Brevet FR2939707A1 — publié le 20100618

L'invention est relative à un dispositif de verrouillage des éléments d'un moule pour injection compression Dans la technique du moulage par injection compression, chaque moule est composé d'une matrice portant l'empreinte de la pièce à réaliser, d'un poinçon venant en vis-à-vis de l'empreinte et d'un corps annulaire d'étanchéité, portant des segments d'étanchéité frottant contre la périphérie du poinçon et monté coulissant sur lui. Ce corps peut être déplacé entre une position dans laquelle il est en contact d'étanchéité contre la matrice, dans les phases d'injection et de compression, et une position reculée, dans laquelle il est éloigné de cette matrice, dans la phase d'ouverture du moule. Après fermeture de la presse et du moule, le corps annulaire d'étanchéité est amené contre la matrice et est liée à celle-ci par des verrous mécaniques, afin de rester solidaire de celle ci pendant les phases ultérieures d'injection et de moulage. Après écartement de l'un des éléments du moule pour donner à l'empreinte de la pièce une épaisseur et un volume supérieurs à ceux de cette pièce, en formant ce qui est appelé l'entrefer, la matière plastique est injectée sous pression dans le logment ainsi formé, avec une pression plus faible que celle qui serait nécessaire par le procédé traditionnel d'injection dans une empreinte ayant le volume de la pièce finale. C'est après cette injection que les plateaux de la presse portant les éléments du moule sont rapprochés pour fournir l'effort qui ramène l'empreinte à son épaisseur normale, tout en assurant la répartition de la matière dans cette empreinte et la formation par compression de la pièce finale. En fonction de la forme de l'empreinte et des caractéristiques de la matière injectée, le procédé peut rencontrer les difficultés suivantes : o Pendant l'injection : variation de la pression d'injection au fur et à mesure de son écoulement dans l'entrefer formé entre le fond de l'empreinte et le poinçon, nécessitant d'augmenter cette pression avec, pour conséquences, d'augmenter la valeur de l'effort résistant, la fatigue des composants du moule et de la presse et les risques de fuite de matière formant des bavures sur la pièce.; Pendant la compression : o augmentation générale ou localisée de la valeur de l'entrefer, due à la déformation des éléments du moule ou aux modifications de la position 35 relative de ses éléments, conduisant à des pièces dont l'épaisseur est irrégulière, o rupture ou coincement des verrous mécaniques, nécessitant des arrêts de production pour réparation. Ces inconvénients de fonctionnement ont pour origine la possibilité qu'ont les éléments du moule de modifier leurs positions relatives sous la pression d'injection ou sous la force de compression. S'ajoute à cela le recours à des verrous mécaniques qui, par usure et 5 fatigue, deviennent sources de pannes diverses. Un objet de l'invention est de fournir un dispositif de verrouillage des éléments d'un moule qui remédie, d'une part, aux inconvénients des verrous actuels et, d'autre part, aux difficultés complémentaires rencontrées lors du moulage par injection puis compression. 10 A cet effet, le dispositif comprend : - plusieurs vérins hydrauliques, répartis autour du poinçon, interposés entre le corps annulaire d'étanchéité et un sommier fixe et aptes à déplacer le dit corps parallèlement à la direction de fermeture de la presse, - des organes multiplicateurs de pression alimentant chacun des dits vérins, 15 - - et, autant d'ajutage calibré réglable associé à un débitmètre qu'il y a de vérins, chacun de ces ensembles étant disposé sur le circuit hydraulique qui, reliant un distributeur à chacun des organes multiplicateurs de pression, sert au refoulement en phase de compression. Le remplacement des verrous mécaniques par des vérins hydrauliques, 20 simplifie la construction du moule et l'assemblage de ses composants, tous en éliminant les sources de pannes par coincement et grippage et en apportant une facilité d'examen et de contrôle du fonctionnement de la presse. Avec cet agencement, le verrouillage du corps d'étanchéité avec la matrice est assuré par placage du corps contre celle-ci au moyen de vérins 25 hydrauliques qui, grâce à leur alimentation par les organes multiplicateurs de pression, peuvent présenter une dimension diamétrale réduite. Cette réduction de l'encombrement permet de multiplier le nombre de vérins et de les répartir tout autour du poinçon. II en résulte que le corps d'étanchéité est soumis à une puissance développée uniformément répartie autour du poinçon et ayant une 30 valeur plusieurs fois supérieure à celle pouvant être obtenue avec un ou plusieurs vérins de plus grande section. Dans chacune des phases utilisant les organes de surpression pour alimenter les vérins dans le sens du placage du corps d'étanchéité contre la matrice, à savoir pendant les phases d'injection et de compression, la lecture des 35 valeurs de débit affichées par les différents débitmètres permet de connaître les conditions de fonctionnement du moule et, en particulier, si ses éléments se déplacent parallèlement les uns aux autres. A défaut de déplacements parallèles, un réglage de calibrage peut être effectué en ajustant, de manière manuelle ou de façon automatique, le débit de fuite de chacun des débitmètres réglables concernés. Grâce à cela, les différents éléments du moule conservent une position sensiblement stable et équilibrée, ce qui garantit la stabilité de l'entrefer, aussi bien pendant l'injection que pendant la compression, et permet, pendant la compression, d'obtenir une force de compression constante. Il est précisé que, si l'utilisation d'organes multiplicateurs de pression est déjà connu dans une presse d'injection, par exemple par le document US 6 109 036, le dispositif selon l'invention s'en différencie, d'une part, par son application au verrouillage des éléments d'un moule, au lieu de son application à l'accroissement de la pression exercée sur l'un des plateaux d'une presse, et, d'autre part, par la présence de moyens de contrôle et de réglage des débits de retour au réservoir. Dans une forme de réalisation de l'invention, chacun des vérins de 15 verrouillage est alimenté par un vérin multiplicateur de pression. Ainsi, chacun des vérins de verrouillage est indépendant des autres vérins et peut être contrôlé et réglé indépendamment des autres, ce qui permet d'équilibrer le parallélisme des éléments du moule. D'autre caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui 20 suit, en référence au dessin schématique annexé, dans lequel : Les figures 1 à 3 sont des vues en coupe longitudinale d'une presse avec moule équipé du dispositif selon l'invention, lorsque la presse est respectivement, au repos, en phase d'injection et en phase de compression ; La figure 4 est une vue en coupe transversale selon IV- IV de figure 3 25 montrant la répartition des vérins de verrouillage autour du poinçon Aux figures 1 à 3, la référence numérique 2 désigne le plateau fixe d'une presse et 3 son plateau mobile, déplaçable sur des colonnes 4 par des moyens moteurs schématisés par les vérins hydrauliques 5. Le moule est composé : 30 o d'une matrice 6 fixée sur le plateau mobile 3 et comportant, en creux, une partie 7a de l'empreinte 7 de la pièce à réaliser, o d'un poinçon 8 porté par un sommier 9a, 9b fixé sur le plateau fixe 2, o et d'un corps annulaire d'étanchéité 10, entourant le poinçon 8, monté coulissant sur lui et portant des segments d'étanchéité 12 frottant contre la 35 périphérie de ce poinçon avec l'aide de moyens de poussée, tels que des ressorts 13 . La matrice 6 comporte une buse d'injection 14 alimentée par un conduit 15 provenant d'une extrudeuse ou équivalent. Selon l'invention, les moyens qui assurent le verrouillage du corps 10 sur la matrice 3, de la fermeture du moule jusqu'à son ouverture après la phase de compression, sont constitués par une pluralité de vérins hydrauliques 16 qui, comme montré à la figure 4, sont de petit diamètre et de faible encombrement, sont répartis autour du poinçon 8 et sont alimentés individuellement par un organe 17 multiplicateur de pression. Le corps 16a du vérin 16 est lié au sommier 9a, tandis que sa tige 16b est liée au corps d'étanchéité 10. On notera que cette tige traverse la base élargie du poinçon, base qui assure ainsi le guidage de son coulissement, mais aussi son positionnement et celui du corps 10. Dans cette forme d'exécution, l'organe multiplicateur de pression 17 est un vérin comprenant : o un piston central 17a, de grand diamètre, o une tige 17b, solidaire du piston 17a et s'étendant de chaque coté de lui, o et deux pistons extrêmes 17c, calés sur la tige et ayant un plus petit 15 diamètre que celui du piston central 17a. Ces pistons sont disposés dans un corps 18 avec lequel ils délimitent des chambres centrales 19a et 19b et des chambres latérales 19c et 19d. Les chambres 19a et 19b sont reliées par des canalisations 20 et 21 à un distributeur 22, commun à tous les vérins multiplicateurs 17 et lui-même connecté à un 20 conduit de retour au réservoir23 et à une source 24 de fluide hydraulique sous pression. Les chambres latérales 19c et 19d des vérins surpresseurs 17 sont reliées par des canaux, respectivement, 25 et 26, aux chambres coté piston 50 et coté tige 51 du vérin 16 correspondant. Chaque canalisation 20 comprend une dérivation 200 équipée d'un 25 ajutage calibré 32 avec débitmètre 33 et moyen de réglage 34, protégé par un clapet anti retour 35, s'ouvrant au refoulement de la chambre 19a du vérin 17 correspondant. La partie de canalisation 20 délaissée par la dérivation 200 est équipée d'un clapet antiretour 36 travaillant en sens inverse de celui 35. Le processus de fabrication d'une pièce avec ce moule est le suivant : 30 Le moule et la presse, initialement dans la position de figure 1, sont d'abord amenés en position de fermeture, position dans laquelle la matrice 6 est abaissée sur le poinçon 8 jusqu'à venir au contact du corps 10. Ensuite et pendant que la matrice 6 est éloignée du poinçon pour venir dans la position d'injection montrée à la figure 2, position dans laquelle elle forme 35 avec le poinçon 10 l'entrefer E, les vérins 16 sont alimentés par leurs chambres respectives 50 pour que le corps 10 reste plaqué contre la matrice, comme si ce corps était lié à la matrice par les verrous mécaniques habituels. En fait, et comme montré par les circuits en traits continus à la figure 2, l'alimentation de chaque vérin 16 à partir du distributeur 22 s'effectue par la canalisation 20 qui, suivant la flèche 41 amène le fluide sous pression dans la chambre 19a de l'organe multiplicateur 17 correspondant. Le piston 17a de grande section est déplacé dans le sens de la flèche 42. II en résulte que le piston de plus petit diamètre 17c est déplacé dans le même sens, mais exerce sur le fluide hydraulique contenu dans la chambre 19c une pression qui est supérieure à celle de la chambre 19a, dans le rapport des sections de ces chambres. Le fluide contenu dans la chambre 19c emprunte le canal 25 pour venir dans la chambre coté piston 50 du vérin actif 16 et soumettre ce piston à une poussée dans le sens de la flèche 43. De façon connue, le circuit 25 et 26 pour la surpression est composé 10 par des canaux formés dans des pièces massives et dont les branches sont courtes et de même longueur. Grâce à l'utilisation d'une surpression ayant une valeur plusieurs fois supérieure à la pression habituellement utilisée, par exemple 1500 bars au lieu de 150 à 200, chacun des vérins 16 nécessairement disposés dans l'encombrement 15 des éléments du moule pour éviter les flambages de tige, peut présenter une section et un encombrement plus faible que celles des vérins habituels travaillant à pressions plus basses, ce qui permet non seulement de le loger plus facilement, mais aussi d'en multiplier le nombre pour obtenir une puissance de réaction égale et même supérieure à celle de la presse. 20 Cette surpuissance est utilisée pour contrôler les mouvements de la matrice 6 et la stabilité de l'entrefer E. En effet, s'il s'avère que localement la pression d'injection de la matière 40 dans l'empreinte du moule tend à faire reculer le corps d'étanchéité 10 et à modifier la valeur de l'entrefer E, la puissance procurée par les surpressions envoyées dans les vérins 16 par les vérins 25 multiplicateurs 17, s'oppose à ce déplacement et garantit l'équilibrage des éléments du moule et le maintien de leurs positions relatives. La phase suivante de compression, pendant laquelle le plateau déplaçable 3 est soumis à la force de fermeture de la presse et communique cette force, par la matrice 6, à la matière 40 contenue dans l'empreinte, est précédée 30 par une sous phase au cours de laquelle l'entrefer est réduit de sa valeur E à une valeur e, visible figure 3 et correspondant à la valeur qu'il doit avoir pour réaliser des pièces de l'épaisseur voulue. Cette réduction, qui s'effectue par un déplacement des composants du moule selon la flèche 45 à la figure 3, est contrôlée par le dispositif hydraulique qui lie le corps 10 à la matrice. En effet, et 35 comme le montre les circuits en traits continus de la figure 3, de même que la flèche 46, le fluide contenu dans la chambre coté piston 50 de chaque vérin 16 est en partie transféré par le canal 25 dans la chambre 19c du vérin surpresseur 17. Cela provoque le déplacement des pistons dans le sens de la flèche 47 et le déplacement selon la flèche 48 du fluide de la chambre 19a par la canalisation 20 qui travaille alors en refoulement. Le clapet antiretour 36 s'opposant au passage du fluide, ce dernier est obligé d'emprunter la dérivation 200 et de passer dans l'ajutage calibré 32 avant de rejoindre le distributeur 22. Si la valeur mesurée par le débitmètre 33, est différente des valeurs mesurées avec les autres débitmètres, indiquant ainsi que les éléments du moule ne se déplacent pas parallèlement, ou est différente de la valeur habituelle, l'opérateur ou une commande automatique peut actionner le moyen de réglage 34 pour augmenter ou réduire la section de passage de l'ajutage, donc le débit de retour au réservoir 23. Cette possibilité de contrôle et de réglage permet donc d'obtenir : o l'équilibrage des positions relatives des éléments du moule, donc le contrôle de son parallélisme, o un entrefer régulier et précis, car réglable en cours de compression, garantissant un faible taux de rebut des pièces obtenues, o et une force de fermeture constante, pendant la compression, améliorant la qualité des pièces. A ces avantages s'ajoute celui résultant du remplacement par les moyens hydrauliques 16 et 17, des moyens mécaniques de verrouillage habituellement utilisés pour lier les éléments du moule, moyens qui sont connus pour mal supporter les fortes températures du moule et engendrer, par usure ou fatigue, de nombreux problèmes de casse, blocage ou grippage. REVENDICATIONS1.) Dispositif de verrouillage des éléments d'un moule pour injection compression, composé d'une matrice (6) portant l'empreinte (7) de la pièce à réaliser, d'un poinçon (8) faisant vis-à-vis à l'empreinte et d'un corps annulaire d'étanchéité (10), monté coulissant sur le poinçon, caractérisé en ce qu'il comprend : - plusieurs vérins hydrauliques (16) répartis autour du poinçon (8), interposés entre le corps annulaire d'étanchéité (10) et un sommier fixe (9a, 9b) et aptes à déplacer le dit corps (10) parallèlement à la direction de fermeture de la presse, - des organes (17) multiplicateurs de pression alimentant chacun des dits vérins (16), - et, autant d'ensemble (32-33), composé d'un ajutage calibré réglable (32) et d'un débitmètre (33, qu'il y a de vérins (16), chacun de ces ensembles étant disposé sur le circuit hydraulique (20, 200) qui, reliant un distributeur (22) à chacun des organes multiplicateurs (17), sert au refoulement en phase de compression. 2.) Dispositif de verrouillage des éléments d'un moule pour injection comprression selon la revendication 1 caractérisé en ce chacun des vérins (16) de verrouillage est alimenté par un vérin (17) multiplicateur de pression. 3.) Dispositif de verrouillage des éléments d'un moule pour injection comprression selon la revendication 1 caractérisé en ce que les tiges (16b) des vérins (16) de verrouillage sont montées coulissantes et guidées en translation dans la base élargie du poinçon (8). 4.) Dispositif de verrouillage des éléments d'un moule pour injection comprression selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque débitmètre (33) est disposé sur une dérivation (200) de l'une des branches (20) provenant d'un distributeur commun (22) et allant à l'organe (17) multiplicateur de pression, et sa dérivation (200) comprend un clapet antiretour (35) s'ouvrant au refoulement, tandis que la portion de branche (20) contournée par la dérivation (200) comprend un clapet antiretour (36) s'ouvrant lorsque le fluide hydraulique va à l'organe (17).