Brevet FR2888526A1 — publié le 20070119

L'invention a trait à un moule de production de pièces en matière thermodurcissable ainsi qu'à un procédé de moulage d'une pièce en matière thermodurcissable. Dans le domaine de la production de pièces moulées par compression, injection-compression et injection, il est connu d'utiliser des moules pourvus de chambres de compression disposées en périphérie du contour extérieur de la pièce à mouler et, si nécessaire, en périphérie des ouvertures intérieures de cette pièce. La ou les chambres de compression permettent de réaliser l'étanchéité entre le poinçon et la matrice du moule avant même que le moule soit complètement fermé, ce qui permet de mouler en compression des feuilles de SMC (Sheet Molding Compound) ou encore de mouler par injection-compression ou par injection des matières en vrac, tout en limitant les fuites pendant la fermeture du moule. Un jeu fonctionnel est nécessaire entre la matrice et le poinçon du moule afin d'éviter un blocage ou un grippage lors du mouvement d'ouverture et de fermeture du moule. Ce jeu fonctionnel définit la hauteur de la chambre de compression et varie généralement entre 0,02 mm et 0,40 mm en fonction de l'architecture du moule et de la topologie de la pièce à mouler. Dans le cas d'un moule dans lequel le poinçon et la matrice sont disposés l'un au-dessus de l'autre, avec un mouvement relatif vertical, la ou les chambres de compression sont qualifiées de verticales dans la mesure où elles s'étendent essentiellement selon une direction verticale. Dans tous les cas, la ou les chambres de compression s'étendent selon une direction globalement parallèle à la direction de mouvement relatif entre le poinçon et la matrice d'un moule. Lors du moulage d'une pièce à partir de matière thermodurcissable, la matière, qui est fluide s'infiltre dans la ou les chambres de compression, entre la matrice et le poinçon. Cette infiltration peut, si la fuite est importante comme dans le cas d'un évent, créer une orientation des fibres de renfort contenues dans la matière thermodurcissable présente dans l'empreinte du moule et générer une faiblesse mécanique localisée ou une déformation superficielle de la pièce moulée. Une fois infiltrée dans la chambre de compression, la matière polymérise sous l'effet du chauffage mis en uvre pour faire polymériser la matière se trouvant dans l'empreinte du moule, ce qui induit la création de bavures dans cette chambre de compression. A l'ouverture du moule, ces bavures ont tendance à coller dans la chambre de compression et à se déchirer, ce qui peut entraîner des défauts sur la pièce moulée. En outre, ces bavures doivent être retirées, manuellement ou de façon automatique, ce qui génère une pollution et un surcoût de production. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un moule grâce auquel la production de bavures peut être très fortement réduite, voire supprimée. Dans cet esprit, l'invention concerne un moule de production de pièces en matière thermodurcissable comprenant un poinçon et une matrice définissant entre eux une empreinte de réception de matière de forme correspondante à celle de la ou des pièces à produire, ce moule étant pourvu de moyens de chauffage de la matière présente dans l'empreinte. Ce moule est caractérisé en ce qu'il est également pourvu de moyens de chauffage localisé d'une partie au moins d'une chambre de compression définie entre le poinçon et la matrice, à la périphérie de l'empreinte. Grâce à l'invention, les moyens de chauffage localisé permettent de limiter les infiltrations de matière encore fluide dans la chambre de compression en provoquant une polymérisation rapide de la matière dès son entrée dans la chambre de compression. Ainsi, la matière qui peut pénétrer dans la chambre de compression du fait du jeu fonctionnel entre la matrice et le poinçon, constitue rapidement une sorte de bouchon qui empêche la matière présente dans l'empreinte du moule de migrer davantage vers la chambre de compression et, de fait, de fuir vers l'extérieur du moule. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel moule peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prise dans toute combinaison techniquement admissible: - Les moyens de chauffage de la matière présente dans l'empreinte comprennent des premiers moyens de chauffage de cette matière dans la plus grande partie de cette empreinte et des seconds moyens de chauffage de cette matière dans cette empreinte au voisinage de la chambre de compression. - Les moyens de chauffage localisé sont aptes à appliquer un chauffage différencié sur la longueur de la 20 chambre de compression. - Les moyens de chauffage localisé sont répartis à la fois dans le poinçon et dans la matrice du moule. - Les moyens de chauffage localisé sont disposés dans au moins une gorge ménagée dans le poinçon ou dans la matrice, cette gorge débouchant sur une surface située à l'extérieur de la zone moulante ou empreinte de moulage, c'est-à-dire à l'opposé de l'empreinte par rapport à la chambre de compression. Les moyens de chauffage localisé sont avantageusement montés de façon amovible dans cette gorge. Ils sont avantageusement indépendants des moyens de chauffage de la matière présente dans l'empreinte du moule. - Les moyens de chauffage localisé comprennent au moins une résistance électrique, par exemple une résistance électrique déformable à section cylindrique installée dans une gorge. En variante, les moyens de chauffage localisé peuvent comprendre des tuyaux de circulation d'un fluide caloporteur. L'invention concerne également un procédé de moulage d'une pièce en matière thermodurcissable pouvant être mis en oeuvre avec un moule tel que précédemment décrit, ce procédé comprenant des étapes consistant à : a) introduire une quantité de matière dans l'empreinte d'un moule ouvert ou fermé et, le cas échéant, fermer le moule b) chauffer cette quantité de matière dans cette empreinte jusqu'à obtenir son durcissement. Ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à : c) chauffer, localement et indépendamment de l'empreinte, une partie au moins d'une chambre de compression définie entre un poinçon et une matrice du moule, de telle sorte que la température de polymérisation de la matière est atteinte plus rapidement dans cette chambre de compression que dans l'empreinte du moule. Lors de l'étape c), qui est en pratique simultanée avec l'étape b), la partie ou la totalité de la chambre de compression est chauffée à une température supérieure ou égale à celle à laquelle est, par ailleurs, chauffée la matière dans l'empreinte. On peut en outre prévoir que la chambre de compression est partagée en plusieurs parties réparties sur la périphérie de l'empreinte du moule, chaque partie étant chauffée indépendamment des autres parties, ce qui permet d'apporter une certaine flexibilité dans les réglages et la mise au point du procédé et de tenir compte, le cas échéant, de différences de valeurs de la hauteur ajustée de 15 la chambre de compression ainsi que des valeurs des jeux fonctionnels. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un moule conforme à son principe et de son procédé de mise en oeuvre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique 10 de principe, en coupe partielle, d'un moule conforme à l'invention en configuration ouverte; la figure 2 est une coupe analogue à la figure 1 du même moule en configuration fermée lors du moulage d'une pièce; et - la figure 3 est une vue à plus grande échelle du détail III à la figure 2. Le moule 1 conforme à l'invention et représenté sur les figures comprend un poinçon 2 et une matrice 3 définissant entre eux une empreinte 4 de réception de matière thermodurcissable pour la réalisation d'une pièce moulée. Le moule 1 peut être utilisé pour le moulage de pièces par compression, par injection-compression ou par injection. Selon le type de moulage envisagé, la matière à mouler est déposée sur la partie fixe inférieure du moule, généralement le poinçon 2, avant fermeture du moule et/ou injectée dans l'empreinte 4 après fermeture du moule. Le poinçon et la matrice sont mobiles l'un par rapport à l'autre dans la direction d'un axe vertical Z-Z'. L'invention est également applicable aux moules dont tout ou partie du poinçon et de la matrice est mobile selon une direction autre que verticale. A la périphérie de l'empreinte 4 et lorsque le moule est en configuration fermée, est définie une chambre de compression 5 qui est verticale compte tenu de l'orientation de l'axe Z-Z' et qui est définie entre une paroi 21 du poinçon 2 et une paroi 31 de la matrice 3 qui sont parallèles à l'axe Z-Z' et écartées l'une de l'autre d'une distance d correspondant au jeu fonctionnel nécessaire pour éviter un blocage ou un grippage des parties 2 et 3 lors des mouvements d'ouverture ou de fermeture du moule 1. En pratique, la distance ou jeu d a une valeur comprise entre 0,02 mm et 0, 40 mm. Le moule 1 est équipé d'un circuit de chauffe 6 qui comprend des trous forés 62 répartis dans le poinçon 2 et des trous forés 63 répartis dans la matrice 3. Les trous 62 et 63 permettent la circulation d'un fluide caloporteur, ce qui permet de porter le volume de l'empreinte 4 et la matière M qui s'y trouve dans la configuration des figures 2 et 3, jusqu'à une température suffisante pour provoquer la polymérisation de la matière. Cette température est par exemple de l'ordre de 160 C pour une matière M à base de résine polyester. Le moule est également équipé d'une seconde série de trous forés 64 et 65 répartis respectivement dans le poinçon 2 et dans la matrice 3 et destinés à la circulation de fluide caloporteur pour réguler la température dans l'empreinte 4, à proximité de la chambre de compression 5. Les trous 64 et 65 appartiennent à un circuit auxiliaire 6' de chauffage de la matière M dans l'empreinte 4 et permettent de corriger les effets d'une surchauffe éventuelle de la chambre 5 sur la partie moulante des éléments 2 et 3. Ils permettent de maintenir une température sensiblement homogène dans l'empreinte 4. En variante, les trous forés 64 et 65 peuvent appartenir au circuit 6, une partie du fluide circulant dans les trous 62 et 63 étant déviée vers les trous 64 et 65. Dans tous les cas, les trous 62 et 63 permettent de contrôler la température de la matière M dans la plus grande partie de l'empreinte 4, alors que les trous 64 et 65 permettent de contrôler la température de la matière M dans l'empreinte 4 au voisinage de la chambre 5. Le moule 1 peut être utilisé pour la production de pièces à partir de matériau de moulage en feuille (ou sheet moulding compound - SMC) ou de matériau de moulage en vrac (ou Bulk moulding compound - BMC), ces matériaux comprenant une des fibres de renfort noyées dans une matrice à base de polyester. D'autres matériaux thermodurcissables peuvent également être utilisés dans un moule conforme à l'invention, notamment des matériaux dépourvus de fibres de renfort. Le circuit 6 est un circuit de circulation d'un fluide caloporteur, tel que de la vapeur ou de l'huile. En variante, les moyens de chauffage du volume intérieur de l'empreinte 4 peuvent comprendre des résistances électriques noyées dans la masse des éléments 2 et 3. Une résistance 7 est installée dans le poinçon 2 au voisinage de la paroi 21. De la même façon, une résistance 8 est installée dans la matrice 3 au voisinage de la paroi 31. Les résistances 7 et 8 constituent des moyens dédiés de chauffage localisé de la chambre 5, ce qui permet d'élever localement la température dans cette chambre par rapport à la température dans l'empreinte 4. En pratique, la puissance des résistances 7 et 8 est choisie pour que, en cours de moulage, la température dans la chambre 5 soit comprise entre 140 et 300 C, lorsque la température de polymérisation utilisée pour la matière M présente dans l'empreinte 4 est de l'ordre de 140 C. En d'autres termes, les résistances 7 et 8 permettent d'obtenir dans la chambre 5 une température égale ou supérieure jusqu'à 160 C à la température obtenue dans l'empreinte 4. Ainsi, la température de polymérisation de la matière, qui a tendance à s'écouler dans la chambre 5 du fait de la valeur non nulle de la distance d comme représenté à la figure 3 sous la forme d'un bourrelet B, est atteinte plus rapidement dans cette chambre que dans le volume intérieur de l'empreinte 4. On obtient donc une accélération de la polymérisation de la matière constituant le bourrelet B dans la chambre 5, par rapport à la polymérisation obtenue dans l'empreinte 4. La résistance 7 est disposée, de façon amovible, dans une gorge 22 ménagée dans le poinçon 2 et débouchant vers l'extérieur du poinçon sur la paroi 21, entre la chambre 5 et une cale de guidage 9 disposée sur une surface externe 23 du poinçon 2. La résistance 7 peut y être facilement mise en place et retirée, lorsque le moule 1 est en configuration ouverte, sans nécessité de démontage d'une autre partie du moule. La résistance 7 peut être simplement coincée en place dans la gorge 22. De la même façon, la résistance 8 est coincée dans une gorge 32 débouchant sur une paroi 33 de la matrice 3 perpendiculaire à la paroi 31 et située entre la chambre 5 et la cale 9 en configuration fermée du moule. La résistance 8 peut également être mise en place et retirée facilement, sans nécessiter de démontage supplémentaire, lorsque le moule est en configuration ouverte, ce qui facilite également les opérations de maintenance et de nettoyage. Selon une variante non représentée de l'invention et afin d'améliorer l'échange thermique entre les résistances 7 et 8 et la chambre 5, une plaque de fermeture ou une bande de cuivre recuit est matée sur les gorges 22 et 32 afin de les obturer. A la place des résistances 7 et 8, on peut utiliser d'autres moyens de chauffage localisé de la chambre 5, par exemple des tuyaux ou des conduits forés dans le moule pour la circulation de fluide caloporteur. Ces tuyaux ou conduits sont alors avantageusement alimentés avec un fluide porté à une température plus élevée que celui circulant dans le circuit 6. De façon avantageuse, les moyens de chauffage localisé de la chambre 5, qu'il s'agisse de résistances ou de tuyaux, peuvent permettre un chauffage différencié des différentes zones de la chambre 5 réparties sur la périphérie de l'empreinte 4. En effet, la distance d peut varier sur la longueur de la chambre 5, ce qui nécessite un traitement différencié pour obtenir une accélération correspondante de la polymérisation dans certaines zones où les fuites de matière sont les plus importantes. Le plus souvent, on dispose les moyens de chauffage localisé de façon à chauffer sensiblement toute la chambre de compression. Toutefois, il est envisageable de ne chauffer qu'une partie d'une telle chambre, par exemple celle où le jeu fonctionnel est le plus important. Les moyens de chauffage, tels que les résistances 7 et 8, sont dédiés au chauffage de la chambre 5 et disposés au voisinage immédiat de la chambre 5 en configuration fermée pour pouvoir influer sur la température dans cette chambre sans perturber notablement le contrôle de la température dans l'empreinte 4. En effet, une élévation trop rapide de la température dans l'empreinte 4 pourrait induire des manques de matière, des pièces incomplètes ou d'autres défauts générant des rebus ou la nécessité d'opération de reprise. Le circuit 6' permet également de limiter ce risque. L'invention a été représentée avec un moule pourvu d'une seule chambre de compression. Elle s'applique bien entendu à un moule pourvu de plusieurs telles chambres de compression, la répartition des moyens de chauffage localisé étant alors adaptée. 11 REVENDICATIONS 1. Moule de production de pièces en matière thermodurcissable comprenant un poinçon (2) et une matrice (3) définissant entre eux une empreinte (4) de réception de matière (M), de forme correspondante à celle de la ou des pièces à produire, ledit moule étant pourvu de moyens (6, 6') de chauffage de la matière présente dans ladite empreinte, caractérisé en ce que ledit moule est également pourvu de moyens (7, 8) de chauffage localisé d'une partie au moins d'une chambre de compression (5) définie entre ledit poinçon (2) et ladite matrice (3), à la périphérie de ladite empreinte (4). 2. Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage de la matière (M) présente dans ladite empreinte (4) comprennent des premiers moyens (6, 62, 63) de contrôle de la température de la matière dans la plus grande partie de ladite empreinte (4) et des seconds moyens (6', 64, 65) de contrôle de la température de ladite matière dans ladite empreinte au voisinage de ladite chambre de compression (5). 3. Moule selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage localisé (7, 8) sont aptes à appliquer un chauffage différencié sur 25 la longueur de ladite chambre de compression (5). 4. Moule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage localisé (7, 8) sont répartis dans ledit poinçon (2) et dans ladite matrice (3). 5. Moule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage localisé (7, 8) sont disposés dans au moins une gorge (22, 32) ménagée dans ledit poinçon (2) ou ladite matrice (3) et débouchante sur une surface (21, 33) située à l'extérieur de la zone moulante (4). 6. Moule selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage localisé (7, 8) sont montés 5 de façon amovible dans ladite gorge (22, 32). 7. Moule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage localisé comprennent au moins une résistance électrique (7, 8). 8. Moule selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage localisé comprennent des tuyaux de circulation d'un fluide caloporteur. 9. Moule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens (7, 8) de chauffage localisé sont indépendants des moyens (6, 6') de chauffage de la matière (M) présente dans ladite empreinte (4). 10. Procédé de moulage d'une pièce en matière thermodurcissable, ledit procédé comprenant des étapes consistant à a) introduire une quantité de matière (M) dans l'empreinte (4) d'un moule (1) ouvert ou fermé et, le cas échéant, fermer ledit moule b) chauffer ladite quantité de matière dans ladite empreinte jusqu'à obtenir son durcissement caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à c) chauffer, localement et indépendamment de ladite empreinte, une partie au moins d'une chambre de compression (5) définie entre un poinçon (2) et une matrice (3) dudit moule, de telle sorte que la température de polymérisation de la matière (M) est atteinte plus rapidement dans ladite chambre de compression que dans ladite empreinte. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, lors de l'étape c), ladite partie ou la totalité de la chambre de compression (5) est chauffée à une température supérieure ou égale à celle à laquelle est, par ailleurs, chauffée la matière (M) dans ladite empreinte (4). 12. Procédé selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que, ladite chambre de compression (5) étant partagée en plusieurs parties réparties sur la périphérie de ladite empreinte (4), chaque partie est chauffée indépendamment des autres parties.