Brevet FR3024386A1 — publié le 20160205

La présente invention concerne le domaine technique de la fabrication de pièces en matière plastique pour véhicule automobile, et notamment le domaine du surmoulage d'insert pour pièces automobiles. Plus particulièrement, l'invention concerne un système pour positionner et maintenir 5 en place un insert dans un moule pour surmoulage d'inserts, un moule comportant ce système, et un procédé de fabrication d'une pièce surmoulée utilisant ce moule. Dans de nombreuses industries et en particulier dans l'industrie automobile, on fabrique et l'on utilise des pièces hybrides comportant un insert métallique et une partie en matière plastique surmoulée sur l'insert métallique. Il est également connu d'utiliser 10 lors du surmoulage des inserts en matière plastique. En particulier, on réalise sous forme de pièces hybrides des éléments de construction qui peuvent être de grandes dimensions tels que des faces avant techniques fixées sur une structure de véhicule automobile, dans une disposition transversale, à l'avant du moteur. 15 La réalisation sous forme hybride d'éléments tels que des faces avant, s'est imposée comme une solution permettant de satisfaire des exigences généralement contraires quant aux propriétés de l'élément de structure, par exemple des exigences de légèreté et de résistance mécanique, en particulier aux chocs. La réalisation sous forme hybride permet également d'apporter des solutions de 20 fonctionnalisation d'une pièce en matière plastique. Par exemple, pour assembler solidement deux pièces en matières plastiques, il est connu d'utiliser des inserts, métalliques notamment, comportant un moyen de fixation tel qu'un filetage (vis et/ou trou taraudé). Pour intégrer de tels inserts dans une pièce, il est aussi connu de les rapporter après 25 moulage de la pièce par une ou plusieurs opérations en reprise (usinage, perçage, poinçonnage, ...), avant de mettre en place l'insert et de le fixer par collage ou rivetage, sertissage, vissage. Ce procédé de fixation est contraignant pour des raisons : de coût des opérations en reprise. En effet ce procédé nécessite différents 30 outillages, des équipements supplémentaires, du temps de fabrication et donc un temps de cycles plus important, et implique une perte de matière. d'hygiène et de santé car il peut produire de la poussière. de tenue mécanique. La fixation de l'insert par cette méthode n'est pas adaptée à toutes les fonctions, telles que le remorquage par exemple. 35 Par ailleurs, il est connu qu'un élément rapporté après moulage présente un défaut du positionnement précis sur la pièce, par rapport aux formes du moulage. Il y a en effet une perte du « référentiel pièce », du fait que l'on sorte la pièce du -2- moule sans l'insert, puis que l'on dispose la pièce sur un posage pour y ajouter un insert. Les positions latérales, en X et Y, sont ainsi peu précise et la perpendicularité (angle) de l'axe d'un filetage par rapport au plan/faces de la pièce n'est pas assurée. Or, la précision du positionnement de l'insert sur la pièce est importante pour pouvoir 5 bien s'interfacer avec le véhicule. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un système de moule permettant le positionnement et le maintien précis d'un insert dans la cavité de ce moule pour former une pièce de véhicule automobile en matière plastique 10 comprenant au moins un insert, au moins partiellement surmoulé, le système comportant au moins un organe de maintien pour maintenir en place l'insert métallique dans une position donnée, et dans lequel : l'organe de maintien comprend un organe d'engagement de l'insert ; l'organe d'engagement comporte un moyen de verrouillage de l'insert sur 15 l'organe de maintien, par translation de l'insert en direction de l'organe. Selon l'invention, le moyen de verrouillage peut être un filetage, de préférence un filetage rapide tel qu'un filetage quart de tour. Selon un mode de réalisation, le système comporte autours de l'organe 20 d'engagement, un élément d'étanchéité adapté à entourer l'insert une fois engagé, l'élément d'étanchéité étant composé de matière Peek® ou Viton®. L'invention concerne également un moule pour former une pièce de véhicule automobile en matière plastique comprenant au moins un insert partiellement surmoulé. Ce moule comporte au moins un système de positionnement et de maintien d'un insert 25 selon l'invention. Selon l'invention, le système de positionnement et de maintien peut comporter un moyen de débrayage, permettant à l'organe d'engagement d'être immobile en rotation en position de fixation de l'insert, et libre en rotation en position d'éjection de l'insert. Selon un mode de réalisation, l'organe d'engagement est libre en translation de 30 façon à pouvoir suivre un mouvement d'éjection de l'insert, jusqu'à une position de blocage dans laquelle l'organe d'engagement devient libre en rotation de façon à libérer l'insert. Selon un autre mode de réalisation, le moyen de débrayage comporte une bague coopérant avec un cône cranté porté par l'organe d'engagement pour bloquer la 35 rotation de l'organe d'engagement lors de la mise en place de l'insert, le moule comportant également un éjecteur relié à la bague de façon à libérer la bague du cône cranté, et permettre une rotation de l'organe d'engagement, lors de l'éjection de l'insert. -3- L'invention concerne également un ensemble d'un insert et d'un moule selon l'invention, dans lequel l'organe d'engagement constitue un élément mâle ou femelle adapté à coopérer avec un élément femelle, ou respectivement mâle, correspondant sur l'insert. L'organe d'engagement peut comporter un filet coopérant avec un filet de l'insert. L'organe d'engagement peut constituer une tige filetée et l'insert peut alors comporter un trou taraudé coopérant avec la tige filetée. A l'inverse, l'organe d'engagement peut constituer un trou taraudé et l'insert peut comporter une tige filetée coopérant avec le trou taraudé. Les filets peuvent être configurés de façon à ce qu'après engagement et verrouillage de l'insert sur l'organe d'engagement, l'insert est en appui serré sur l'organe de maintien faisant étanchéité. Enfin, l'invention concerne également un procédé de moulage d'une pièce de véhicule automobile en matière plastique comprenant au moins un insert partiellement 15 surmoulé, dans lequel on réalise les étapes suivantes au moyen du moule selon l'invention: on introduit l'insert dans le moule et on l'engage dans l'organe d'engagement ; on verrouille l'insert et l'organe d'engagement en appliquant une pression sur l'insert en direction de l'organe d'engagement ; 20 on ferme le moule et l'on surmoule l'insert par injection de matière plastique ; - ou ouvre le moule et l'on éjecte la pièce portant l'insert surmoulé. L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures annexées, qui sont fournies à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles : 25 La figure 1 illustre un moule selon l'invention. La figure 2 illustre en détail un exemple du système de positionnement et de maintien de l'insert selon l'invention. La figure 3 illustre les différentes étapes (a à d) de mise en place et de verrouillage de l'insert sur l'organe de maintien. 30 La figure 4 illustre les différentes étapes (a à d) de retrait de l'insert par rapport à l'organe de maintien lors d'une phase d'éjection de la pièce finie. On se réfère maintenant à la figure 1. Le moule (1) selon l'invention est un moule pour former une pièce (2) de véhicule automobile en matière plastique (MP) 35 comprenant au moins un insert (3). L'insert (3) peut être réalisé en tout matériau, notamment des matériaux métalliques ou en matière plastique. Le moule (1) permet notamment de surmouler partiellement l'insert (3). Le -4- surmoulage est dit partiel lorsqu'au moins une surface de l'insert reste visible après surmoulage : la surface n'est pas recouverte de matière plastique (MP) lors du surmoulage. Le moule (1) comprend une matrice (1A) et un poinçon (1B) délimitant au moins la 5 chambre de surmoulage (1C) de l'insert (3) et/ou délimitant l'empreinte du moule (1). Pour éviter que l'insert (3) ne bouge lors du moulage de la matière plastique (MP), le moule (1) comporte au moins un système (4) de positionnement et de maintien d'un insert dans un moule. Le système (4) de positionnement et de maintien est représenté en détail sur la figure 2. 10 Ce système (4) de positionnement et de maintien, objet de l'invention, comporte au moins un organe de maintien (5), porté par la face interne du poinçon (1B) ou de la matrice (1A), pour maintenir en place l'insert (3) métallique dans une position donnée (figure 3). La figure 3 illustre la mise en place et le verrouillage de l'insert (3) sur l'organe de 15 maintien. L'insert (3) est ainsi maintenu dans une position fixe, et l'on peut fermer le moule (1), puis on met en oeuvre la matière plastique (MP), selon un procédé de moulage par injection ou par compression. Après ouverture du moule (1), la pièce (2) finie comportant l'insert (3) surmoulé est éjectée du moule (1), comme l'illustre la figure 4. 20 On entend par « position fixe », un indexage précis (pour chaque pièce entre l'insert et le moulage), répétable (peu de dispersion entre deux pièces) et fiable (l'insert ne bouge pas pendant le moulage) de l'insert dans le moule. Il n'est en effet pas acceptable de positionner l'insert (3) avec une tolérance d'indexage importante (supérieur à +/-0.5mm), car le filetage de l'insert (3) doit être très 25 précisément placé au bon endroit pour que la pièce (2) puisse être utilisée sur le véhicule. Selon l'invention, l'organe de maintien (5) comprend un organe d'engagement (6) de l'insert (3). Cet organe (6) permet de positionner l'insert (3), sans pour autant verrouiller cet engagement. 30 Comme l'illustre la figure 1, cet organe d'engagement (6) a une forme complémentaire de l'insert (3) à surmouler, au niveau d'une zone d'accostage. Ainsi, cet organe d'engagement (6) constitue un élément mâle (femelle) adapté à coopérer avec un élément femelle (respectivement mâle) correspondant sur l'insert (3). L'organe d'engagement (6) comporte un moyen de verrouillage (7) de l'insert (3) sur 35 l'organe de maintien (5), le moyen de verrouillage (7) permettant un verrouillage par une simple translation de l'insert (3) en direction de l'organe (6), comme indiqué par les flèches sur la figure 3B. En d'autres termes, un appui à effort faible sur l'insert (3) -5- sensiblement perpendiculaire à la paroi du moule (1) portant l'organe de maintien (5) suffit à verrouiller l'insert (3) sur cet organe (5). Le moyen de verrouillage (7) peut être : - un système fileté (extrémité de l'organe d'engagement (6) sur la figure 2) pour un insert comportant un trou taraudé ou une vis ; un système à baïonnette ; un système d'encliquetage ; un système électromagnétique pour un insert métallique. Ces différents moyens de verrouillage comportent une possibilité de désactivage de 10 ce verrouillage. Dans le cas d'un système fileté, le moyen de verrouillage (7) est désactivable et de préférence débrayable : l'organe d'engagement (6) est fixe en rotation lorsqu'il est en position pour recevoir l'insert (3) ; il est en revanche laissé libre en rotation lorsqu'il est en position pour éjecter l'insert (3). Cette fonction embrayage/débrayage est assurée 15 par un moyen de débrayage (8). Selon un mode de réalisation (non représenté), lors de l'éjection de la pièce (2) portant l'insert (3), l'insert (3) qui est verrouillé par l'organe de verrouillage (7), entraîne avec lui au moins l'organe d'engagement (6). L'entraînement, à l'opposé de la face du moule (1) portant l'organe de maintien (5), se fait jusqu'à une position de blocage, dans 20 laquelle l'organe d'engagement (6) devient libre en rotation de façon à libérer l'insert (3). Selon un autre mode de réalisation (représenté sur les figures 2 à 4), lors de l'éjection de la pièce (2) portant l'insert (3), l'éjecteur (11), ou la plaque d'éjection portant tous les éjecteurs du moule, entraîne avec lui un élément (10). L'entrainement 25 de cet élément libère l'organe d'engagement (6) en rotation. Selon ce mode de réalisation, le moyen de débrayage (8) peut être constitué, selon un exemple, par un cône cranté (9) fixé sur la tige de l'organe d'engagement (6) coopérant avec une bague (10) entourant la tige de l'organe d'engagement (6) et montée fixe en rotation mais libre en translation. Lors de la mise en place de l'insert (3), le cône cranté (9) est emboité 30 dans la bague (10), bloquant sa rotation (figure 2), et de ce fait celle de la tige de l'organe d'engagement (6). Lors de l'éjection de l'insert (3), la bague (10) est remontée (en direction du sommet du cône) de façon à libérer le cône cranté (9). La rotation de l'organe d'engagement (6) est alors possible (figure 3) par rapport au moule, et donc, par rapport à la pièce contenant l'insert (3). En effet, l'insert (3) étant bloqué en rotation 35 après moulage, sur la pièce finie, il ne peut pas se déverrouiller en rotation car la pièce est dans son empreinte, et ne peut donc pas être mobile en rotation avant éjection. De préférence, la bague (10) est reliée à un éjecteur (11) ou à une plaque d'éjection, -6- présent dans le moule pour éjecter l'insert (3) à la fin du procédé de moulage. Ainsi, lorsque l'éjecteur (11) remonte pour éjecter l'insert (3), il remonte en même temps la bague (10), libérant le cône cranté (9), et donc, la rotation de l'organe d'engagement (6). Ce système permet d'avoir un organe de maintien (5) qui est toujours dans une position adéquat pour recevoir l'insert (3). Il n'est ainsi pas nécessaire de faire subir une rotation, c'est-à-dire un indexage angulaire ou un alignement particulier à ces éléments de maintien pour qu'ils assurent leur fonction, car peu importe la position (en rotation) de l'axe fileté, l'insert pourra toujours s'engager et se verrouiller dans l'organe d'engagement. Dans le cas d'un système à baïonnette, ou d'un système d'encliquetage, le moyen de verrouillage (7) peut également être débrayable. Dans le cas d'un système électromagnétique pour un insert métallique, le moyen de verrouillage (7) peut être désactivé par coupure de courant par exemple. Selon un mode de réalisation, illustré sur les figures 2, 3 et 4, l'insert comporte un trou taraudé, et le moyen de verrouillage (7) est un filetage, situé de préférence à l'extrémité de l'organe d'engagement (6). Ce filetage est avantageusement du type filetage rapide et à pas important. En effet, avec ce type de filetage, une simple pression de l'insert (3) sur l'organe d'engagement (6) fait pivoter l'insert (3), et le vissage se fait sur un quart du tour de l'organe d'engagement (6). Un tel insert (3), portant un trou taraudé non surmoulé, peut servir de fixation filetée, permettant de fixer une autre pièce à la pièce portant l'insert. Ceci permet d'éviter des opérations de perçage, rivetage ou sertissage pour fixer deux pièces. Le filetage de l'insert (3) servant à coopérer avec le filetage du moyen de verrouillage (7) peut être le même que le filetage servant à fixer une autre pièce sur la pièce portant l'insert (3). Selon un autre mode de réalisation, le filetage de l'insert (3) servant à coopérer avec le filetage du moyen de verrouillage (7) est différent du filetage servant à fixer une autre pièce sur la pièce portant l'insert. L'organe d'engagement (6) constitue ainsi une tige filetée portée par l'organe de maintien (5). Selon un mode de réalisation (non représenté sur les figures), l'insert (3) comporte une vis quart de tour, et le moyen de verrouillage (7) est un filetage quart de tour. L'organe d'engagement (6) constitue ainsi un trou taraudé porté par l'organe de 35 maintien (5). De préférence, les filetages sont configurés de façon à ce qu'après engagement et -7- verrouillage de l'insert (3) sur l'organe d'engagement (6), l'insert (3) est en appui serré sur l'organe de maintien (5), faisant ainsi étanchéité. En effet, les deux filetages, l'un sur l'organe d'engagement (6), l'autre sur l'insert (3), permettent d'une part de maintenir l'insert (3) dans une position données sans avoir à réaliser de rotation, et d'autre part, ils permettent de réaliser un serrage (une traction) de l'insert (3) sur l'organe de maintien (5), ce qui permet de faire étanchéité, évitant ainsi à la matière (MP) de surmoulage de rentrer dans le filetage de l'insert (3). Le filetage de l'insert (3) pouvant alors remplir parfaitement sa fonction d'organe de fixation d'un élément à la pièce portant l'insert. Pour améliorer encore l'étanchéité, et selon un mode de réalisation particulier, le système (4) de positionnement et de maintien d'un insert comporte, autours de l'organe d'engagement (6), un élément d'étanchéité (12) adapté à entourer l'insert (3) une fois engagé. De préférence, cet élément d'étanchéité (12) comporte un élément composé de matière Peek® ou en Viton®. Avantageusement, le système (4) de positionnement et de maintien peut comporter le long de l'organe d'engagement (6) des bagues (13, 14) pour éviter le frottement. Ces bagues peuvent être en bronze ou en graphite. Avantageusement, le système (4) peut comporter à sa base des roulements à aiguille (15) pour assurer la rotation de l'organe d'engagement (6), et compenser ainsi les efforts. L'invention concerne également un procédé de moulage d'une pièce (2) de véhicule automobile en matière plastique comprenant au moins un insert (3) partiellement surmoulé, dans lequel on réalise les étapes suivantes au moyen du moule (1) selon l'invention : on introduit l'insert (3) dans le moule (1) et on l'engage dans l'organe d'engagement (6) ; on verrouille l'insert (3) et l'organe d'engagement (6) en appliquant une pression sur l'insert (3) en direction de l'organe d'engagement (6) ; on ferme le moule (1) et l'on surmoule l'insert (3) par injection de matière plastique (MP) ; ou ouvre le moule (1) et l'on éjecte la pièce (2) portant l'insert (3) surmoulé. REVENDICATIONS1. Système (4) de positionnement et de maintien d'un insert (3) dans un moule (1) pour former une pièce (2) de véhicule automobile en matière plastique (MP) comprenant au moins un insert (3) partiellement surmoulé, ledit système (4) comportant au moins un organe de maintien (5) pour maintenir en place l'insert (3) dans une position donnée, caractérisé en ce que : l'organe de maintien (5) comprend un organe d'engagement (6) d'un insert ; l'organe d'engagement (6) comporte un moyen de verrouillage (7) de l'insert sur l'organe de maintien (5), par translation de l'insert (3) en direction de l'organe d'engagement (6). 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le moyen de verrouillage (7) est un filetage, de préférence un filetage rapide tel qu'un filetage quart de tour. 3. Système selon l'une des revendications précédentes, comportant autours de l'organe d'engagement (6), un élément d'étanchéité (12) adapté à entourer l'insert (3) une fois engagé, l'élément d'étanchéité (12) étant composé de matière Peek® ou en Viton®. 4. Moule (1) pour former une pièce (2) de véhicule automobile en matière plastique (MP) comprenant au moins un insert (3) partiellement surmoulé, caractérisé en ce que le moule (1) comporte au moins un système (4) de positionnement et de maintien d'un insert (3) selon l'une des revendications précédentes. 5. Moule (1) selon la revendication 4, dans lequel le système (4) de positionnement et de maintien comporte un moyen de débrayage (8), permettant à l'organe d'engagement (6) d'être immobile en rotation en position de fixation de l'insert (3), et libre en rotation en position d'éjection de l'insert (3). 6. Moule (1) selon la revendication 5, dans lequel l'organe d'engagement (6) est libre en translation de façon à pouvoir suivre un mouvement d'éjection de l'insert (3), jusqu'à une position de blocage dans laquelle l'organe d'engagement (6) devient libre en rotation de façon à libérer l'insert (3). 7. Moule (1) selon la revendication 5, dans lequel le moyen de débrayage (8) comporte une bague (10) coopérant avec un cône cranté (9) porté par l'organe d'engagement (6) pour bloquer la rotation de l'organe d'engagement (6) lors de la mise en place de l'insert (3), le moule (1) comportant également un éjecteur (11) relié à la bague (10) de façon à libérer la bague (10) du cône cranté (9), et permettre une rotation de l'organe d'engagement (6), lors de l'éjection de l'insert (3).-9- 8. Ensemble d'un insert (3) et d'un moule (1) selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel l'organe d'engagement (6) constitue un élément mâle ou femelle adapté à coopérer avec un élément femelle, ou respectivement mâle, correspondant sur l'insert (3). 9. Ensemble selon la revendication 8, dans lequel l'organe d'engagement (6) comporte un filet coopérant avec un filet de l'insert (3). 10. Ensemble selon la revendication 8, dans lequel l'organe d'engagement (6) constitue une tige filetée et l'insert (3) comporte un trou taraudé coopérant avec la tige filetée. 11. Ensemble selon la revendication 8, dans lequel l'organe d'engagement (6) constitue un trou taraudé et l'insert (3) comporte une tige filetée coopérant avec le trou taraudé. 12. Ensemble selon l'une des revendications 9 à 11, dans lequel les filets sont configurés de façon à ce qu'après engagement et verrouillage de l'insert (3) sur l'organe d'engagement (6), l'insert (3) est en appui serré sur l'organe de maintien (5) faisant étanchéité. 13. Procédé de moulage d'une pièce (2) de véhicule automobile en matière plastique comprenant au moins un insert (3) partiellement surmoulé, dans lequel on réalise les étapes suivantes au moyen du moule (1) selon l'une des revendications 4 à 7 : on introduit l'insert (3) dans le moule (1) et on l'engage dans l'organe d'engagement (6) ; on verrouille l'insert (3) et l'organe d'engagement (6) en appliquant une pression sur l'insert (3) en direction de l'organe d'engagement (6) ; on ferme le moule (1) et l'on surmoule l'insert (3) par injection de matière plastique (MP) ; ou ouvre le moule (1) et l'on éjecte la pièce (2) portant l'insert (3) surmoulé.