Brevet FR2935631A1 — publié le 20100312

l La présente invention concerne les moules pour le moulage de billes en matériaux alvéolaires polystyrène expansible ou expansé (PSE), poly méthacrylate de méthyle (PMMA) ou Copolymère (PSE, PMMA) ou polypropylène expansé (EPP). Les principales application de ces moules concernent les domaines suivants : Lost Foam, protection pour l'emballage agroalimentaire, électrodomestique, fonctions isolantes pour le bâtiment, pièces technique automobile et autres applications diverses moulées dans ces matériaux. L'invention vise également l'utilisation du moule comportant une ou plusieurs empreintes pour le moulage d'une partie de pièce, d'un ensemble de parties de pièce ou une pièce en matériaux alvéolaires pour les applications décrites ci-dessus. Les pièces obtenues en matériaux alvéolaires peuvent servir de modèles pour le procédé de fonderie Lost Foam ou procédé à modèle perdu. Dans le cas du Lost Foam les pièces moulées sont appelées tranche, partie de modèle ou modèle. Le moule au minimum est constitué de 2 parties, en vis-à-vis appelées empreintes, constituant ainsi la cavité (forme moulante). Les empreintes sont montées sur des plaques portes empreintes fixées chacune sur un demi caisson se montant sur la machine à mouler. On notera le cas particulier où les cadres de la machine à mouler constituent les demi caissons. Les demi caissons où cadres machines sont fermés en partie arrière par une plaque de fond. Cet ensemble constitue par côté de machine à mouler une chambre. Le moule peut avoir en complément de ces 2 parties appelées empreintes 30 des parties supplémentaires externes situées sur les cotés gauche, droit, inférieur ou supérieur de ces empreintes. Ce ou ces parties supplémentaires associées aux empreintes constituent alors la cavité. Ces parties supplémentaires externes sont alors appelées mécanisme. Une pièce peut être réalisée en plusieurs parties. Ces parties peuvent être moulées en même temps sur un même moule ou sur des moules différents. Le cycle de moulage se déroule généralement de la manière suivante : - Fermeture du moule - Création du vide dans les chambres et les cavités - Injection de la matière par injecteur suivant le principe de venturi. - Cuisson des billes de PSE ou autres matériaux alvéolaires. La vapeur saturée est utilisée pour la cuisson. Pour la cuisson il existe généralement différentes phases ou étapes de balayage des chambres, de vapeur traversant le moule, et d'autoclave. La cuisson permet la soudure des billes de matière alvéolaire. - Refroidissement par pulvérisation d'eau dans les chambres en 15 direction des parties arrière des cavités. - Etape de vide pour éliminer l'eau résiduelle et accentuer le refroidissement. - Stabilisation. - Ouverture du moule et extraction des pièces moulées ou modèle (cas 20 du Lost Foam). - Puis redémarrage du cycle par fermeture du moule. Aujourd'hui les empreintes sont réalisées avec des formes usinées dans des blocs en aluminium ou obtenues de fonderie et tirées d'épaisseur. Afin de permettre le passage des fluides nécessaires au moulage il est réalisé dans ces parties moulantes des orifices de petites dimensions qui permettent le passage de ces fluides. Ces orifices de petites dimensions sont appelés busage. 30 Ces busages, qui sont indispensables au processus, sont réalisés soit : - Par micro trous, précédés ou non d'un avant trou en arrière de la partie moulante. - Par la mise en place de filtres à fente ou à trous. 25 - Par l'obtention de passages réalisés par l'assemblage sur champ de tranches ou plaques en aluminium ayant des zones d'appuis à zéro et des passages. - Par l'obtention de fentes directement par électroérosion à fil dans la partie moulante. - Par des empreintes en bronze poreux. - Ou par une combinaison de ces différentes techniques. Les solutions par assemblage de tranches en aluminium ayant des zones d'appuis et par l'obtention de fentes directement par électroérosion à fil sont brevetés (Strato conception brevet Cirtes) et (KPM@ Filters brevet Knauf). Cependant, il est à noter que les moules permettant de mouler les blocs en 15 PSE (Polystyrène expansé) sont généralement réalisé avec ce type de fentes réalisées directement dans les parties moulantes. Bien que ces solutions de busage pour les empreintes soient 20 intéressantes, car elles permettent de mouler de quelques centaines de milliers de pièces à 1 million de pièces, elles présentent certains inconvénients. Quelques soient les solutions de busages retenues il faut réaliser un 25 busage homogène sur l'ensemble des empreintes. Les défauts de surface des pièces moulées sont directement liés à cette homogénéité. 30 Les solutions par micro trous et filtres, pour les formes moulantes en relief ne permettent pas d'avoir un busage en position verticale ou dans des zones en relief de faible dimension. Ceci est préjudiciable au bon remplissage du moule et à la bonne cuisson du modèle. (Manque matière, aspect de surface déficient) La solution par l'assemblage de tranches en aluminium ayant des zones d'appuis à zéro et des passages nécessite des masses de matière importantes pour avoir une bonne tenue mécanique de l'ensemble. Ces masses augmentent le temps de cycle (Cuisson et par voie de conséquence refroidissement). Du fait de l'empilage des tranches en fonction de la forme à mouler on trouvera des zones moulantes qui seront très minces et qui se termineront donc en flipot. (Partie fragile se terminant en lame de couteau) La solution par fentes obtenues directement par électroérosion à fil dans la partie moulante nécessite de percer des trous servant au passage du fil d'électroérosion qui doivent être ensuite refermés à l'aide d'inserts. Chaque fente nécessite un perçage. Ces perçages conjugués à la longueur des fentes fragilise la partie moulante (moins bonne résistance aux pressions de process de moulage matière et air) et rend difficile la mise en place d'étais arrière pouvant rigidifier l'ensemble. Ceci compromet fortement le dimensionnel attendu ainsi que l'aspect résiduel de ces fentes sur la pièce moulée qui évoluent en relief. Cette évolution est liée aux déformations crées par les pressions liées aux fluides du process tels que l'air, la vapeur, et la pression de l'expansion matière dans la cavité du moule. Ce phénomène limite fortement la longévité des empreintes ou parties moulantes. La solution par bronze poreux est très fragile et nécessite un procédé de 25 nettoyage contraignant pour garantir cette porosité. L'invention propose à l'industrie une variante de substitution aux procédés de réalisation existants. 30 Elle concerne un moule comportant au moins une empreinte pour le moulage en matériau alvéolaire d'une partie de pièce, d'un ensemble de parties de pièce ou une pièce en matériaux alvéolaires pour les applications Lost Foam, protection pour l'emballage agroalimentaire, électrodomestique, fonctions isolantes pour le bâtiment, pièces technique 35 automobile et autres applications diverses. Les empreintes du moule présentent des fentes qui traversent sa paroi en débouchant d'une part dans la chambre et d'autre part dans la cavité et qui sont réalisées entre elles sécantes par deux ou plus en fonction de la forme du relief et des complexités de la ou des empreintes. Ces fentes sécantes permettent avantageusement un meilleur passage des fluides de process tels que l'air comprimé, la vapeur d'eau, le vide : - Durant l'injection ces fentes sécantes permettent un bon remplissage de la matière dans le moule sans manques dus à des poches d'air ou des mouvements de turbulences liés à une mauvaise fuite de l'air de venturi d'injection. Les billes de matériau alvéolaire sont alors idéalement réparties et ceci a pour effet d'avoir une densité parfaitement homogène sur la pièce moulée. Durant les phases de cuisson, le débit instantané de vapeur par ces fentes sécantes permet un transfert d'énergie plus homogène nécessaire à la cuisson, que toutes les autres solutions de busages. De ce fait la soudure des billes sera plus rapide. La diffusion se faisant à partir de ces fentes, la vapeur sera directement active au niveau de la matière et chauffera donc moins les empreintes. En conséquence la phase de refroidissement sera moindre ce qui économisera l'énergie. - Ce principe de fentes sécantes diminue considérablement les perçages nécessaires au départ de l'électroérosion à fil, et donc par voie de conséquence augmente la résistance de la partie moulante. - La densité du busage est directement liée aux nombre de fentes issues de la position sécante de celles-ci, ce qui est un avantage notoire par rapport aux autres solutions telles que décrites dans le brevet Cirtes où il n'existe soit qu'un seul canal entre plaques et le brevet Knauf où il n'existe qu'un seul passage d'électroérosion issu du perçage. Tout en améliorant la qualité des pièces moulées, ces effets conjugués, au delà de la réduction du temps de cycle, sont primordiaux et essentiels aujourd'hui au regard des objectifs de réduction des coûts énergétiques.35 Selon une première variante les fentes sont sécantes 2 à 2. Avantageusement ces fentes peuvent s'étendre de manière rectiligne, curviligne, ou suivant une combinaison de ces formes. La largeur des fentes peut varier de 0,1 mm à plusieurs dizaines de dixièmes de mm. Cette largeur dépend des techniques de réalisation. Préférentiellement la largeur sera de 0.13mm. Selon une variante, au même point d'intersection on peut avoir plus de 2 10 fentes sécantes. Selon une autre variante une fente peut présenter à différents endroits plusieurs points sécants chacun comportant au moins 2 fentes sécantes. 15 Selon encore une autre variante l'intersection sécante des fentes peut être faite en dehors des parties moulantes Avantageusement à l'intersection de ces fentes sécantes on réalisera un perçage. Ce perçage servira à mettre un boulon ou tout autre système qui 20 garantira le maintien de l'empreinte. La fonction de ce boulon ou autre système peut être assimilé à celle d'un rivet. Selon un mode de réalisation, on utilisera ce perçage à l'intersection de ces fentes pour fixer une entretoise permettant de maintenir l'empreinte en 25 position par rapport à la plaque de fond. Selon un autre mode de réalisation, on utilisera ce perçage à l'intersection de ces fentes pour fixer un fourreau servant de logement à l'injecteur. Ce fourreau aura alors plusieurs fonctions telles que entretoise, et 30 positionnement précis de l'injecteur. Avantageusement on pourra réaliser l'isolation, à l'aide de tout matériau isolant résistant aux fluides nécessaires au procédé de moulage, de toutes les parties constituant le moule de manière interne aux chambres, 35 externes aux chambres ou suivant un compromis interne externe aux chambres. La partie empreinte quand à elle ne sera pas isolée. Cette action aura pour effet une réduction de la consommation énergétique nécessaire au process de moulage. Cette invention vise l'utilisation d'un moule présentant au moins l'une des caractéristiques précédemment exposées, ou une combinaison de ces caractéristiques pour réaliser par moulage une partie de pièce, un ensemble de parties de pièce ou une pièce en matériaux alvéolaires pour les applications : Lost Foam, protection pour l'emballage agroalimentaire, électrodomestique, fonctions isolantes pour le bâtiment, pièces technique automobile et autres applications diverses. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours des descriptions qui seront faites en référence aux figures annexées parmi les quelles : - la figure 1 illustre, en vue de dessus, une empreinte suivant un premier mode de réalisation. - les figures 2 et 3 illustrent différentes formes de fentes sécantes au minimum 2 à 2. La figure 4 illustre un exemple de système de maintien à l'intersection des fentes sécantes fixé dans un perçage préalablement réalisé. La figure 5 illustre le montage d'une entretoise entre l'empreinte et la plaque de fond - La figure 6 illustre un exemple de fourreau ayant la double fonction entretoise et positionnement précis du nez de l'injecteur. La figure 7 quand à elle illustre la possibilité de réaliser l'intersection sécante des fentes en dehors des parties moulantes des empreintes. II doit être entendu que l'invention n'est en aucun cas limitée aux moules dont les formes sont représentées aux figures 1 et 7 et qu'elle s'étend à tous les moules qui présenteraient les caractéristiques de l'invention, quelque soient leurs formes ou leurs dimensions. II est aussi entendu que la figure 4 illustrant un exemple de système de maintien à l'intersection des fentes sécantes réalisé par un boulon n'est pas limitée à ce type de boulon, qui peut avoir toute autre forme, et peut même être réalisé par rivetage, ou tout autre système mécanique. La figure 1 illustre, en vue de dessus, un demi moule 1. Le demi moule 1, comporte 3 empreintes 2, 3 et 4 creusées dans son 15 épaisseur. Comme le montre la figure 1, le demi moule présente des fentes 5, 6, 7 illustrées par des lignes dans chacune des empreintes. Ces lignes 5, 6, 7 peuvent être de différentes formes : droites, curvilignes et de différentes 20 longueurs. Comme le montre la figure 2, les fentes10 sont sécantes 2 à 2. Une fente 20 peut être sécante en 2 endroits différents avec des fentes 30. 25 Comme le montre la figure 3, les fentes 10 sont sécantes au nombre de 3.Le nombre de fentes n'est pas limitatif. La forme des fentes peut être différente : fentes 10 et 20 droites, fentes 31 droite angulaires, fente 41 courbe, fente 51 combinaison de fente courbe et droite. La forme des fentes est liée au relief de l'empreinte et à la profondeur des empreintes 30 ceci déterminant l'épaisseur de la pièce moulée. Comme le montre la figure 4, on maintien la tenue de l'empreinte 2, à l'intersection des fentes 31, 41, 51 par la mise en place d'un boulon 12 dans un perçage réalisé à l'intersection de ces fentes. La tête de ce boulon 35 12 pourra être conique ceci augmentant encore la tenue et la résistance de la partie moulante (Pas d'amorce de rupture dans l'épaisseur de l'empreinte 2). Comme le montre la figure 5, l'entretoise 13 est fixée coté empreinte 2 et coté plaque de fond 33. Cette entretoise sert d'étai pour maintenir l'empreinte vis-à-vis de la plaque de fond. Ce principe d'étai permet de garantir la position de l'empreinte qui résiste ainsi aux différentes pressions du process de moulage. L'entretoise 13 est fixée depuis l'extérieur des 2 cotés avec des vis représentées en 43.On pourra remplacer ces vis notées 43 par un ou des inserts vissés dans l'empreinte 2 et la plaque de fond 33, ceci supprimant le logement de la tête du boulon. La figure 6 montre un exemple de fourreau 34, fixé coté empreinte 2 au niveau du nez 54 par filetage directement dans l'empreinte 2. La fixation arrière au niveau de la plaque de fond 33 est réalisée par 2 ou plusieurs vis positionnées dans les perçages notés 44. Ce fourreau pourra exister sous forme de tube ajouré ou non, présentant des ouvertures latérales internes à la chambre du moule. Ce fourreau sert d'entretoise comme décrit dans le cas de la figure 5. Traditionnellement les injecteurs sont fixés depuis l'arrière de la plaque de fond 33. Ils sont positionnés en appui à l'arrière de l'empreinte 2, et de ce fait lors du montage on a souvent une pression (donc une déformation de l'empreinte et par conséquence une diminution ou augmentation de l'épaisseur du modèle) Dans le cas d'un positionnement sans appui il y a un jeu (espace), ce qui au moment des différentes phase du process de moulage crée des mouvements de la partie moulante et engendre donc des fissures au niveau de l'empreinte 2. Le fourreau 34 pour injecteurs sur la figure 6 a le double avantage : d'une entretoise, de la mise en position de l'injecteur reproductible toujours en appuis sans déformation des empreintes lors des différents montages te démontages de celui-ci.35 Comme on peut le voir sur la figure 7, le profil des empreintes 2, 3, 4 est un profil extérieur. On pourra avoir des empreintes déterminées par un profil extérieur 2 et intérieur 35. Les parties internes 35 peuvent être nombreuses. On pourra alors réaliser l'endroit sécant des fentes 7, 8 à l'intérieur des empreintes 3 et 4. L'endroit sécant des fentes 5 et 6 est réalisé à l'extérieur des empreintes 2 et 3 .On pourra donc trouver ces sécantes de fentes de manière interne, externe, ou mixte par rapport aux profils des empreintes. 15 20 25 30 35 REVENDICATIONS1. Moule comportant au moins une empreinte pour le moulage en matériau alvéolaire d'une partie de pièce, d'un ensemble de parties de pièce ou une pièce en matériaux alvéolaires pour les applications Lost Foam, protection pour l'emballage agroalimentaire, électrodomestique, fonctions isolantes pour le bâtiment, pièces technique automobile et autres applications diverses. Les empreintes du moule présentent des fentes qui traversent sa paroi en débouchant d'une part dans la chambre et d'autre part dans la cavité et qui sont réalisées entre elles sécantes par deux ou plus en fonction de la forme du relief et des complexités de la ou des empreintes. 2. Moule selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fentes sont sécantes 2 à 2 ou plus, au même endroit ou à des endroits différents. 3. Moule selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les fentes sont de différentes formes : droites, curvilignes ou un mixte de ces formes et de différentes longueurs. 4. Moule selon la revendication 3, où à l'endroit de l'intersection des fentes sécantes, on maintien l'empreinte par la mise en place dans un perçage d'un boulon, d'un rivet ou tout autre système de maintien mécanique qui rigidifie l'empreinte. 5. Moule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sécante des fentes est située dans l'empreinte. 6. Moule selon l'une quelconque des revendications de 1 à 4, caractérisé en ce que la sécante des fentes est située à l'extérieur de l'empreinte. 7. Moule selon l'une quelconque des revendications de 1 à 4, caractérisé en ce que la sécante des fentes est située à l'extérieur et à l'intérieur d' une même empreinte. 8. Moule selon l'une des quelconques revendications précédentes, caractérisé par la mise en place d'une ou plusieures entretoises entre l'empreinte et la plaque de fond, fixées à l'intersection de fentes sécantes. 9. Moule selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un fourreau pour injecteur est fixé sur une ou plusieures empreintes. 15 10. Moule selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des matériaux isolants, à l'intérieur ou à l'extérieur du caisson. 11. Utilisation d'un moule suivant l'une quelconque des revendications 20 précédentes pour réaliser en matériau alvéolaire une partie de modèle, des parties de modèle ou un modèle pour le procédé modèle perdu ou Lost Foam, ou pour réaliser en matériau alvéolaire des pièces techniques ou composants techniques pour le marché de l'automobile ou de la construction du bâtiment. 25 12. Utilisation d'un moule suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 10 précédentes pour réaliser en matériaux alvéolaires des contenants ou des emballages pour les marchés de : 30 l'agroalimentaire, l'électrodomestique, ou tout autre domaine utilisant ces types de produit. 10