Brevet FR2877870A1 — publié le 20060519

L'invention concerne le domaine technique de l'injection de matières thermoplastiques diverses dans un moule et concerne plus spécialement les structures à canaux chauds qui, également dénommées blocs chauds , sont interposées entre le canal de sortie d'une presse à injection, et au moins une et en général plusieurs buses d'injection dans la ou les cavités d'un moule. Cette structure à pour fonction d'acheminer la matière en différents points du moule en lui communiquant des calories la maintenant à sa température d'injection. Un moule peut être équipé de plusieurs structures reliées entre elles par des conduits de transfert. Actuellement, chaque structure comprend un bloc prismatique métallique fixé sur le moule et sur lequel sont fixées les buses d'injection, par l'intermédiaire d'un porte buse. Un réseau de canaux internes, de répartition et de distribution, font la liaison entre le canal d'alimentation et les porte buses. Ce réseau est constitué par des alésages qui, forés dans le bloc à partir de ses faces, se sécantent et sont obturés vers l'extérieur par des bouchons. Quel que soit le soin apporté à leur réalisation, ces bouchons forment des cavités de rétention de matière et sont à l'origine de défectuosités d'aspect sur la pièce finie, par exemple quand le moulage s'effectue avec changement de couleur de la matière. Le maintien en température est assuré par des résistances électriques plaquées contre le bloc ou noyées dans celui ci, en général dans les zones dégagées du bloc, donc hors des zones de fixation des buses ou des raccords divers. Bien que très utilisés, de tels blocs présentent de nombreux inconvénients en ce qui concerne l'apport des calories, la maîtrise des dilatations, le positionnement des buses, la consommation d'énergie, la résistance, la fiabilité de la structure et la qualité de la pièce moulée obtenue. C'est ainsi que dans un bloc massif avec un canal d'alimentation central, des canaux de distribution latéraux et des moyens de chauffage disposés près mais à distance des canaux, le maintien de la température de la matière dans ces canaux nécessite de chauffer toute la masse du bloc, ce qui consomme inutilement beaucoup d'énergie et ne permet pas d'obtenir autour des divers canaux une température homogène et régulée. En terme mécanique, le chauffage à une température de l'ordre de 200 C à 300 C de la totalité d'un bloc ayant des zones d'épaisseurs différentes, conduit à des dilatations différentes et mal maîtrisées, engendrant des déformations des porte buses fixés sur le bloc et des embouts de buses, avec pour conséquences, des fuites de matière aux plans de joint, des endommagements des portées sur le bloc, mais aussi des altérations de la position des buses et du remplissage du moule, donc de la qualité de la pièce moulée. La rigidité de la fixation par vissage, respectivement, du bloc sur le moule, des buses sur le bloc et des éléments de transfert entre deux blocs, est une cause de rupture en cas de surpression dans la cavité du moule, surpression pouvant atteindre 1800 bars. II en résulte une détérioration des éléments et l'obligation d'arrêter la production pour réparer. La présente invention à pour objet une structure à canaux chauds remédiant à ces divers inconvénients et présentant des avantages supplémentaires, tels que simplicité de construction favorisant son adaptation à tous types de moules, rapidité de construction, coût de fabrication et d'entretien réduit, auxquels s'ajoute une amélioration de la qualité des pièces moulées. A cet effet, dans la structure selon l'invention, chaque canal chaud est constitué par un conduit cylindrique tubulaire entouré par une résistance électrique apte à le porter à la température d'injection de la matière thermoplastique et ce conduit est connecté, à chaque extrémité, avec un élément diviseur, respectivement, d'alimentation, de division ou de distribution, pour former un réseau amenant la matière aux porte buses, cette connexion étant réalisée, à au moins une extrémité du conduit, avec appui de portées hémisphériques concave et convexe procurant une liberté de mouvement circulaire autour de l'axe longitudinal du conduit. La disposition des résistances électriques de chauffage autour de chaque tronçon de conduit formant la structure, rapproche la source de chaleur de la matière, réduit la consommation et les pertes d'énergie et, surtout, permet de contrôler et de réguler la température de manière qu'elle soit homogène. II en résulte que la matière parvenant aux buses est à la température idéale, ce qui garantit l'obtention de pièces régulières et d'excellente qualité. Par ailleurs, et il s'agit là d'un avantage très important, les dilatations différentielles qui agissent sur les conduits lors de leur mise en chauffe et qui ont tendance, normalement, à les allonger en générant des contraintes déformant la géométrie de la structure avec modification du positionnement de chaque buse, sont transformées par les connexions avec appui hémisphérique formant rotule. En effet, grâce à sa disposition entre deux zones de fixation sur le moule, chaque rotule permet aux axes longitudinaux des parties qui se dilatent de se désaligner pour former un angle obtus absorbant cette dilatation, sans que celle ci exerce de contraintes de déformation sur les éléments de conduits, sur les éléments de connexion et sur le moule. Dans une forme d'exécution, chaque buse d'injection comprend dans sa liaison avec son porte buse, des portées hémisphériques concave et 5 convexe procurant une liberté de mouvement circulaire autour de l'axe longitudinal de la buse. Cet aménagement, qui permet de maîtriser les dilatations différentielles buse-moule, supprime tous risques d'endommagement des portées ménagées sur le moule pour les porte buses. Dans une forme de réalisation, l'une des portées hémisphériques, par exemple celle convexe, est réalisée sur le corps du conduit ou du porte buse, tandis que la portée hémisphérique complémentaire, par exemple concave, est réalisée dans la collerette d'un embout se vissant dans l'élément de connexion, la dite collerette étant plaquée contre le corps précité par un écrou vissé sur ce corps. Avantageusement, les tronçons de conduits partant d'un élément diviseur sont identiques, en nombre, section et longueur, à ceux partant d'un autre élément diviseur ayant le même niveau dans l'arborescence du réseau. Grâce à cela les flux de matière sont équilibrés et reproductibles à chaque moulage. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de la structure selon l'invention. Figure 1 est une vue en perspective montrant une première forme d'exécution de la structure, conçue pour alimenter 8 buses; Figure 2 est une vue en coupe transversale et à échelle agrandie de la structure près d'un porte buse; Figures 3 et 4 sont des schémas représentant la structure de figure 1, respectivement, au repos à froid et en service à chaud; Figure 5 est une vue en perspective montrant une deuxième forme d'exécution de la structure, conçue pour alimenter 6 buses. Dans la forme d'exécution des figures 1 à 4, la référence numérique 2 désigne un élément d'alimentation connecté au canal de sortie, non représenté, d'une presse à injecter. Pour alimenter les huit buses B la structure comprend, d'une part, des conduits cylindriques tubulaires, respectivement, d'alimentation 3, de transfert 4 et de distribution 5, et d'autre part, des éléments diviseurs, respectivement, intermédiaires 6, interconnectés entre l'un des conduits 3 et deux conduits 4, et distributeurs 7, interconnectés entre un conduit 4 et deux conduits 5. Chacun de ces derniers est connecté à un porte buse 8 sur lequel est fixée l'une des buses B. La figure 1 met en évidence que, dans l'arborescence du réseau ainsi constitué, les conduits 3, 4 et 5, partant d'un élément diviseur de flux, à savoir 2, 6 ou 7, sont identiques en longueur, et que, pour chacun des niveaux de cette arborescence, sont identiques en nombre, longueur et section transversale, aux tronçons de l'élément diviseur de même niveau. II en est ainsi pour les tronçons partant des éléments diviseurs 6 et pour ceux partant des éléments 7. Cela permet d'obtenir des flux de matières équilibrés, donc une répartition homogène de la matière plastique fondue aux différentes buses et, en conséquence, des pièces moulées de qualité constante. Chaque tronçon de conduit 3, 4 ou 5 est entouré par une résistance électrique 11 qui, en spirale, est au plus près de la matière circulant dans le conduit, entre en fonction rapidement, consomme moins d'énergie puisqu'elle ne chauffe que le conduit, et est très aisément régulable pour maintenir la matière à sa température optimale d'injection dans le moule. Bien entendu, chaque résistance est entourée par une couche d'isolant, non représentée. La jonction d'au moins l'une des extrémités de chaque conduit 3, 4 et 5 avec un élément diviseur 6 ou 7 est assurée avec interposition d'une rotule R, dont une forme d'exécution est montrée à la figure 2, dans le cas de la liaison d'un conduit 5 avec un élément diviseur 7 et un porte buse 8. Le conduit 5 est muni à une extrémité d'un embout fileté 9 qui est vissé dans un alésage fileté 10, ménagé radialement dans le corps de l'élément diviseur 7. A son autre extrémité, il comporte une partie filetée 12 et une portée hémisphérique convexe 13 apte à venir en appui contre une cuvette hémisphérique concave 14, ménagée dans la collerette 15, extrême et fendue, d'un embout 16. L'embout 16 présente, à son autre extrémité, une partie filetée 17 par laquelle il est vissé dans un alésage fileté 18 d'un raccord 19, vissé radialement dans le porte buse 8. Un écrou 20, vissé sur la partie filetée 12 du conduit, comporte une portée conique 21 par laquelle il vient en appui sur une portée complémentaire ménagée dans la collerette 15 portant la cuvette concave 14. Ainsi, chaque cuvette hémisphérique concave 14 est plaquée contre la portée convexe 13 pour former une rotule qui assure la liaison des pièces tout en leur permettant un mouvement angulaire de rotation autour de l'axe longitudinal de cette liaison. La description qui vient d'être faite pour la connexion d'un conduit 5 à un porte buse 8, s'applique à la connexion d'un conduit 3 à un élément diviseur 6 et à celle d'un conduit de transfert 4 à un élément de distribution 7. Ce mode liaison s'applique également à la fixation du corps de buse B sur son porte buse 8. Ce dernier comporte un alésage axial fileté 22 dans lequel est vissé un embout 16 coopérant avec un écrou 20. Ce dernier est vissé sur un filetage 23 formé à l'extrémité supérieure de la buse. Bien entendu, dans un but de standardisation et d'interchangeabilité, l'embout 16 et l'écrou 20 sont chacun identiques à ceux utilisés dans les autres liaison avec rotule. La cuvette concave 14 de la collerette 15 de l'embout 16 coopère avec une portée convexe 28, formée à l'extrémité supérieure de la buse B. La figure 2 montre que chaque porte buse 8 est plaqué et fixé rigidement sur la face 26 du moule 25 et que la buse est disposée dans un canal vertical 27 dont elle est espacée de la paroi par un jeu radial. L'intérêt de ces modes de liaison ressort de l'examen des figures 3 et 4 montrant schématiquement la structure à conduits chauds, respectivement, au repos et à froid, et en fonctionnement et à chaud. Les croix 30 et 31 représentent les zones de fixation, respectivement, sur la presse et sur le moule. La figure 4 montre, avec exagération pour la compréhension, que les allongements des conduits 4 et 5, consécutifs aux dilatations, sont transformés par les rotules R en mouvements de rotation, déformant la structure dans sa partie sans contact avec le moule. Cette maîtrise des dilatations réduit considérablement les contraintes sur les moyens de fixation et, plus spécialement, sur les porte buses 8. Toutes les causes de rupture sont supprimées et il n'y a plus de modification du positionnement des buses 8, ni fuites de matière dans les zones de liaison de la structure avec les porte buses. La rotule entre corps de buse B et porte buse 8 absorbe les dilatations différentielles et protège de tout endommagement les portées réalisées sur le moule pour les porte buses. La construction de la structure sous forme d'un réseau, libre et déformable, de tronçons de conduits avec chauffage individuel, réunis en groupe de tronçons de mêmes longueurs, permet de réaliser à la demande et rapidement, des structures de canaux chauds simples ou multiples, pour des moules de petites ou grandes dimensions, à une ou plusieurs cavités, avec ou sans transfert, quelle que soit la matière transférée et la position de la zone d'injection, tout en conservant les avantages de la construction décrite ci-dessus. La figure 5 montre une structure de canaux chauds à six buses B, dans laquelle l'élément d'alimentation 102 est relié, avec interposition de rotules R, à deux conduits d'alimentation 103, de mêmes longueurs, et chacun de ces conduits est connecté à un élément diviseur 106. Dans ce réseau de conduits, chacun des éléments 106 alimente le même nombre de tronçons 105, à savoir trois, et ces tronçons ont la même longueur, la même section et la même répartition que ceux de l'élément 106 de même niveau dans l'arborescence. L'élément 102, avec les conduits 103, est représenté en surélévation pour mieux faire voir l'imbrication des tronçons du niveau suivant et, en particulier que si la répartition des tronçons autour d'un élément 106 est asymétrique, l'interconnexion avec les composants 102 et 103 du niveau antérieur redonne une symétrie organise la circulation des flux pour obtenir des débits de matière identiques à l'arrivée de celle ci dans les porte buses. Enfin chacun des tronçons 105, aboutissant à un porte buse108, est équipé d'une rotule R donnant au réseau sa liberté de déformation. REVENDICATIONS 1. Structure à canaux chauds pour moule d'injection s'interposant entre le canal d'alimentation ménagé en sortie de presse et des canaux de distribution alimentant des porte buses (8), la dite structure comportant des résistances électriques de chauffage maintenant la matière fondue à la température optimale d'injection dans le moule caractérisée en ce que chaque canal chaud est constitué par un conduit cylindrique tubulaire (3, 4, 5) entouré par une résistance électrique (11), apte à le porter à la température d'injection de la matière thermoplastique, et ce conduit est connecté, à chaque extrémité, avec un élément diviseur, respectivement, d'alimentation (2), de division (6, 106) ou de distribution (7), pour former un réseau amenant la matière aux porte buses (8, 108), cette connexion étant réalisée, à au moins une extrémité du conduit, avec appui de portées hémisphériques convexe et concave (13 et 14); formantunérotule procurant une liberté de mouvement circulaire autour dé l'axe longitudinal du conduit 2. Structure à canaux chauds selon la revendication 1 caractérisée en ce que chaque buse d'injection (B) comprend dans sa liaison avec son porte buse (8), des portées hémisphériques concave et convexe (14 et 28) procurant une liberté de mouvement circulaire autour de l'axe longitudinal de la buse (B). 3. Structure à canaux chauds selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisée en ce que l'une des portées hémisphériques, par exemple celle convexe (13 ou 28), est réalisée à l'extrémité du corps du conduit (3, 4 ou 5) ou de la buse (B), tandis que la portée hémisphérique complémentaire, par exemple concave (14), est réalisée dans la collerette (15) d'un embout (16) se vissant dans l'élément de connexion (19, 8), la dite collerette (15) étant plaquée cet embout (16) étant plaquée contre le corps précité (3, 4, 5 ou B) par un écrou (20) vissé sur ce corps. 4. Structure à canaux chauds selon la revendication 1 caractérisée en ce les tronçons de conduits (3, 4, 5) disposés de part et d'autre d'un 30 élément diviseur (2, 6 et 7) ont la même longueur. 5. Structure à canaux chauds selon la revendication) caractérisée en ce que les tronçons de conduits (4, 5 et 105) partant d'un élément diviseur (6, 7 et 106) sont identiques, en nombre, section et longueur, à ceux partant d'un autre élément diviseur (6, 7 et 106) ayant le même niveau dans l'arborescence du réseau.