Brevet FR2680339A1 — publié le 19930219

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MOULAGE PAR INJECTION DE PIECES COMPORTANT UN ALESAGE LONGITUDINAL L'invention concerne un procédé et un dispositif de moulage par injection de pièces comportant un alésage longitudinal. Elles s'applique notamment au moulage de pièces longilignes dotées d'un alésage traversant de faible diamètre. Une des principales difficultés rencontrées lors de la conception d'un moule destiné à la fabrication de pièces dotées d'un alésage longitudinal, concerne les problèmes de refroidissement des noyaux destinés à être introduits dans ce moule en vue d'obtenir ledit alésage dans les pièces moulées. De façon classique, ces noyaux sont refroidis au moyen de circuits d'eau intégrés dans lesdits noyaux. Cette technique pose toutefois de nombreux problèmes conduisant à une augmentation notable des frais d'outillage, et étant souvant à la source d'ennuis imprévus lorsque le moule est utilisé. En effet, les circuits étant de faible diamètre, les impuretés dans le système peuvent bloquer ces derniers, et de plus, l'entartrage peut commencer à de basses températures. En outre, en cas d'ébullition en boucle dans le noyau, le tartre se dépose rapidement, le flux d'eau est réduit et le refroidissement est considérablement diminué. A ces problèmes, s'ajoute la fissuration des noyaux produisant des fuites d'eau dans les empreintes. Tous ces inconvénients se traduisent en fait par des arrêts fréquents et des frais élevés d'entretien. Par ailleurs, cette technique de refroidissement par eau des noyaux connaît des limites quant aux diamètres et longueurs des alésages pouvant être réalisés. En effet, elle ne permet pas de réaliser des alésages de faible diamètre (en pratique, inférieur à 3 mm) en raison des dimensions transversales du noyau incorporant les circuits d'eau. De plus, elle ne permet pas non plus de fabriquer des alésages de grande longueur avec des diamètres faibles car les noyaux seraient trop fragilisés du fait de la faible épaisseur des parois. Les premiers problèmes ci-dessus évoqués de frais élevés d'entretien et d'augmentation des frais d'outillage ont été résolus par une technique consistant à refroidir les noyaux au moyen de tubes connus sous l'appellation "Isop ip e", "Tube de transfert de chaleur", ou "Caloduc". Ces tubes peuvent être intégrés dans les noyaux ou former eux-mêmes ce noyau et permettent de transférer l'énergie thermique élevée desdits noyaux et de conduire passivement la chaleur dans le corps du moule où un refroidissement adéquat par eau est possible. Du fait de la conception de ces tubes, l'eau ne rentre plus dans les noyaux et il n'existe donc plus de risques d'encrassement ou d'entartrage ou de risques de fuites dans les empreintes en cas de fissures. Toutefois, cette technique de tubes de transfert de chaleur ne permet pas de résoudre le deuxième inconvénient sus-évoqué, à savoir les limites du procédé quant aux diamètres et longueurs réalisables. La présente invention vise à pallier cet inconvénient et a pour objectif essentiel de fournir un procédé très fiable et peu coûteux permettant d'augmenter de façon très importante la plage de dimensions d'alésages réalisables dans des pièces moulées par injection. A cet effet, l'invention vise un procédé de moulage par injection de pièces comportant un alésage longitudinal, caractérisé, d'une part, en ce que l'on utilise un moule comportant n empreintes de formes conjuguées de la pièce à mouler, avec n 1, et au moins (n + 1) conduits de section supérieure à celle de l'alésage de ladite pièce, et d'autre part, en ce que chaque cycle de fabrication de n pièces consiste (a) à introduire dans chaque empreinte et dans au moins n conduits une broche de forme conjuguée de l'alésage de la pièce à mouler, (b) à injecter de la matière dans chaque empreinte autour des broches introduites dans ces dernières, et simultanément à refroidir chacune des broches introduites dans un conduit, (c) à retirer les broches de chaque conduit et de chaque empreinte, (d) à démouler chaque pièce fabriquée, (e) et à décaler d'un pas les broches en vue d'introduire dans chaque empreinte une broche préalablement refroidie dans un conduit, et dans chaque conduit une broche préalablement logée dans une empreinte. Selon ce procédé, le noyau est constitué d'une simple broche dont la limite inférieure en diamètre et la limite supérieure en longueur sont simplement fonction de la résistance mécanique nécessaire pour que ladite broche résiste sans déformation aux pressions d'injection, et sont donc respectivement plus basse et plus haute que celles obtenues avec les techniques connues. Ce procédé s'applique particulièrement à la fabrication de pièces dotées d'un alésage traversant. Dans ce cas, en outre, et de façon préférentielle, l'on utilise des broches de longueurs supérieures à celles des empreintes, et l'on maintient bloquées les extrémités desdites broches. De cette façon, on diminue notablement le moment de flexion auquel est soumis chaque broche et l'on repousse d'autant les limites, quant au diamètre et à la longueur, des alésages réalisables. De façon préférentielle, on utilise un moule comportant des conduits et des empreintes disposées en position alternée. En outre, selon une autre caractéristique de l'invention, l'on utilise un nombre de broches égal à deux fois n et un moule comportant n empreintes et (n + I) conduits équidistants d'un pas (p), et (e) l'on décale les broches d'un pas alternativement dans un sens puis dans l'autre, lors de deux cycles suivants. En outre, l'on retire et l'on introduit avantageusement les broches dans et hors de chaque empreinte et conduit en déplaçant simultanément lesdites broches coaxialement par rapport à l'axe longitudinal desdits conduits et empreintes. Par ailleurs, selon une autre caractéristique de l'invention, l'on refroidit les conduits en faisant circuler dans ces derniers de l'air comprimé à une température de - 25 OC. L'invention s'étend à un dispositif pour le moulage par injection de pièces dotées d'un alésage longitudinal, caractérisé en ce qu'il comprend - un moule comportant n empreintes de formes conjuguées de la pièce à mouler, avec n } 1, et au moins (n + 1) conduits de section supérieure à celle de l'alésage de ladite pièce, - des moyens de refroidissement de chaque conduit, - au moins 2 fois n broches de formes conjuguées de l'alésage de la pièce à mouler, - des moyens de déplacement, dit longitudinal, des broches aptes à les déplacer entre une position, dite de moulage, où les broches sont logées dans les n empreintes et dans au moins n conduits, et une position de démoulage où lesdites broches sont retirées desdits empreintes et conduits, - des moyens de déplacement, dit transversal, des broches aptes à les déplacer, dans leur position de démoulage, de façon à les amener en regard soit d'une empreinte, soit d'un conduit. Selon une autre caractéristique de l'invention, ce dispositif comprend, d'une part, n empreintes et (n + 1) conduits disposés en position alternée et équidistants entre eux d'un pas (p) et, d'autre part, deux fois n broches. De plus, les moyens de déplacement sont préférentiellement adaptés pour déplacer lesdites broches d'un pas (p) dans l'un ou l'autre sens. En outre, selon un mode de réalisation préférentiel visant le moulage d'une pièce dotée d'un alésage traversant, les broches présentent une longueur supérieure à celle des empreintes, et des organes de blocage sont adaptés pour maintenir bloquées les extrémités desdites broches dans la position de moulage de ces dernières. Par ailleurs, selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend avantageusement - un moule formé de deux moitiés de moule dotées de parois frontales verticales destinées à venir au contact lors du moulage et sur chacune desquelles sont ménagées alternativement une empreinte semi-cylindrique et une empreinte correspondant à la moitié de la section de la pièce à mouler, - un châssis formant un cadre agencé de façon à être disposé autour des parois frontales des moitiés de moule, dans le plan de jonction de ces dernières, ledit châssis : portant des tubes s'étendant entre ses deux traverses horizontales de façon à se trouver logés dans les empreintes cylindriques définies par les moitiés de moules assemblées, comportant des orifices traversants ménagés dans une des traverses, dite supérieure, dans le prolongement des tubes en vue de l'introduction des broches dans ces derniers. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description - la figure 1 est une vue frontale d'une des deux moitiés de moule montée sur un dispositif conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe transversale par un plan vertical brisé A d'un dispositif conforme à l'invention sur laquelle les deux moitiés de moule sont représentées assemblées, - la figure 3 est une coupe transversale par un plan horizontal B de la figure 1 de ce dispositif, - la figure 4 est une coupe transversale par un plan horizontal C de ce dispositif, sur laquelle les deux parties de moule sont représentées assemblées, - et les figures 5a à 5d sont des schémas illustrant le fonctionnement de ce dispositif. Le dispositif de moulage par injection représenté aux figures est destiné à la fabrication de pièces longilignes dotées d'un alésage traversant, et consistant en l'exemple en des canules. Ce dispositif comprend, en premier lieu, deux moitiés de moule 1, 2 dotées de parois frontales la, 2a sur lesquelles sont ménagées des empreintes 3 correspondant, pour chaque moitié de moule 1, 2, à la demi-section de la canule à réaliser. En l'exemple, ces empreintes 3 sont au nombre de huit et permettent donc la fabrication de huit canules lors de chaque cycle. Chaque paroi frontale la, 2a comprend, en outre, en position alternée avec les empreintes 3 de canules, des empreintes 4 de forme semi-cylindrique destinées à venir en regard lors de la jonction des parois frontales et former un logement cylindrique d'un diamètre de l'ordre de 10 mm. Ces empreintes semi-cylindriques 4, au nombre de neuf, et les empreintes de canules 3 sont réparties de façon équidistante sur les parois frontales la, 2a avec un entr'axe (P) entre une empreinte de canule 3 et une empreinte semi-cylindrique 4 égal à sensiblement 25 mm. Par ailleurs, chaque moitié de moule 1, 2 est fixée sur les plateaux tels que 5 d'une machine à injecter par l'intermédiaire de porte-moules 6, 7. La première moitié 1 de moule représentée à la figure 1 est ainsi vissée sur un porte-moule 6 fixé sur un plateau 5 au moyen d'entretoises cylindriques 8. Ce porte-moule 6 est, en outre, doté, répartis sur la périphérie de la moitié de moule 1, de quatre orifices logeant chacun un axe tel que 9 solidaire d'une contre-paroi verticale 10 disposée entre le plateau 5 et le porte-moule 6 et pouvant subir un débattement horizontal sur une distance (d) équivalente à la distance séparant lesdits plateau et porte-moule. Le guidage de cette contre-paroi 10 lors de ses déplacements est assuré par les entretoises cylindriques 8 traversant à cet effet des orifices conjugués dont est dotée ladite contre-paroi. Cette contre-paroi 10 forme, en outre, une potence dotée à distance au-dessus du moule d'un retour horizontal 11 portant, à l'aplomb dudit moule, le corps d'un vérin 12 agencé verticalement et décrit plus loin. Par ailleurs, le dispositif de moulage comporte un châssis 13 solidarisé sur les quatre axes 9 précités et présentant la forme d'un cadre de forme adaptée pour entourer la première moitié de moule 1. Ce cadre 13 peut de même que la contre-paroi verticale 10 à laquelle il est solidarisé, subir un débattement horizontal et former ainsi un rebord annulaire de profondeur variable sur le pourtour de cette moitié de moule 1. Ce cadre 13 porte, en premier lieu, neuf tubes verticaux 14 encastrés dans des orifices traversant ménagés dans sa traverse inférieure 13a et de diamètre conjugué de celui de l'empreinte cylindrique 4 du moule, adapté pour que lesdits tubes soient logés dans ces empreintes 4 lorsque le moule est fermé. Chaque tube 14 est en outre raccordé au niveau de la traverse inférieure 13a du cadre 13 à un conduit d'alimentation en air comprimé à une température de -250 C (non représenté). Dans le prolongement de chacun des tubes 14 et de chacune des empreintes pour canules 3 du moule, le cadre 13 comporte, en outre, un orifice vertical traversant ménagé dans sa traverse supérieure 13b. Par ailleurs, ce cadre 13 comporte, intercalés alternativement avec les tubes 14 de façon à se trouver à l'aplomb des empreintes de canules 3, des manchons 15 logés dans sa traverse inférieure l3a. La deuxième moitié de moule 2 est quant à elle adaptée pour se loger à l'intérieur du cadre 13 lors de la fermeture du moule et engendrer un recul de ce dernier et de la contre-paroi verticale 10, de façon, qu'en position fermée du moule, ces cadre 13 et contre-paroi 10 soient amenés dans leur position de recul maximal. Cette deuxième moitié de moule 2 comporte une paroi frontale 2a dans laquelle sont ménagées huit empreintes 3 complémentaires des huit empreintes 3 pour canules de la première moitié de moule 1, dans lesquelles débouchent les conduits 16 d'injection. Le dispositif comprend en outre une têtesupport 17 disposée à l'aplomb du cadre 13 et dotée d'un tiroir 18 portant un peigne constitué de seize broches verticales 19 de sections coniques conjuguées de celle de l'alésage de la canule à fabriquer, et de longueur supérieure à celle de ces dernières. Cette tête-support 17 est fixée sous la tige 12a du vérin 12 décrit plus haut dont le corps est fixé sur le retour horizontal 11 de la contre-paroi 10. De ce fait, cette tête-support 17 subit les mêmes déplacements horizontaux que la contre-paroi 10 et que le cadre 13. Le vérin 12 et la tête-support 17 sont en outre agencés de façon que les broches 19 soient parfaitement alignées dans un même plan que le plan de jonction des moitiés de moule 1, 2 de façon à venir se loger soit dans un tube 14, soit dans une empreinte 3, dans l'axe de ceux-ci. De plus, la course du vérin 12 et la longueur des broches 19 sont adaptées pour que : en position basse du vérin 12, l'extrémité inférieure des broches 19 pénètre dans les manchons 15 et dans les extrémités de tubes 14 encastrées dans la traverse inférieure 13e du cadre 13, et en position haute dudit vérin cette extrémité inférieure se trouve positionnée au-dessus des empreintes 3 du moule. Par ailleurs, des organes de guidage de la tête-support 17 sont adaptés pour guider cette dernière lors de ses déplacements verticaux. Ces organes comprennent deux colonnes de guidage 20 stétendant verticalement sur la traverse supérieure 13b du cadre 13, et coopérant avec deux manchons 21 solidaires de la tête-support 17. Enfin, des moyens de déplacement transversal du tiroir 18 sont adaptés pour déplacer horizontalement les broches 19 d'un pas (p) dans un sens ou dans l'autre et les amener soit à l'aplomb des tubes 14, soit à l'aplomb des empreintes 3 des canules, dans la position haute du vérin 12. A cet effet, ce tiroir 18 est doté d'une fourchette 22 s'étendant au travers d'une lumière horizontale 23 ménagée latéralement dans la tête-support 17. Les moyens de déplacement sont quant à eux constitués d'un vérin 24 agencé horizontalement et disposé sur le côté de la tête-support 17, dont l'extrémité de la tige 24a est solidarisée sur la fourchette 22. Le cycle de fabrication d'une série de canules au moyen du dispositif décrit ci-dessus est le suivant : En premier lieu, les moitiés de moule 1, 2 sont accolées par déplacement des plateaux de la machine à injecter. Lors de ces déplacements, le cadre 13 et la contreparoi 10 sont amenés dans leur position de recul maximal. Dans cette position, en outre, les tubes 14 se trouvent parfaitement positionnés dans le plan de jonction des parois frontales la, 2a des moitiés de moule 1, 2. La tête-support 17 est ensuite déplacée vers le bas (figure 5a) par déploiement du vérin 12 de façon que les broches 19 pénètrent dans les tubes 14 et les empreintes 3 jusqu'à ce que leurs extrémités inférieures viennent se loger respectivement dans les extrémités de tubes 14 encastrées dans la paroi inférieure 13a du cadre 13 et dans les manchons 15 (figure 5b). De la matière est alors injectée dans chaque empreinte 3 autour des broches 19 introduites dans ces dernières, tandis que simultanément les broches 19 introduites dans les tubes 14 sont refroidies au moyen de l'air comprimé à une température de -250 C circulant dans ces tubes. Une fois l'injection de matière terminée, le moule est ouvert par éloignement des plateaux de la machine à injecter. I1 est à noter que, lors de la séparation des deux moitiés de moules 1, 2, le fait que le cadre 13, les tubes 14 portés par ce cadre, et les broches 19 portées par la têtesupport 17 puissent subir une translation horizontale par rapport à la première moitié de moule 1, garantit contre tout risque de destruction des canules. Le vérin 12 est ensuite rétracté de façon à retirer les broches 19 des tubes 14 et des empreintes 3. Parallèlement, les canules sont saisies et évacuées par tout moyen de préhension connu en soi. Le tiroir 18 est alors déplacé d'un pas (p) par rétraction (ou déploiement) du vérin 24 (figure 5c) de façon à positionner les broches 19 précédemment logées dans une empreinte 3 à l'aplomb d'un tube 14, et inversement, les broches 19 positionnées à l'aplomb d'un tube 14 à l'aplomb d'une empreinte 3. En dernier lieu, le vérin 12 est déployé en vue d'un nouveau cycle de fabrication d'une série de canules. REVENDICATIONS 1/ - Procédé de moulage par injection de pièces comportant un alésage longitudinal, caractérisé, d'une part, en ce que l'on utilise un moule (1, 2) comportant n empreintes (3) de formes conjuguées de la pièce à mouler, avec n > 1, et au moins (n + 1) conduits (4, 14) de section supérieure à celle de l'alésage de ladite pièce, et d'autre part, en ce que chaque cycle de fabrication de n pièces consiste (a) à introduire dans chaque empreinte (3) et dans au moins n conduits (4, 14) une broche (19) de forme conjuguée de l'alésage de la pièce à mouler, (b) à injecter de la matière dans chaque empreinte (3) autour des broches (19) introduites dans ces dernières, et simultanément à refroidir chacune des broches (19) introduites dans un conduit (4, 14), (c) à retirer les broches (19) de chaque conduit (4, 14) et de chaque empreinte (3), (d) à démouler chaque pièce fabriquée, (e) et à décaler d'un pas les broches (19) en vue d'introduire dans chaque empreinte (3) une broche (19) préalablement refroidie dans un conduit (4, 14), et dans chaque conduit (4, 14) une broche (19) préalablement logée dans une empreinte (3). 2/ - P r o c é d é d e m o u 1 e g e selon 1 a revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise un moule (1, 2) comportant des conduits (4, 14) et des empreintes (3) disposés en position alternée. 3/ - P r o c é d é d e m o u 1 a g e selon 1 a revendication 2, caractérisé en ce que l'on utilise un nombre de broches (19) égal à 2 fois n et un moule (1, 2) comportant n empreintes (3) et (n + 1) conduits (4, 14) équidistants d'un pas (p), et en ce que (e) l'on décale les broches (19) d'un pas (p) alternativement dans un sens puis dans l'autre, lors de deux cycles suivants. 4/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 de moulage d'une pièce dotée d'un alésage traversant, caractérisé en ce que l'on utilise des broches (19) de longueur supérieure à celle des empreintes (3) et en ce que l'on maintient bloquées les extrémités desdites broches lors de l'injection. 5/ - Procédé de moulage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que (a) et (c) l'on introduit et l'on retire les broches (19) dans et hors de chaque conduit (4, 14) et empreinte (3) en déplaçant simultanément lesdites broches coaxialement par rapport à l'axe longitudinal desdits conduits et empreintes. 6/ - Procédé de moulage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on refroidit les conduits (4, 14) en faisant circuler dans ces derniers de l'air comprimé à une température de - 25 OC. 7/ - Dispositif pour le moulage par injection de pièces dotées d'un alésage longitudinal, caractérisé en ce qu'il comprend : - un moule (1, 2) comportant n empreintes (3) de formes conjuguées de la pièce à mouler, avec n } 1, et au moins (n + 1) conduits (4, 14) de section supérieure à celle de l'alésage de ladite pièce, - des moyens de refroidissement de chaque conduit, - au moins 2 fois n broches (19) de formes conjuguées de l'alésage de la pièce à mouler, - des moyens (12, 17, 20, 21) de déplacement, dit longitudinal, des broches (19) aptes à les déplacer entre une position, dite de moulage, où lesdites broches sont logées dans les n empreintes (3) et dans au moins n conduits (4, 14), et une position de démoulage où ces broches (19) sont retirées desdits empreintes et conduits, - des moyens de déplacement (18, 24), dit transversal, des broches (19) aptes à les déplacer, dans leur position de démoulage, de façon à les amener en regard soit d'une empreinte (3), soit d'un conduit (4, 14). 8/ - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque moule (1, 2) comprend des conduits (4, 14) et des empreintes (3) disposés en position alternée. 9/ - Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, n empreintes (3) et (n + 1) conduits (4, 14) équidistants entre eux d'un pas (p) et, d'autre part, 2 fois n broches (19), et en ce que les moyens de déplacement transversal (18, 24) sont adaptés pour déplacer lesdites broches d'un pas (p) dans l'un ou l'autre sens. 10/ - Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9 pour le moulage d'une pièce dotée d'un alésage traversant, caractérisé en ce que les broches (19) présentent une longueur supérieure à celle des empreintes (3), et en ce que des organes de blocage (15) sont adaptés pour maintenir bloquées les extrémités desdites broches dans la position de moulage de ces dernières. 11/ - Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend - un moule en deux moitiés (1, 2) dotées de parois frontales verticales (la, 2a) destinées à venir au contact lors du moulage et sur chacune desquelles sont ménagées alternativement une empreinte semi-cylindrique (4) et une empreinte (3) correspondant à la moitié de la section de la pièce à mouler, - un châssis (13) formant un cadre agencé de façon à être disposé autour des parois frontales (la, 2a) des moitiés de moule (1, 2), dans le plan de jonction de ces dernières, ledit châssis portant des tubes (14) s'étendant entre ses deux traverses horizontales (13a, 13b) de façon à se trouver logés dans les empreintes cylindriques (4) définies par les moitiés de moule (1, 2) assemblées, comportant des orifices traversants ménagés dans une des traverses (13b), dite supérieure, dans le prolongement des tubes (14) en vue de l'introduction des broches (19) dans ces derniers. 12/ - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'autre traverse (13a) du châssis (13), dite inférieure, comporte des manchons (15) agencés pour se trouver dans le prolongement des empreintes (3) des pièces à mouler, et former des organes de blocage de l'extrémité des broches (19) introduites dans lesdites empreintes. 13/ - Dispositif selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que les moyens de déplacement longitudinal des broches (19) comprennent une tête-support (17) desdites broches, des moyens de guidage vertical (20, 21) de ladite tête, comportant deux colonnes de guidage (20) portées par la traverse supérieure (13b) du châssis (13) et deux manchons de guidage (21) solidaires de cette tête (17) et aptes à coulisser le long des colonnes (20), et des moyens (12) d'entraînement vertical de ladite tête. 14/ - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que la tête-support (17) comporte un tiroir (18) porte broches (19) apte à se déplacer horizontalement par rapport à ladite tête, les moyens de déplacement transversal des broches (19) étant adaptés pour engendrer un déplacement relatif du tiroir (18) par rapport à la tête (17). 15/ - Dispositif selon la revendication 14 dans lequel les moyens d'entraînement vertical de la tête (17) et les moyens de déplacement du tiroir (18) sont constitués de deux vérins (12, 24) agencés respectivement verticalement et horizontalement. 16/ - Dispositif selon l'une des revendications 7 à 15, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement des conduits (4, 14) comprennent des moyens d'alimentation aptes à délivrer de l'air comprimé à - 25 OC dans lesdits conduits.