Brevet FR2750638A1 — publié le 19980109

Moule d'injection et son procédé de fabrication pour la réalisation de pièces thermoplastiques La présente invention concerne un moule d'injection ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel moule pour la réalisation de pièces thermoplastiques moulées. La réalisation de pièces thermoplastiques, à partir d'un moule d'injection constitué d'au moins deux éléments, nécessite l'injection à haute pression (20 - 50 Mpa) dans la cavité de moulage du moule, d'un liant thermoplastique éventuellement chargé, les charges étant d'origine minérale et/ou organique. Jusqu'à maintenant, les moules utilisés pour la fabrication de telles pièces thermoplastiques étaient des moules en acier. Toutefois, de tels moules, longs et coûteux à fabriquer, ne peuvent être rentabilisés que dans le cadre de réalisation de grandes séries de pièces. Il devient donc de plus en plus nécessaire pour les industriels de disposer de moules aussi fiables en terme d'usure et de précision que les moules en acier mais moins longs et donc moins coûteux à fabriquer. Des moules en résine ont déjà été utilisés pour d'autres techniques de moulage. Toutefois, en raison des pressions d'injection mises en oeuvre dans le cas de pièces thermoplastiques moulées, de tels moules doivent être exclus d'office pour la réalisation de moyennes séries en raison de leur faible résistance. Des moules réalisés en un matériau moins dur que l'acier peuvent être également utilisés. Dans ce cas, toutefois, on constate des problèmes de déformation des plans de joint qui nuisent à la qualité et à la finition des pièces réalisées et génèrent en outre une usure rapide -du moule qui ne permet pas de réaliser une moyenne série de pièces. Le but de la présente invention est donc de proposer un moule d'injection pour la fabrication de pièces thermoplastiques moulées qui autorise une réduction du coût du moule par diminution de son temps de fabrication tout en offrant la même qualité de finition des pièces fabriquées et une maintenance du moule identique à celle d'un moule en acier pour une durée de vie du moule appropriée à la réalisation de moyennes séries. Un autre but de la présente invention est de proposer un moule dont les plans de joint modifiés permettent d'assurer une parfaite étanchéité de la cavité de moulage en position fermée desdits éléments du moule tout en offrant une résistance élevée à la déformation, y compris dans le cas d'une pression d'injection élevée. A cet effet, l'invention a pour objet un moule d'injection, pour la fabrication de pièces thermoplastiques, du type formé d'au moins deux éléments délimitant une cavité de moulage, caractérisé en ce que les faces d'application desdits éléments du moule formant plan de joint sont constituées dans une région jouxtant la cavité de moulage d'un matériau de dureté supérieure à la dureté du matériau constitutif du moule pour délimiter des zones de plus grande résistance. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, la zone de plus grande résistance de chaque élément de moule est délimitée par une gorge périphérique interne continue ménagée dans la face d'application dudit moule, cette gorge débouchant dans la cavité de moulage et constituant un logement de réception dudit matériau dur. De préférence, le matériau dur est un matériau d'apport. L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'un moule d'injection pour la réalisation de pièces thermoplastiques, ce moule étant formé d'au moins deux éléments réalisés en aluminium ou en un alliage d'aluminium et agencés pour délimiter une cavité de moulage, caractérisé en ce qu'on usine, dans la face d'application de chaque élément de moule formant plan de joint, dans une région de ladite face jouxtant la cavité de moulage, une gorge périphérique interne continue, cette gorge débouchant dans la cavité de moulage, en ce qu'on garnit ladite gorge d'un matériau de dureté supérieure à la dureté du matériau constitutif du moule et en ce qu'on usine la surface dudit garnissage pour obtenir une surface de la face d'application dudit moule apte à garantir une étanchéité de ladite cavité de moulage et une non déformation dudit plan de joint. L'invention concerne encore des pièces thermoplastiques, caractérisées en ce qu'elles sont réalisées au moyen d'un moule conforme à l'invention. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente une vue schématique en coupe des éléments d'un moule en deux parties dont les plans de joint sont renforcés conformément à la présente invention la figure 2 représente le moule de la figure 1 en position fermée la figure 3 représente une vue schématique en coupe d'un moule avant garnissage d'une gorge au moyen d'un matériau dur la figure 4 représente une vue schématique en coupe d'un moule garni d'un matériau dur mais n'ayant pas encore subi une opération d'usinage de son plan de joint et la figure 5 représente une vue de dessus de l'élément inférieur du moule représenté à la figure 1. Le moule d'injection, objet de l'invention, est formé d'au moins deux éléments tels qu'un élément de moule supérieur 1 et un élément de moule inférieur 2 délimitant une cavité de moulage 3. Bien évidemment, le nombre d'éléments constitutifs de moule ainsi que la forme de la cavité de moulage sont fonctions de la pièce à réaliser. Le moule est réalisé en aluminium ou en un alliage d'aluminium. Les techniques de fabrication des éléments d'un moule en aluminium sont bien connues. Elles comprennent des opérations de coulage ou de forgeage ou de laminage de ce moule. La norme française 5083 décrit un exemple de procédé de fabrication d'un tel moule. A titre d'exemple de matériau pouvant être utilisé pour la fabrication d'un tel moule, on peut citer un matériau référencé AG 4,5 MN dont la dureté est au moins égale à 80 HB. Bien évidemment, d'autres types de matériaux peuvent être utilisés. Ce moule comporte encore, de manière en soi connue, un moyen d'injection disposé soit dans le plan de joint dudit moule, soit dans l'un desdits éléments dudit moule. La matière injectée est généralement une résine thermoplastique, éventuellement chargée en matières minérales et/ou organiques. Les pièces thermoplastiques moulées obtenues peuvent être utilisées dans un grand nombre de domaines d'application, en particulier dans l'industrie automobile. La matière injectée, à savoir une résine thermoplastique éventuellement chargée, nécessite la mise en oeuvre d'une pression d'injection élevée (20 - 50 Mpa) et engendre en outre une usure accélérée dudit moule, en particulier des parois du moule délimitant la cavité de moulage 3. Le point faible d'un tel moule est dans ce cas situé sur le bord de la cavité de moulage 3 au niveau des arêtes des faces d'application 5A, 5B des éléments 1, 2 formant plan de joint. En effet, à ce niveau, en raison des forces exercées lors de l'injection, les arêtes marquant la frontière entre la cavité de moulage 3 et les faces d'application 5A, 5B des éléments du moule, déjà fragilisées, ont tendance à se détériorer rapidement et/ou à se déformer. Il en résulte un accroissement considérable du travail de finition des pièces moulées qui présentent généralement des bavures devant être éliminées après moulage et une augmentation des opérations de maintenance du moule. En conséquence, pour supprimer ces inconvénients, la face d'application de chaque élément de moule est constituée, dans une région jouxtant la cavité de moulage 3, d'un matériau 6 de dureté supérieure à la dureté du matériau constitutif du moule pour délimiter une zone de plus grande résistance. Ainsi, dans l'exemple représenté à la figure 1, les faces d'application respectives 5A et 5B des éléments 1 et 2 du moule sont constituées, dans la région jouxtant la cavité de moulage 3, d'un matériau 6 permettant de délimiter une zone Zi pour l'élément 1, respectivement Z2 pour l'élément 2, de plus grande résistance. Dans les figures 1 à 5, ces zones de plus grande résistance sont hachurées. Ainsi, lorsque le moule est en position fermée, comme le représente la figure 2, les zones Zl et Z2 disposées en regard s'appliquent l'une contre l'autre et, du fait de leur résistance accrue, empêchent toute déformation du plan de joint du moule dans la zone dudit plan de joint jouxtant la cavité de moulage 3. Comme le montre la figure 5, en raison de la conception du moule, la zone de plus grande résistance Zl ou Z2 affecte ici la forme d'une couronne annulaire dispersée à la périphérie de la cavité de moulage 3. Toutefois, toute autre forme quelconque de ladite zone peut être obtenue. La réalisation de telles zones Zi, Z2 de plus grande résistance est décrite à travers les figures 3 et 4. Dans l'exemple du moule représenté à la figure 3, on constate que chaque élément 1, 2 de moule comporte, dans sa face d'application 5A respectivement SB, une gorge périphérique interne continue 4A respectivement 4B, cette gorge débouchant dans la cavité de moulage 3. Cette gorge est généralement réalisée par usinage. Cette gorge constitue un logement de réception du matériau dur. Le profil de cette gorge peut être quelconque. Dans l'exemple représenté à la figure 3, la gorge 4A de l'élément 1 affecte sensiblement la forme d'une rainure à fond plat et à bord de délimitation de la rainure légèrement incliné. La gorge 4B, vue de profil, de l'élément 2 affecte la forme d'une cuvette à fond plat et à parois latérales inclinées à allure divergente vers l'extérieur à partir de la face formant fond de la cuvette. Bien évidemment, d'autres profils de gorge peuvent être envisagés, que ce soit en ce qui concerne la face formant fond de ladite gorge ou la ou les face(s) latérale(s) de la gorge servant à sa délimitation. Le matériau dur 6, utilisé pour garnir ladite gorge, est un matériau d'apport. Généralement, ce matériau d'apport présente une composition telle que sa dureté est au moins égale à 200 HB. En outre, le matériau d'apport comprend au moins un métal de base tel qu'un aluminium, un acier ou un nickel généralement fortement allié. Selon la technique de dépose du matériau d'apport utilisé, la composition du matériau d'apport varie. Il existe deux grandes classes de techniques pour garnir ladite gorge dudit matériau d'apport. En effet, cette gorge peut être garnie par projection dudit matériau d'apport, cette projection s'effectuant par exemple au moyen d'un pistolet, ou par soudure dudit matériau d'apport. Dans le cas de la technique de dépose par projection, il est nécessaire de masquer, au cours de l'opération de projection, toutes les zones du moule jouxtant la gorge. Le matériau d'apport utilisé dans ce cas est soit un alliage à base de nickel, soit un acier fortement allié. A titre d'exemple, on peut citer l'Inconel (marque déposée) constitué essentiellement d'un mélange nickel-chrome, le Nialide formé d'un mélange nickel-aluminium, etc. Dans le cas d'une technique de dépose par soudure du matériau d'apport, plusieurs techniques peuvent être utilisées. On peut ainsi citer notamment à titre d'exemple la technique T.I.G. (Tungsten Inert Gas) ou la technique MIG. Ces techniques sont bien connues de ceux versés dans cet art. La dépose s'effectue au moyen d'une torche comportant une électrode en tungstène autour de laquelle circule un flux de gaz inerte tel qu'un flux d'azote. Le métal d'apport est apporté sous forme d'une baguette. Ce métal d'apport est généralement constitué d'une base aluminium complétée d'autres éléments métalliques tels que du cuivre, du béryllium, du nickel ou autres. Dans le cas de cette technique de dépose par soudure, le masquage des autres parties du moule n'est pas nécessaire. Une fois le dépôt de ce matériau dur réalisé, il est alors nécessaire d'usiner la surface de la zone de plus grande résistance ainsi ménagée de telle sorte que la surface de cette zone de plus grande résistance vienne en affleurement du reste de la face d'application du moule comme le montre la figure 1. On constate ainsi, quand on compare les figures 4 et 1, que, dans le cas de la figure 4, le matériau d'apport 6 est en saillie de la face d'application SA ou SB alors que, dans la figure 1, il a été éliminé partiellement par usinage pour délimiter une surface affleurant ladite face d'application. Cet usinage permet en outre de garantir une parfaite étanchéité de la cavité de moulage du moule. Cette étanchéité est réalisée par contact des zones Zl et Z2. Une fois usinée, généralement, la zone de plus grande résistance Zi ou Z2 présente une épaisseur de matériau dur 6 au moins égale à 0,7 mm et de préférence comprise dans la plage [1 - 3 mm]. En résumé, les étapes de fabrication d'un tel moule comprennent un usinage, dans la face d'application de chaque élément de moule formant plan de joint, dans une région jouxtant la cavité de moulage, d'une gorge périphérique interne continue, cette gorge débouchant dans la cavité de moulage, un garnissage de ladite gorge d'un matériau de dureté supérieure à la dureté du matériau constitutif du moule et un usinage de la surface dudit garnissage pour obtenir une surface de la face d'application dudit moule apte à garantir une étanchéité de ladite cavité de moulage et une non déformation dudit plan de joint. Dans le cas où les pièces thermoplastiques sont réalisées par injection d'une résine thermoplastique chargée, il est généralement nécessaire de renforcer en outre les parois de la cavité de moulage 3. Pour ce faire, on revêt ces parois d'une couche protectrice métallique. Cette opération, là encore bien connue à ceux versés dans cet art, peut être réalisée par voie chimique ou électrolytique. Ces techniques, qui supposent toutes un trempage du moule, peuvent, dans le cas d'une réalisation électrolytique, être constituées par un chromage ou un nickelage et, dans le cas d'une voie chimique, être réalisées par nickelage. L'épaisseur de cette couche protectrice est généralement de l'ordre de 20 à 40 micromètres. Grâce à cette couche protectrice, on limite l'usure du moule tout en conservant, à la surface des parois de la cavité de moulage, leur capacité de transfert thermique. En résumé, pour protéger les parois de la cavité de moulage contre l'érosion éventuelle de charges contenues dans la matière injectée, on soumet les parois de la cavité de moulage à un traitement électrolytique ou chimique tel qu'un nickelage ou un chromage. Le fait d'utiliser un matériau d'apport en tant que matériau dur permet d'obtenir une parfaite liaison entre la zone de plus grande résistance et le reste du moule. Un moule à plan de joint renforcé conforme à l'invention peut être utilisé pour la fabrication de pièces en moyenne série sans que se posent rapidement des problèmes d'usure accélérée du moule et par suite de maintenance lourde du moule. REVENDICATIONS 1. Moule d'injection pour la fabrication de pièces thermoplastiques du type formé d'au moins deux éléments (1, 2) délimitant une cavité de moulage (3), caractérisé en ce que les faces d'application (5A, 5B) desdits éléments (1, 2) du moule formant plan de joint sont constituées, dans une région jouxtant la cavité de moulage (3), d'un matériau (6) de dureté supérieure à la dureté du matériau constitutif du moule pour délimiter des zones (Zl, Z2) de plus grande résistance. 2. Moule d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone (Zl, Z2) de plus grande résistance de chaque élément (1, 2) de moule est délimitée par une gorge périphérique (4A, 4B) interne continue ménagée dans la face (5A, 5B) d'application dudit moule, cette gorge (4A, 4B) débouchant dans la cavité de moulage et constituant un logement de réception dudit matériau (6) dur. 3. Moule d'injection selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau (6) dur est un matériau d'apport. 4. Moule d'injection selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la zone de plus grande résistance présente une épaisseur de matériau dur au moins égale à 0,7 mm, de préférence comprise dans la plage [1 - 3 mm]. 5. Moule d'injection selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moule est constitué en aluminium ou en un alliage d'aluminium. 6. Moule d'injection selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau d'apport comprend au moins un métal de base tel qu'un aluminium, un acier ou un nickel généralement fortement allié. 7. Moule d'injection selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les parois de la cavité de moulage sont revêtues d'une couche protectrice métallique. 8. Procédé de fabrication d'un moule d'injection pour la réalisation de pièces thermoplastiques, ce moule étant formé d'au moins deux éléments (1, 2) réalisés en aluminium ou en un alliage d'aluminium et agencés pour délimiter une cavité de moulage (3), caractérisé en ce qu'on usine, dans la face d'application (5A, 5B) de chaque élément (1, 2) de moule formant plan de joint, dans une région de ladite face jouxtant la cavité de moulage (3), une gorge (4A, 4B) périphérique interne continue, cette gorge débouchant dans la cavité de moulage, en ce qu'on garnit ladite gorge d'un matériau (6) de dureté supérieure à la dureté du matériau constitutif du moule et en ce qu'on usine la surface dudit garnissage pour obtenir une surface de la face d'application dudit moule apte à garantir une étanchéité de ladite cavité de moulage et une non déformation dudit plan de joint. 9. Procédé de fabrication d'un moule d'injection pour la réalisation de pièces thermoplastiques selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on garnit ladite gorge d'un matériau dur constitué d'un matériau d'apport déposé dans ladite gorge par projection ou par soudure. 10. Procédé de fabrication d'un moule d'injection pour la réalisation de pièces thermoplastiques selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'on soumet les parois de la cavité de moulage à un traitement électrolytique ou chimique tel qu'un nickelage ou un chromage pour protéger lesdites parois contre l'érosion éventuelle par des charges contenues dans la matière injectée.