Brevet FR2672236A1 — publié le 19920807

"Procédé pour le moulage par injection de pièces mou- lées en matière plastique " L'invention part d'un procédé pour le moula- ge par injection de pièces moulées en matière plasti- que, procédé dans lequel, de la matière plastique plastifiée (masse de moulage) est introduite sous pression dans un moule d'injection au moyen d'un pis- ton à vis tournant dans un cylindre à vis par un dé- placement axial de ce piston à vis provoqué par un10 vérin hydraulique, et après la fin de l'injection un maintien en pression est effectué pendant un laps de temps prédéfini (phase de maintien en pression). Un tel procédé de moulage par injection est par exemple connu par le document DE 25 39 066 Ai. Lors du traitement par le procédé de moulage par injection connu de masses de moulage durcissant rapidement, telles que par exemple celles en polyester non saturé renforcé par des fibres de verre, il est apparu des défauts nets sur les pièces moulées par in-20 jection au voisinage de la carotte, et on a pu observer notamment des fissures et des défauts superfi- ciels Il est connu que pour des masses de moulage durcissables, la pression interne dans le moule dans l'outillage de moulage par injection, croît tout d'a-25 bord dans la phase de maintien de la pression du fait de l'échauffement de la masse de moulage froide et en- suite, décroît à nouveau à un niveau limite du fait de la réticulation et de la réduction de volume de la masse moulable, qu'elle entraîne Dans le cas d'un maintien en pression à un niveau constant sous l'ac- tion de la régulation de la machine de moulage par in- jection, il se produit toujours, après le niveau choi- si de maintien en pression, un transport de matières de la cavité du moule d'injection dans le vestibule de la vis et inversement. Dans un procédé connu du type initialement mentionné (DE 33 44 553 Ai), le moule d'injection, pour augmenter la cadence lors de la fabrication en grande série, est fermé après la fin de l'injection par un dispositif spécialement disposé sur le moule d'injection, séparé de l'unité d'injection et maintenu fermé pour la durée de la phase de maintien en pres- sion Dans l'intervalle, un nouveau moule d'injection est associé à l'unité d'injection et une autre pièce moulée par injection est injectée. Dans ce procédé connu, les pièces moulées par injection ont une bonne qualité de surface et ne montrent pas de défauts superficiels notamment au voi- sinage de la carotte, ce qui renforce les résultats de la recherche initialement mentionnée qu'un transport de matières ayant lieu au cours de la phase de main- tien en pression dans le moule d'injection ou bien hors du moule d'injection, et qui est dans ce cas in- terrompu par la fermeture mécanique du moule d'injec- tion, doit être rendu responsable de la mauvaise qua- lité de surface au voisinage de la carotte des pièces moulées par injection. Mais lors du moulage par injection d'une pluralité de pièces moulées différentes en petites sé- ries, ce procédé est trop coûteux, car tous les moules d'injection doivent être respectivement munis du dis- positif de fermeture relativement coûteux En outre, de tels dispositifs de fermeture, lors du traitement de masses renforcées par des fibres de verre, sont soumis à une très forte usure. L'invention a pour but de remédier à ces in- convénients, et concerne à cet effet un procédé pour le moulage par injection de pièces moulées en matière plastique caractérisé en ce que pendant la phase de maintien en pression, la pression hydraulique dans le vérin hydraulique est réglée d'une manière telle que la position momentanée de déplacement axial du piston à vis empêche à tout moment de la phase de maintien en pression, un transport de masses de moulage dans le moule d'injection ou bien hors du moule d'injection. Le procédé conforme à l'invention comportant les caractéristiques indiquées ci-dessus, présente l'avantage que grâce à une régulation relativement simple de la pression hydraulique dans le vérin hy- draulique, pour le déplacement axial du piston à vis pendant la phase de maintien en pression, un transport de masses de moulage entre le vestibule de la vis et le moule d'injection, est empêché Comme l'unité d'in- jection est en principe munie d'un régulateur pour ré- gler la pression hydraulique pendant la phase d'injec- tion et la phase de maintien en pression (voir DE 25 39 066 AI), le procédé de moulage par injection con- forme à l'invention, peut être mis facilement en oeu- vre dans l'unité d'injection avec seulement une légère dépense supplémentaire Sur les moules d'injection eux-mêmes, aucune modification ne doit être apportée à ce sujet. Le procédé conforme à l'invention, a en ou- tre cet avantage supplémentaire, que des fluctuations lors du dosage de la masse de moulage peuvent être compensées par le coussin de masse se trouvant à la pointe du piston à vis. Grâce à d'autres caractéristiques de l'in- vention, des formes de réalisation avantageuses et des compléments du procédé de moulage par injection indi- qué ci-dessus, sont possibles. L'influencement de la position de déplace- ment axial du piston à vis pendant la phase de main- tien en pression, peut être réalisé de différentes fa- çons et il dépend des conditions existantes dans l'u- nité de l'injection et la masse de moulage à traiter. Lorsque le piston à vis n'a pas de fuite, c'est-à-dire lorsque les nervures de la vis ne sont pas usées ou que le clapet anti-retour n'est pas usé, et que la masse de moulage a une viscosité suffisam- ment élevée, la régulation de la pression hydraulique est conduite de façon telle selon une forme de réali- sation préférée du procédé selon l'invention, que le piston à vis conserve inchangée sur toute la phase de maintien en pression, la position qu'il a prise à la fin de l'injection. Si les nervures de la vis sont usées et qu'ainsi le piston à vis n'est pas étanche, ou bien si le clapet anti-retour est usé, alors un peu de maté- riau s'écoule hors du vestibule de la vis sur les ner- vures de la vis, tout comme lorsqu'on traite des mas- ses de moulage de basse viscosité Pour interrompre ce transport de matériau ainsi possible hors du moule d'injection, la régulation de la pression hydraulique est conduite, selon une autre variante du procédé con- forme à l'invention, de façon que le piston à vis con- serve pendant la phase de maintien en pression, une légère vitesse de déplacement axial prédéfinie de quelques millimètres par minute, et qu'alors le cous- sin de masse dans le vestibule de la vis diminue Ain- si, l'usure du piston à vis peut être compensée dans une large mesure. Dans une autre forme de réalisation du pro- cédé selon l'invention, on utilise comme grandeur de commande pour la régulation de la pression hydraulique dans le vérin hydraulique, la pression interne dans le moule d'injection, ou bien la différence entre la pression interne dans le moule d'injection et la pres- sion devant le piston à vis ou bien dans la buse Du fait de la limite d'écoulement de la masse de moulage, il n'est pas nécessaire d'égaliser exactement les pressions pour éviter un transport de masses à travers le canal de carotte du moule d'injection Si le détec- teur de pression interne du moule auquel on fait appel pour la régulation est placé au voisinage du canal de carotte du moule d'injection, la régulation de la pression hydraulique est conduite de façon que, selon la conformation du canal de carotte du moule d'injec- tion, la pression devant le piston à vis devance jusqu'à 20 x 105 Pa la pression interne dans le moule ou bien soit asservie à celle-ci. Pour des vitesses d'injection élevées, le piston à vis dépasse fréquemment de quelques millimè- tres la position dans laquelle s'effectue la commuta- tion sur le maintien en pression Pour éviter que dans ce cas la régulation du maintien en pression n'éta- blisse une pression hydraulique qu' après que le piston à vis ait été repoussé par la pression croissante à l'intérieur du moule à la position occupée à la fin de l'injection, la vitesse de déplacement est réduite dans la phase d'injection lorsqu'on s'approche du point de commutation. En variante, la régulation hydraulique, se- lon une autre forme de réalisation de l'invention, peut être démarrée avec un temps de retard après la fin de l'injection L'instant de démarrage est alors choisi de façon que la régulation hydraulique ne soit mise en oeuvre que lorsque le piston à vis est arrivé au repos La position qu'il prend au repos constitue le point de référence pour la régulation Cet instant peut être soit déterminé par un capteur de déplacement qui annonce la vitesse zéro, ou bien peut être atteint grâce à une temporisation susceptible d'être librement choisie, qui est réglée de façon que dans tous les cas de fonctionnement, la vitesse de déplacement du piston à vis soit réduite à zéro. En général, il est suffisant de limiter la régulation hydraulique pendant la phase de maintien en pression à la phase d'expansion de la masse de moulage dans le moule d'injection Il est alors suffisant que l'unité d'injection soit équipée d'un vérin hydrauli- que sollicité d'un seul côté par la pression Si l'on veut étendre la régulation hydraulique également à la phase de réduction du volume pour obtenir des résul- tats encore meilleurs, un vérin hydraulique à double effet est nécessaire sur l'unité d'injection. L'invention va être exposée plus en détail à la description ci-après à l'aide d'une machine de mou- lage par injection représentée au dessin unique ci- joint Ce dessin est une représentation schématique partielle en coupe de la machine de moulage par injec- tion. Dans la partie, représentée schématiquement en coupe longitudinale au dessin, de la machine de moulage par injection, dénommée également unité de moulage par injection, ou bien unité d'injection, dans un cylindre à vis 11 est monté, de façon à pouvoir tourner et se déplacer axialement, un piston à vis 12 qui se termine en pointe à une extrémité A son extré- mité opposée, ce piston à vis 12 a une partie 13 pro- filée avec des gorges longitudinales par l'intermé- diaire de laquelle il est en prise avec une roue d'en- traînement 14 placée à poste fixe par rapport au dé- placement axial du piston La rotation de la roue d'entraînement 14, et donc du piston à vis 12, s'ef- fectue grâce à une vis d'entraînement 15 engrenant avec la roue d'entraînement 14 Dans le prolongement de la partie profilée à gorges longitudinales 13, un piston hydraulique 16 est rapporté sur le piston à vis 12, ce piston hydraulique est guidé de façon à pouvoir se déplacer axialement dans un vérin hydraulique 17 qu'il subdivise en deux chambres de cylindre 26, 27. Le piston hydraulique 16 est susceptible d'être solli- cité sur ses deux faces par la pression, par l'inter- médiaire de vannes hydrauliques 18, 19 Une réalisa- tion avec un vérin hydraulique agissant d'un seul côté est également possible. La matière plastique à traiter est amenée au piston à vis 12 par l'intermédiaire d'un entonnoir de remplissage 20, ou bien d'un dispositif de bourrage, et elle est plastifiée progressivement par le mouve- ment de rotation du piston à vis 12 et par un chauffa- ge 22 entourant le cylindre à vis 11 La viscosité de la matière plastique plastifiée, ci-après dénommée masse de moulage, est alors susceptible d'être in- fluencée par des grandeurs de traitement, telles que la pression accumulée, la vitesse de rotation du pis- ton à vis et la température de la paroi du cylindre. A l'extrémité d'injection du cylindre à vis 11, est mise en place une buse d'injection 28 qui pé- nètre dans un canal de carotte 24 d'un moule d'injec- tion 23 Entre la pointe du piston à vis 12 et la buse d'injection 28, se trouve alors ce que l'on appelle le vestibule 25 de la vis Si le matériau en matière plastique introduit est suffisamment préparé, le moule d'injection 23 est rempli par la masse de moulage, du fait que l'une, 26, des chambres du vérin hydraulique 17, est mise sous pression par l'intermédiaire de la vanne hydraulique 18, de sorte que le piston à vis 12 se déplace axialement en direction de la buse d'injec- tion 28 et pousse la masse de moulage placée devant lui dans l'espace interne 29 du moule d'injection 23, par l'intermédiaire du canal de carotte 21. L'ensemble du processus d'injection est sur- veillé et commandé par un régulateur 30 Les signaux d'entrée sont appliquées au régulateur 30, les valeurs réelles de la pression interne dans le moule et de la pression à la buse d'injection qui sont détectées par des indicateurs de pression appropriés 31, 32, ainsi que les valeurs réelles de la pression hydraulique dans les chambres 26, 27 du cylindre qui sont mesurées par des indicateurs de pression appropriés 33 et 34. Il est en outre prévu un indicateur de position de vis qui détecte la position momentanée de déplacement du piston à vis 12 et qui la transmet au régulateur Le régulateur 30 produit des signaux de commande appropriés pour les vannes hydrauliques 18, 19, de sorte que les pressions hydrauliques dans les chambres 26, 27 du cylindre sont réglées de la façon désirée. En ce qui concerne les différentes possibilités de la régulation et du processus d'injection (évolution pré- définie de la vitesse, évolution prédéfinie de la pression dans le vérin hydraulique ou la buse d'injec- tion) on n'entrera pas davantage dans le détail, ni également en ce qui concerne les différentes possibi- lités pour déterminer l'instant de la commutation de la régulation de la phase d'injection dans la phase de maintien en pression La commutation s'effectue habi- tuellement après qu'ait été atteinte une position pré- définie du piston à vis 12 (en fonction du déplace- ment) ou bien, pour compenser les fluctuations du do- sage, en fonction de la pression après qu'ait été ob- tenue une pression hydraulique prédéfinie dans le vé- rin hydraulique 17, une pression de buse ou une pres- sion interne dans le moule. Dans la phase de maintien en pression mise en oeuvre à la fin de l'injection, la masse de moulage froide s'échauffe dans le moule d'injection 23 chaud et s'expanse En conséquence, la pression interne dans le moule augmente, tout d'abord après la fin de l'in- jection Ensuite, intervient une réticulation et une réduction de volume En conséquence, la pression in- terne dans le moule redescend à un niveau limite Pour empêcher, en vue d'améliorer la qualité de surface des pièces moulées par injection, pendant cette modifica- tion de la pression interne du moule, un transport de masse de moulage à travers le canal de carotte 24 dans le vestibule 25 de la vis ou bien inversement dans l'espace interne 29 (éventuellement dans la cavité) du moule d'injection 23, la pression hydraulique dans les deux chambres 26, 27 du vérin hydraulique 17 est alors réglée d'une manière telle pendant la phase de main- tien en pression que le piston à vis 12 prend respec- tivement une position de déplacement axial momentanée telle que la différence de pression entre le vestibule de la vis d'une part, et l'espace interne 29 du moule d'injection 23 d'autre part, soit suffisamment réduite pour interrompre un tel transport de matière. Ceci peut être réalisé de différentes façons, selon les conditions existantes dans la machine à mouler par injection. Lorsque le piston à vis 12 est sans fuite et que ses nervures de vis 21 s'appliquent de façon étan- che contre le cylindre à vis 11, et qu'ainsi un écou- lement en retour de masse de moulage de viscosité suf- fisamment élevée à l'inverse du sens de déplacement du piston à vis 12 est interrompu de façon sûre, ce qui peut également être obtenu grâce à un clapet anti- retour sans usure, la régulation de la pression hy- draulique dans le vérin hydraulique 17 est conduite de façon que le piston à vis 12, pendant toute la phase de maintien en pression, conserve sa position de dé- placement axiale qu'il a occupé à la fin de l'injec- tion, c'est-à-dire lors de la commutation de la phase d'injection sur la phase de maintien en pression. Dans le cas o le piston à vis 12 n'est pas étanche, du fait de l'usure des nervures de la vis, ou bien lorsque le clapet anti-retour est usé ainsi que lorsque la masse de moulage est de basse viscosité, un peu de matériau reflue du vestibule 25 de la vis par dessus les nervures 21 de la vis Dans ce cas, la ré- gulation de la pression hydraulique, dans le vérin hy- draulique 17 est conduite de façon que le piston à vis 12 pendant la phase de maintien en pression, ait une vitesse axiale réduite de quelques millimètres par mi- nute, et le coussin de masse dans le vestibule 25 de la vis diminue en conséquence L'usure du piston à vis 12 peut ainsi être compensée. Un positionnement indépendant de l'usure du piston à vis 12 pendant la phase de maintien en pres- sion est obtenu en utilisant comme grandeur de comman- de pour la régulation de la pression hydraulique dans le vérin hydraulique 17, la différence de pression en- tre la pression interne dans le moule d'injection 23 et la pression dans le vestibule 25 de la vis La pression hydraulique dans le vérin hydraulique 17 est alors réglée de façon que la pression dans le vestibu- le 25 de la vis qui correspond à peu près à la pres- sion à la buse mesurée par l'indicateur de pression 32, soit en relation prédéfinie avec la pression in- terne dans le moule variant dans le temps Du fait de la limite d'écoulement de la masse de moulage, il n'est alors pas nécessaire d'avoir une égalisation exacte des pressions Dans le cas o l'indicateur de pression 31 pour la pression interne dans le moule est disposé au voisinage du canal de carotte 24, la régu- lation hydraulique dans le vérin hydraulique 17 s'ef- fectue de façon que, selon la conformation du canal de carotte 24, la pression dans le vestibule 25 de la vis ou bien dans la buse d'injection 28, devance jusqu'à x 105 Pa la pression à l'intérieur du moule ou bien soit asservie à celle-ci Il est en outre possible, au lieu de la différence entre la pression interne dans le moule et la pression dans le vestibule 25 de la vis, de faire seulement appel également à une évolu- tion prédéfinie dans le temps de la pression interne dans le moule pour la régulation de la pression hy- draulique dans le vérin hydraulique 17 Dans ce cas, la courbe prévue de la pression interne dans le moule correspond à l'évolution de la pression à l'intérieur du moule dans une cavité activement scellée à la fin de l'injection. Pour des vitesses d'injection élevées, le piston à vis 12 dépasse de quelques millimètres la po- sition de déplacement axial occupée au moment de la commutation de la phase d'injection sur la phase de maintien en pression Pour éviter cela, la vitesse de déplacement du piston à vis 12 est diminuée immédiate- ment avant d'atteindre le point de commutation. Au lieu d'une diminution de la vitesse du piston à vis 12 avant d'atteindre le point de commuta- tion, la régulation décrite de la pression hydraulique dans le vérin hydraulique 17 ne peut également alors s'effectuer que lorsque le piston à vis 12, après la fin de l'injection, est arrivé au repos Cela peut être détecté par l'intermédiaire de l'indicateur de position 35 de la vis à partir du signal duquel peut être dérivé un signal pour la vitesse zéro de la vis. En variante, il est également possible d'imposer un temps de retard fixe avant que la régulation de la po- sition de la vis, par l'intermédiaire de la pression hydraulique, soit mise en oeuvre. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le moulage par injection de pièces moulées en matière plastique, procédé dans le- quel, de la matière plastique plastifiée (masse de moulage) est introduite sous pression dans un moule d'injection au moyen d'un piston à vis tournant dans un cylindre à vis par un déplacement axial de ce pis- ton à vis provoqué par un vérin hydraulique, et après la fin de l'injection un maintien en pression est ef- fectué pendant un laps de temps prédéfini (phase de maintien en pression), procédé caractérisé en ce que pendant la phase de maintien en pression, la pression hydraulique dans le vérin hydraulique ( 17) est réglée d'une manière telle que la position momentanée de dé- placement axial du piston à vis ( 12) empêche à tout moment de la phase de maintien en pression, un tran- sport de masse de moulage dans le moule d'injection ( 23) ou bien hors du moule d'injection ( 23). 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que lorsque le piston à vis ( 12) n'a pas de fuite ou que le clapet anti-retour n'est pas usé, ainsi que lorsque la masse de moulage est d'une visco- sité suffisamment élevée, la régulation de la pression hydraulique est conduite de façon que le piston à vis ( 12) maintienne inchangé sa position de déplacement axial prise lors de la fin de l'injection. 3. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que lorsque le piston à vis n'est pas étanche ( 12) ou que le clapet anti-retour est usé, ainsi que lorsque la masse de moulage est peu visqueu- se, la régulation de la pression hydraulique dans le vérin hydraulique ( 17) est conduite de façon que le piston à vis ( 12) conserve une légère vitesse de dé- placement axiale prédéfinie de quelques millimètres par minute. 4. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que, comme grandeur de commande pour la régulation de la pression hydraulique dans le vérin hydraulique ( 17), on utilise la pression interne dans le moule d'injection ( 23) ou bien la différence entre la pression interne dans le moule et la pression de- vant le piston à vis ( 12) ou bien dans la buse d'in- jection ( 28). 5. Procédé selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la régulation de la pression hydrau- lique dans le vérin hydraulique ( 17) est conduite de façon que, selon la conformation du canal de carotte ( 24) du moule d'injection ( 23), la pression devant le piston à vis ( 12) devance jusqu'à 20 x 105 Pa la pres- sion interne du moule ou bien soit asservie à celle- ci. 6. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce que la vitesse de déplacement du piston à vis ( 12) est diminuée peu avant que la fin de l'injection soit atteinte. 7. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 6, caractérisé en ce que la régula- tion de la pression hydraulique dans le vérin hydrau- lique ( 17) n'est démarrée qu'avec un temps de retard après la fin de l'injection.