvent aller. jusqu'à 300 bars, la température de la matière thermoplastique pouvant être comprise entre 150 et 300'C suivant le produit utilisé. pendant une durée de 30 à 60 secondes. En conséquence. l'enveloppe souple 10 du noyau ne subit que des contraintes mécaniques et thermiques relativement faibles pendant le moulage. Après un refroidissement suffisant de la pièce moulée 1 à l'intérieur de la cavité de moulage 31, on démoule la pièce en séparant la partie supérieure du moule 26 de la partie inférieure 27. On remet alors à la pression atmosphérique ou à une pression proche le volume intérieur 13 de l'enveloppe 10 en envoyant un gaz tel que de l'air par le canal 19 de la pièce 20, dans la pièce poreuse 14. On supprime ainsi la pression de placage de l'enveloppe souple 10 sur la masse de billes compactées 23 qui redevient suffisamment fluide pour pouvoir s'écouler dans le récipient 17 par gravité. lorsqu'on ouvre la vanne 15 après avoir disposé le réservoir 17 à un niveau inférieur au niveau de la plaque de fermeture 12 de l'enveloppe 10. On peut alors séparer l'enveloppe 10 de la pièce moulée 1, cette enveloppe souple pouvant être aisément déformée et extraite de la pièce moulée 1 solidifiée, quelle que soit la complexité de la forme intérieure de la pièce moulée. Pour le moulage successif de pièces de même forme, l'enveloppe 10 peut être réutilisée, dans la mesure où les contraintes thermiques et mécaniques subies par cette enveloppe restent modérées, dans le cas du moulage à basse pression. Le procédé suivant l'invention présente l'avantage de permettre de réaliser des pièces à prix de revient faible, ces pièces pouvant être creuses et présenter des parties en -contre-dépouille et pouvant être réalisées dans des matières rigides, semi-rigides ou souples. Le procédé permet de réaliser des pièces de bonne qualité à des cadences de production très élevées. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi que ce procédé peut être mis en oeuvre en utilisant un noyau constitué par une membrane souple en une matière quelconque renfermant un ma tériau sous forme de particules d'une forme ou d'une composition quelconque. Cependant, il est généralement préférable d'utiliser des microsphères dont la fluidité et les possibilités de remplissage de l'enveloppe sont supérieures à celles d'un matériau formé de particules d'une autre forme. D'autre part, le compactage d'un matériau constitué par des microsphères est réalisé dans des conditions plus régulières et plus efficaces. Le procédé suivant l'invention peut être utilisé pour le moulage de pièces creuses en matière plastique et en particulier de pièces de formes complexes comportant des parties en contre-dépouille. Ces pièces peuvent être réalisées à partir d'un polymère quelconque tel que le polyuréthanne. le polyuréthanne urée ou polyurie, le polyisociyanurate ou d'autres polymères qui peuvent entre moulés à basse pression. Le procédé suivant l'invention peut être appliqué non seulement à la fabrication de soufflets de transmission mais encore à la fabrication d'autres pièces pour la construction automobile telles que des collecteurs, des répartiteurs d'air, des durites, des raccords d'air ou toute pièce de structure disposée à l'intérieur du véhicule. REVENDICATIONS 1.- Procédé de réalisation par moulage d'une pièce creuse (1) en matière plastique en particulier c'une pièce présentant une contre-dépouille, consistant à réaliser un noyau (25) correspondant à la partie creuse de la pièce (1). à enduire la surface externe du noyau (25) avec un produit d'isolation, à réaliser un surmoulage de la pièce (1 > en matière plastique sur le noyau (25), à démouler la pièce (1) et à extraire le noyau (25) de la pièce moulée, carac térisé par le fait - qu'on réalise une enveloppe souple imperméable aux gaz (10) dont la forme de la surface externe correspond sensiblement à la forme du noyau (25), - qu'on remplit le volume intérieur de l'enveloppe souple (10) avec un matériau (23) sous forme de particules présentant une certaine fluidité, - qu'on isole le volume intérieur de l'enveloppe (10) de l'atmosphère extérieure, - qu'on établit une pression sensiblement inférieure à la pression atmosphérique dans le volume intérieur de l'enveloppe (10) de manière à fixer la forme définitive du noyau (25) et à le rigidifier par compactage des particules (23) remplissant le volume intérieur (13) de l'enveloppe (t0) et par placage de l'enveloppe (10) sur ces particules (23 > , - qu'on introduit. après moulage de la pièce (1) en matière plastique, un gaz dans le volume intérieur de l'enveloppe (10), de manière à établir dans le volume (13), une pression voisine de la pression atmosphérique, - qu'on extrait le matériau en particules (23)- de l'enveloppe (10), - et qu'on extrait l'enveloppe souple (10) de la pièce moulée (t). 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau en particules (23) est constitué par des microbilles en verre. 3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on remplit le volume intérieur (13) de l'enveloppe souple (10) avec le matériau (23) sous forme de particules, par gravité. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que lten- veloppe souple (10) est réalisée par injection d'une matière plastique souple. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le moulage de la pièce creuse (1) est réalisé à une pression comprise entre 1 et 30 bars. 6.- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la matière plastique est un polymère tel que le polyuréthanne, le polyuréthanne urée, le polyisocyanurate ou un autre polymère pouvant être moulé à basse pression. 7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 å 6, caractérisé par le fait que la pression sensiblement inférieure à la pression atmosphérique est etablie dans le volume intérieur (13) de l'enveloppe (10) par aspiration de gaz à travers une paroi poreuse (14). 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la pièce creuse en matière plastique est une pièce destinée à la construction automobile, telle qu'un soufflet de transmission.