Brevet FR2750919A1 — publié le 19980116

La présente invention concerne un procédé de commande de régulation d'une presse hydraulique destinée au moulage par injection, notamment de polymères. Les presses utilisées dans le domaine du moulage sont habituellement actionnées par un piston qui se déplace soit sous l'action d'un fluide hydraulique sous pression, si bien que la pression d'injection exercée sur la matière à mouler est fonction de la pression hydraulique exercée en amont du piston de la presse, soit sous l'action d'une force générée par des moyens mécaniques ou électriques. On sait que de nombreux paramètres influent par ailleurs sur la valeur de la pression appliquée à la matière à l'intérieur du moule. Dans la pratique les presses de l'état antérieur de la technique comportent des moyens de contrôle de la pression hydraulique appliquée au piston et des moyens de mesure de la pression de la matière à l'intérieur du moule ou l'on réalise l'injection. On sait également, qu'en régime de fonctionnement stable de la presse d'injection, on parvient ainsi, par la seule régulation de la force exercée par le fluide hydraulique, à maintenir à l'intérieur d'une fourchette, satisfaisante dans certains cas, la pression de la matière à l'intérieur du moule malgré l'influence de tous les paramètres techniques qui agissent sur celle-ci, notamment les paramètres de fonctionnement de la machine. Un tel régime de fonctionnement constant et régulier de la presse d'injection est maintenu tant qu'aucune perturbation notable ne se manifeste. Parmi les perturbations susceptibles de modifier le régime de fonctionnement de la presse on peut retenir notamment les arrêts de celle-ci, qu'ils soient nécessaires au fonctionnement normal de la machine ou qu'ils soient accidentels, ainsi que l'influence exercée par les variations de température, ou l'irrégularité de la matière elle-même dans le cas où l'on utilise une matière recyclée. Lorsque de telles perturbations surviennent au cours d'un cycle d'injection on sait qu'il est nécessaire de faire fonctionner ensuite l'installation pendant un temps plus ou moins long, qui dépend des caractéristiques de la presse et du matériau à mouler, avant de retrouver le régime de fonctionnement stable. Pendant le temps de fonctionnement de la presse en régime perturbé on produit bien entendu un certain nombre de pièces qui, pour la plupart, ne remplissent pas les spécifications imposées, notamment en ce qui concerne la masse et/ou les dimensions de la pièce moulée, si bien que de telles pièces sont destinées au rebut, ce qui représente à la fois une perte de temps et d'argent. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un moyen permettant d'augmenter, dans d'importantes proportions, la durée de fonctionnement de la presse en régime de fonctionnement stable ce qui, en conséquence, a pour effet de réduire le nombre de pièces perdues. La présente invention a ainsi pour objet un procédé de commande et de régulation d'une presse de moulage par injection, notamment de polymères, qui est actionnée par des moyens aptes à exercer sur la matière à mouler une force, dite force d'injection, pour injecter dans un moule la matière à mouler, dans lequel on contrôle l'opération d'injection par le contrôle de la dite force d'injection, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une mesure de la pression de la matière injectée dans le moule et, en fonction de cette pression, de commander la valeur de la force d'injection appliquée par la presse sur la matière à mouler, pendant la phase de refroidissement de celle-ci dans le moule. Les moyens aptes à générer la force d'injection peuvent être par exemple hydrauliques, mécaniques ou électriques. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, la mesure de pression se fait à l'intérieur du moule dans lequel on réalise l'injection, préférablement dans une zone de celuici proche d'un point d'injection. Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention la mesure de pression de la matière injectée se fait en amont du moule, à l'intérieur de la buse d'injection, dans une zone de celle-ci proche de la sortie. La mesure de pression de la matière injectée peut se faire en amont du moule, à l'intérieur de la tête de la presse d'injection en aval du clapet anti-retour de celle-ci. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue schématique d'une presse d'injection suivant l'état antérieur de la technique. La figure 2 est une vue schématique d'une presse d'injection suivant l'invention. La figure 3 est un diagramme qui représente la variation de la masse des pièces obtenues par la machine suivant l'état antérieur de la technique représentée sur la figure 1, au cours d'une opération de moulage, en fonction du nombre de pièces injectées au cours de cette opération. La figure 4 est un diagramme qui représente la variation de la masse des pièces obtenues par la machine suivant l'invention représentée sur la figure 2 au cours d'une opération de moulage, en fonction du nombre de pièces injectées au cours de cette opération. Les figures 5, 6 et 7 sontdes vues en coupe partielle de trois variantes de mise en oeuvre de l'invention. Le dispositif d'injection suivant l'état antérieur de la technique représenté sur la figure 1 est constitué essentiellement d'une presse d'injection 1, d'une trémie de remplissage 3 destinée à assurer l'alimentation en matière première de la presse, d'un vérin hydraulique 5 dont l'actionnement est piloté par une servovalve 7 et d'un moule 9 dans lequel on injecte la matière sortant du corps de presse 1. La presse d'injection 1 est pourvue de moyens d'asservissement constitués essentiellement d'un capteur de pression 11 qui est disposé dans le corps du vérin hydraulique 5 et d'un consigneur 13 qui reçoit d'une part une valeur de consigne de la pression de fonctionnement de la presse et d'autre part les informations communiquées par le capteur 11, le consigneur 13 étant en communication avec la servovalve 7. En régime de fonctionnement normal, au cours du processus d'injection, le consigneur 13 reçoit du capteur 11 les informations relatives à la pression hydraulique qui existe dans le vérin 5, et qui permet d'appliquer la force d'injection à la matière, compare celle-ci à la valeur de consigne qui a été entrée dans le consigneur 13, et agit sur la servovalve 7 afin que celle-ci assure le maintien de la pression hydraulique à la valeur de consigne. On a représenté sur la figure 3, à titre d'exemple, les différentes étapes d'une opération d'injection de pièces en polypropylène réalisée à l'aide du dispositif précédemment décrit. On a représenté sur cette figure la variation de la masse m, exprimée en grammes, des pièces moulées en fonction du nombre n de pièces réalisées. Ce schéma comporte différentes zones repérées de A à D. La première zone A correspond à l'étape de mise en service du dispositif. On constate que la masse m des pièces produites qui, à l'origine est mo=11,29g augmente d'abord, passe par un maximum puis décroît jusqu'à une valeur mi=11,26 g qui est atteinte au bout d'environ une dizaine de pièces, dans le présent exemple, pour se stabiliser ensuite par un palier. On se retrouve alors dans la zone B , où la masse mi=11,26g des pièces produites reste constante, ce qui correspond à un régime de fonctionnement stable du dispositif d'injection. Dans cette zone B on constate que la régulation effectuée exclusivement sur la valeur de la pression hydraulique Ph de la presse est suffisante pour assurer, dans une fourchette de tolérances donnée, la régularité de fonctionnement de tout le dispositif. Dans la pratique, on constate que la masse ml des pièces produites reste constante tant qu'aucune perturbation n'intervient en cours de processus. Cependant, on sait qu'au cours d'une opération d'injection la machine est soumise, plus ou moins de façon périodique, à diverses perturbations, telles que notamment des arrêts voulus ou non, notamment pour modifier les paramètres d'injection ou pour changer la matière à injecter, par exemple pour modifier la couleur du produit injecté. On a constaté que de telles perturbations avaient pour effet d'interrompre le régime de fonctionnement stable de la machine. On a recréé, dans l'exemple décrit, une telle perturbation, en remplaçant en cours de moulage, après la cinquantième pièce, le produit introduit dans la trémie 3 de la presse d'injection 1 par une matière identique (à savoir du polypropylène) mais dont l'indice de fluidité passe de 5 à 12. On a ensuite repris le cours du processus de moulage et l'on se trouve alors dans la zone C. On constate, ainsi que représenté sur la figure 3, que la masse m des pièces produites augmente pour atteindre, aux environs de la soixantième pièce, une nouvelle valeur palier m2=11,34g. On se trouve alors dans la zone D, et l'on constate que, bien que la masse m2 des pièces moulées reste constante, il existe néanmoins une différence de masse Am=m2-ml =11,3411,26=0,08g entre les deux valeurs des paliers qui représente environ 1% de la masse d'origine mo ce qui est la plupart du temps supérieur au seuil acceptable en matière industrielle. Cette différence de masse Am est en effet telle que de nombreuses pièces produites se trouveront hors des spécifications prévues au cahier des charges et devront ainsi être mises au rebut. Il en sera ainsi après chacune des perturbations qui seront susceptibles d'intervenir en cours de processus. on doit ainsi convenir que la seule régulation de la force d'injection réalisée notamment par la régulation de la pression hydraulique Ph de la presse d'injection n'est pas suffisante pour compenser les diverses perturbations qui se manifestent au cours d'une opération d'injection. Bien entendu, dans la pratique, dès que l'utilisateur constatera la variation de masse des pièces produites, il interviendra sur le réglage de la pression hydraulique Ph commandant la presse pour pallier ce défaut. Cependant, un tel mode opératoire présente un premier inconvénient qui est de nécessiter une surveillance et une intervention manuelle d'un opérateur, et un second inconvénient qui est de produire, malgré une intervention si rapide qu'elle soit de celui-ci, des pièces hors normes puisque les réactions de l'installation se font avec une importante inertie. On a représenté sur la figure 2 un dispositif d'injection suivant l'invention. Ce dispositif comprend également une presse d'injection 1', une unité de plastification 3' et un vérin hydraulique 5', dont l'actionnement est commandé par une servovalve 7', qui injecte dans un moule 9' une matière thermoplastique identique à la précédente. Suivant l'invention, on a disposé à l'intérieur du moule 9' un capteur de pression 15' qui permet de mesurer en permanence, au cours de l'opération d'injection, les variations de pression de la matière une fois celle-ci injectée. Le capteur de pression 15' est réuni à un consigneur 13' qui, en fonction de la pression de consigne enregistrée et des variations de pression détectées par le capteur 15' à l'intérieur du moule 9', est en mesure d'agir sur la pression du vérin hydraulique 5', par l'intermédiaire de la servovalve 7' afin de ramener la pression dans le moule 9' à une valeur spécifique déterminée. Bien entendu la valeur de la pression introduite dans le consigneur 13' pourra ne pas être une constante mais être un profil de pression variable au cours du temps suivant une loi spécifique déterminée. On a représenté sur la figure 4 un diagramme de fonctionnement, similaire à celui représenté sur la figure 3, qui montre un processus d'injection de pièces identiques, dans lequel comme précédemment, on a également fait intervenir après le moulage de cinquante pièces une perturbation identique. On constate, sur la courbe de fonctionnement, que si la variation de la masse m des pièces qui se produit en début de fonctionnement de la machine, c'est-à-dire lors de la production des dix premières pièces, n'est guère modifiée, par contre la variation de masse Am'=m2'-ml'=11,36-11,31=0,05g du poids des pièces qui est constatée entre les deux modes de fonctionnement avant et après la perturbation est très limitée. On constate ainsi que l'on passe d'un niveau de dispersion des pièces de 0,08g (état antérieur de la technique) à un niveau de 0,05g, (suivant l'invention) ce qui représente une amélioration d'environ 40%. Le fait de disposer, suivant l'invention, un capteur de pression dans le moule 9' est également intéressant en ce qu'il permet de contrôler le remplissage correct de celui-ci. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, représenté sur la figure 5, on dispose ainsi le capteur de pression 15' au voisinage de la sortie 16' de la buse 20' avec laquelle on injecte la matière dans le moule 9'. Ainsi dès que le capteur 15' indique une montée en pression cela signifie que la matière injectée dans le moule comprime le capteur 15' et donc que le moule est rempli de matière. On peut également, suivant l'invention, ainsi que représenté sur la figure 6, disposer le capteur de pression 15' non pas dans le moule 9' mais à l'intérieur de la buse d'injection 20', à proximité de la sortie 16' de celle-ci. On peut également, comme représenté sur la figure 7, disposer le capteur 15' dans le nez de la presse d'injection 1, en aval de la vis d'injection 25 et du clapet anti-retour 27 de celle-ci. De tels modes de mise en oeuvre sont particulièrement intéressants en ce qu'ils permettent de réaliser un contrôle de la pression de la matière sans qu'il soit nécessaire pour autant de disposer le capteur 15' à l'intérieur du moule 9', ce qui est techniquement intéressant car l'on peut ainsi disposer d'une presse qui comporte l'ensemble des commandes de régulation. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, le consigneur 13' comprend des moyens d'analyse qui prennent en compte les différents paramètres qui conditionnent le fonctionnement du dispositif d'injection, et notamment la dimension des pièces, la qualité du polymère, son indice de viscosité, etc... Ces moyens d'analyse, de tout type connu, sont en mesure de créer de façon empirique un étalonnage du dispositif d'injection pour un type de pièces et un matériau à mouler déterminés. Après étalonnage, le dispositif d'analyse est en mesure de commander la variation de pression hydraulique qui est nécessaire pour compenser la variation de pression subie au niveau du moule. REVENDICATIONS 1.- Procédé de commande et de régulation d'une presse de moulage par injection (1'), notamment de polymères, qui est actionnée par des moyens (5') aptes à exercer sur la matière à mouler une force, dite force d'injection, pour injecter dans un moule (9') la matière à mouler, dans lequel on contrôle l'opération d'injection par le contrôle de la dite force d'injection, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une mesure de la pression de la matière injectée dans le moule (9') et, en fonction de cette pression, de commander la valeur de la force d'injection appliquée par la presse (1') sur la matière à mouler, pendant la phase de refroidissement de celle-ci dans le moule (9'). 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (5') aptes à générer la force d'injection sont constitués de moyens hydrauliques. 3.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens aptes à générer la force d'injection sont des moyens mécaniques ou électriques. 4.- Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la mesure de pression (Pm) de la matière injectée se fait à l'intérieur du moule (9') dans lequel on réalise l'injection. 5.- Procédé suivant la revendication 4 caractérisé en ce que la mesure de pression (Pm) se fait dans une zone de moule (9') proche d'un point d'injection (16'). 6.- Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la mesure de pression (Pm) de la matière injectée se fait en amont du moule (9'), à l'intérieur de la buse d'injection (20'), dans une zone de celle-ci proche de la sortie (16'). 7.- Procédé suivant les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la mesure de pression (Pm) de la matière injectée se fait en amont du moule (9'), à l'intérieur de la tête de la presse d'injection (1') en aval du clapet antiretour (27) de celle-ci.