Brevet FR2704799A1 — publié le 19941110

PROCEDE DE MOULAGE PAR INJECTION D'UNE PIECE COMPORTANT AU MOINS UN INSERT SUPERFICIEL. DESCRIPTION L'invention concerne un procédé de moulage par injection destiné à la fabrication d'une pièce comportant au moins un insert superficiel tel qu'une peau. Elle s'applique à la fabrication de toutes pièces susceptibles d'être obtenues par moulage par injection, et notamment à la fabrication de pièces en un matériau thermoplastique, chargé ou non de fibres courtes telles que des fibres de carbone. Comme l'illustre notamment le document EP- A-0 457 230, la technique du moulage par injection consiste à amener le matériau que l'on désire injecter dans le moule à l'état fondu ou plastique puis à l'in- jecter dans le moule au travers d'une buse d'injection. Un compactage du matériau introduit dans le moule est ensuite effectué afin de compenser le retrait volumique du matériau au cours de son refroidissement et de ré- duire au mieux les porosités dans ce matériau. Enfin, le matériau contenu dans le moule est refroidi jusqu'à une température de solidification permettant l'ouver- ture du moule et l'éjection de la pièce. Pour cela, le moule est équipé de moyens permettant de le maintenir en permanence à une température de solidification du matériau. Dans certains cas, les pièces que l'on dé- sire fabriquer comportent une ou plusieurs parties qui doivent impérativement être fabriquées séparément, pour des raisons qui peuvent être liées à la fabrication des pièces ou à leur utilisation ultérieure. Ces parties sont introduites dans le moule, sous forme d'inserts, avant la fermeture du moule et l'injection du matériau. L'utilisation d'inserts dans la fabrication des pièces par moulage est une technique bien connue. Habituellement, le ou les inserts comportent une ou plusieurs parties qui font saillie à l'extérieur de la pièce ainsi qu'une partie principale située à l'inté- rieur de la pièce. La ou les parties extérieures sont utilisées pour maintenir l'insert dans le moule avant l'injection du matériau et ce dernier enrobe totalement la partie intérieure lorsqu'il est injecté dans le moule. L'opération correspondante s'appelle surmoulage. La fabrication de certaines pièces spécia- les telles que des pales de rotor anti-couple de type fenestron pour hélicoptères impose, si l'on désire effectuer cette fabrication par moulage par injection, de prévoir des inserts superficiels se présentant sous la forme de peaux. Ainsi, le moulage par injection, d'une pale de rotor anti-couple à partir d'un matériau tel qu'une résine PEEK (Polyetheretherketone) ou PEI (Polyetherimide) chargée de fibres de carbone ou de verre, impose de recouvrir d'une peau la majeure partie des surfaces d'intrados et d'extrados de la pale. Cependant, les techniques de surmoulage existantes ne permettent pas de résoudre le problème posé par le maintien d'un ou plusieurs inserts superfi- ciels locaux tels que des peaux à l'intérieur d'un moule avant et surtout pendant l'injection du matériau dans le moule. En particulier, il n'existe pas actuel- lement de technique permettant de maintenir ces inserts superficiels locaux en évitant à coup sûr que le maté- riau injecté dans le moule ne pénètre entre les inserts et le moule. L'invention a précisément pour objet un procédé de moulage par injection dont la conception originale lui permet d'assurer, de façon particulière- ment simple et facile, le maintien d'un ou plusieurs inserts superficiels en évitant à coup sûr que le maté- riau injecté dans le moule ne pénètre entre ce dernier et les inserts. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un procédé de moulage par injection d'une pièce comportant au moins un insert superficiel, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes sui- vantes: - réalisation d'un insert comportant, sur l'un au moins de ses bords, au moins une excroissance apte à être tournée vers l'extérieur de la pièce; - mise en place de l'insert dans un moule, de telle sorte que l'excroissance pénètre dans un creux d'ac- crochage de l'insert, formé dans le moule à proximité d'un orifice d'injection; - injection d'un matériau fondu dans le moule par l'orifice d 'injection; - refroidissement du matériau jusqu'à sa température de solidification; et - démoulage de la pièce. Lorsque le matériau fondu est injecté dans le moule, il s'introduit dans le jeu d'épaisseur limité formé entre l'excroissance de l'insert et le creux du moule, dès qu'il atteint le bord de l'insert le plus proche de l'orifice d'injection. Etant donné que le moule est maintenu à une température inférieure à la température de solidification du matériau, celui-ci se solidifie presque instantanément à l'intérieur du jeu précité. Cela assure, dès le début du remplissage, l'obturation étanche de ce jeu et évite, par consé- quent, la pénétration du matériau entre l'insert et le moule. En outre, l'insert superficiel se trouve mainte- nu lorsque le matériau continue à pénétrer dans le moule. A partir du bord d'ancrage ainsi constitué, le matériau fondu, injecté sous pression, plaque l'insert superficiel contre la paroi du moule, ce qui empêche toute pénétration du matériau entre l'insert superfi- ciel et la paroi du moule. Afin d'obtenir une solidification pratique- ment instantanée du matériau lorsqu'il pénètre dans le creux, le jeu formé entre l'excroissance de l'insert et ce creux présente une épaisseur maximale d'environ 0,5 mm et qui diminue progressivement en allant vers le fond du creux servant à l'accrochage de l'insert. Dans une forme de réalisation préféren- tielle de l'invention, l'excroissance est constituée par un rebord de faible épaisseur formant sensiblement un angle droit avec la partie adjacente de l'insert. Ce rebord pénètre dans une rainure formant le creux, lors de la mise en place de l'insert dans le moule. Pour achever la fabrication de la pièce, l'excroissance est de préférence éliminée par usinage après le démoulage. On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation préférentielle de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective qui représente une pale de rotor anti-couple de type fenestron, pour hélicoptère, réalisée en résine thermo- plastique selon les techniques de moulage par injection et dont les deux faces sont recouvertes d'un insert superficiel en forme de peau grâce à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective qui représente partiellement les deux parties du moule d'injection dans lesquelles ont été mis en place les deux inserts superficiels en forme de peau, avant la fermeture du moule; - la figure 3 est une vue en coupe illus- trant à plus grande échelle l'accrochage des inserts superficiels sur le moule, conformément à l'inven- tion; et - la figure 4 est une vue de dessus de la pale de la figure 1 illustrant schématiquement l'écou- lement du matériau thermoplastique dans le moule au fur et à mesure de son injection. Comme on l'a indiqué précédemment, l'inven- tion concerne la fabrication, selon un procédé de mou- lage par injection, de toutes pièces comportant un ou plusieurs inserts superficiels susceptibles de former une peau sur des zones plus ou moins étendues à la surface de la pièce. La forme de réalisation illustrée sur les figures, qui concerne la fabrication d'une pale de rotor anti-couple, de type fenestron, pour hélicop- tère ne constitue donc qu'une illustration nullement limitative du procédé selon l'invention. Sur la figure 1, la pale de rotor anti-couple fabriquée par le procédé de moulage par injection conforme à l'invention est désignée de façon générale par la référence 10. La fabrication de cette pale 10 selon la technique de moulage par injection requiert l'utilisation d'un moule 12, partiellement illustré en traits mixtes. Ce moule 12 est constitué de deux parties 14 et 16 dont le plan de joint est sensi- blement confondu avec le plan longitudinal médian de la pale 10. Chacune des parties 14 et 16 du moule 12 est équipée de moyens (non représentés) permettant de re- froidir le matériau thermoplastique après que celui-ci ait été injecté dans le moule. Dans la pratique, ces moyens sont constitués par des moyens de chauffage tels qu'un circuit d'huile à température régulée, permettant de maintenir le moule à une température légèrement inférieure à la température de solidification du maté- riau thermoplastique, pour permettre l'éjection de la pièce après ouverture du moule. Dans l'application particulière décrite, le matériau thermoplastique injecté dans le moule 12 et constituant la majeure partie de la pale 10 que l'on désire fabriquer est avantageusement une résine PEEK 150 CA 30 (chargée de fibres de carbone), afin de sa- tisfaire aux différentes contraintes, notamment mécani- ques, imposées en fonctionnement à la pale 10. Ce maté- riau constituant le corps de la pale 10 est désigné par la référence 18 sur la figure 1. Pour différentes raisons liées à la fabri- cation de la pale ainsi qu'à ses conditions d'utilisa- tion ultérieures, la pale 10 comporte en outre les inserts suivants: - un longeron 20, de section sensiblement rectangu- laire, qui s'étend selon l'axe longitudinal de la pale 10, sur toute sa longueur, et sert notamment à l'accrochage de cette pale sur le moyeu central et à encaisser la torsion nécessaire au réglage du pas; ce longeron peut notamment être réalisé par compres- sion à partir d'un empilement de nappes composites dont la matrice est formée de résine PEEK; - un noyau 22, monté sur le longeron 20 dans la région de plus grand diamètre de la zone d'attache de la pale 10; ce noyau 22 peut être lui-même réalisé par injection à partir d'une résine PEEK 150 CA 30; - un revêtement d'intrados 24 et un revêtement d'extra- dos 26 constituant des inserts superficiels en forme de peau qui recouvrent sur toute leur longueur et sur la majeure partie de leur largeur les faces d'intra- dos et d'extrados de la partie de la pièce formant la pale proprement dite; ces revêtements peuvent notam- ment être formés de nappes de tissus noyées dans une matrice de résine PEEK et préalablement formés à chaud ou estampés. La réalisation d'une pièce comportant des inserts intérieurs tels que le longeron 20 et le noyau 22 selon la technique habituelle du moulage par injec- tion ne pose pas de problème particulier, du fait que ces inserts sont entièrement enrobés par le matériau 18, par surmoulage, lors de l'injection de ce matériau. Le maintien en place du longeron 20, qui porte le noyau 22, est réalisé en emprisonnant les extrémités de ce longeron entre les deux parties 14 et 16 du moule 12. En revanche, le moulage par injection d'une pièce comprenant des inserts superficiels constitués ici par les revêtements d'intrados 24 et d'extrados 26 nécessite d'avoir recours à une technique différente, afin d'éviter que le matériau injecté dans le moule ne puisse s'insérer entre la paroi de ce dernier et les inserts superficiels. Conformément à l'invention, cette technique particulière consiste à prévoir une excroissance, sur le bord de chacun des revêtements superficiels 24 et 26 le plus proche de l'orifice d'injection par lequel le matériau 18 est injecté dans le moule 12. Ces excrois- sances sont désignées respectivement par les références 28 et 30 pour les revêtements 24 et 26, sur la figure 2. Chacune des excroissances 28 et 30 est tournée vers l'extérieur de la pièce à fabriquer et pénètre dans un creux 32, 34 prévu à cet effet dans la partie corres- pondante 14 et 16 du moule 12. Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures, l'orifice d'injection 36 (figure 4) est formé dans le moule 12 en un emplacement correspondant à l'extrémité de la pale 10 opposée à la zone d'attache de celle-ci. Cet orifice d'injection 36 débouche dans le moule de part et d'autre du longeron 20. Dans la forme de réalisation représentée, chacune des excroissances est constituée par un rebord 28, 30 du revêtement correspondant 24, 26, replié sen- siblement à angle droit vers l'extérieur par rapport à la partie adjacente du revêtement, sur toute la lon- gueur du bord du revêtement adjacent à cette extrémité de la pale. L'épaisseur des rebords 28 et 30 est iden- tique à celle des revêtements 24 et 26 et égale, par exemple, à environ 0,6 mm. Les rebords de faible épais- seur 28 et 30 pénètrent dans des rainures correspon- dantes 32 et 34 prévues dans les parties 14 et 16 du moule 12 et constituant les creux précités. Comme l'illustre plus précisément la figure 3, la largeur des rainures 32 et 34 diminue progressi- vement de la surface du moule vers le fond des rainu- res. De plus, elle est légèrement supérieure à l'épais- seur des rebords 28 et 30 des revêtements 24 et 26 qui pénètrent dans ces rainures. Par conséquent, lorsque les rebords 28 et 30 sont introduits dans les rainures 32 et 34, il existe un jeu d'épaisseur limitée, de préférence inférieur à environ 0,5 mm entre les rainu- res et les rebords. Ce jeu peut notamment prendre une valeur maximale voisine de 0,4 mm à l'entrée des rainu- res. Dans le cas o le revêtement 24 et 26 dans lequel sont formés les rebords 28 et 30 présente une épaisseur d'environ 0,6 mm, la largeur maximale des rainures 32 et 34 est donc d'environ 1 mm. Par ailleurs, la profondeur des rainures 32 et 34 est sensiblement égale à la longueur des rebords 28 et 30, de telle sorte que ces derniers pénètrent jusqu'à proximité immédiate du fond des rainures. Dans l'exemple décrit, la profondeur des rainures 32 et 34 est d'environ 5 mm. Lorsque le moule 12 est ouvert, comme l'il- lustre la figure 2, les revêtements d'intrados 24 et d'extrados 26 sont rapidement mis en place par l'opéra- teur de telle sorte que les rebords 28 et 30 soient reçus dans les rainures 32 et 34 respectivement. En- suite, le longeron 20 portant le noyau 22 est à son tour mis en place, par exemple sur la partie 14 du moule 12. Ce dernier est ensuite refermé. Le matériau 18 est ensuite injecté dans le moule 12, à l'état plastique ou fondu, par l'orifice de remplissage 36 comme l'illustre schématiquement la figure 4. Dès son entrée dans le moule, le matériau 18 rencontre le jeu laissé entre les rainures 32 et 34 et les rebords 28 et 30 des revêtements 24 et 26. Compte tenu du chauffage du moule 12 à une température infé- rieure à la température de solidification du matériau 18 et de la tendance de ce matériau à pénétrer préfé- rentiellement dans l'espace formé entre les revêtements 24 et 26 plutôt que dans les jeux précités de très faible épaisseur laissés dans les rainures 32 et 34, le matériau 18 gèle d'une manière presque instantanée dans ces rainures 32 et 34. Le gel du matériau 18 dans les rainures 32 et 34 a pour conséquences d'assurer un blocage mécani- que des revêtements 24 et 26 et surtout une étanchéité entre les rebords 28 et 30 de ces revêtements et les rainures 32 et 34 dès le début du remplissage du moule 12. Par conséquent, la matière 18 qui pénètre dans le moule 12, de la manière schématisée sur la figure 4, tend à plaquer les revêtements 24 et 26 contre les parois du moule, de sorte que toute pénétration du matériau 18 entre les revêtements 24 et 26 et les par- ties 14 et 16 du moule est empêchée. Dans le cas particulier, illustré sur les figures, qui concerne la fabrication d'une pale, le profil de la partie de la pièce formant la pale propre- ment dite présente une épaisseur variable entre le bord d'attaque et le bord de fuite. Pour compenser la ten- dance du matériau 18 à pénétrer plus rapidement dans la zone la plus épaisse constituée par la zone la plus proche du bord d'attaque, au détriment des zones adja- centes au bord de fuite, l'orifice d'injection 36 pré- sente avantageusement une section plus importante du côté du longeron 20 tourné vers le bord d'attaque que du côté de ce même longeron tourné vers le bord de fuite. En outre, le noyau 22 porté par le longeron a principalement pour fonction de diminuer la quan- tité de matière 18 à injecter dans la partie la plus épaisse de la pale 10 correspondant à la zone d'attache de celle-ci. Ceci permet d'éviter une variation d'épaisseur dans la zone du noyau 22, ce qui contribue à améliorer la qualité de la pièce obtenue. Lorsque l'injection du matériau 18 dans le moule 12 est terminée, la pression appliqué sur ce matériau est maintenue pendant la durée nécessaire au compactage de ce matériau. Cette opération permet de compenser le retrait volumique du matériau au cours de son refroidissement et de réduire au mieux les porosi- tés. Le refroidissement de la pièce est pour- suivi jusqu'à ce que le matériau 18 soit suffisamment durci pour permettre l'ouverture du moule 12. La pièce 10 est alors extraite du moule et la fabrication d'une autre pièce peut être amorcée. Ultérieurement, l'extrémité de la pale 10 opposée à la zone d'attache de cette pale et comportant les rebords 28 et 30 est usinée de façon à éliminer ces rebords. La description qui précède montre que le procédé conforme à l'invention permet de fabriquer de façon particulièrement simple, rapide et peu coûteuse toutes pièces comportant un ou plusieurs inserts super- ficiels au moyen d'une technique de moulage par injec- tion. Bien entendu, si le moule présente plu- sieurs orifices d'injection situés à proximité de re- bords différents des inserts, chacun de ces rebord est alors équipé d'une excroissance comparable aux rebords 28 et 30 dans la forme de réalisation décrite. il REVENDICATIONS 1. Procédé de moulage par injection d'une pièce (10) comportant au moins un insert superficiel (24,26), caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes: - réalisation d'un insert (24,26) comportant, sur l'un au moins de ses bords, au moins une excroissance (28, ) apte à être tournée vers l'extérieur de la pièece; - mise en place de l'insert (24,26) dans un moule (12), de telle sorte que l'excroissance (28,30) pénètre dans un creux (32,34) d'accrochage de l'insert, formé dans le moule à proximité d'un orifice d'injection (36); - injection d'un matériau (18) fondu dans le moule (12) par l'orifice d'injection (36); - refroidissement du matériau (18) jusqu'à sa tempéra- ture de solidification; et - démoulage de la pièce (10). 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que, le moule (12) étant maintenu à une température inférieure à la température de solidi- fication du matériau (18), l'excroissance (28,30) de l'insert (24,26) est reçue dans le creux (32,34) du moule (12) de façon à délimiter entre eux un jeu d'épaisseur limitée, dans lequel le matériau (18) se solidifie sensiblement instantanément lors de son injection. 3. Procédé selon la revendication 2, carac- térisé par le fait que le jeu présente une épaisseur maximale d'environ 0,5 mm. 4. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'épaisseur du jeu diminue progressivement en allant vers le fond du creux (32,34) d'accrochage de l'insert (24,26). SP 7752.69 GP 5. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé par le fait que l'excroissance est un rebord (28,30) de faible épais- seur formant sensiblement un angle droit avec la partie adjacente de l'insert (24,26) et qui pénètre dans une rainure (32,34) formant le creux, lors de la mise en place de l'insert (24,26) dans le moule (12). 6. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé par le fait que l'excroissance (28,30) est éliminée par usinage apres démoulage de la pièce (10).