Brevet FR3029446A1 — publié le 20160610

La présente invention concerne le domaine technique de la fabrication par moulage de pièces en matière plastique, et notamment de pièces comportant des orifices. Il peut s'agir en particulier, mais non exclusivement, de pièces structurelles de véhicule automobile, telles que des faces avant techniques, des supports d'ailes et des planchers. Ce type de pièce à la particularité de comporter des orifices traversants tout en devant conserver une bonne tenue mécanique. Pour réaliser une pièce en matière plastique, il est connu d'utiliser un procédé de moulage, tel que le moulage par compression et/ou par injection et/ou par extrusion. Le moulage par compression à chaud sous pression dans un moule, est en général 10 réalisé par déplacement d'un élément mobile du moule (mis en mouvement par une presse) par rapport à un élément fixe du moule, ces éléments étant typiquement en acier. Généralement, on pose dans un moule de compression un plan de chargement constitué de feuilles de matière plastique, typiquement un matériau composite dit «SMC» (de l'anglais «sheet moulding compound»). 15 Puis on actionne la presse pour fermer le moule. On dit que le moule descend (se ferme) jusqu'à une position fermée. Puis on continue d'actionner la presse pour transmettre une pression de moulage à la matière plastique. On dit que le moule est en phase de compactage. La matière plastique peut alors fluer et prendre la forme de l'empreinte du moule. 20 Enfin, lors d'une phase dite « de cuisson », la matière plastique polymérise pour former une pièce finie. Pour réaliser un orifice dans la pièce finale, il pourrait être envisagé de concevoir le moule avec une empreinte d'orifice, c'est-à-dire une forme locale et moulante pour chaque orifice. 25 Par exemple, le moule pourrait comporter une broche, située en périphérie de l'empreinte et non en regard du plan de chargement, ayant la forme de l'orifice souhaité, sur un élément du moule qui viendrait en contact de l'autre élément lors de la fermeture du moule. Cependant, lors du fluage de la matière plastique, les fibres de renfort s'orientent 30 préférentiellement en fonction des directions de fluage, donc elles vont contourner la broche puis se rejoindre en constituant une ligne de recollement. On ne maitrise donc plus l'orientation aléatoire des fibres. Il s'ensuit une orientation privilégiée des fibres de renfort, ce qui peut conduire à une anisotropie de la pièce, qui aura donc un comportement mécanique différent selon les directions des efforts subis, pouvant induire 35 une robustesse inférieure au besoin dans certaines zones de la pièce finie. De plus, les lignes de recollement ne comportent généralement pas de fibres de renfort. C'est pourquoi, pour obtenir une pièce en matière plastique comprenant des orifices 3029446 2 traversants, on doit d'abord mouler la pièce en matière plastique, puis après sortie du moule, réaliser avec un autre équipement les orifices en reprise, par exemple par usinage, ou en poinçonnant celui-ci aux endroits souhaités de façon à former des orifices traversants. 5 L'équipement nécessaire doit donc comporter, en plus d'un équipement de moulage, une cellule d'usinage, ou un système de poinçonnage, intégré au cycle de fabrication de la pièce. Un tel équipement est couteux et augmente le temps de cycle, et conduit à la génération de poussière et des chutes provenant de la matière enlevée. Pour éviter cette étape de reprise, on connaît un moule permettant de réaliser des 10 orifices de moulage au moyen de broches mobiles. Les broches sont actionnées par des vérins hydrauliques. Ces broches sont descendues dans l'empreinte de moulage après le fluage de la matière plastique et avant polymérisation. Cependant, un tel système de moulage in situ se détériore trop à l'usage, car les broches viennent taper contre la face du moule en vis-à-vis, et frotter contre les fibres de 15 renfort qui sont abrasives. De ce fait, et la broche et le moule sont endommagés. Pour ne pas détériorer de telles broches, on connaît un moule comportant, dans l'empreinte, en face de la broche mobile, une pièce d'usure interchangeable, parfois appelée contre broche fixe, qui peut être retirée du moule et échangée lorsqu'elle est trop abîmée. 20 Une autre technique pour ne pas détériorer les broches (mobiles ou fixes), consiste à laisser, en position fermée du moule, un jeu minimum entre la broche et la face du moule en vis-à-vis. Ce jeu minimum est réglé pour préserver une distance minimum entre les deux parties du moule, prenant en compte les dispersions de production sur l'épaisseur des pièces (0,4mm par exemple), en particulier quand l'épaisseur pièce est minimale. 25 Ainsi, la matière n'est pas totalement repoussée en épaisseur, et un voile de matière d'épaisseur non répétable d'une pièce à une autre est laissé au fond de l'orifice. Ce voile résiduel est ensuite enlevé dans une étape de production supplémentaire. Au moulage, il existe une dispersion d'épaisseur de la pièce moulée, liée aux variations du procédé industriel dues à différents paramètres, tels que la quantité de matière mise en oeuvre. 30 Ainsi, compte tenu des variations de la masse volumique de la matière, du poids mis en oeuvre et du fonctionnement de la presse, le voile résiduel peut varier de 0,2 à 0,6mm. Il est donc nécessaire de prévoir une action mécanique importante pour enlever ce voile. Par exemple, il peut être nécessaire d'utiliser des équipements lourds permettant un perçage, un meulage ou encore un fraisage. De plus, de tels équipements comportent 35 des outils (forêt, meule, fraise) qu'il est nécessaire de remplacer régulièrement du fait de leur usure ou de leur endommagement. Enfin, de tels outils peuvent être accompagnés de problèmes d'alignement par rapport à l'orifice à mouler. 3029446 3 L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un moule pour la fabrication de pièces en matière plastique, telles que des pièces structurelles de véhicule automobile, permettant la réalisation d'orifices directement dans le moule obstrués par un voile très fin, d'épaisseur maîtrisée de l'ordre de 0,1mm. Ces orifices 5 sont donc destinés à être traversants sur la pièce montée sur le véhicule. Ainsi, l'objet de l'invention concerne un moule pour la fabrication de pièce en matière plastique, comportant un premier élément et un second élément formant, en position fermée du moule, une empreinte correspondant à la pièce à réaliser. Le second élément comporte au moins un système pour réaliser des orifices de moulage dans la pièce, ledit système comporte au moins un moyen de positionnement par rapport au premier élément, de l'organe en position sortie, ledit système étant dimensionné pour qu'en position sortie de l'organe, la distance entre une surface d'appui de l'organe sur la matière plastique et le premier élément permettent la formation d'un voile fin de matière plastique d'épaisseur répétable au fond de l'orifice. Le moule selon l'invention permet ainsi de réaliser directement dans le moule, des orifices obstrués par un voile, si fin qu'il est possible de l'enlever par des actions mécaniques simples. Par ailleurs, l'épaisseur de ce voile étant fixe quelle que soit l'épaisseur réelle de la pièce, il est possible de garantir cette action mécanique simple pour enlever les voiles de 20 chaque trou et de chaque pièce. De plus, les éléments mécaniques mis en jeu dans le moule ne venant pas en contact l'un de l'autre lors de la fermeture, le moule selon l'invention n'est pas détérioré lors de la réalisation des orifices. Selon l'invention, le moyen de positionnement peut permettre de positionner la surface 25 d'appui de l'organe par rapport à la surface de l'élément fixe en vis-à-vis de l'organe est en position sortie. Selon un mode de réalisation, le moyen de positionnement comporte au moins une plaque mobile munie d'au moins une butée mécanique, la plaque mobile étant mobile par rapport au second élément. 30 La butée mécanique peut prendre appui sur le premier élément en phase de compactage du moule. Par ailleurs, cette butée mécanique et l'organe mobile sont avantageusement dimensionnés pour qu'en position sortie de l'organe mobile, la distance entre la surface d'appui de l'organe sur la matière plastique et le premier élément ne soit pas nulle et inférieure à 0,2mm, de préférence sensiblement égale à 35 0,1mm. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une pièce en matière plastique comportant au moins un orifice, au moyen du moule selon l'invention, le 3029446 4 procédé comportant au moins les étapes suivantes : on positionne la matière plastique dans l'empreinte du moule ; on ferme le moule ; on compacte la matière plastique dans l'empreinte, jusqu'à la cote nominale de la 5 pièce à mouler ; après fluage de la matière plastique et avant polymérisation de la matière plastique, on descend le moyen de positionnement jusqu'à ce que la butée viennent en contact avec l'élément du moule ; on ouvre le moule et l'on éjecte la pièce ; et 10 on supprime le voile formé dans l'orifice créé par la broche. Selon l'invention, on peut supprimer le voile au moyen d'un procédé de grenaillage, de projection de cristaux de 002, de lavage à jet d'eau ou à l'air comprimé ou d'une brosse. L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures annexées, qui sont fournies 15 à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles : La figure 1A illustre un moule selon l'invention en position fermée. La figure 1B illustre un moule selon l'invention en position ouverte. La figure 2 illustre une partie du moule selon l'invention en position ouverte. La figure 3 illustre une partie du moule selon l'invention en phase de compactage. La figure 4 illustre une partie du moule selon l'invention en phase de compactage et en position descendue des broches. La figure 5 illustre une partie du moule selon l'invention en position ouverte après compactage. On se réfère maintenant aux figures 1A et 1B qui illustrent un moule (1) selon l'invention, pour la fabrication d'une pièce (2) en matière plastique (MP). Le moule (1) comporte un premier élément (3), fixe selon l'exemple des figures 1A et 1 B, et en vis-à-vis, un second élément (4), mobile selon cet exemple. Les deux éléments forment en position fermée du moule (1) une empreinte (5) correspondant à la pièce (2) à réaliser. La position fermée est définie comme étant la première position, lors de la descente de l'élément mobile (4), dans laquelle l'élément mobile (4) est en contact avec la matière plastique (MP) introduite dans le moule pour le moulage de la pièce (2). Il existe donc en début de fermeture un espace donc un volume libre de matière entre les deux éléments (3, 4) du moule (1), nécessaire pour la phase de compactage. Le second élément (4) comporte au moins un système (6) pour réaliser des orifices de moulage dans la pièce (2). Ce système (6) comporte : au moins un organe (7) formant empreinte d'un orifice, c'est-à-dire une forme locale 3029446 5 et moulante pour chaque orifice, cet organe (7) étant mobile par rapport au second élément (4) dans la direction de fermeture du moule (1), entre une position rentrée (dans le second élément (4)) et une position sortie (dans l'empreinte (5)) ; et au moins un moyen de positionnement (8) par rapport au premier élément (3), de 5 l'organe (7) en position sortie. On entend par orifice une zone avec un évidemment de matière au moins sur la quasi-totalité de son épaisseur. Selon l'invention, l'orifice à la sortie du moule, comporte un voile l'obstruant. En revanche, sur la pièce finie l'orifice est dit traversant, car le voile a été enlevé. Ainsi, 10 un orifice traversant est une zone avec un évidemment de matière sur la totalité de son épaisseur. L'organe (7) est mobile en translation par rapport au second élément (4) : il est adapté à coulisser dans le second élément (4), par exemple selon la direction de fermeture du moule (1) comme illustré sur les figures. 15 L'organe (7) comporte une surface (7a) constituant une surface d'appui sur la matière plastique (MP) dans l'empreinte (5) du moule. La position de l'organe (7) lorsque la surface d'appui (7a) est la plus éloignée de l'élément fixe (3), est appelée « position rentrée ». Dans cette position rentrée, la surface (7a) est de préférence en retrait (figures 2, 3 et 5) par rapport à la surface de l'élément (4) formant l'empreinte (5). La surface 20 d'appui (7a) peut également être positionnée au même niveau (figures 1A et 1B) que la surface de l'empreinte, de façon à ne peut pas modifier le volume de l'empreinte du moule (1). A l'inverse, la position de l'organe (7) lorsque la surface d'appui (7a) est la plus proche de l'élément fixe (3), est appelée « position sortie ». En effet, dans cette position sortie, la surface (7a) est dans l'empreinte (5). 25 Selon le mode de réalisation particulier illustré sur les figures, l'organe (7) peut être une broche, c'est-à-dire une tige, par exemple métallique, de hauteur Dl. La hauteur D1 est au minimum proche de l'épaisseur de la pièce (2). La broche (7) comporte une surface, dite supérieure en référence à la figure 1 B, et une seconde surface (7a), dite inférieure en référence à la figure 1 B. La surface inférieure 30 (7a) constitue la surface d'appui sur la matière plastique (MP) dans l'empreinte du moule. Cette surface (7a) a une forme correspondant à celle de l'orifice que l'on souhaite réaliser dans la pièce (2). Le moyen de positionnement (8) permet de positionner la surface d'appui (7a) de l'organe (7) par rapport à la surface de l'élément fixe (3) en vis-à-vis, à une distance fixée, 35 constante d'un orifice à un autre et répétable d'une pièce à une autre (au sens de la variation de production), lorsque l'organe (7) est en position sortie. Le moyen de positionnement (8) comporte par exemple tel que représenté sur la figure 3029446 6 lA : au moins une plaque mobile (9), constituant une plaque d'entrainement de l'organe (7), munie d'au moins une butée mécanique (10). La plaque mobile (9) est liée à l'organe mobile (7) de façon à pouvoir déplacer l'organe mobile (7) dans l'épaisseur du second élément (4) entre sa position rentrée et sa position sortie. 5 Selon le mode de réalisation des figures, la plaque mobile (9) est sensiblement perpendiculaire à la direction de fermeture du moule (1). La plaque (9) est mobile en translation par rapport au second élément (4). La plaque est adaptée à se déplacer selon la direction de fermeture du moule (1). La plaque (9) porte sous sa face située en regard de l'empreinte (5), la broche mobile 10 (7). La plaque (9) porte à périphérie, non en regard de l'empreinte, au moins une butée (10) mécanique. Cette butée (10), parallèle à l'axe de fermeture du moule (1), a une longueur D2. En position fermée du moule (1), la butée (10) n'est initialement pas en contact avec l'autre élément du moule (3). En revanche, en phase de compactage du moule (1), la plaque mobile (9) descend jusqu'à ce que la butée (10) prenne appui, par 15 une surface d'appui (10a), sur le premier élément (3). De cette façon, la butée (10) positionne la plaque (9) à une distance fixe de l'élément (3), et donc, positionne la broche (7) en position sortie à une distance fixe de l'élément (3), indépendamment de la position relative entre les éléments (3) et (4). En effet, la distance entre la surface d'appui (7a) de l'organe (7) et la surface de 20 l'élément fixe (3) dans l'empreinte, surface en vis-à-vis de l'organe (7), est définie uniquement par rapport à des cotes fixes, et non par rapport à l'épaisseur de la matière plastique dans l'empreinte, et donc non par rapport à la position de l'élément mobile (4). Cette distance est en effet uniquement fonction de : la distance (D1) entre la surface d'appui (7a) et la plaque mobile (9) ; 25 la distance (D2) entre la surface d'appui (10a) de la butée mécanique et la plaque mobile (9) ; la distance (D3) entre la cote du point de l'élément en contact avec la butée (10) et la cote de la surface de l'élément (3) en vis-à-vis de la broche (7). Il faut noter que cette distance peut être nulle 30 Ainsi, le système (6) est dimensionné pour qu'en phase de compactage du moule (1) et en position sortie de l'organe mobile (7), la distance entre la surface d'appui de l'organe (7) sur la matière plastique et le premier élément (3) permettent la formation d'un voile fin de matière plastique. Ainsi, la butée (10) et la broche (7) sont dimensionnées, notamment la distance D2 et la distance D1, pour qu'en phase de compactage du moule 35 (1) et en position sortie de la broche (7), la distance entre la surface d'appui de la broche (7) et le premier élément (3) ne soit pas nulle et inférieure à 0,2mm, de préférence sensiblement égale à 0,1mm. 3029446 7 Ainsi, la broche (7) forme sur la pièce (2) un orifice comportant un voile fin, de l'ordre de 0,1 à 0,2mm. En se référant à la figure 3, la distance entre la surface d'appui (7a) de la broche (7) en position sortie et l'élément (3) est noté DF. 5 DF = D2 - D1 -D3 Et l'on souhaite que : DF = 0,1mm Selon l'exemple décrit, la plaque (9) est liée à la surface supérieure de la broche (7). Il est clair que la plaque (9) peut être liée à différent niveau de la broche (7), et l'homme du métier saura adapter les dimensions de la broche (7) et de la butée (10) pour respecter 10 la côte minimale imposée (DF) entre la surface d'appui (7a) et l'élément (3). Il est évident que le moule (1) comporte autant de broches (7) que la pièce (2) doit comporter d'orifices. Ces broches (7) peuvent être portées chacune par une plaque (9) différente, ou de préférence, portée par une même plaque (9), ou un ensemble de plaque (9), chaque plaque (9) portant plusieurs broches mobiles (7). 15 Selon un mode préféré de réalisation, le système (6) comporte une plaque (9) portant un ensemble de broches (7) et au moins une butée (10). Selon un mode de réalisation, la surface (7a) de l'organe (7) est en retrait par rapport à la surface de l'élément (4) formant l'empreinte (5), lorsque l'organe est en position rentré. Ainsi, lors du début de la phase de compactage, la matière plastique (MP) fluant, 20 pénètre dans un volume formé entre la surface d'appui (7a) et l'empreinte (5). Lorsque l'organe (7) passe en position sortie, cette matière est chassée dans l'empreinte (5). Si celle-ci est déjà remplie, alors l'élément mobile (4) remonte, libérant le volume nécessaire à cette matière plastique dans l'empreinte (5). De même, en position rentrée de l'organe (7) la tige (10) est de préférence en retrait 25 dans l'élément mobile (4). L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une pièce (2) en matière plastique (MP) comportant au moins un orifice, au moyen d'un moule (1) selon l'invention. Les figures 2 à 5 illustre le fonctionnement du moule (1) et du procédé selon l'invention. 30 Le procédé selon l'invention comporte au moins les étapes suivantes : on positionne (figure 2) la matière plastique (MP) dans l'empreinte (5) du moule (1) ; on ferme le moule (1) et l'on compacte (figure 3) la matière plastique (MP) dans l'empreinte, jusqu'à la cote nominale de la pièce (2) à mouler ; après fluage de la matière plastique (MP) et avant polymérisation de la matière 35 plastique (MP), on descend (figure 4) le moyen de positionnement (8) jusqu'à ce que la butée (10) viennent en contact avec l'élément (3) du moule ; la broche mobile (7) est alors dans sa position sortie à une distance fixe et constante de l'élément (3) 3029446 8 permettant la formation d'un voile fin et répétable (d'une pièce à une autre) au fond de l'orifice ; on ouvre le moule et l'on éjecte la pièce (2) ; et on supprime le voile formé dans l'orifice créé par la broche (7), par exemple au moyen 5 d'un procédé de grenaillage, de projection de cristaux de 002, de lavage à jet d'eau ou à l'air comprimé ou d'une brosse. Ainsi, le système (6) descend lors de l'étape de fermeture du moule, c'est-à-dire en parallèle de l'étape de descente de l'élément mobile (4). Le système (6) peut être 10 temporairement rendu solidaire de l'élément mobile (4) (pour suivre son mouvement), ou être piloté de façon à accompagner l'élément mobile (4) lors de sa descente vers l'élément fixe (3). L'élément mobile (4) arrive au contact avec la matière, laissant un espace (entrefer) entre les deux éléments (3, 4) du moule (1). La matière plastique (MP) est alors 15 comprimée et commence alors à fluer dans l'empreinte (5). Du fait de l'incertitude en production industrielle sur la quantité de matière plastique réellement introduite dans l'empreinte (5), il existe alors une dispersion de l'épaisseur de matière dans le moule, et donc, l'espace entre les deux éléments (3, 4) du moule (1) a une dimension variable. Avant que la matière plastique (MP) ne commence à polymériser, c'est-à-dire à durcir, 20 le moyen de positionnement (8) descend indépendamment de l'élément mobile (4), entrainant avec lui l'organe (7), jusqu'à venir en butée contre l'élément fixe (3). Le mouvement du moyen de positionnement (8), et donc de l'organe (7), est donc indépendant, désolidarisé du mouvement de l'élément mobile (4). Il faut noter que l'élément mobile (4) peut continuer à se déplacer par rapport à l'élément (3). En effet, il 25 peut y avoir une variation de position de cet élément mobile (4) du fait du fluage de la matière qui remplit l'empreinte. L'élément (4) descend encore jusqu'à ce que l'empreinte soit totalement remplie, ou alors l'élément mobile (4) remonte sous l'effet de la matière plastique repoussée dans l'empreinte par le volume pris par la broche (7) qui entre dans l'épaisseur de la matière. 30 REVENDICATIONS1. Moule (1) pour la fabrication de pièce (2) en matière plastique (MP), comportant un premier élément (3) et un second élément (4) formant en position fermée du moule (1) une empreinte (5) correspondant à la pièce (2) à réaliser, dans lequel le second élément (4) comporte au moins un système (6) pour réaliser des orifices de moulage dans la dite pièce (2), ledit système (6) comportant au moins un organe (7) formant empreinte d'un orifice pour la pièce finie (2), ledit organe (7) étant mobile par rapport au second élément (4), entre une position rentrée et une position sortie dans l'empreinte (5), caractérisé en ce que ledit système (6) comporte au moins un moyen de positionnement (8) par rapport au premier élément (3), de l'organe (7) en position sortie, ledit système (6) étant dimensionné pour qu'en position sortie de l'organe (7), la distance entre une surface d'appui (7a) de l'organe (7) sur la matière plastique (MP) et le premier élément (3) permettent la formation d'un voile fin de matière plastique d'épaisseur répétable. 2. Moule (1) selon la revendication 1, dans lequel le moyen de positionnement (8) permet de positionner la surface d'appui (7a) de l'organe (7) par rapport à la surface de l'élément fixe (3) en vis-à-vis de l'organe (7), à une distance fixée lorsque l'organe (7) est en position sortie. 3. Moule (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le moyen de positionnement (8) comporte au moins une plaque mobile (9) munie d'au moins une butée mécanique (10), la plaque mobile (9) étant mobile par rapport au second élément (4). 4. Moule (1) selon la revendication 3, dans lequel la butée (10) prend appui sur le premier élément (3) en phase de compactage du moule (1). 5. Moule (1) selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel la butée mécanique (10) et l'organe mobile (7) sont dimensionnés pour qu'en position sortie de l'organe mobile (7), la distance entre la surface d'appui de l'organe (7) sur la matière plastique et le premier élément (3) ne soit pas nulle et inférieure à 0,2mm, de préférence sensiblement égale à 0,1mm. 6. Procédé de fabrication d'une pièce (2) en matière plastique (MP) comportant au moins un orifice, au moyen du moule (1) selon l'une des revendications 1 à 5, le procédé comportant au moins les étapes suivantes : on positionne la matière plastique (MP) dans l'empreinte (5) du moule (1) ; on ferme le moule (1) ; on compacte la matière plastique (MP) dans l'empreinte (5), jusqu'à la cote nominale de la pièce (2) à mouler ; 3029446 10 après fluage de la matière plastique (MP) et avant polymérisation de la matière plastique (MP), on descend le moyen de positionnement (8) jusqu'à ce que la butée (10) viennent en contact avec l'élément (3) du moule ; on ouvre le moule et l'on éjecte la pièce (2) ; et 5 on supprime le voile formé dans l'orifice créé par la broche (7). 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel on supprime le voile au moyen d'un procédé de grenaillage, de projection de cristaux de 002, de lavage à jet d'eau ou à l'air comprimé ou d'une brosse.