Brevet FR3012992A1 — publié le 20150515

Domaine de l'invention La présente invention concerne d'une façon générale les équipements pour l'injection de pièces en matière synthétique, et plus particulièrement un nouvel agencement de buse d'injection dotée de moyens de chauffage. Etat de la technique antérieure De façon conventionnelle, une buse d'injection est alimentée en matière fondue à injecter (une ou plusieurs matières), et il est important de contrôler la température de la matière dans le canal d'amenée de la buse, jusqu'au point d'injection, cette température étant importante pour une bonne mise en oeuvre du processus d'injection et la qualité des pièces injectées. A cet effet, le corps de buse intègre classiquement une résistance de chauffage, de manière à maintenir le conduit acheminant la matière fondue à la température appropriée. Une difficulté survient toutefois à mesure que la matière fondue se rapproche de l'obturateur et du point d'injection. En effet la canalisation et la régulation de la température dans cette région sont très délicates à réaliser. Pour promouvoir l'acheminement de la température depuis les moyens de chauffage jusqu'à la matière injectée, il est classique d'équiper la buse d'un insert ou chemisage en matériau ayant des propriétés de conduction thermique appropriées. Les documents US 2003124216A1, US2012187610A1 donnent des exemples de tels inserts. Un inconvénient de ce type de solution connue réside en ce que l'insert conducteur est contraint à venir au contact de la matière fondue, ce qui pose un certain nombre d'autres problèmes (encrassement, corrosion, surchauffe de la matière). Une solution connue à ce problème consiste à adapter la nature de l'insert conducteur pour qu'il résiste mieux au contact du polymère, le cuivre n'ayant pas notamment les caractéristiques mécaniques autorisant un tel 30 usage. Il est ainsi connu de réaliser l'insert en cupro-béryllium, qui présente une dureté de l'ordre de 1 200 à 1 400 HB, qui permet de le placer dans le flux de matière. En revanche la conductivité thermique du cupro-béryllium est sensiblement plus basse que celle du cuivre (typiquement d'environ 30 à 35 % de celle du cuivre), si bien que la fonction de conduction thermique vers la matière depuis le moyen de chauffage se trouve mal assurée. Résumé de l'invention L'invention vise à pallier tout ou partie des inconvénients et limitations ci-dessus. Elle vise également à proposer une buse d'injection qui permette d'assurer un excellent contrôle de la température de la matière dans la région de la sortie de la matière fondue. On propose à cet effet une buse pour l'injection de matière synthétique en fusion dans une cavité de moulage, comprenant un corps métallique délimitant au moins un passage pour de la matière à injecter, et des moyens de chauffage pour chauffer de façon contrôlée la température de la matière fondue au sein du passage, caractérisée en ce qu'elle comprend, entièrement au sein de la matière du corps au voisinage d'un orifice de sortie de la matière fondue vers une cavité de moule, un insert métallique en un matériau présentant une conductivité thermique supérieure à celle du matériau formant le corps métallique. Ci-dessous figurent certains aspects préférés, mais nullement limitatifs, de la présente invention, pris individuellement ou en toutes combinaisons pouvant venir à l'esprit de l'homme du métier et techniquement compatibles : * l'insert est prévu dans un embout assemblé sur une partie principale de buse. * l'insert est prévu à un niveau axial où la densité de chaleur apportée par les moyens de chauffage est supérieure à une densité de chaleur moyenne. * le rapport entre la conductivité thermique de l'insert et la conductivité thermique du matériau du corps métallique est compris entre environ 7 et 20, plus préférentiellement entre environ 10 et 16. * le corps métallique est en acier, préférentiellement en acier traité à coeur, et l'insert thermiquement conducteur est à base de cuivre. * l'insert (220) présente une épaisseur variable dans la direction axiale. * l'insert est réalisé d'un seul tenant. * l'insert est réalisé en plusieurs parties. * les caractéristiques d'interface entre le matériau du corps métallique et le matériau de l'insert varient dans la direction axiale. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un équipement pour l'injection de pièces en matière synthétique, caractérisé en ce qu'il comprend : un moule pourvu d'un moins une cavité de moulage, et au moins une buse telle que définie ci-dessus, apte à venir s'accoster au moule en vue d'injecter de la matière fondue dans ladite cavité. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser l'injection d'une très vaste gamme de polymères, y compris les plus abrasifs et corrosifs, et également de chauffer la matière au plus près de la zone d'injection de façon à garder la meilleure continuité thermique possible. Ainsi le matériau au contact du polymère, constituant le corps de l'embout, reste le matériau traditionnel (typiquement un acier de très haute dureté, tel qu'un acier traité à coeur), compatible avec les exigences physico- 2 5 chimiques des polymères (pression, abrasion, corrosion, etc.). Quant à l'insert à conductivité thermique élevée, il assure un transfert thermique très important. En d'autres termes, l'invention permet de dissocier la fonction de transport de l'énergie thermique vers la matière fondue injectée et la fonction 30 d'acheminement de cette matière au point d'injection, ce que permet d'optimiser chacune des fonctions indépendamment l'une de l'autre. Des essais effectués par la Demanderesse ont par ailleurs permis de démontrer que la conduction thermique minimale de l'insert, par rapport à celle du matériau (en général acier de haute dureté) de l'embout, devait être comprise dans les gammes indiquées plus haut pour obtenir une fonction satisfaisante d'acheminement de la chaleur vers le polymère injecté. Brève description des dessins D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : La figure 1 est une vue en coupe axiale d'une buse d'injection équipée d'un embout selon une première forme de réalisation de l'invention, La figure 2A est une vue en élévation de côté d'un embout de buse d'injection selon cette première forme de réalisation de l'invention, du type sans obturateur dit « pin-point débouchant », La figure 2B est une vue en bout de l'embout de la figure 2A, La figure 2C est une vue en coupe selon la ligne CC de la figure 2B, La figure 3A est une vue en élévation de côté d'un embout de buse d'injection selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, du type sans obturateur dit « pin-point sur pièce », La figure 3B est une vue en bout de l'embout de la figure 3A, La figure 3C est une vue en coupe selon la ligne CC de la figure 3B, La figure 4A est une vue en élévation de côté d'un embout de buse d'injection selon une troisième forme de réalisation de l'invention, du type « obturé sur pièce », La figure 4B est une vue en bout de l'embout de la figure 4A, et La figure 4C est une vue en coupe selon la ligne CC de la figure 4B. Description détaillée de formes de réalisation préférées En référence tout d'abord à la figure 1, on a représenté partiellement une buse 100, 200 d'injection de matière synthétique pour la réalisation en grande série de pièces injectées. Elle comprend une partie principale 100 avec un corps 102 généralement cylindrique de révolution dans lequel est formé un passage axial traversant 104 destiné à recevoir de façon bien connue en soi un obturateur mobile non représenté, et la matière en fusion à injecter. La matière à injecter pénètre ici par une ouverture latérale 106. De façon ici encore bien connue en soi, la buse est complétée par une partie supérieure 300 pouvant former guide d'obturateur (dans les versions obturées), un bouchon vissé 400 retenant le guide d'obturateur, une bague 500 dont le rôle est de maintenir la buse en position axiale, et un élément de chauffage ici sous forme d'un élément résistif 600 enroulé en hélice dans une gorge formée à la surface extérieure du corps 102. On observe que le pas d'enroulement est plus serré dans la partir inférieure de la buse, de matière à apporter une densité de chaleur plus importante dans la partie basse de la buse. Le corps de buse 102 s'ouvre en partie inférieure sur un logement de forme généralement cylindrique dans lequel est destiné à être monté un embout 200 complétant la buse comme on va le décrire en détail dans la suite. On peut adapter sur un même corps de buse 102 différents embouts de buse, se distinguant les uns des autres principalement par la façon de s'accoster sur le moule d'injection, de réaliser l'obturation du flux de matière d'injection, et de diriger ce flux lors de sa pénétration dans la cavité de moule correspondante. L'embout 200 est fixé sur le corps de buse 102 de préférence par vissage. En référence tout d'abord aux figures 2A à 2C, on a représenté un embout de buse 200 du type « pin-point débouchant », c'est à dire possédant une cavité annulaire de sortie définie entre une partie extérieure cylindrique de révolution et une protubérance centrale de forme conique, la pointe dirigée vers le moule. L'embout 200 comprend un corps principal 202 délimitant un espace central 204 comportant en succession dans le sens de l'arrivée de la matière d'injection une partie tronconique en rétrécissement, une partie cylindrique et une autre partie tronconique en rétrécissement, à l'extrémité de laquelle se trouve la sortie de matière. Le corps principal 202 est fileté extérieurement pour son vissage dans le corps de buse. L'embout 200 présente par ailleurs : - une partie supérieure rétrécie 214 destinée au centrage de l'embout, rejoignant la périphérie de la partie principale du corps 202 par un épaulement 212, - une rainure périphérique 218 délimitant le filetage du corps principal, et - une série d'encoches 216 destinée à coopérer avec un outil de serrage et situées à la transition entre la périphérie cylindrique du corps 202 et l'embout et une partie terminale tronconique 207 assurant la transition vers la zone d'accostage sur le moule. Comme indiqué plus haut, cette zone d'accostage comprend une partie cylindrique de révolution 206 de diamètre sensiblement plus petit que celui du corps 202 et possédant une paroi intérieure de forme tronconique, se retrécissant vers un orifice de sortie 211. Cette paroi intérieure délimite un passage de sortie dans lequel est formée une pointe conique 208 destinée à véhiculer la chaleur jusqu'à la zone d'injection et assurer le centrage sur le moule, la partie 206 et la pointe 208 délimitant entre elles un passage de sortie 210 communiquant avec l'espace 204 par un passage 209 orienté en biais. Cette configuration de sortie de matière est classique en soi et ne sera pas décrite plus avant. Selon l'invention, le corps 202 de l'embout abrite en son sein un élément 220 destiné à promouvoir le transfert de la chaleur depuis le corps de buse 102, chauffé par l'élément chauffant 600, et le passage de matière fondue formé dans l'embout. Cet élément est réalisé de préférence sous la forme d'un insert en un matériau métallique présentant une conductivité thermique plus élevée que celle du matériau de l'embout. Typiquement, lorsque l'embout est réalisé en acier traité à coeur, de façon classique en soi, l'insert est réalisé en cuivre, ou en un alliage à base de cuivre. On peut en variante utiliser des alliages à base d'aluminium, ou des alliages de cuivre et d'aluminium. Les dimensions et la forme de l'insert 220 sont définies principalement en fonction des caractéristiques de l'apport de chaleur par les moyens de chauffage 600, via l'interface entre le corps de buse et le corps d'embout, et d'une loi d'évolution de température recherchée dans la région de sortie de la matière, au droit de l'insert. L'embout 200 pourvu de son insert conducteur 220 peut être réalisé par tout procédé à la disposition de l'homme du métier. Par exemple on peut réaliser une partie de l'embout par frittage Laser, en formant une cavité annulaire destinée à recevoir l'insert, puis couler de cuivre ou l'alliage à base de cuivre dans la cavité annulaire, puis terminer l'embout en mettant en oeuvre une nouvelle étape de frittage Laser. La pièce est ensuite usinée et finie de façon conventionnelle. On notera qu'il est possible de jouer sur la conduction effective de chaleur de la périphérie vers l'intérieur de l'embout 200 en traversant l'insert 220, en jouant sur les caractéristiques des interfaces entre le matériau de l'insert et le matériau du corps 202 de l'embout. Par exemple, on peut faire en sorte d'avoir un arrangement atomique plus ou moins organisé au niveau des interfaces, voire des vides non entièrement comblés lors de la coulée du cuivre ou de l'alliage à base de cuivre, pour ainsi contrôler le transfert calorique en direction généralement radiale dans le matériau du corps 202 en traversant l'insert 220. On peut également, comme illustré sur la figure 2C en particulier, faire varier l'épaisseur et la forme de l'insert 220 au sein de la matière du corps 202. Notamment, on peut prévoir une épaisseur d'insert qui augmente progressivement de ses bords vers son centre (en direction axiale). On peut également faire en sorte que la forme générale de l'insert 220 épouse la forme générale du corps 202, en particulier comme illustré. Par ailleurs, l'insert 220 peut être réalisé en une pièce unique annulaire refermée sur elle-même, ou en plusieurs parties disjointes, de préférence régulièrement réparties autour du passage pour la matière à injecter. On va maintenant décrire deux autres formes de réalisation de l'embout équipé d'un insert thermiquement conducteur selon l'invention. Dans la description qui suit, on s'attachera à ne décrire que les éléments et parties qui se distinguent de ceux de la première forme de réalisation, les éléments ou parties identiques ou similaires étant désignés par les mêmes signes de référence et n'étant pas décrits à nouveau. Les figures 3A à 3C illustrent ainsi une deuxième forme de réalisation d'un embout d'une buse selon la présente invention, l'extrémité de l'embout étant adaptée pour un accostage dit « pin-point sur pièce ». Ainsi l'extrémité libre de l'embout possède une partie en saillie 206 de forme cylindrique de révolution qui se termine en retrait d'une pointe conique 208. La sortie de matière se trouve au droit de la sortie du passage oblique 209. Les figures 4A à 4C illustrent quant à elles une troisième forme de réalisation de l'embout, ici avec obturateur (non représenté) et de type dit « obturé sur pièce », à savoir que le passage de sortie de l'embout présente à peu de choses près le diamètre de l'extrémité de l'obturateur. On note l'absence de pointe conique du fait de la nécessité de laisser un espace libre pour l'obturateur. On peut naturellement adapter l'embout 200 équipé de l'élément 220 selon l'invention à tous autres modes d'accostage entre la buse et la cavité de moule, notamment selon le mode dit « obturé débouchant », non illustré. Bien entendu, l'homme du métier saura, à la lumière de ses connaissances générales, apporter à la présente invention de nombreuses variantes et modifications REVENDICATIONS1. Buse (100) pour l'injection de matière synthétique en fusion dans une cavité de moulage, comprenant un corps métallique (102, 202) délimitant au moins un passage (104, 204) pour de la matière à injecter, et des moyens de chauffage (600) pour chauffer de façon contrôlée la température de la matière fondue au sein du passage, caractérisée en ce qu'elle comprend, entièrement au sein de la matière du corps au voisinage d'un orifice (210) de sortie de la matière fondue vers une cavité de moule, un insert métallique (220) en un matériau présentant une conductivité thermique supérieure à celle du matériau formant le corps métallique. 2. Buse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'insert est prévu dans un embout (200) assemblé sur une partie principale (100) de buse. 3. Buse selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'insert (220) est prévu à un niveau axial où la densité de chaleur apportée par les moyens de chauffage est supérieure à une densité de chaleur moyenne. 4. Buse selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rapport entre la conductivité thermique de l'insert et la conductivité thermique du matériau du corps métallique est compris entre environ 7 et 20, plus préférentiellement entre environ 10 et 16. 5. Buse selon la revendication 4, caractérisée en ce que le corps métallique (102, 202) est en acier, préférentiellement en acier traité à coeur, et l'insert thermiquement conducteur (220) est à base de cuivre. 30 6. Buse selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'insert (220) présente une épaisseur variable dans la direction axiale. 20 25 3012 992 11 7. Buse selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'insert est réalisé d'un seul tenant. 5 8. Buse selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'insert est réalisé en plusieurs parties. 9. Buse selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les caractéristiques d'interface entre le matériau du corps métallique (102, 202) 10 et le matériau de l'insert (220) varient dans la direction axiale. 10. Equipement pour l'injection de pièces en matière synthétique, caractérisé en ce qu'il comprend : un moule pourvu d'un moins une cavité de moulage, et 15 au moins une buse (100) selon l'une des revendications 1 à 9, apte à venir s'accoster au moule en vue d'injecter de la matière fondue dans ladite cavité.