Brevet FR2831852A1 — publié le 20030509

L'invention concerne un procédé et un ensemble pour surmouler par compression de matière plastique un élément au moins en partie tubulaire. Le surmoulage d'un élément soumet ledit élément à des contraintes très élevées du fait de la pression nécessaire pour obtenir une répartition satisfaisante de la matière dans le moule et de la faible fluidité de la matière plastique. Or, un élément creux, et en particulier tubulaire, résiste difficilement à des contraintes très élevées sans subir une déformation permanente. Bien qu'il ne soit fait référence qu'à la compression de la matière plastique, l'invention n'est pas limitée à cette seule technique de moulage. Elle concerne également le surmoulage par injection-compression ou toute autre technique de moulage incluant une étape de compression de la matière. Afin de remédier à ce problème, il est décrit dans WO-A-01 05570 une technique consistant notamment à injecter dans l'élément à surmouler un fluide incompressible. Toutefois, cette solution n'est pas pleinement satisfaisante dans la mesure où il est bien souvent délicat de maintenir ledit fluide à l'endroit désiré, notamment lorsque l'élément à surmouler présente des trous. Par ailleurs, il est proposé dans WO-A-99 25531 d'introduire de la matière caoutchouteuse dans l'élément à surmouler. Cette solution complique notablement le procédé d'obtention dans la mesure où il faut gérer en outre l'approvisionnement en matière caoutchouteuse et surtout la récupération de cette matière à l'intérieur de l'élément après surmoulage. Pour résoudre les problèmes précités, l'invention propose dans le cadre du surmoulage d'un élément tubuliare présentant une surface intérieure et s'étendant suivant une direction d'allongement, un procédé comprenant les étapes suivantes : a) utiliser un dispositif mécanique présentant une direction axiale et ayant un état radialement restreint et un état radialement expansé, b) placer le dispositif mécanique dans son état radialement restreint, dans lequel il présente une section inférieure à celle de la surface intérieure de l'élément tubulaire, c) introduire le dispositif mécanique à l'intérieur de l'élément tubulaire par translation suivant ladite direction d'allongement, d) amener le dispositif mécanique, dans son état radialement expansé, au contact sous pression de la surface intérieure de l'élément tubulaire, e) après avoir disposé le dispositif mécanique, l'élément tubulaire et ladite matière plastique à l'intérieur d'un moule, fermer ledit moule pour comprimer la matière plastique. L'usage d'un tel dispositif mécanique permet de supporter une partie des contraintes subies par l'élément à surmouler de façon à lui éviter toute détérioration. Il est utilisable, y compris lorsque l'élément présente des trous radiaux répartis le long de la direction d'allongement. Il ne nécessite pas de gérer des flux de fluide ou de matière supplémentaire et se retire aisément de l'élément après surmoulage. Par conséquent, la solution de l'invention est simple et facile à mettre en oeuvre. Conformément à une première réalisation, l'invention propose que : - l'on munisse le dispositif mécanique d'une enveloppe hermétique et de moyens d'alimentation en fluide sous pression de ladite enveloppe, - lors de l'étape d), on introduise ledit fluide sous pression dans l'enveloppe hermétique. Cette solution est simple et relativement facile à mettre en oeuvre. Le fluide est enfermé dans l'enveloppe et peut circuler en circuit fermé à l'intérieur du dispositif. Selon une deuxième réalisation, l'invention propose que : - l'on munisse ledit dispositif de moyens annulaires radialement expansibles élastiquement sous l'action d'une contrainte axiale et de moyens pour comprimer axialement les moyens annulaires, - lors de l'étape d), on comprime axialement les moyens annulaires. L'obtention d'une contrainte axiale étant relativement simple à obtenir mécaniquement, cette solution est également relativement aisée à mettre en oeuvre. Suivant une troisième réalisation, l'invention propose que : - l'on munisse le dispositif d'éléments de section circulaire, tels que des sphères ou des cylindres de section circulaire, radialement mobiles, arrangés suivant une disposition annulaire présentant un passage annulaire, - l'on munisse le dispositif d'une tige présentant une section supérieure à la section du passage annulaire, lorsque le dispositif est dans son état radialement restreint, et - lors de l'étape d), l'on engage la tige dans le passage annulaire pour déplacer radialement les éléments circulaires. L'utilisation d'éléments de section circulaire induit des contacts ponctuels ou linéaires, ce qui réduit les frottements et facilite l'utilisation de ce dispositif. Par ailleurs, l'invention propose que : - l'élément tubulaire présente une première et une deuxième ouvertures disposées à chaque extrémité de l'élément tubulaire suivant la direction d'allongement, et - lors de l'étape c), on introduise un premier dispositif mécanique par la première ouverture et un deuxième dispositif mécanique par la deuxième ouverture. L'utilisation de deux dispositifs mécaniques réduit d'autant la longueur dont il faut déplacer le dispositif suivant la direction d'allongement, ce qui réduit le temps opératoire et augmente la fiabilité. L'invention concerne en outre un ensemble pour surmouler par compression de matière plastique un élément tubulaire, au moins en partie, présentant une surface intérieure et s'étendant suivant une direction d'allongement. Pour résoudre les problèmes précités, l'invention propose que ledit ensemble comprenne un moule et un dispositif mécanique présentant une direction axiale et ayant un état radialement restreint et un état radialement expansé, ledit dispositif présentant dans son état radialement restreint une section inférieure à celle de la surface intérieure de l'élément tubulaire et dans son état radialement expansé une section supérieure ou égale à celle de la surface intérieure de l'élément tubulaire. En outre, l'invention propose que l'ensemble comprenne en outre : a des moyens annulaires en élastomère, radialement expansibles élastiquement sous l'action d'une contrainte axiale, présentent une surface extérieure parfaitement cylindrique lorsque le dispositif mécanique est dans son état radialement expansé et légèrement concave lorsque le dispositif mécanique est dans son état radialement restreint, et e des moyens pour comprimer axialement les moyens annulaires. Dans la mesure où, il est très difficile d'obtenir des moyens annulaires radialement expansibles qui conservent une forme cylindrique pour des compressions axiales différentes, en privilégiant l'état radialement expansé du dispositif, on obtient un soutien plus efficace de l'élément tubulaire. En alternative, l'invention propose que l'ensemble comprenne en outre : des moyens annulaires radialement expansibles élastiquement sous l'action d'une contrainte axiale, les moyens annulaires comprennent une bague fendue et un manchon présentant radialement une section tronconique, tous deux métalliques, et a des moyens pour comprimer axialement les moyens annulaires, de sorte que le manchon vienne au contact de la bague, s'insère sous la bague fendue et l'ouvre. Ainsi, l'ensemble est particulièrement robuste. L'invention va apparaître encore plus clairement dans la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 à 3 illustrent trois étapes successives d'un procédé conforme à l'invention, - la figure 4 illustre à échelle agrandie un premier dispositif mécanique conforme à l'invention dans un état radialement restreint, dans la zone repérée A à la figure 2, - la figure 5 illustre le dispositif de la figure 4 dans un état radialement expansé, - la figure 6 illustre à échelle agrandie un deuxième dispositif mécanique conforme à l'invention dans un état radialement restreint, dans la zone repérée A à la figure 2, - la figure 7 illustre le dispositif de la figure 6 dans un état radialement expansé, - la figure 8 illustre à échelle agrandie un troisième dispositif mécanique conforme à l'invention dans un état radialement restreint, dans la zone repérée A à la figure 2, - la figure 9 est une vue suivant la ligne IX-IX de la figure 8, - la figure 10 illustre le dispositif de la figure 8 dans un état radialement expansé, - la figure 11 illustre à échelle agrandie un quatrième dispositif mécanique conforme à l'invention en cours d'introduction à l'intérieur d'un élément tubulaire, dans la zone repérée A à la figure 2, - la figure 12 illustre le quatrième dispositif dans un état essentiellement radialement restreint, - la figure 13 illustre le quatrième dispositif dans un état radialement expansé. Les figures 1 à 3 illustrent en coupe un ensemble 1 pour surmouler un élément tubulaire 2, constitué ici par une traverse de véhicule à moteur. L'ensemble 1 comprend essentiellement un moule 4 comportant une matrice 4a et un poinçon 4b, et un dispositif mécanique 6 comportant deux parties 6a, 6b, sensiblement identiques. La traverse 2 s'étend suivant une direction d'allongement 8, entre deux extrémités 2a, 2b. Elle présente un passage 18 de section sensiblement constante suivant la direction d'allongement, se terminant à chaque extrémité 2a, 2b par une ouverture 20a, 20b. Le passage 18 est délimité par une surface intérieure 22a. La traverse comprend en outre une surface extérieure 22b. Des trous débouchants 10 s'étendent radialement (voir figures 4 à 13) entre la surface intérieure 22a et la surface extérieure 22b. Le moule 4 présente une cavité principale 12 destinée à recevoir la traverse 2 et des cavités secondaires 14, communiquant avec la cavité principale 12 et destinées au moulage de supports en matière plastique autour de la traverse 2 et disposées de place en place suivant la direction d'allongement 8. Le moule comprend en outre des cavités fonctionnelles s'étendant entre certaines des cavités secondaires, afin de réaliser des éléments fonctionnels reliés à la traverse 2 par lesdits supports. Toutefois, ces cavités fonctionnelles s'étendant entre la matrice 4a et le poinçon 4b hors du plan de coupe des figures 1 à 3, elles ne sont pas visibles sur ces figures. Chaque partie 6a, 6b du dispositif mécanique présente une direction axiale qui est sensiblement confondue avec la direction d'allongement 8 de la traverse 2, une fois cette dernière placée dans la cavité principale 12 du moule 4. Chaque partie 6a, 6b est portée par un vérin 16a, 16b, afin de déplacer la partie correspondante du dispositif suivant la direction d'allongement 8. Le dispositif 6 présente un état radialement restreint, illustré aux figures 1,2, 4,6, 8 et 11, dans lequel il possède une section transversale inférieure à celle de la surface intérieure 22a de la traverse et un état radialement expansé, illustré aux figures 3,5, 7,10 et 13, dans lequel il présente une section supérieure ou égale à celle de la surface intérieure 22a de la traverse, afin d'y venir au contact sous pression. Pour réaliser le surmoulage de la traverse 2, après avoir écarté la matrice 4a et le poinçon 4b, on dispose la traverse 2 dans la cavité principale 12. Ensuite, on introduit chaque partie 6a, 6b du dispositif mécanique 6 par l'ouverture correspondante 20a, 20b de la traverse par translation suivant la direction axiale 8. Puis, on introduit de la matière plastique 24 dans les cavités secondaires 14, on place le dispositif 6 dans son état radialement expansé et on répartit la matière plastique dans les cavités secondaires 14, par compression, en fermant le moule par rapprochement de la matrice 4a et du poinçon 4b. L'ordre dans lequel on introduit la matière plastique 24 dans les cavités secondaires 14, on commence à fermer le moule 4 et on place le dispositif mécanique 6 dans son état radialement expansé importe relativement peu, dans la mesure où l'on place le dispositif mécanique 6 dans son état radialement expansé avant que la matière plastique n'exerce une pression très élevée sur la traverse 2, du fait de la compression exercée par la fermeture du moule 4. Par simplification, il apparaît sur les figures 1 à 3 que la matière plastique 24 a été introduite dans les cavités secondaires 24, à proximité de la traverse 2. Toutefois, l'invention s'applique également au cas où la matière plastique est introduite partiellement ou totalement à l'écart de la traverse 2 et en particulier dans les cavités fonctionnelles précitées, et n'arrive au contact de cette traverse que lorsque le moule 4 est presque entièrement fermé. Lorsque le moule 4 est entièrement fermé, la matrice 4a étant au contact du poinçon 4b, après refroidissement de la matière plastique, on place le dispositif mécanique 6 dans son état radialement restreint, on sort le dispositif mécanique 6 du passage 18 à l'aide des vérins 16, puis on ouvre le moule 4 et on retire la pièce finie avec les supports en matière plastique surmoulés sur la traverse 2. Ce procédé s'applique en particulier au cas de matière plastique chargé de fibre, telle qu'un thermoplastique renforcé estampable (TRE). Les figures 4 et 5 illustrent un dispositif mécanique 26 comprenant un arbre 28 autour duquel est maintenue une membrane hermétique 30 par l'intermédiaire d'anneaux 32. L'arbre 28 renferme un conduit d'alimentation 34 en fluide sous pression débouchant dans un volume 35 situé entre la membrane 30 et l'arbre 28. Lorsque le conduit 34 est alimenté en fluide sous la membrane 30, celle-ci, en matériau élastomère, s'expanse radialement et vient sous pression au contact de la surface intérieure 22a de la traverse 2. La présence des trous 10 ne constitue pas un problème pour utiliser le dispositif mécanique, du fait de la présence de la membrane 30. Lorsque la pression dans le conduit d'alimentation 34 est annulée, par retour élastique de la membrane, le dispositif mécanique 26 reprend son état radialement restreint de section inférieure à celle de la surface intérieure 22a. Les figures 7 et 8 illustrent un dispositif mécanique 36 comprenant des éléments annulaires 42 élastiquement déformables engagés autour d'un arbre 38 présentant une première 38a et une deuxième 38b extrémités. L'arbre 38 est muni à la première extrémité 38a d'un épaulement 40. Les éléments annulaires 42 sont séparés les uns des autres par des entretoises 44. Tel qu'illustré à la figure 6, en l'absence de contrainte exercée sur les éléments annulaires 42, ceux-ci présentent un diamètre intérieur sensiblement égale au diamètre extérieur de l'arbre et une surface extérieure 42a concave. Pour placer le dispositif mécanique 36 dans son état radialement expansé, tel qu'illustré par la flèche 45, on exerce un effort de traction à la deuxième extrémité 38b de l'arbre 38, de sorte que les éléments annulaires 42 sont axialement comprimés entre les entretoises 44 et l'épaulement 40. Sous l'effet de la contrainte axiale résultant de l'effort de traction exercé sur l'arbre 38, les éléments annulaires 42 s'expansent radialement. Afin d'obtenir une répartition relativement uniforme de la pression exercée par les éléments annulaires 42 sur la surface intérieure 22a de la traverse 2, la surface des éléments annulaires destinée à venir au contact de la surface intérieure 22a de la traverse sera usinée à la forme cylindrique désirée, ici de section circulaire, après avoir placé le dispositif dans son état radialement expansé. De préférence, les éléments annulaires 42 sont réalisés en matériau thermoplastique élastomère, en particulier en élastomère polyuréthane, tel que de l'ELADIP (dénomination commersiale). Les figures 8 à 10 illustrent un dispositif mécanique 46 comprenant un fourreau 48 autour duquel sont disposés des manchons métalliques 50 de section transversale tronconique et des bagues métalliques fendues 52 de section transversale complémentaire se succédant alternativement. Le fourreau 48 comprend une tête 47 et est relié à un embout taraudé 49 par l'intermédiaire d'une vis 54. La tête 47 et l'embout 49 présentent chacun une surface biseautée 47a, 49a venant au contact d'une bague fendue 52. En vissant la vis 54, on exerce un effort suivant la direction axiale 8 entre les manchons 50 et les bagues fendues 52. Tel qu'illustré à la figure 10, du fait des formes précitées des bagues fendues et des manchons, les manchons 50 tendent à passer sous les bagues fendues 52 et à les ouvrir. Les bagues fendues passent ainsi d'une section inférieure à celle du passage 18, à une section sensiblement égale, de sorte les bagues fendues 52 viennent exercer une pression par l'intermédiaire de leur surface extérieure 52a sur la surface intérieure 22a de la traverse. En dévissant la vis 54, les bagues fendues 52 reviennent élastiquement de leur état radialement expansé à un état radialement restreint. Les figurent 11 à 13 illustrent un dispositif mécanique 56 comprenant une tige 58, des éléments de section circulaires, ici des sphères 60, maintenus à l'intérieur de logements 62 ménagés dans une cage tubulaire 64 présentant un passage intérieur 65. Les sphères 60 sont ainsi disposés de façon annulaire. La cage 64 comprend deux éléments tubulaires 64a, 64b fixés l'un à l'autre. Les sphères 60 présentent une légère liberté de déplacement perpendiculaire à la direction axiale 8, à l'intérieur des logements 62. Ainsi, on peut aisément insérer la cage 64 portant les sphères 60 dans le passage 18 ménagé dans la traverse en passant par les ouvertures 20a, 20b. Ensuite, on insère la tige 58 dans le passage intérieur 65. La section de la tige 68 est telle qu'elle contraint les sphères 60 à se déplacer radialement et à exercer une pression sur la surface intérieure 22a de la traverse. Du fait des contacts quasi-ponctuels entre les sphères 60 et la tige 58 et de la forme des sphères 60, la tige 58 peut déplacer par rapport aux sphères par roulement. L'introduction et le retrait de la tige 58 à l'intérieur du passage intérieur 65 ne nécessite donc qu'un effort modéré rapporté à pression exercée par les sphères 60 sur la surface intérieure 22a de la traverse 2. Conformément à une caractéristique avantageuse revendiquée subsidiairement, les éléments circulaires sont définis par des sphères ou des rouleaux maintenus les uns par rapport aux autres par une cage tubulaire. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à la réalisation qui vient d'être décrite à titre d'exemple non limitatif. Ainsi, au lieu d'être de section circulaire, le passage 18 pourrait être rectangulaire, ou même quelconque. Revendications 1. Procédé pour surmouler par compression de matière plastique un élément tubulaire (2), au moins en partie, présentant une surface intérieure (22a) et s'étendant suivant une direction d'allongement (8), ledit procédé comprenant les étapes suivantes : a) utiliser un dispositif mécanique (6,26, 36,46, 56) présentant une direction axiale (8) et ayant un état radialement restreint et un état radialement expansé, b) placer le dispositif mécanique dans son état radialement restreint, dans lequel il présente une section inférieure à celle de la surface intérieure de l'élément tubulaire, c) introduire le dispositif mécanique à l'intérieur de l'élément tubulaire par translation suivant ladite direction d'allongement, d) amener le dispositif mécanique, dans son état radialement expansé, au contact sous pression de la surface intérieure de l'élément tubulaire, e) après avoir disposé le dispositif mécanique, l'élément tubulaire et ladite matière plastique à l'intérieur d'un moule, fermer ledit moule pour comprimer la matière plastique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - on munit le dispositif mécanique d'une enveloppe hermétique (30) et de moyens d'alimentation (34) en fluide sous pression de ladite enveloppe, - lors de l'étape d), on introduit ledit fluide sous pression dans l'enveloppe hermétique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - on munit ledit dispositif de moyens annulaires (42 ; 50,52) radialement expansibles élastiquement sous l'action d'une contrainte axiale et de moyens (38,40, 44 ; 47,48, 49,54) pour comprimer axialement les moyens annulaires, - lors de l'étape d), on comprime axialement les moyens annulaires. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - on munit le dispositif d'éléments (60) de section circulaire, radialement mobiles, arrangés suivant une disposition annulaire présentant un passage annulaire (65), - on munit le dispositif d'une tige (58) présentant une section supérieure à la section du passage annulaire, et - lors de l'étape d), on engage la tige dans le passage annulaire pour déplacer radialement les éléments circulaires. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - l'élément tubulaire présente une première (20a) et une deuxième (20b) ouvertures disposées à chaque extrémité (2a, 2b) de l'élément tubulaire suivant la direction d'allongement, et - lors de l'étape c), on introduit un premier dispositif mécanique (6a) par la première ouverture (20a) et un deuxième dispositif mécanique (6b) par la deuxième ouverture (20b). 6. Ensemble pour surmouler par compression de matière plastique un élément tubulaire (2), au moins en partie, présentant une surface intérieure (22a) et s'étendant suivant une direction d'allongement (8), ledit ensemble comprenant un moule (4) et un dispositif mécanique (6,26, 36,46, 56) présentant une direction axiale (8) et ayant un état radialement restreint et un état radialement expansé, ledit dispositif présentant dans son état radialement restreint une section inférieure à celle de la surface intérieure de l'élément tubulaire et dans son état radialement expansé une section supérieure ou égale à celle de la surface intérieure de l'élément tubulaire. 7. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif comprend une enveloppe hermétique (30) et des moyens (34) d'alimentation en fluide sous pression de ladite enveloppe. 8. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif comprend : e des moyens annulaires (42 ; 50,52) radialement expansibles élastiquement sous l'action d'une contrainte axiale, et e des moyens (38,40, 44 ; 47,48, 49,54) pour comprimer axialement les moyens annulaires. 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens annulaires (42) sont en élastomère et présentent une surface extérieure (42a) parfaitement cylindrique lorsque le dispositif mécanique est dans son état radialement expansé et légèrement concave lorsque le dispositif mécanique est dans son état radialement restreint. 10. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens annulaires comprennent une bague fendue (52) et un manchon (50) tous deux métalliques, ledit manchon présentant radialement une section tronconique, de sorte que sous l'action des moyens (47,48, 49,54) pour comprimer axialement les moyens annulaires, le manchon vient au contact de la bague, s'insère sous la bague fendue et l'ouvre. 11. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre : - des éléments circulaires (60), radialement mobiles, arrangés suivant une disposition annulaire (64) présentant un passage annulaire (65), et - une tige (58), s'engageant dans le passage annulaire pour déplacer radialement les éléments circulaires. 12. Ensemble selon la revendication 11, caractérisé en ce que les éléments circulaires sont définis par des sphères (60) ou des rouleaux maintenus les uns par rapport aux autres par une cage tubulaire (64).