Brevet FR2734755A1 — publié le 19961206

Ensemble d'injection pour un moule d'injection de matière plastique ainsi qu'un procédé de réalisation d'un tel ensemble La présente invention concerne un ensemble d'injection pour un moule d'injection de matière plastique ainsi qu'un procédé de réalisation d'un tel ensemble. De manière plus particulière l'invention concerne un ensemble d'injection pour moule d'injection de matière plastique, comprenant - des buses chauffantes pour injecter la matière plastique dans le moule, - ces buses étant alimentées en matière plastique par au moins une buse centrale, à partir de la vis d'extrusion, - des moyens de commande des buses et de chauffage des ca naux d'alimentation des buses, - cet ensemble étant destiné à être monté sur la matrice du moule d'injection. Actuellement pour l'injection de pièces en matière plastique de grandes dimensions, par exemple celles destinées à l'industrie automobile, on équipe le moule d'injection d'un ensemble d'injection comprenant des buses chauffantes pour permettre d'injecter la matière plastique simultanément en différents endroits du moule afin d'assurer une répartition rapide et très uniforme de la matière plastique à l'intérieur du moule, condition indispen sable pour fabriquer des pièces de grandes dimensions, de bonnes qualités mécaniques et esthétiques. Or, cet ensemble d'injection se réalise actuellement par usinage d'un bloc en acier forgé, dans lequel on réalise les passages pour recevoir les buses, les canaux d'alimentation des buses et les canaux d'alimentation en fluide de commande des vérins des buses, du fluide caloporteur ou pour le passage de l'alimentation électrique. Or, de tels travaux d'usinage sont extrêmement longs car il faut enlever une partie importante de matière ; ces travaux sont également très délicats et l'ensemble d'injection ne donne pas toujours satisfaction sur le plan de la répartition de la chaleur, l'uniformité de la température à l'intérieur de l'ensemble, etc... La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer un ensemble d'injection réalisable de manière particulièrement simple et efficace, permettant une adaptation parfaite à n'importe quelle disposition des buses d'injection, c'est-à-dire n' importe quelle forme de pièce à injecter, réglant les problèmes de régularité de température et permettant de manière générale de fabriquer des produits injectés d'excellente qualité. A cet effet, l'invention concerne un ensemble d'injection du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend une semelle portant un distributeur chauffant muni des buses d'injection, A - la semelle est une pièce en fonte ou acier moulé munie de nervures de rigidification et comportant une réser vation pour loger le distributeur chauffant, et des ap puis de positionnement du distributeur chauffant, B - le distributeur chauffant est une pièce en fonte ou acier moulé formant un ensemble de canaux chauffants reliés à au moins un point d'entrée de matière plasti que (buse centrale) et aux buses d'injection comprenant - des plots recevant les buses et servant d'appuis au distributeur chauffant sur la semelle, - des branches reliant les plots des buses de distribu tion et le plot de la buse centrale. L'ensemble d'injection selon l'invention présente de multiples avantages tant à la conception et fabrication qu'à l'utilisation. L'ensemble d'injection étant formé de deux parties distinctes sa conception est particulièrement souple et simple à réaliser d'autant plus que ces parties sont en fonte ou acier moulé. L'usinage, c'est-à-dire le temps nécessaire au façonnage de ces deux pièces est extrêmement réduit puisque le travail sur machine se limite à l'usinage des surfaces de référence, des surfaces d'appui, et des centrages pour les buses. Cette réduction de temps est considérable par rapport au temps d'usinage de l'ensemble d'injection selon l'art antérieur, d'autant plus qu'il s'agit de pièces de dimensions importantes. L'ensemble selon l'invention est beaucoup plus léger que celui de l'art antérieur si bien que le temps de montée en température est réduit dans ces mêmes proportions. L'isolation thermique entre la partie chauffée de l'ensemble, c'est-à-dire le distributeur chauffant et les buses, limite les déperditions thermiques et facilite la régulation de la température de ces pièces directement en contact avec la matière plastique à maintenir en température. La réduction du distributeur aux seules parties fonctionnelles strictement nécessaires : les plots pour le support des buses et les branches formant les canaux et constituant le support des plots et ainsi des buses, abou tit à une partie à chauffer et à réguler de masse très faible ce qui permet une amélioration importante du rendement du moule et de la qualité des pièces moulées en plastique. La mise en place des moyens de chauffage, (résistances blindées et fermées) dans les gorges ou rainures des branches et des plots assure un chauffage efficace de la matière plastique ; cette mise en place des résistances blindées et fermées est extrêmement simple et rapide, d'autant plus qu'il n'y a en général qu'une seule rainure, continue sur le dessus et une rainure continue sur le dessous de sorte qu'il n'y aura que deux résistances blindées et fermées. Les canaux et les buses étant très accessibles, la mise en place des sondes de température est simple et l'inertie thermique ou le temps de réponse réduits au minimum. Suivant une autre caractéristique avantageuse les branches du distributeur chauffant ont une section rectangulaire, traversée sensiblement en son milieu par un perçage constituant le canal de la matière plastique et comportant dans au moins certaines des faces, des rainures destinées à recevoir une résistance blindée et fermée. Ces rainures sont de préférence réalisées au moment de la coulée du distributeur et elles nécessitent aucun usinage particulier. Suivant d'autres caractéristiques les branches comportent quatre rainures réalisées dans les faces des branches pour recevoir des résistances blindées et fermées, et ces rainures se poursuivent autour des plots. Suivant d'autres caractéristiques le distributeur chauffant comporte des pattes percées destinées à la fixation du distributeur dans sa réservation de la semelle. Suivant d'autres caractéristiques le distributeur chauffant prend appui sur la semelle par l'intermédiaire d'éléments intercalaires d'isolation thermique. Cet appui du distributeur uniquement au niveau des plots offre l'avantage de permettre un découplage thermique efficace entre le distributeur et la semelle tout en assurant une excellente tenue des buses, puisque l'appui et la fixation du distributeur se font au niveau des plots. L'invention concerne également un procédé pour la fabrication de l'ensemble et notamment du distributeur chauffant. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on - réalise une empreinte de distributeur composée d'éléments modulaires pour les plots et de branches reliant les plots, - les éléments des plots étant positionnés suivant les em placements prévus pour les buses, - met en place les branches de liaison découpées dans un profilé et on bouche les jonctions entre les noyaux et les branches de liaison pour obtenir une continuité des surfaces transitoires, - réalise le moule avec l'empreinte de distributeur, - coule l'acier, - usine les canaux, les perçages étagés des buses ainsi que les surfaces de référence des plots, - met en place les buses et les résistances blindées et fermées dans le distributeur, - monte le distributeur ainsi équipé sur la semelle réali sée séparément en fonte ou acier moulé, - branche les alimentations de la semelle au distributeur. Le procédé de fabrication du modèle de fonderie est simple et souple puisque ce dernier est réalisé de manière modulaire à l'aide seulement de deux types d'éléments : les plots pour les buses et, les profilés coupés à la longueur, pour les branches. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un ensemble d'injection représenté dans les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue de côté d'un ensemble d'injection positionné par rapport à la matrice du moule et destiné à être réuni à cette matrice, - la figure 2 est une vue de dessus d'une semelle d'un ensemble d'injection selon l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne brisée III-III de la figure 2, - la figure 4 est une vue de dessus d'un distributeur chauffant destiné à une semelle selon la figure 2, - la figure 5 est une vue en coupe selon V-V du distributeur de la figure 4, - la figure 6 est une coupe transversale d'une branche reliant deux plots, - la figure 7 est une coupe de la semelle, d'un injecteur et de la matrice, - la figure 8 est une coupe d'une buse centrale. Selon la figure 1, l'invention concerne un ensemble d'injection 1 destiné à un moule d'injection représenté seulement par la matrice 2. L'ensemble d'injection 1 se fixe à la matrice 2 par exemple par des broches 3 venant dans des logements correspondants de la.matrice 2. Puis l'ensemble 1 est solidarisé à la matrice 2 pour ne former qu'une pièce restant solidaire pendant l'utilisation de la matrice. L'ensemble 1 peut se démonter de la matrice 2 pour intervenir sur les buses d'injection, leur remplacement ou sur leur commande. L'ensemble 1 se compose d'une semelle 4 portant des buses 5A, 5B de longueurs différentes, avec ou sans obturateur suivant la pièce à injecter. Les buses 5 traver sent des passages (non représentés) réalisés dans la matrice 2 pour venir à l'intérieur de la cavité de moulage de la matrice, aux endroits préalablement déterminés par le mouliste en fonction de la pièce à réaliser. Ces buses d'injection 5A reçoivent la matière plastique par la buse centrale 5B par un réseau de canaux en général chauffants, n'apparaissant pas à la figure 1. Ces canaux sont constitués par un distributeur chauffant portant les buses et qui est lui-même fixé à la semelle. Ce distributeur sera décrit de manière plus précise à l'aide des figures 4 à 6. Les buses 5 à obturateur sont commandées par du fluide hydraulique ; le chauffage se fait par un fluide caloporteur ou de préférence par un cordon électrique chauffant, pour chauffer toutes les parties au voisinage des canaux de matière plastique, c'est-à-dire le distributeur chauffant et les buses elles-mêmes ; les branchements des différents fluides et les branchements électriques sont ré- unis sur le côté de la semelle 4, au niveau d'une plaque de connexion 6. La face avant de la semelle est usinée pour venir contre la face arrière de la matrice 2 et la face arrière de la semelle est dressée par usinage pour venir se plaquer sur le plateau machine. Les figures 2 et 3 montrent de manière plus précise un exemple de réalisation d'une semelle 4 et de l'emplacement 8 recevant le distributeur chauffant. Les figures 4 à 6 montrent un distributeur chauffant destiné à être monté dans la semelle. Selon les figures 2, 3, la semelle 4 est une pièce en fonte ou acier moulé munie de nervures de rigidification 9 laissant entre elles des cavités et une réservation 8 correspondant à l'emplacement destiné à loger le distributeur chauffant (non représenté à ces figures 2 et 3). Cette réservation 8 comporte des passages 10 pour les buses de distribution 5A ainsi que le passage ll pour la buse centrale 5B, c'est-à-dire la buse contre laquelle vient se placer la sortie de la vis d'extrusion fournissant la matière plastique. Ces différents passages 10, ll sont prévus aux emplacements précis destinés aux buses d'injection. Ces emplacements sont choisis par le mouliste en fonction de la pièce à réaliser, c'est-à-dire de sa forme, de sa géométrie, de son volume et des caractéristiques de la matière plastique utilisée. Des bossages entourant les passages sont réalisés dans la réservation correspondant sensiblement à la forme du distributeur. Cette partie en creux 12 comporte, au niveau des emplacements des buses, des surfaces d'appui 13 réalisées par les bossages dressés pour recevoir de manière précise le distributeur chauffant. La semelle 4 est une pièce de fonte ou acier moulé dont les surfaces de référence seules sont usinées. Il s'agit par exemple de la surface 14 par laquelle la semelle 4 s'appuie contre la matrice 2 et le cas échéant la surface inférieure ou surface arrière 15 plaquée contre le plateau de la machine (figure 1). Les surfaces d'appui 13 entourant les emplacements des buses sont également usinées, de même que les passages des buses (10, 11). Le bord périphérique 16 et les nervures 9 de la semelle sont conçus pour donner à la semelle 4 la résistance nécessaire, tout en laissant des volumes libres aussi importants que possible pour alléger l'ensemble. De préférence, la semelle a une épaisseur permettant de recevoir les buses d'injection et leurs moyens de commande (vérins) portés par la semelle ou directement par le distributeur chauffant ainsi que les différentes conduites de fluide et les câbles électriques. Le distributeur chauffant 20, faisant partie de l'ensemble selon l'invention, représenté à titre d'exemple à la figure 4, est également une pièce en fonte ou acier moulé. Le distributeur chauffant 20 est un support mécanique, indépendant de la semelle 4, qui porte les buses d'injection 5A et la buse centrale 5B et relie cette dernière aux buses d'injection 5A par un réseau de canaux traversés par la matière plastique en fusion. La forme de ce distributeur chauffant 20 est conçue en fonction de la répartition de la position des buses d'injection 5A. La buse centrale 5B est positionnée par le mouliste pour assurer la distribution la plus courte et la plus uniforme de la matière plastique entre les différentes buses d'injection 5A en tenant compte du fonctionnement propre de chaque buse. En général, et comme le montre l'exemple de distributeur chauffant 20 selon la figure 4, cette pièce a une forme générale rayonnante à partir de l'origine constituée par l'emplacement 21 de la buse centrale 5B. Les branches 22 qui relient ce point 21 aux emplacements 23 des buses d'injection 5A sont en général directes ; il peut toutefois y avoir également des embranchements 22' comme dans l'exemple. De manière plus détaillée le distributeur chauffant 20 se compose de plots 24, 24' à l'emplacement des buses centrale 5B et d'injection 5A. Les plots 24, 24' des buses d'injection sont reliés au plot 24" de la buse centrale par les branches 22, 22'. Les plots 24, 24', 24" ont des orifices étagés standards 25, 25' recevant les buses non représentées et les branches 22 les reliant sont munies de canaux 26 débouchant dans les orifices 25, 25' de plots 24, 24', 24". De fonderie, le distributeur 20 est muni de rainures 27, 27' suivant le contour des branches 22 et des plots 24, 24', 24". Ces rainures 27, 27' sont prévues sur la face supérieure et sur la face inférieure du distributeur 20 pour recevoir une résistance blindée et fermée destinée à maintenir le distributeur à la température nécessaire à la fluidité de la matière plastique. Le distributeur chauffant 20 comporte également de fonderie des pattes 28 percées permettant de visser le distributeur 20 sur son emplacement dans sa réservation 8 de la semelle 4 où il est prévu des taraudages 17 pour recevoir les vis. Les plots 24, 24', 24" qui reçoivent les injecteurs non représentés, ont un contour au moins en grande partie, constitué par une forme de révolution ; ils sont munis d'un orifice 25, 25', de préférence un perçage étagé, formant une chambre. Chaque injecteur est fixé de manière étanche dans son plot de façon à communiquer avec la chambre, celle-ci communiquant elle-même avec un canal 26 relié à la buse centrale 5B. Comme le distributeur chauffant est une pièce en fonte ou acier moulé, les canaux 26 sont réalisés par des perçages débouchant à l'extérieur (26') ; ces parties de perçages 26' sont bouchées pour ne laisser subsister que les canaux 26 reliant par exemple la buse centrale 5B à la buse de distribution correspondante 5A. Le distributeur chauffant 20 est relié à la semelle 4 seulement au niveau des appuis 13 avec interposition de rondelles isolantes pour éviter un pont thermique entre le distributeur 20 et la semelle 4. La vue en coupe de la figure 5, passant par le plot 21" de la buse centrale 5B et le plot 24 d'une buse d'injection 5A montre le perçage étagé 25 recevant la buse centrale (non représentée) débouchant par la face arrière du distributeur 20 (face inférieure à la figure 5). Ce per çage 25' communique avec un canal 26 relié au perçage étagé 25 du plot 24 de la buse d'injection. Ce perçage débouche du distributeur par le prolongement 26' ayant servi à réaliser le canal 26. Toutes les buses 5A, 5B sont montées dans les logements filetés standardisés. Les branches 22 contenant les canaux 26 ont une section rectangulaire comme cela est représenté à la figure 6. Cette section rectangulaire montre le canal 26 ainsi que des rainures 27, 27' dans les faces, par exemple supérieure et inférieure de la branche 22. Ces rainures 27, 27' reçoivent les résistances blindées et fermées. La figure 7 est une coupe partielle de l'ensemble d'injection 1 assemblé à la matrice 2, au niveau d'une buse d'injection 5A. Le distributeur chauffant 20 est muni, au niveau du plot 24, d'un coude 29 dépassant de la face arrière du distributeur pour recevoir une rondelle isolante 30 séparant le distributeur 20 de son appui 13 du fond de la semelle 4. L'ensemble distributeur/semelle est relié par des vis 31. Le coude 29 débouche dans le canal 26 du distributeur dont les rainures 27, 27' sont munies de résistances blindées et fermées électriques. Cette figure montre également les résistances blindées et fermées 32, 32' supérieur et inférieur placés dans les rainures correspondantes 27, 27' du plot 24. Le passage 33 de la buse 5A dans le moule 2 se termine à l'avant par un perçage de centrage 34 et de support de l'extrémité avant 35 de la buse, assurant en même temps l'étanchéité. Cette coupe montre le découplage thermique entre, d'une part, le distributeur chauffant 20 et sa buse 5A, et, d'autre part, la semelle 4 et la matrice 2. La figure 8 est une coupe partielle de l'ensemble d'injection 1 et de la matrice 2 passant par l'axe de la buse centrale 5B. Au droit de la buse centrale 5B, le distributeur chauffant 20 comporte un goujon de centrage et d'appui 36 engagé dans un logement 37 du distributeur et un perçage 38 dans la matrice 2. La buse centrale 5B est tenue dans le passage 39 de la semelle 4 par son bord 40, du côté intérieur et par son chapeau 41, dans un lamage 42 de la face arrière de la semelle 4. L'ensemble 1 est réalisé en fonte ou acier moulé pour la semelle 4 et le distributeur chauffant 20. La semelle 4 est coulée dans un moule puis ses surfaces de référence 14, 15 sont usinées de même que les passages 10, 11 des buses et les surfaces d'appui 13 du distributeur chauffant ainsi que les taraudages 17. Les appuis 13 pour le distributeur 20 sont réalisés par un creux au fond de l'empreinte servant au moule de la semelle 4. La disposition des nervures 9 tient compte de la forme du distributeur chauffant 20. La réalisation du distributeur chauffant 20 se fait à partir d'un moule obtenu à l'aide d'un noyau formé d'éléments modulaires : ces éléments modulaires sont les éléments dont la forme correspond aux plots et celle des branches reliant les plots. Les branches sont des segments de profilés, coupés à la longueur et assemblés. Le noyau ainsi réalisé forme l'empreinte du moule du distributeur. L'usinage du distributeur se limite à celui des surfaces de références, des perçages formant les canaux et les perçages étagés traversant ou non par les buses. L'assemblage de l'ensemble d'injection 1 consiste à monter les buses 5A, 5B, à raccorder les alimentations des vérins dans le cas de buses commandées, sur le distributeur chauffant et de mettre en place les résistances blindées et fermées 32, 32' et leur branchement électrique ainsi que les sondes de température. Après son montage, le distributeur 20 est fixé dans la semelle 4 qui est elle-même assemblée à la matrice 2. REVENDICATIONS 10) Ensemble d'injection pour moule d'injection de matière plastique, comprenant - des buses chauffantes (5A) pour injecter la matière plas tique dans le moule, - ces buses (5A) étant alimentées en matière plastique par au moins une buse centrale (5B), à partir de la vis d'extrusion, - des moyens de commande des buses et de chauffage des ca naux d'alimentation des buses, - cet ensemble (1) étant destiné à être monté sur la ma trice (2) du moule d'injection, ensemble caractérisé en ce qu'il comprend une semelle (4) portant un distributeur chauffant (20) muni des buses d'injection (5A), A - la semelle (4) est une pièce en fonte ou acier moulé munie de nervures de rigidification (9) et comportant une réservation (8) pour loger le distributeur chauf fant (20), et des appuis de positionnement (13) du dis tributeur chauffant (20), B - le distributeur chauffant (20) est une pièce en fonte ou acier moulé formant un ensemble de canaux chauffants (26) reliés à au moins un point d'entrée (21, 5B) de matière plastique (buse centrale) et aux buses d'injection (5B) comprenant - des plots (24, 24', 24") recevant les buses (5A, 5B) et servant d'appuis au distributeur chauffant (20) sur la semelle (4), - des branches (22) reliant les plots (24, 24') des bu ses de distribution (5A) et le plot (24") de la buse centrale (5B). 20) Ensemble d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la semelle comporte des passages (10, 11) pour les buses (5A, 5B). 30) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les branches (22) du distributeur chauffant (20) ont une section rectangulaire, traversée sensiblement en son milieu par un perçage (26) constituant le canal de la matière plastique et comportant dans au moins certaines des faces, des rainures (27, 27') destinées à recevoir une résistance blindée et fermée (32, 32'). 40) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plots (24, 24', 24") ont une forme de pièce de révolution. 50) Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que les branches (22) comportent quatre rainures (27, 27') réalisées dans les faces des branches pour recevoir des résistances blindées et fermées (32, 32'), et ces rainures se poursuivent autour des plots (24, 24', 24"). 60) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le distributeur chauffant comporte des pattes (28) percées destinées à la fixation du distributeur (20) dans sa réservation (8) de la semelle (4). 70) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le distributeur chauffant (20) prend appui sur la semelle par l'intermédiaire d'éléments intercalaires (30) d'isolation thermique. 80) Procédé de fabrication d'un ensemble d'injection selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on - réalise une empreinte de distributeur composée d'éléments modulaires pour les plots et de branches reliant les plots, - les éléments des plots étant positionnés suivant les em placements prévus pour les buses, - met en place les branches de liaison découpées dans un profilé et on bouche les jonctions entre les noyaux et les branches de liaison pour obtenir une continuité des surfaces transitoires, - réalise le moule avec l'empreinte de distributeur, - coule l'acier, - usine les canaux, les perçages étagés des buses ainsi que les surfaces de référence des plots, - met en place les buses et les résistances blindées et fermées dans le distributeur, - monte le distributeur ainsi équipé sur la semelle réali sée séparément en fonte ou acier moulé, - branche les alimentations de la semelle au distributeur.