Brevet FR2670426A1 — publié le 19920619

La présente invention concerne une installation pour l'injection de matière composite, de préférence de matière composite, dans une empreinte de moulage. On connait dans l'art antérieur des installations pour l'injection de matières composites constituées par une combinaison monolithique de plusieurs dispositifs, notamment un dispositif de d'alimentation, un dispositif de dosage et un dispositif d'injection. Une telle installation est en particulier décrite dans la demande de brevet française N O 88 04 564 déposée le 31 mars 1988 L'installation décrite permet, comme toutes les installations de l'état de la technique, d'injecter la matière en un endroit déterminé et fixe de l'installation En conséquence, l'utilisateur est tenu de concevoir l'empreinte de moulage en tenant compte de la position du ou éventuellement des orifices d'injection, positions qui lui sont imposées par la structure de l'installation. De ce fait, il est difficile d'optimiser l'empreinte de moulage en fonction de la forme de la pièce à mouler et de la répartition des contraintes mécaniques qui s'exerceront sur ladite pièce L'utilisateur est ainsi souvent amené à choisir un mauvais compromis tenant compte des contraintes qui lui sont imposées par l'installation d'injection Ce compromis se traduit d'ailleurs souvent par des solutions couteuses en matière injectée, car le concepteur de l'empreinte de moulage prévoit parfois, pour permettre l'arrivée de la matière à injecter dans les parties adéquates du moule, des canaux d'un volume non négligeable, qui devront être détachés de la pièce moulée. Pour remédier à cet inconvénient, la présente invention vise la réalisation d'une installation d'injection modulaire L'utilisateur peut ainsi concevoir l'empreinte de moulage de façon optimale, en tenant compte en premier lieu de la forme de la pièce à réaliser et des contraintes mécaniques qu'elle subira, et adapter ensuite l'installation à l'empreinte ainsi conçue. La présente invention concerne plus particulièrement une installation pour l'injection de matière composite dans une empreinte de moulage comprenant: au moins un module autonome de bourrage constitué par un cylindre présentant un orifice de chargement de la matière composite et un orifice axial d'expulsion, ledit cylindre étant muni d'un piston mû axialement par un vérin, au moins un module autonome de dosage constitué par un corps muni d'un alésage cylindrique dans lequel un piston est mobile axialement, ledit alésage présentant un orifice axial de sortie muni d'une vanne d'obturation et un orifice de remplissage muni d'une vanne d'obturation, au moins un module autonome d'injection apte à coopérer avec un orifice d'alimentation de l'empreinte de moulage en un endroit quelconque, ledit module d'injection étant constitué par un corps présentant un alésage cylindrique obturable par une aiguille, lesdits modules étant reliés entre eux par des conduits de section suffisante pour que les pertes en charge n'excèdent pas 500 bars. L'installation selon l'invention peut comporter un ou plusieurs modules de dosage et/ou un ou plusieurs modules de bourrage, ce qui permet pour certaines applications de multiplier les zones d'injection de matière composite dans l'empreinte de moulage, voire d'injecter en différents emplacements, ou au même emplacement mais à un stade différents, des matières différentes, par exemple des matières composites dont la concentration de fibres varie en fonction des contraintes mécaniques que la pièce devra supporter. De préférence, certains au moins des conduits, en particulier ceux reliant un module d'injection à un module de dosage, sont constitués par des flexibles Ce mode de réalisation permet d'adapter l'installation de façon particulièrement simple et rapide à une nouvelle empreinte de moulage Les flexibles sont par exemple du type constitué par une âme formée d'une ou de plusieurs nappes d'acier tressé et de caoutchouc. Selon un mode de réalisation avantageux, le module de bourrage est constitué par un cylindre vertical prolongé à sa partie inférieure par une embase présentant un alésage conique s'ouvrant sur l'orifice d'expulsion, la génératrice de la partie terminale de l'alésage conique formant un angle non nul avec l'axe longitudinal La valeur optimale de cet angle est comprise entre 5 et 9 degrés, de préférence 7 degrés La réalisation d'une presse de bourrage verticale permet de réduire notablement l'encombrement au sol et donc de diminuer les surfaces nécessaires pour l'installation d'une usine, ou d'augmenter le nombre d'installations de moulage pouvant être mise en oeuvre dans un site donné L'angle d'environ 7 degré des parois de l'embase conique permet par ailleurs d'optimiser l'écoulement de la matière à injecter et de réduire partiellement les pertes de charge. Avantageusement, la partie supérieure du module de bourrage est obturable par un couvercle susceptible de basculer autour d'un axe tangentiel, ledit couvercle supportant le vérin Ce mode de réalisation permet de faciliter le chargement du module de bourrage tout en lui conférant une grande robustesse. De préférence, le raccordement entre deux tronçons de sections différentes se fait par une partie conique dont les parois intérieures forment un angle non nul avec l'axe médian La valeur optimale de cet angle est comprise entre 5 et 9 degrés, de préférence 7 degrés Comme pour l'embase du module de bourrage, l'angle d'environ 7 degrés permet de réduire les turbulences et donc de diminuer les pertes en charges. Selon un mode de réalisation avantageux, le module de dosage est constitué par un corps présentant un premier alésage d'un volume au moins égal au volume de la matière composite à injecter, ledit premier alésage comportant un piston actionné par un vérin, ledit corps comportant en outre un deuxième alésage d'alimentation dont l'axe médian forme un angle différent de 180 degrés avec l'axe du premier alésage La valeur optimale de cet angle est comprise entre 160 et 170 degrés, de préférence 165 degrés, le raccordement entre les deux alésages s'effectuant entre l'orifice de sortie et la tête du piston. Avantageusement, ledit module de dosage comporte un vanne constituée par un troisième alésage de section inférieure à la section dudit premier alésage et égale à la section dudit deuxième alésage, ledit troisième alésage intersectant le premier alésage et le deuxième alésage et par une aiguille de section sensiblement identique à la section dudit troisième alésage, ladite aiguille étant actionnée par un vérin entre une position dans laquelle la tête de l'aiguille est disposée en arrière des premier et deuxième alésages et une position dans laquelle elle obture les premier et deuxième alésage. Selon un autre mode de réalisation avantageux, le module d'injection est constitué par un corps muni d'un premier alésage axial et d'un deuxième alésage dont l'axe forme avec l'axe du premier alésage un angle non nul La valeur optimale de cet angle est comprise entre 10 et 20 degrés, de préférence 15 degrés Le premier alésage comportant une aiguille mobile entre une position d'alimentation dans laquelle la tête est en arrière du tronçon compris entre l'orifice d'injection et la zone de jonction des deux alésages, et une position d'obturation dans laquelle ladite tête remplit la plus grande partie dudit tronçon. Avantageusement, le dispositif d'injection comporte un circuit de thermorégulation de l'aiguille Ce circuit de thermorégulation permet par exemple de refroidir ladite aiguille à une température de l'ordre de 40 degrés Celsius empêchant ainsi la polymérisation de l'excédent de matière composite dans le conduit d'injection et évitant la formation d'une carotte. Elon un mode de mise en oeuvre particulier de l'invention, l'installation pour l'injection de matière composite comporte une pluralité de modules de bourrage, chacun des dits modules de bourrage étant alimenté avec un matériau composite distinct Ce mode de mise en oeuvre permet de faire de l'injection multimatière dans une empreinte de moulage unique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un exemple non limitatif de réalisation qui suit, et des dessins o: la figure l représente une vue en coupe médiane du module de bourrage la figure 2 représente une vue en coupe médiane du module de dosage le figure 3 représente une vue en coupe médiane du module d'injection. La figure l représente une vue en coupe médiane du module de bourrage Il comporte un corps cylindrique l supporté par un bati 2 Le corps cylindrique 1 est disposé verticalement A sa partie inférieure, il coopère avec une embase conique 3 La partie supérieure coopère avec un couvercle 4 supportant le vérin hydraulique 5 Le couvercle 4 bascule autour d'un axe de pivotement 6 tangentiel au corps cylindrique 1 Le couvercle 4 peut être bloqué en position fermée par un verrou 7 formé par une tige mobile disposée symétriquement à l'axe de pivotement 6 par rapport à un plan médian Afin de faciliter le basculement du couvercle 4 en vue du chargement de la matière composite dans le corps cylindrique 1, le couvercle 4 est actionné par un vérin d'assistance 8 dont le corps est solidaire de la partie inférieure du corps cylindrique 1 ou du chassis 2. Le piston intérieur 9 est mobile à l'intérieur du corps cylindrique 1 lorsque le couvercle 4 est fermé et verrouillé Il est actionné par un vérin exerçant une pression limitée à environ 400 bars Il comporte des capteurs de pression et de position associés à des circuits de surveillance et d'alarme non représentés sur les dessins annexés. La matière composite est éjectée par un orifice d'expulsion 10 disposé à l'extrémité d'une embase conique 3 Cette embase conique présente un alésage se raccordant à sa partie supérieure à l'alésage du corps cylindrique 1, et présentant à sa partie inférieure des parois cylindriques 12 formant avec l'axe longitudinal 13 un angle A de 7 degrés. Le raccordement du module de bourrage à un ou plusieurs modules de dosage s'effectue par des conduits flexibles ou par des conduits rigides Dans l'exemple décrit, le raccordement du module de bourrage avec les modules de dosage se fait à l'aide de conduits rigides d'un diamètre intérieur de 80 mm, les flexibles étant utilisés pour le raccordement des modules de dosage avec les modules d'injection. La figure 2 représente une vue en coupe médiane d'un module de dosage Il est constitué par un corps 14 comportant un premier alésage 15 longitudinal, un second alésage 16 et un troisième alésage 17 L'axe de symétrie 19 du deuxième alésage 16 forme avec l'axe de symétrie 18 du premier alésage un angle B d'environ 165 degrés. Le premier alésage 15 est muni d'un piston 21 actionné par un vérin 22 Un capteur de position non représenté sur les dessins permet à tout moment de connaître la position du piston 21 La matière composite provenant du module de bourrage est introduit dans le module de dosage par l'orifice d'introduction axial 23 formé par l'extrémité du second alésage 16 La matière composite expulsée par l'orifice de sortie 24 situé à l'extrémité axiale du premier alésage 15 Un capteur de pression 25 permet de connaître à tout moment la pression de la matière composite contenue dans le module de dosage. Une vanne permet de contrôler l'arrivée et la sortie de matière composite Cette vanne est formée par le troisième alésage 17 d'une section inférieure à la section du premier alésage 15 et égale à la section du second alésage 16, et muni d'une aiguille mobile 26 commandée par un vérin L'axe de symétrie 20 du troisième alésage 17 est sensiblement perpendiculaire à la parois du premier alésage à la hauteur de l'intersection avec l'alésage 17. La figure 3 représente une vue en coupe médiane d'un module d'injection Ce module est constitué par un corps 28 présentant un alésage principal 29 communiquant avec un alésage d'alimentation 30 dont l'axe de symétrie 31 forme avec l'axe de symétrie 32 de l'alésage principal 29 un angle C d'environ 15 degrés. L'alésage principal 29 comporte une aiguille 33 mobile axialement sous l'action d'un vérin non représenté. Un circuit de thermorégulation formé par un conduit 34 entoure l'aiguille 33 et permet la circulation d'un fluide maintenu à une température empêchant la polymérisation de la matière composite, par exemple à une température de l'ordre de 40 à 50 degrés Celsuis Cette aiguille à une double fonction: d'une part, elle permet de commander l'arrivée de la matière composite provenant du module de dosage, et d'autre part elle permet d'empêcher la formation d'une carotte de matière polymérisée à l'intérieure de l'alésage principal 29 De ce fait, on évite l'introduction dans l'empreinte de moulage de matière prépolymérisée créant des inhomogéneités dans la pièce moulée. Le raccordement avec l'empreinte de moulage se fait par l'intermédiaire d'un tronçon à alésage conique 35 permettant de créer une zone de rupture facilitant la séparation de la matière polymérisée de la pièce moulée et de la matière non polymérisée contenue dans le module d'injection Les modules d'injection sont reliés à un ou plusieurs modules de dosage par des flexibles ou par des tubes rigides, et sont disposées soit sur la matrice, soit sur le poinceau de l'empreinte de moulage. Le fonctionnement de l'installation suivant l'exemple décrit est le suivant: Dans un premier temps, on procède à l'alimentation des modules de dosages en remplissant soit simultanément, soit de préférence successivement, chacun des modules de dosages à l'aide du module de bourrage. Ce remplissage se fait de préférence en exerçant un force de résistance sur le vérin agissant sur le piston du module de dosage Cette force de résistance correspond à la pression de compactage de la matière composite avant remplissage de l'empreinte de moulage La vanne d'alimentation du module de dosage reste ouverte jusqu'à ce que les deux conditions suivantes soient simultanément vérifiées: 1) la pression de la matière contenue dans le module de dosage correspond à la pression de compactage prédéfinie 2) le recul du piston correspond à un volume de matière à injecter prédéfini. Si le recul du piston est insuffisant, on réitère le remplissage de façon à compléter l'alimentation en matière à injecter Le recul du piston est consiédré comme insuffisant si le produit de la longueur du recul par la section du module de dosage est inférieur au volume de l'empreinte de moulage Ces vérifications se font de façon connue par des moyens mécaniques ou électronique. Le remplissage de chacun des modules de dosages peut se faire à un moment quelconque du cycle, puisque chacun des modules de dosage peut être isolé indépendamment du circuit de matière composite Il est ainsi possible d'optimiser le cycle de fonctionnement global de l'installation globale de façon plus satisfaisante que lorsque les moyens de dosage doivent obligatoirement travailler en parallèle. Après le remplissage d'un module de dosage, la position du piston est mémorisée, et la force de résistance exercée par le vérin est supprimée, afin d'éviter de maintenir inutilement les circuits hydrauliques sous pression Les moyens de mémorisation de la position du piston sont soit mécanique, soit électronique Dans ce dernier cas, ils exploitent les signaux générées par les capteurs de position ou de déplacement La vanne d'admission est alors fermée. Lorsque les différents modules de dosages sont remplis, ils sont mis en communication avec les modules d'injection par ouverture des vannes correspondantes Le piston de chacun des modules de dosage est alors déplacé d'une longueur prédéfinie comptée à partir de la position précédemment mémorisée Cette longueur peut être ajustée pour chacun des modules de dosages de façon à ce que les flux de matière injectée dans l'empreinte de moulage se rejoignent en des zones appropriées. Après injection, l'aiguille du module d'injection vient obturer l'alésage principal, et la pièce moulée peut être extraite de l'empreinte de moulage, après 1 1 polymérisation L'installation est alors prête pour un nouveau cycle. Selon une variante, chacun des modules de dosages est rempli de matière provenant d'un module de bourrage en l'absence de force exercée sur le piston. Lorsque le premier alésage est rempli et que le piston est en position reculée, les orifices d'alimentation et d'expulsion sont obturés par les vannes respectives et une pression de compactage est exercée à l'aide du vérin actionnant le piston Lorsque le pression de la matière contenue dans le module de dosage a atteint une valeur prédéfinie, la position du piston est mémorisée, et la force de compactage est supprimée Au moment de l'injection, le piston est déplacée d'une longueur correspondant au volume à injecter, longueur comptée à partir de la position précédemment mémorisée. La présente invention a été exposée dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif et il est bien entendu qu'elle s'étend à toutes les variantes. R E V E N D I C A T I O N S 1 Installation pour l'injection de matière composite dans une empreinte de moulage caractérisée en ce qu'elle comprend: au moins un module autonome de bourrage constitué par un corps cylindrique ( 1) présentant un orifice de chargement de la matière composite et un orifice axial d'expulsion, ledit corps cylindrique ( 1) étant muni d'un piston ( 9) mû axialement par un vérin ( 5), au moins un module autonome de dosage constitué par un corps muni d'un alésage cylindrique ( 15) dans lequel un piston ( 21) est mobile axialement, ledit alésage ( 15) présentant un orifice axial de sortie muni d'une vanne d'obturation, au moins un module autonome d'injection apte à coopérer avec un orifice d'alimentation disposé en un endroit quelconque de l'empreinte de moulage, ledit module d'injection étant constitué par un corps présentant un alésage cylindrique ( 29) obturable par une aiguille ( 33), lesdits modules étant reliés entre eux par des conduits de section suffisante pour que les pertes en charge n'excèdent pas 500 bars. 2 Installation pour l'injection de matière composite dans une empreinte de moulage selon la revendication 1 caractérisé en ce que certains au moins des conduits sont constitués par des flexibles. 3 Installation pour l'injection de matière composite dans une empreinte de moulage selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que le module de bourrage est constitué par un cylindre vertical prolongé à sa partie inférieure par une embase ( 3) présentant un alésage conique s'ouvrant sur l'orifice d'expulsion ( 10), la génératrice de la partie terminale de l'alésage conique formant avec l'axe longitudinal ( 13) un angle non nul, la valeur optimale de cet angle étant comprise entre 5 et 9 degrés, de préférence 7 degrés. 4 Installation pour l'injection de matière composite dans une empreinte de moulage selon la revendication 3 caractérisée en ce que la partie supérieure du module de bourrage est obturable par un couvercle ( 4) susceptible de basculer autour d'un axe tangentiel ( 6), ledit couvercle ( 4) supportant le vérin ( 5). Installation pour l'injection de matière composite dans une empreinte de moulage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le raccordement entre deux tronçons de sections différentes se fait par une partie conique dont les parois intérieures forment avec l'axe médian un angle non nul, la valeur optimale de cet angle étant comprise entre 5 et 9 degrés, de préférence 7 degrés. 6 Installation pour l'injection de matière composite dans une empreinte de moulage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le module de dosage est constitué par un corps présentant un premier alésage ( 15) d'un volume au moins égal au volume de la matière composite à injecter, ledit premier alésage ( 15) comportant un piston ( 21) actionné par un vérin, ledit corps comportant en outre un deuxième alésage d'alimentation ( 16) dont l'axe médian ( 18) forme avec l'axe de symétrie ( 19) du premier alésage ( 15) un angle compris entre 160 et 170 degrés, de préférence 165 degrés, le raccordement entre les deux alésages s'effectuant entre l'orifice de sortie et la tête du piston. 7 Installation pour l'injection de matière composite dans une empreinte de moulage selon la revendication 6 caractérisée en ce que ledit module de dosage comporte un vanne constituée par un troisième alésage ( 17) intersectant le premier alésage ( 15) et le deuxième alésage ( 16), ledit troisième alésage ( 17) étant muni d'une aiguille ( 26) de section sensiblement identique à la section dudit troisième alésage ( 17), ladite aiguille ( 26) étant actionnée par un vérin ( 27) entre une position dans laquelle la tête de l'aiguille ( 26) est disposée en arrière des premier et deuxième alésages et une position dans laquelle elle obture les premier et deuxième alésage. 8 Installation pour l'injection de matière composite dans une empreinte de moulage selon la revendication 7 caractérisé en ce que le dispositif de dosage comporte un capteur de position de la tête du vérin et un capteur de pression de la matière composite. 9 Installation pour l'injection de matière composite dans une empreinte de moulage selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que le dispositif de dosage comporte des moyens pour exercer une force de résistance prédéterminée sur le piston pendant la phase de remplissage dudit module de dosage. Installation pour l'injection de matière composite dans une empreinte de moulage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le module d'injection est constitué par un corps muni d'un premier alésage axial ( 29) et d'un deuxième alésage ( 30) dont l'axe forme avec l'axe du premier alésage ( 29) un angle compris entre 10 et 20 degrés, de préférence 15 degrés, ledit premier alésage ( 29) comportant une aiguille ( 33) mobile entre une position d'alimentation dans laquelle la tête est en arrière du tronçon compris entre l'orifice d'injection et la zone de jonction des deux alésages, et une position d'obturation dans laquelle elle remplit la plus grande partie dudit tronçon. 11 Installation pour l'injection de matière composite dans une empreinte de moulage selon la revendication 10 caractérisé en ce que le dispositif d'injection comporte un circuit de thermorégulation de l'aiguille ( 33). 12 Installation pour l'injection de matière composite dans une empreinte de moulage selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que elle comporte une pluralité de modules de bourrage, chacun des dits modules de bourrage étant alimenté avec un matériau composite distinct.