Brevet FR2841818A1 — publié le 20040109

La présente invention concerne un procédé, un moule et un dispositif de fabrication d'une pièce moulée en matière composite. Le moulage d'une pièce par compression, injection5 compression ou injection d'une matière composite résultant du mélange d'une matière thermodurcissable et de fibres de renfort ou autres est connu, la matière composite pouvant, par exemple, se présenter sous la forme d'un composé de moulage en feuille (Sheet Mold Compound ou SMC), d'un composé de moulage en vrac (Bulk Mold Compound ou BMC) ou d'un composé de moulage adapté (Adapted Mold Compound ou AMC). Ce dernier peut, par exemple, contenir de l'ordre de % en masse de fibres de verre longues, c'est-à-dire d'une longueur d'environ 25 mm. Une première manière connue de doter la pièce d'ouvertures ou de trous traversants consiste à utiliser un moule tel que les pièces qui en sortent au démoulage sont déjà perforées. Néanmoins, du fait par exemple de leurs positions sur la pièce, certains trous ne peuvent pas être obtenus de cette manière. Tel est également le cas lorsque la pièce est réalisée à partir d'un composé de moulage en feuille (SMC). De plus, la portion du moule qui correspond à un trou dans la pièce moulée traverse le volume clos délimité par le moule fermé et forme, par conséquent, un obstacle que la matière composite doit contourner lors du moulage. Cela rend difficile la mise en òuvre d'une technique de moulage o une dépression à l'intérieur du moule est prévue pour améliorer l'écoulement de la matière à mouler et l'état de surface de la pièce moulée. En outre, cela conduit à une orientation particulière et souvent défavorable des fibres de la matière composite et à l'apparition de surfaces de recollement. Au sens ou on l'entend ici, une surface de recollement est une surface de rencontre de deux fronts de matière progressant en sens opposés. Une deuxième manière connue de ménager des trous ou des ouvertures dans une pièce moulée en matière composite consiste à percer, soit par usinage, soit par poinçonnage, cette pièce après qu'elle a été moulée puis démoulée. Cette deuxième manière d'opérer, contrairement à la première, peut pratiquement toujours être employée. Toutefois, elle est longue et poussiéreuse. Elle présente donc l'inconvénient de se traduire par un surcot. Elle est en outre bruyante et génère des microfissures dans la pièce, ces microfissures étant le fait de contraintes qui apparaissent lors du perçage. L'invention, qui entend remédier à l'inconvénient précité, a donc au moins pour but de réduire le cot d'une pièce à la fois moulée en matière composite et perforée. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une pièce moulée en matière composite, à l'aide d'un moule délimitant un volume intérieur, ce procédé comprenant les étapes dans lesquelles: (a) on approvisionne le moule avec de la matière composite thermodurcissable et on moule la pièce dans ce moule, (b) on fait polymériser la matière composite dans le moule, caractérisé en ce qu'entre les étapes (a) et (b) (c) on ménage au moins un passage à travers la matière composite contenue par le moule. Il s'agit donc de percer la pièce alors que la matière composite qui la constitue est à l'état visco-élastique. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de ce procédé de fabrication: - on effectue l'étape (c) en faisant pénétrer au moins un piston dans le volume intérieur du moule; - on effectue l'étape (c) en retirant au moins une partie de la pièce moulée; - on effectue l'étape (c) en poussant ladite partie en dehors du volume intérieur du moule; - on effectue l'étape (c) en faisant coulisser simultanément, dans la même direction, ledit piston et un autre piston qui font partie du moule, sont disposés en vis-à-vis, respectivement dans un poinçon et une matrice du moule, et maintiennent entre eux ladite partie; - durant l'étape (c), l'écart entre les deux pistons n'est pas diminué - au cours de l'étape (c) , l'écart entre les deux pistons est maintenu constant; - après l'étape (b) et avant le démoulage de la pièce, on ébavure cette pièce en ramenant les deux pistons dans une position que ces deux pistons occupaient pendant l'étape (a); - avant l'étape (c), le volume clos n'est pas complètement rempli et on effectue l'étape (c) en déplaçant, à l'aide au moins dudit piston, de la matière composite d'une région à l'intérieur du moule vers une autre région à l'intérieur du moule; - dans l'étape (a), on déplace une matrice mobile du moule vers un poinçon fixe du moule et on fait fluer la matière composite en l'écrasant entre le poinçon et la matrice en déplacement. L'invention a également pour objet un moule de conformation d'une pièce en matière composite, le moule fermé délimitant un volume intérieur, caractérisé en ce qu'il comporte: - au moins des premier et deuxième passages qui sont dans le prolongement l'un de l'autre et débouchent en vis-à-vis, dans ledit volume intérieur, - ainsi qu'au moins un premier et un deuxième piston respectivement montés à coulissement dans le premier et le deuxième passage. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de ce moule, lorsque le moule est fermé, le premier piston est apte à pénétrer dans le deuxième passage. De plus, l'invention a pour objet un dispositif de fabrication d'une pièce en matière composite, caractérisé en ce qu'il comporte un moule tel que défini ci-dessus, ainsi que des moyens d'entraînement des premier et deuxième pistons, et en ce que lorsque le moule est fermé, lesdits moyens d'entraînement sont aptes à déplacer le premier piston au moins jusqu'à celle des deux extrémités du deuxième passage qui débouche à l'intérieur dudit volume intérieur. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - les figures 1 à 5 sont des vues schématiques, en coupe verticale, d'un dispositif, conforme à l'invention, de fabrication d'une pièce moulée en matière composite et illustrent les étapes successives d'un procédé, également conforme à l'invention, de fabrication d'une telle pièce, et les figures 6 et 7 sont des vues schématiques, en coupe verticale, d'une portion d'un moule conforme à l'invention et illustrent deux étapes d'un procédé, selon une variante de réalisation de l'invention, de fabrication d'une pièce moulée en matière composite. Sur les figures 1 à 5, un dispositif de moulage par compression comporte un moule 1 en deux parties principales, qui sont une matrice mobile 2a et un poinçon fixe 2b. La matrice 2a est portée par le plateau mobile 3a d'une presse à mouvement vertical, connue en soi et non représentée. Elle est fixée à ce plateau mobile 3a par l'intermédiaire d'une plaque 4a et de blocs de séparation a. Le poinçon 2b est porté par le plateau fixe 3b de la presse, en étant fixé à ce plateau 3b par l'intermédiaire d'une plaque 4b et de blocs de séparation 5b. Dans ce qui suit, les références désignant des éléments que porte le plateau fixe 3b sont construites en remplaçant, par la lettre " b ", la lettre " a " qui se trouve à la fin des références repérant les éléments semblables que porte le plateau mobile 3a. La matrice 2a est percée de plusieurs passages cylindriques ou de forme adaptée verticale 6a, dont un seul est visible aux figures 1 à 5 et dont les sections transversales respectives ont la même forme que les sections transversales des passages à ménager à travers la pièce à réaliser. Un piston 7a est monté à coulissement dans chaque passage 6a, dont la paroi latérale est revêtue d'une chemise d'usure 8a. Chacun des pistons 7a se trouve à l'extrémité de l'une de plusieurs tiges 9a, qui accouplent ces pistons 7a à une plaque mobile verticalement lOa. Des butées lla, fixées sur le dessus de la matrice 2a et des butées 12a, fixées sur le dessous de la plaque 4a, limitent vers le bas et vers le haut la course de la plaque mobile lOa, que des moyens d'entraînement, formés par des vérins hydrauliques 13a installés de part et d'autre de la matrice 2a, sont aptes à déplacer verticalement. Le cylindre 14a de chaque vérin hydraulique 13a est fixé à la matrice 2a, tandis que le piston 15a de chaque vérin hydraulique 13a est accouplé à la plaque mobile lOa. Chaque vérin hydraulique 13a comporte deux chambres 16a et 17a de volume variable, que son piston 15a sépare l'une de l'autre. L'alimentation de chacune de ces chambres 16a et 17a est commandée par une soupape anti-retour pilotée 18a. Contrairement à chaque chambre 17a, de grande section transversale, chaque chambre 16a, de petite section transversale, est traversée par la tige d'accouplement du piston 15a qui la délimite partiellement. La face supérieure du poinçon 2b porte des cales d'appui 19 pour la matrice 2a. Pour le reste, ce que porte le plateau fixe 3b est globalement semblable à ce que porte le plateau mobile 3a. Sur la figure 2, le moule 1 est fermé. La matrice 2a, y compris les pistons 7a, et le poinçon 2b, y compris les pistons 7b, délimitent conjointement un volume intérieur et clos 20, qui a la forme de la pièce à réaliser et dans lequel les passages 6a et 6b, obturés par les pistons 7a et 7b, débouchent en vis-à-vis. Chaque passage 6a est dans l'axe d'un passage 6b et chaque piston 7a est dirigé vers un piston 7b et vice versa. Un procédé, conforme à l'invention, de fabrication d'une pièce en matière composite à l'aide du dispositif représenté aux figures 1 à 5 peut commencer dès lors que le moule 1 est ouvert et que, la plaque mobile lOb reposant sur les butées 12b, les pistons 7b affleurent à la surface supérieure du poinçon 2b. La première étape de ce procédé, qui comporte une phase de moulage par compression, consiste à déposer une ébauche en matière composite 21, non polymérisée, sur le poinçon 2b, après quoi on se trouve dans la configuration illustrée à la figure 1, l'ébauche pouvant se présenter sous la forme d'un composé de moulage en feuille (SMC). Ensuite, tandis que les vérins hydrauliques 13a appliquent la plaque mobile lOa contre les butées lla et que les pistons 7a affleurent de ce fait à la surface inférieure de la matrice 2a, on moule la pièce en déplaçant cette matrice 2a vers le bas, en direction du poinçon fixe 2b, de sorte que la matière composite 21 est écrasée et flue à l'intérieur du volume intérieur 20. Le mouvement de la matrice 2a est stoppé lorsque cette dernière est proche des cales d'appui 19, c'est-à-dire à une distance de l'ordre de 0,2 à 0,3 mm de ces cales d'appui 19. La configuration de l'ensemble est alors celle qui est illustrée à la figure 2: le moule 1 est fermé et le volume est clos et comblé par la matière composite 21. Dans le cas de l'injection-compression ou de l'injection, il y a contact entre les cales d'appui 19 et la matrice 2a. Dès qu'une temporisation comprise entre 0 et 12 secondes, de préférence de l'ordre de 5 secondes, a été décomptée par une minuterie, à partir de l'arrêt de la matrice 2a, les vérins hydrauliques 13a et 13b entraînent simultanément les plaques mobiles lOa et lob vers le haut, si bien que la matière composite 21 est perforée en étant cisaillée à l'état pâteux, et plus précisément à l'état visco-élastique, ses parties 22 maintenues en sandwich entre les pistons 7a et 7b étant retirées en étant déplacées en dehors du volume clos 20. Les vérins hydrauliques 13a et 13b sont dimensionnés de telle manière que la plaque mobile loa se déplace légèrement plus rapidement que la plaque mobile lOb, c'est-à-dire de telle manière que les écarts entre les pistons 7a, d'une part, et les pistons 7b, d'autre part, ne soient pas diminués, mais au contraire augmentés lors du cisaillement de la matière composite 21. La plaque mobile lob s'arrête contre les butées llb, après que chaque piston 7b ait pénétré dans un passage 6a. La plaque lOa est arrêtée par les butées 12a. L'ensemble se trouve alors dans la position illustrée à la figure 3 et la matière composite 21 est polymérisée par cuisson. Ensuite, la pièce 23 qui en résulte est ébavurée par déplacement des pistons 7a et 7b vers le bas, jusqu'à leur position initiale, après quoi l'ensemble se trouve à la position illustrée à la figure 4. Enfin, le plateau mobile 3a est déplacé vers le haut et le moule 1 est ouvert, après quoi la pièce moulée 23 est décollée du poinçon 2b par une batterie de pistons d'éjection, connue en soi et non représentée. L'évacuation des parties retirées 22 se fait lors de l'opération classique de soufflage et de nettoyage du moule 1, comme représenté sur la figure 5. En sortie de moule 1, la pièce 23 en matière composite est percée de passages qui résultent du retrait des parties 22, si bien que ces passages n'ont pas à être ménagés ultérieurement au moulage, par usinage ou par poinçonnage. Il en résulte une économie et un gain de temps, conformément au but de l'invention. Lorsque l'on veut nettoyer les pistons 7a et 7b, on démonte les butées lla et llb, puis, le moule 1 étant ouvert, on dégage ces pistons 7a et 7b en les poussant à l'aide des tiges 9a et 9b. Lors des phases d'arrêt, la matrice 2a repose sur les cales d'appui 19. Un procédé selon une variante de réalisation de l'invention commence de la même manière que le procédé décrit ci-dessus, jusqu'à la fermeture du moule 1. A l'issue de cette fermeture, le volume clos 20 n'est pas complètement comble, comme on peut le voir à la figure 6. L'étape qui suit la fermeture du moule 1 commence dès qu'une temporisation de 0,1 à 0,2 seconde a été décomptée à partir de l'arrêt de la matrice 2a. Elle consiste à déplacer les pistons 7a en direction des pistons 7b, ainsi que les pistons 7b en direction des pistons 7a. Elle conduit au poinçonnage de la matière composite 21 à l'état visco- élastique ou liquide, et s'achève lorsque chaque piston 7a et un piston 7b se trouvent dans la position illustrée à la figure 7 et ne sont séparés que par une faible distance, de l'ordre de 0,7 mm, due à la présence de fibres de renfort entre eux. Cette étape conduit également à ce que la matière composite 21 occupe l'ensemble du volume clos 20, du fait que la pénétration des pistons 7a et 7b, qui chassent de la matière composite, se traduit par une réduction du volume à combler. Ensuite, la matière composite 21 est polymérisée et le procédé selon une variante de réalisation de l'invention se termine comme celui qui a été décrit précédemment. Ce procédé selon une variante de réalisation de l'invention présente l'avantage de conduire à une réduction de la matière composite consommée. Il va de soi qu'il ne peut pas être mis en oeuvre par le dispositif représenté aux figures 1 à 5 sans que ce dispositif ne soit modifié de telle manière que les pistons 7a puissent pénétrer à l'intérieur du volume clos 20 et que les pistons 7b soit stoppés avant d'être parvenus aux passages lOa. En variante, les passages 6a et les pistons 7a peuvent être supprimés, les pistons 7b étant aptes à traverser l'ensemble du volume clos 20. Il va de soi qu'on peut supprimer les passages 6b et les pistons 7b au lieu des passages 6a et des pistons 7a. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits précédemment. En particulier, la presse qui reçoit le moule 1 peut ne pas être à mouvement vertical, mais par exemple à mouvement horizontal. De plus, le moulage de la matière composite peut se faire non pas par compression mais par injection30 compression ou par injection, le moulage par injectioncompression se distinguant du moulage par compression en ce que ce n'est pas une ébauche qui est déposée sur le poinçon 2b mais une masse de matière composite déposée par une unité d'injection. En outre, chacune des plaques mobiles lOa et lob peuvent n'entraîner qu'un seul piston 7a ou 7b, dans le cas o l'on ne souhaite ménager qu'un seul passage à travers la pièce moulée 23. Le procédé selon l'invention présente l'avantage de pouvoir être aisément mis en oeuvre pour réaliser des pièces de grande dimensions à partir de composés de moulage en feuille (SMC). Il présente également l'avantage d'être compatible avec une technique de moulage faisant intervenir une dépression à l'intérieur du moule (moulage sous vide). Parmi les autres avantages de l'invention, on notera que, lors du moulage, la matière composite fluant ou s'écoulant ne rencontre pas d'obstacle à contourner, ce qui se traduit par une diminution du nombre, voire une suppression, à la fois des plans de recollement à l'intérieur de la pièce moulée et des régions de cette pièce o les fibres de renforcement présentent une orientation particulière. De plus, du fait du bon état de surface de l'ensemble de la pièce après polymérisation, le procédé selon l'invention peut comprendre une étape, qui suit cette polymérisation et précède l'ouverture du moule, dans laquelle on recouvre la surface visible de la pièce moulée, en injectant, sous haute pression, un apprêt de revêtement appelé IMC (In Mold Coating), dans le moule fermé. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une pièce moulée en matière composite, à l'aide d'un moule (1) délimitant un volume intérieur (20), ce procédé comprenant les étapes dans lesquelles (a) on approvisionne le moule (1) avec de la matière composite thermodurcissable (21) et on moule la pièce dans ce moule (1), (b) on fait polymériser la matière composite (21) dans le moule (1), caractérisé en ce qu'entre les étapes (a) et (b) (c) on ménage au moins un passage à travers la matière composite (21) contenue par le moule (1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue l'étape (c) en faisant pénétrer au moins un piston (7b) dans le volume intérieur (20) du moule (1). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on effectue l'étape (c) en retirant au moins une partie (22) de la pièce moulée. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on effectue l'étape (c) en poussant ladite partie (22) en dehors du volume intérieur (20) du moule (1). 5. Procédé selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce qu'on effectue l'étape (c) en faisant coulisser simultanément, dans la même direction, ledit piston (7b) et au moins un autre piston (7a) qui font partie du moule (1), sont disposés en vis-àvis, respectivement dans un poinçon (2b) et une matrice (2a) du moule (1), et maintiennent entre eux ladite partie (22). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que durant l'étape (c), l'écart entre les deux pistons (7a, 7b) n'est pas diminué. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au cours de l'étape (c), l'écart entre les deux pistons (7a, 7b) est maintenu constant. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'après l'étape (b) et avant le démoulage de la pièce, on ébavure cette pièce en ramenant les deux pistons (7a, 7b) dans une position que ces deux pistons (7a, 7b) occupaient pendant l'étape (a). 9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'avant l'étape (c), le volume clos (20) n'est pas complètement rempli et en ce qu'on effectue l'étape (c) en déplaçant, à l'aide au moins dudit piston (7b), de la matière composite (21) d'une région à l'intérieur du moule (1) vers une autre région à l'intérieur du moule (1). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans l'étape (a), on déplace une matrice mobile (2a) du moule (1) vers un poinçon fixe (2b) du moule (1) et on fait fluer la matière composite (21) en l'écrasant entre le poinçon (2b) et la matrice (2a) en déplacement. 11. Moule de conformation d'une pièce en matière composite, le moule fermé délimitant un volume intérieur (20), caractérisé en ce qu'il comporte - au moins des premier et deuxième passages (6a, 6b) qui sont dans le prolongement l'un de l'autre et débouchent en vis-à-vis, dans ledit volume intérieur (20), - ainsi qu'au moins un premier (7a) et un deuxième piston (7b) respectivement montés à coulissement dans le premier (6a) et le deuxième passage (6b). 12. Moule selon la revendication 11, caractérisé en ce que lorsque le moule (1) est fermé, le premier piston (7b) est apte à pénétrer dans le deuxième passage (6a). 13. Dispositif de fabrication d'une pièce en matière composite, caractérisé en ce qu'il comporte un moule (1) selon la revendication 11 ou 12, ainsi que des moyens (9a, 1Qa, lob, 13a, 13b) d'entraînement des premier et deuxième pistons (7a, 7b), et en ce que lorsque le moule (1) est fermé, lesdits moyens d'entraînement (9a, lOa, lOb, 13a, 13b) sont aptes à déplacer le premier piston (7b) au moins jusqu'à celle des deux extrémités du deuxième passage (6a) qui débouche à l'intérieur dudit volume intérieur (20).