Brevet FR2759319A1 — publié le 19980814

L'invention a trait à un procédé de moulage d'une matière composite et à des installations permettant de mettre en oeuvre ce procédé. Une matière de moulage composite comprend généralement une résine et des fibres de renfort ou de charge appropriées. Par la demande de brevet FR-A-2 629 388, on connaît un appareillage pour l'injection des matières composites à l'intérieur d'un moule de conformation. Dans les systèmes connus de l'art antérieur, le temps de fermeture du moule est déterminé expérimentalement en fonction des propriétés obtenues avec les pièces d'une pré-série. Cependant, la durée de fermeture optimale du moule peut varier en fonction de la composition de la matière à injecter, de la pression d'injection, de la température d'injection ou de la température du moule. Ces paramètres ont des évolutions non prévisibles, de sorte que la référence à une pré-série n'est pas toujours représentative des conditions réelles de mise en oeuvre. On a pu envisager d'installer à l'intérieur de l'empreinte du moule des capteurs de pression qui permettent de connaître la pression régnant dans le moule au cours de l'opération de moulage et de commander la durée du moulage en fonction de cette pression. Ces capteurs de pression, qui sont au contact de la matière composite en cours de moulage, ont tendance à s'encrasser et à laisser sur la pièce moulée une trace car leur surface en regard du volume intérieur du moule n'est jamais parfaitement intégrée à celle de l'empreinte. L'encrassement de ces capteurs de pression a pour conséquence un décalage progressif de la durée de moulage, ce qui influe négativement sur les propriétés des pièces moulées. L'invention vise à résoudre ces problèmes et à proposer un procédé de moulage permettant un contrôle efficace de la durée de fermeture du moule sans risque d'encrassement des capteurs, ou de marquage de la surface des pièces moulées. Dans cet esprit, l'invention concerne un procédé de moulage d'une matière composite dans un moule comprenant une matrice et un poinçon, caractérisé en ce qu'il consiste à commander la durée de fermeture dudit moule en fonction d'un paramètre mesuré à l'extérieur de l'empreinte dudit moule. Grâce à l'invention, le capteur dédié au paramètre permettant de commander la durée de fermeture du moule n'est pas en contact avec la matière composite en cours de moulage, ce qui évite tout risque d'encrassement. Selon un premier mode de réalisation du procédé de l'invention, le paramètre utilisé est la pression régnant au plan de joint entre la matrice et le poinçon. Cette pression est représentative de l'état d'avancement du remplissage de l'empreinte du moule. En effet, lorsque l'empreinte du moule est complètement remplie, la matière présente dans cette empreinte exerce sur la matrice et le poinçon une force de réaction tendant à les séparer, de sorte que la pression régnant au plan joint du moule tend à diminuer. Cette diminution de pression peut avantageusement être utilisée pour commander l'ouverture du moule. Selon une première variante de ce procédé de l'invention, celui-ci consiste à commander l'ouverture du moule lorsque la pression régnant au plan de joint est inférieure ou égale à une pression prédéterminée après avoir été supérieure ou égale à une pression de consigne. Le fait d'avoir atteint une première pression de consigne permet de garantir que le moule a été efficacement fermé et rempli. Lorsque la pression diminue ensuite jusqu'à une seconde pression prédéterminée, le système de contrôle associé à l'installation de moulage peut en déduire que la matière remplissant l'empreinte tend à écarter l'un de l'autre le poinçon et la matrice du moule. Selon une autre variante de réalisation du procédé de l'invention, celui-ci consiste à commander l'ouverture du moule en fonction de la durée écoulée depuis un instant où la pression audit plan de joint a atteint une pression maximale ou dépassé une pression de consigne. Dans cette variante, il suffit de détecter la fermeture du moule correspondant à la pression de consigne ou à la pression maximale, le système de commande de l'installation étant alors en mesure de déterminer l'ouverture du moule en fonction d'une table de durées préalablement établie. Selon une autre variante avantageuse de l'invention, le paramètre mesuré est l'écartement relatif entre la matrice et le poinçon. Grâce à cet aspect de l'invention, la durée de fermeture du moule peut être commandée par un paramètre mesurable à distance par rapport au moule. Ceci permet d'éviter de soumettre les capteurs à un environnement hostile tant en en ce qui concerne la température que la pression. On pourra, notamment, utiliser des capteurs de déplacement basés sur un principe de mesure à distance au moyen d'un rayon laser. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, on peut prévoir que le procédé consiste à commander l'ouverture du moule lorsque l'écartement de la matrice et du poinçon est supérieur à une valeur prédéterminée. En effet, lorsque la matière remplit l'empreinte du moule, elle a tendance à écarter la matrice et le poinçon, ce qui peut être détecté grâce à une valeur de seuil prédéterminée. Quel que soit le procédé de moulage choisi, on peut avantageusement prévoir qu'il consiste à déterminer la pression régnant au plan de joint ou l'écartement relatif de la matrice et du poinçon par des mesures réparties autour de la ou des empreintes du moule. Cette répartition des mesures autour du moule permet de s'affranchir des variations en un point qui peuvent ne pas être représentatives d'un remplissage effectif de la ou des empreintes. L'invention concerne aussi des installations permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention et, plus spécifiquement, une installation de moulage d'une matière cor"posite comprenant un moule essentiellement formé d'une matrice et d'un poinçon, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un capteur de pression apte à mesurer la pression régnant au plan de joint entre ladite matrice et ledit poinçon. L'invention concerne aussi une installation de moulage d'une matière composite comprenant un moule essentiellement formé d'une matrice et d'un poinçon, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un capteur de déplacement de la partie mobile dudit moule par rapport à sa partie fixe lorsque le moule est en position fermée. Ces deux installations sont relativement simples à réaliser et permettent un pilotage efficace de la durée de moulage. Quel que soit le paramètre surveillé, on peut prévoir que l'installation comprend plusieurs capteurs de pression ou de déplacement répartis autour de la ou des empreintes du moule. Cet aspect de l'invention permet de garantir que la mesure effectuée est bien représentative d'une grandeur physique régnant dans l'ensemble du moule et non pas d'un défaut de fonctionnement ou d'alignement de celui-ci. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux procédés de moulage et de deux installations associées conformes à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une représentation graphique schématique de la pression régnant au plan de joint d'un moule en fonction du temps - la figure 2 est un schéma de principe, en coupe verticale, d'une installation de moulage conforme à l'invention - la figure 3 est une vue en plan du poinçon du moule de la figure 2 - la figure 4 est une représentation de principe de l'écartement entre la matrice et le poinçon d'un moule en cours de moulage en fonction du temps - la figure 5 est une coupe analogue à la figure 2 pour une seconde installation conforme à l'invention et - la figure 6 est une vue en plan du poinçon du moule de la figure 5. A la figure 1, on a représenté, en fonction du temps, la pression régnant au plan de joint 1 d'un moule 2, visible à la figure 2 et comprenant un poinçon fixe 3 et une matrice mobile 4. Le déplacement vertical de la matrice 4 est obtenu grâce aux vérins 5 d'une presse connue dans le domaine technique considéré et non représentée en détail. L'installation de l'invention comprend des capteurs de pression 10 répartis autour des deux empreintes 11 et 11' du moule, visibles à la figure 3. Les capteurs 10 sont, dans l'exemple, au nombre de six afin de déterminer avec une précision correcte la valeur de la pression P régnant au plan de joint 1. Leur nombre peut toutefois être ajusté en fonction de la taille et du nombre des empreintes du moule. On a pu déterminer expérimentalement que la pression P a l'allure représentée à la figure 1. Lors de la fermeture du moule, la pression augmente jusqu'à atteindre une pression P max correspondant à la valeur maximum obtenue avec la presse utilisée. Ensuite, cette pression est maintenue, grâce à l'effort fourni par la presse, jusqu'à ce que la matière composite introduite dans les empreintes 11 et 11' par un ou plusieurs injecteurs 13 repousse la matrice vers le haut, ce qui a tendance à la déplacer et donc à diminuer la pression d'appui de la matrice 4 sur le poinçon 3. On note respectivement t1 l'instant où la pression maximale est atteinte et t2 l'instant où la pression commence à décroître. On a pu déterminer expérimentalement un procédé de contrôle efficace du moulage en fixant une valeur prédéterminée de pression, notée P' à la figure 1, cette pression P' étant inférieure à la pression PmaX. On peut par exemple choisir P égale 80% de PmaX. Dans ce cas, au vu de la courbe à la figure 1, on sait que l'on a dépassé l'instant t2, c'est-à-dire que le garnissage des empreintes 11 et 11' est effectivement réalisé, lorsque la pression détectée par les capteurs 10 devient inférieure à P' après avoir été supérieure ou égale à une valeur de consigne P0 correspondant sensiblement à Pmax, par exemple égale à 95% de PmaX. Ainsi, la pression qui est détectée par les capteurs 10 et transmise à un contrôleur 12, peut être utilisée pour piloter la presse associée au moule afin que le soulèvement de la matrice 4 intervienne à partir d'un instant t3, cet instant étant déterminé par la chute de la pression au plan de joint en dessous de la valeur P'. Selon une autre alternative, on peut aussi choisir de déterminer t3 par le calcul. Pour ce faire, on utilise le fait que l'intervalle de temps séparant généralement t1 et t3 est égal à une durée globalement constante exprimée en secondes. Dans ce cas, on peut choisir de commander l'ouverture du moule lorsqu'une certaine durée 8t s'est écoulée depuis l'instant t1 qui a été déterminé par les capteurs 10 comme étant celui où la pression a atteint la pression maximale, ou dépassé une pression de consigne P'0, par exemple égale à 97% de la pression maximale souhaitée. Bien que moins précis que le précédent, ce procédé est plus aisé à mettre en oeuvre et pourra être utilisé avec des pièces simples dont le moulage est connu avec une assez grande précision. Dans les deux cas, les capteurs de pression 10 sont répartis autour des empreintes 11 et 11', de telle sorte qu'ils permettent de déterminer la pression régnant dans le plan de joint grâce à une moyenne ou à une interpolation. Dans le second mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 4 à 6, les éléments analogues à ceux du mode de réalisation de la figure 1 à 3 portent des références identiques augmentées de 50. Dans ce mode de réalisation, le plan de joint 51 d'un moule 52 est défini entre un poinçon fixe 53 et une matrice mobile 54 déplacée par les vérins 55 d'une presse, les deux empreintes 61 et 61' du moule étant définies entre le poinçon 53 et la matrice 54. Des capteurs de déplacement 70 sont disposés au voisinage du moule 52 et permettent de détecter une variation d'altitude de la matrice mobile 54 par rapport au poinçon fixe 53. Ces capteurs de déplacement 70 peuvent être du type à émission d'ondes lumineuses, sonores ou infra-rouges ou de tout type connu. Ils peuvent être installés à l'extérieur du moule comme cela est représenté aux figures 5 et 6, mais il est aussi concevable de les intégrer à l'intérieur de celui-ci à la façon dont sont montés les capteurs de pression 10 dans le moule 2 du premier mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation, on utilise la caractéristique représentée à la figure 4 où il apparaît que l'écartement relatif X de la matrice 54 et du poinçon 53 est, en fonction du temps t' et au cours du moulage d'une pièce, sensiblement constant jusqu'à un instant t'1 puis fortement croissant jusqu'à un instant t'2 avant de redécroître légèrement. Jusqu'à l'instant t'1 les empreintes 61 et 61' sont en cours de remplissage puis, lorsque ces empreintes sont remplies, la matière comprise dans celles-ci a tendance à repousser la matrice 54, ce qui augmente sensiblement et en peu de temps l'écartement X entre celle-ci et le poinçon fixe 53. On coupe alors l'alimentation du ou des injecteurs 63 de matière composite. La matière subit alors un retrait, d'où la forme de la courbe représentée à la figure 4, à partir de l'instant t'2. Le procédé de l'invention consiste à commander l'ouverture du moule dès que l'écartement X de la matrice 54 et du poinçon 53 est supérieur à une valeur prédéterminée X', cette valeur prédéterminée étant choisie largement supérieure à la valeur X0 de l'écartement jusqu'à l'instant t'l. Comme précédemment, les capteurs 70 sont répartis autour des empreintes 61 et 61' de façon à permettre une meilleure précision des mesures. Quel que soit le mode de réalisation choisi, l'invention permet un compactage uniforme et répétitif de la matière composite en cours du moulage, ce qui améliore la qualité des pièces obtenues et, par voie de conséquence, diminue leur prix de revient. REVENDICATIONS 1. Procédé de moulage d'une matière composite dans un moule (2, 52) comprenant une matrice (4, 54) et un poinçon (3, 53), caractérisé en ce qu'il consiste à commander la durée de fermeture dudit moule en fonction d'un paramètre (P, X) mesuré à l'extérieur de l'empreinte (11, 11', 61, 61') dudit moule. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit paramètre est la pression (P) régnant au plan de joint entre ladite matrice (4) et ledit poinçon (3). 3. Procédé de moulage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à commander l'ouverture dudit moule (2) lorsque ladite pression (P) régnant audit plan de joint est inférieure ou égale à une pression prédéterminée (P') après avoir été supérieure ou égale à une pression de consigne (P0). 4. Procédé de moulage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à commander l'ouverture dudit moule en fonction de la durée (6t)écoulée depuis un instant (tl) où la pression audit plan de joint a atteint une pression maximale (P > x) ou dépassé une pression de consigne (P0). 5. Procédé de moulage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit paramètre (X) est l'écartement relatif de ladite matrice (54) et dudit poinçon (53). 6. Procédé de moulage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste à commander l'ouverture dudit moule (52) lorsque l'écartement (X) de ladite matrice (54) et dudit poinçon (53) est supérieur à une valeur prédéterminée (X'). 7. Procédé de moulage selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer ladite pression (P) régnant audit plan de joint ou ledit écartement (X) relatif de ladite matrice (54) et dudit poinçon (53) par des mesures réparties autour de la ou des empreintes (11, 11', 61, 61') dudit moule (2, 52). 8. Installation de moulage d'une matière composite comprenant un moule (2) essentiellement formé d'une matrice (4) et d'un poinçon (3), caractérisée en ce quelle comprend au moins un capteur de pression (10) apte à mesurer la pression (P) régnant au plan de joint entre ladite matrice et ledit poinçon. 9. Installation de moulage d'une matière composite comprenant un moule (52) essentiellement formé d'une matrice (54) et d'un poinçon (53), caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un capteur (70) de déplacement (X) de la partie mobile (54) dudit moule par rapport à sa partie fixe (53) lorsque ledit moule est en position fermée. 10. Installation de moulage selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs capteurs de pression (10) ou de déplacement (70) répartis autour de la ou des empreintes (11, 11', 61, 61') dudit moule (2, 52).