Brevet FR3045442A1 — publié le 20170623

Vis d'entraînement de matière et procédé de fabrication La présente invention concerne le domaine des vis pour l'entraînement de matières, utilisées notamment dans des machines d'extrusion ou d'injection et généralement montées dans des cylindres. Notamment lorsque les matières à entraîner sont des mélanges vulcanisants à base d'élastomères, il existe un besoin de réguler la température des vis, pour éviter une augmentation de la température des mélanges due notamment aux effets de cisaillement des mélanges lors de la rotation des vis et une vulcanisation prématurée des mélanges. Le brevet européen EP 2 688 725 décrit une vis dont le filet en hélice présente une rainure en hélice qui suit son profil et qui est ouverte vers l'extérieur. Une feuille de recouvrement allongée, enroulée en hélice, est soudée sur les bords de cette rainure, de façon à former un canal intérieur. Les extrémités de ce canal intérieur sont reliées à des canaux longitudinaux de l'arbre de la vis, en vue de faire circuler dans ce canal intérieur un liquide de refroidissement. Une telle vis est en fait inadaptée pour être incluse dans une machine d'extrusion ou d'injection de mélanges vulcanisants à base d'élastomères, qui ne doivent pas vulcaniser lors de leur transport, par exemple pour la fabrication de pneumatiques. De plus, il existe un risque que le liquide de refroidissement ou de régulation de température se mélange avec la matière en cas de défaillance des soudures de la feuille de recouvrement. En outre, la fabrication d'une telle vis nécessite plusieurs opérations délicates, ce qui augmente le coût et le risque de défaillance. D'une manière générale, les vis d'extrusion pour le caoutchouc sont fortement sollicitées au niveau des sommets des filets, dues à l'alimentation par une bande froide qui crée des efforts radiaux entre la vis et le cylindre. Ceux-ci sont d'ailleurs souvent rechargés avec des materiaux résistant à l'usure (carbures dans une matrice Nickel ou Colbat). Dans les applications de type bi-vis, ce sont les efforts de cisaillement entre les vis qui génèrent un effort d'écartement qui plaque les sommets des filets contre le cylindre). 3045442 2 La présente invention a pour but d'améliorer la structure des vis notamment d'entraînement de matière, leurs usages et leurs modes de fabrication. Selon un mode de réalisation, il est proposé une vis qui 5 comprend un corps longitudinal et, autour de ce corps longitudinal, au moins un filet s'étendant sous la forme d'une hélice. Le filet comprend, sur une partie de sa longueur, un cloisonnement intérieur délimitant une pluralité de canaux intérieurs qui s'étendent sous la forme d'hélices suivant la forme en hélice du 10 filet. La vis peut comprendre des cavités collectrices dans lesquelles débouchent lesdits canaux intérieurs Lesdites cavités collectrices peuvent s'étendre radialement et déboucher dans un alésage longitudinal dudit corps. 15 Le filet peut comprendre une paroi extérieure définissant sa surface extérieure, le cloisonnement intérieur comprenant au moins une cloison intérieure s'étendant depuis cette paroi extérieure. Le cloisonnement intérieur peut comprendre au moins une cloison s'étendant depuis ledit corps longitudinal. 20 Le cloisonnement intérieur peut comprendre une âme et une pluralité de cloisons intérieures qui rayonnent depuis cette âme, de façon à délimiter des canaux intérieurs situés autour de cette âme. Le cloisonnement intérieur peut comprendre des cloisons intérieures présentant des épaisseurs égales. 25 Ladite paroi extérieure et ladite cloison intérieure peuvent présenter des épaisseurs égales. Ledit corps peut être pourvu d'un alésage longitudinal dans lequel sont aménagées des cannelures. Ledit corps peut comprendre un arbre de transmission des 30 efforts Il est également proposé un procédé de fabrication d'une vis, dans lequel cette vis est réalisée par fabrication additive par dépose et agglomération de couches de poudre successives perpendiculaires à l'axe d'une telle vis à fabriquer. 3045442 3 Il est également proposé un procédé de fabrication d'une vis, dans lequel cette vis est réalisée par fabrication additive par dépose et agglomération de couches de poudre successives et parallèles à l'axe d'une telle vis à fabriquer. 5 Des vis et des assemblages incluant des vis vont maintenant être décrits à titre d'exemples non limitatifs, illustrés par le dessin annexé dans lequel : - la figure 1 représente une coupe longitudinale d'une vis ; - la figure 2 représente un assemblage incluant la vis de la 10 figure 1 ; - la figure 3 représente une coupe longitudinale d'une autre vis ; - la figure 4 représente un assemblage incluant la vis de la figure 3 ; et 15 - la figure 5 représente un autre assemblage incluant la vis de la figure 1. Comme illustré sur la figure 1, une vis monobloc 1 comprend un corps cylindrique longitudinal 2 et un filet extérieur 3 formé en hélice autour du corps cylindrique 2. 20 Selon l'exemple représenté, ce filet extérieur 3 présente un profil transversal substantiellement trapézoïdal, rectangulaire, trapézoïdal ou suivre une forme plus complexe telle qu'une développante de cercle à la manière des engrenages. Le filet extérieur 3 comprend un cloisonnement intérieur 4 qui 25 délimite une pluralité de canaux intérieurs 5 qui s'étendent sur une partie de la longueur du filet 3, sous la forme d'hélices qui suivent le profil en hélice du filet 3. Le filet 3 est pourvu, à faibles distances de ses extrémités, de cavités collectrices intérieures radiales 6 et 7 dans lesquelles 30 débouchent les extrémités correspondantes des canaux intérieurs 5 et qui sont alignées longitudinalement. Ces cavités collectrices 6 et 7 s'étendent vers l'intérieur au travers de la paroi du corps cylindrique 2 et débouchent dans l'alésage longitudinal 8 de ce corps 2, en des endroits espacés longitudinalement. 3045442 4 Le filet 3 comprend une paroi extérieure 9 qui définit sa surface extérieure 10. Le cloisonnement intérieur 4 comprend une âme intérieure 11 et des cloisons intérieures 12 qui s'étendent sous la forme de rayons 5 depuis cette âme 11 et dont certaines rejoignent la paroi extérieure 9 et les autres rejoignent le corps cylindrique 2. Ainsi, les canaux intérieurs 5 sont substantiellement répartis autour de l'âme 11. Les parties de jonction des cloisons intérieures 12 avec la paroi extérieure 9 et le corps cylindrique 2 présentent des arrondis qui, vus 10 de l'intérieur des canaux 5, sont concaves. Avantageusement, la paroi extérieure 9 et les cloisons 12 peuvent présenter, entre leurs parties de jonction précitées, des épaisseurs substantiellement égales. En outre, la section cumulée des canaux intérieurs 5 est au moins égale à cinquante pour cent (50%) de 15 la section totale du filet 3. L'alésage longitudinal 8 du corps cylindrique 2 est pourvu de moyens permettant un entrainement circonférenciel, tel que des cannelures 13 qui s'étendent entre et à distance des cavités collectrices 6 et 7. 20 Sur la figure 2 est illustré un assemblage 14 qui comprend la vis 1. Cet assemblage 14 comprend un arbre longitudinal cylindrique 15 de montage et de transmission des efforts qui est engagé dans l'alésage longitudinal 8 de la vis 1 et qui comprend des cannelures 25 extérieures 16 en prise avec les cannelures intérieures 13 de la vis 1. Le corps cylindrique 2 de la vis 1 est, longitudinalement, pris entre un épaulement 17 de l'arbre 15 et la tête 18 d'une vis de montage 19 vissée longitudinalement sur une extrémité de l'arbre 15. L'arbre longitudinal de montage 15 présente un alésage 30 longitudinal cylindrique 20 dans lequel est installé, solidairement et de façon étanche, un arbre longitudinal de distribution 21. L'arbre de distribution 21 présente une extrémité 22 placée entre les cavités collectrices 6 et 7 de la vis 1, de façon à aménager, au-delà de cette extrémité 22, un espace interne 23 dans l'alésage 3045442 5 longitudinal 20 de l'arbre de montage 15. Cet espace 23 communique avec la cavité collectrice 7 de la vis 1 via un orifice radial 24 aménagé au travers de la paroi de l'arbre de montage 15. L'arbre de distribution 21 est pourvu d'un canal longitudinal 5 local 25 qui débouche dans l'espace interne 23 au travers de sa face radiale d'extrémité 22 et d'une gorge périphérique 26 qui communique avec le canal longitudinal 25 via un orifice radial 27. La paroi de l'arbre de montage 15 est pourvue d'un orifice radial traversant de communication extérieure 28 qui débouche dans la gorge 26 et qui est 10 situé à un endroit éloigné de la vis 1. L' arbre de di stribution 21 est pourvu d'une rainure périphérique 29 qui communique avec la cavité collectrice 6 de la vis 1 via un orifice radial 30 aménagé au travers de la paroi de l'arbre de montage 15. La paroi de l'arbre de montage 15 est pourvue d'un 15 orifice radial traversant de communication extérieure 31 qui débouche dans la gorge 28 et qui est situé à un endroit éloigné de la vis 1. Il résulte de l'assemblage ci-dessus qu'en reliant l'orifice radial de communication extérieure 28 à une source d'un fluide par exemple un liquide, et l'orifice radial de communication extérieure 31 20 à une évacuation, ou réciproquement, on peut faire circuler ce fluide dans les canaux intérieurs 5 du filet 3 de la vis 1, entre les cavités collectrices 6 et 7. Ainsi, le fluide, qui circule en parallèle dans les canaux intérieurs 5, peut constituer un moyen de régulation de la température de la vis 1, plus particulièrement du filet 3. 25 L'assemblage 15 peut former un moyen d'entraînement ou de déplacement d'une matière, par exemple liquide ou en poudre ou en grains, dans un cylindre d'une machine, non représentée, par exemple d'extrusion ou d'injection, l'arbre de montage 15 étant relié à un moteur d'entraînement en rotation et la vis 1 constituant un moyen 30 pour déplacer une matière dans une chambre du cylindre, ce cylindre étant pourvu de moyens de connexion des orifices radiaux de communication extérieure 28 et 31. Par exemple, cette matière peut être un mélange vulcanisant à base d'élastomères pour la fabrication de pneumatiques. 3045442 6 Il résulte de ce qui précède que le cloisonnement 4, non seulement délimite les canaux intérieurs parallèles 5, qui peuvent être répartis sur toute la section du filet 3, mais constitue en outre une structure de soutien et de renforcement de la paroi extérieure 9 du filet 5 3, de telle sorte que le filet 3, plus particulièrement sa paroi extérieure 9, est apte à supporter des charges élevées, tout en assurant une régulation de la température de la vis sous l'effet du fluide circulant dans les canaux intérieurs 5, au regard de la température de la matière déplacée. 10 Sur la figure 3 est illustrée une vis monobloc 32 qui comprend un corps cylindrique longitudinal 33 et deux filets extérieurs parallèles 34 et 35 en hélice autour du corps cylindrique 33. Ces filets extérieurs parallèles 34 et 35 sont respectivement construits de façon équivalente au filet 3 de la vis 1 décrite en 15 référence à la figure 1. Ces filets 34 et 35 comprennent respectivement des parois extérieures 36 et 37, des cloisonnements intérieurs 38 et 39 délimitant des pluralités de canaux intérieurs 40 et 41 en hélices, des cavités radiales collectrices 42 et 43 dans lesquelles débouchent des 20 extrémités des canaux intérieurs 40 du filet 34 et des cavités radiales collectrices 44 et 45 dans lesquelles débouchent des extrémités des canaux intérieurs 41 du filet 35. Les cavités collectrices 42 et 44 et les cavités collectrices 43 et 45 sont, respectivement, diamétralement opposées. Les cavités collectrices 42 et 43 et les cavités collectrices 25 44 et 45 sont, respectivement, alignées longitudinalement. L'alésage longitudinal 46 du corps cylindrique 33 est pourvu de cannelures intérieures 47. Sur la figure 4 est illustré un assemblage 48 qui comprend la vis 32, équivalent à l'assemblage 14 décrit en référence à la figure 2 et 30 permettant une circulation d'un fluide de régulation de température, en parallèle dans les canaux intérieurs 40 et 41 des filets 34 et 35. Cet assemblage 48 comprend un arbre longitudinal de montage 49 sur lequel la vis 32 est montée et un arbre longitudinal de distribution 50 monté dans l'alésage longitudinal 51 de l'arbre de 3045442 7 montage 49, agencés comme les arbres 15 et 21 pour une telle circulation en parallèle. Les cavités collectrices 43 et 45 des filets 34 et 35 communiquent avec un espace interne 52 de l'arbre de montage 49, via 5 des orifices traversants 53 et 54 de l'arbre de montage 49. L'espace interne 52 communique avec un orifice radial de communication extérieure 55 de l'arbre de montage 49 via un canal local longitudinal 56 de l'arbre de distribution 51. Les cavités collectrices 42 et 44 des filets 34 et 35 10 communiquent avec une rainure périphérique 57 de l'arbre de distribution via des orifices traversants 58 et 59 de l'arbre de montage 49. L'arbre de montage 49 est pourvu d'un orifice traversant de communication extérieure 60 débouchant dans la rainure périphérique 57. 15 Comme décrit précédemment, en reliant les orifices de communication extérieure 55 et 60, respectivement à une source de fluide et à une évacuation, on peut faire circuler, en parallèle, ce fluide respectivement dans les canaux intérieurs 40 et 41 des filets parallèles 34 et 35 de la vis 32. 20 Sur la figure 5 est illustré un assemblage 61, permettant de monter en série la pluralité de canaux 40 du filet 34 et la pluralité de canaux 41 du filet 35 de la vis 32, en aller et retour en hélices. L'assemblage 61 comprend un arbre longitudinal de montage 62 qui porte la vis 32. 25 L'arbre de montage 62 est pourvu d'un orifice radial intermédiaire 63 qui met en communication la cavité collectrice 43 du filet 34 avec la cavité collectrice 45 du filet 35, en des endroits diamétralement opposés. L' arbre de montage 62 est pourvu de deux canaux 30 longitudinaux locaux 64 et 65 qui communiquent respectivement avec la cavité collectrice 42 du filet 34 et avec la cavité collectrice 44 du filet 35, via des orifices radiaux 66 et 67 de cet arbre 62, en des endroits diamétralement opposés. 3045442 8 L'arbre de montage 62 est pourvu des deux orifices radiaux de communication extérieure 68 et 69 débouchant dans les canaux longitudinaux 64 et 65. En reliant les orifices de communication extérieure 68 et 69, 5 respectivement à une source de fluide et à une évacuation, on peut faire circuler, en série depuis leurs cavités collectrices correspondantes et jusqu'à leurs cavités collectrices correspondantes, ce fluide dans les pluralités de canaux intérieurs 40 et 41 des filets 34 et 35 de la vis 32, via l'orifice intermédiaire 63. 10 Les vis monoblocs 1 et 32, illustrées sur les figures 1 et 3, peuvent être réalisées selon un procédé de fabrication additive à base de poudre, comprenant une pluralité d'étapes successives de dépose de couches de poudre et d'agglomération de ces couches de poudre selon des motifs prédéterminés à l'aide d'un faisceau énergétique à 15 rayonnement électromagnétique, comme par exemple un faisceau laser, et/ou d'un faisceau de particules, comme par exemple un faisceau d' électrons. Il est souhaitable que la forme des canaux précités internes aux filets des vis monoblocs 1 et 32 soit adaptée au sens de fabrication de 20 manière à éviter le risque d'affaissement de la matière pendant le processus de fabrication en couches successives. Selon une variante de réalisation, le procédé de fabrication peut comprendre la réalisation de couches successives, selon des motifs correspondant à des sections successives perpendiculaires à 25 l'axe des vis à obtenir. Selon une autre variante de réalisation, le procédé de fabrication peut comprendre la réalisation de couches successives, selon des motifs correspondant à des sections successives parallèles à l'axe des vis à obtenir, ces couches étant par exemple empilées 30 perpendiculairement à des directions radiales F indiquées sur les figures 1 et 3, ces directions radiales F étant par exemple parallèles aux axes des cavités collectrices internes précitées des vis. Les vis monoblocs 1 et 32 présentant généralement une longueur axiale supérieure à leur diamètre extérieur, une telle 3045442 9 fabrication par couches successives parallèles à leur axe est avantageuse car le nombre de couches à réaliser est réduit par rapport une fabrication par couches successives perpendiculaires à leur axe. On obtient ainsi une réduction de la durée et du coût de fabrication. 5 Pour cela, le procédé débute par une étape de dépose d'une première couche de poudre sur une surface de travail d'un plateau de fabrication. Ensuite, une source énergétique, par exemple du type laser, émet un faisceau énergétique afin de chauffer la couche de poudre selon un motif comprenant des régions locales initiales, 10 alignées axialement, d'extrémité radiale du ou des filets des vis à obtenir et ainsi réaliser de manière sélective la fusion et l'agglomération de la poudre sur ces régions. Puis, on réalise les couches successives correspondant aux sections successives parallèles à l'axe des vis à obtenir, jusqu'à la 15 réalisation de régions locales finales du ou des filets des vis, diamétralement opposées auxdites régions locales initiales. Par ailleurs, d'une part la vis 1 et l'arbre 15 du montage décrit en référence à la figure 2 et d'autre part la vis 32 et l'arbre 49 du montage décrit en référence à la figure 4 peuvent être réalisés d'une 20 seule pièce afin de supprimer leur liaison par exemple par cannelures et d'augmenter la résistance de l'ensemble aux efforts de transmission. Ainsi, le corps 2 de la vis 1 intègre l'arbre 15 et le corps 33 de la vis 32 intègre l'arbre 49. Dans ce cas, le procédé de fabrication par couches successives parallèles à l'axe des vis à obtenir est encore plus 25 avantageux. A titre d'exemple, les vis 1 et 32 peuvent être en acier, en alliage de type Nickel-Chrome ou en alliage d'aluminium. 30 REVENDICATIONS1. Vis comprenant un corps longitudinal (2, 33) et, autour de ce corps longitudinal, au moins un filet (3, 34, 35) s'étendant sous la forme d'une hélice, dans laquelle ce filet comprend, sur une partie de sa longueur, un cloisonnement intérieur (4, 38, 39) délimitant une pluralité de canaux intérieurs (5, 40, 41) qui s'étendent sous la forme d'hélices suivant la forme en hélice du filet. 2. Vis selon la revendication 1, comprenant des cavités collectrices (6, 7, 42, 43, 44, 45) dans lesquelles débouchent lesdits canaux intérieurs. 3. Vis selon la revendication 2, dans laquelle lesdites cavités collectrices s'étendent radialement et débouchent dans un alésage longitudinal (8, 46) dudit corps. 4. Vis selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le filet comprend une paroi extérieure (9, 36, 37) définissant sa surface extérieure, le cloisonnement intérieur (4, 38, 39) comprenant au moins une cloison intérieure (12), s'étendant depuis cette paroi extérieure. 5. Vis selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le cloisonnement intérieur comprend au moins une cloison s'étendant depuis ledit corps longitudinal. 6. Vis selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le cloisonnement intérieur comprend une âme (11) et une pluralité de cloisons intérieures (12) qui rayonnent depuis cette âme, de façon à délimiter des canaux intérieurs situés autour de cette âme. 7. Vis selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le cloisonnement intérieur comprend des cloisons intérieures présentant des épaisseurs égales. 8. Vis selon la revendication 4, dans laquelle ladite paroi extérieure et ladite cloison intérieure présentent des épaisseurs égales. 9. Vis selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit corps est pourvu d'un alésage longitudinal (8) dans lequel sont aménagées des cannelures (13). 3045442 11 10. Vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel ledit corps comprend un arbre de transmission pourvu d'un alésage longitudinal (20, 50). 11. Vis selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 dans laquelle la section cumulée desdits canaux intérieurs (5) est au moins égale à cinquante pour cent (50%) de la section totale dudit filet (3). 12. Procédé de fabrication d'une vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel cette vis est réalisée par fabrication 10 additive par dépose et agglomération de couches de poudre successives perpendiculaires à l'axe d'une telle vis à fabriquer. 13. Procédé de fabrication d'une vis selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel cette vis est réalisée par fabrication additive par dépose et agglomération de couches de poudre successives 15 et parallèles à l'axe d'une telle vis à fabriquer.