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"Machine perfectionnée pour le moulage par injection de substances plastiques*
La présente invention se rapporte au moulage par injection de matières plastiques.
Il existe deux procédés généralement employés pour le moulage de matières plastiques, de même que deux typas généraux de compo- sés utilisés dans ces procédés. Ces deux méthodes sont le moulage à la presse et le moulage par injection, tandis que les deux ma- tières sont classées comme durcissant à la chaleur et comme ther- moplastiques.
Dans le moulage à la presse, la matière en poudre est pas- tillée, les pastilles ou ébauches étant ensuite placées dans des moules pour être soumises dans ceux-ci à la compression et au durcissement par la chaleur. Dans la méthode par injection, la matière est placée dans un cylindre d'injection ou chambre
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de remplissage, dans laquelle elle est chauffée, pour être ensuite refoulée à travers un ajutage, sous une pression rela- tivement élevée, vers un moule chauffé, Il va de soi que la matière restée dans l'ajutage est chauffée simultanément avec la matière contenue dans le moule, de sorte que, dans le cas d'une substance durcissant à la chaleur, la matière présente dans l'ajutage, dans les jets et les talons de coulée, etc., est également susceptible de durcir et de former des déchets.
La machine courante pour le moulage par injection compre- nait une matrice dans laquelle un ajutage venait s'appliquer à pression, cet ajutage étant relié à une chambre de chauffage pourvue d'un plongeur. A chaque cycle de la machine, le plon- geur pressait de la matière en poudre dans la chambre de chauf- fage, la matière contenue dans cette chambre étant ainsi refou- lée de la chambre de chauffage, à travers l'ajutage, vers la matrice. La matrice était maintenue fermée jusqu'à ce que la matière durcissait, après quoi la pièce finie était démoulée, de sorte que la matrice était prête pour un nouveau cycle d'o- pérations.
Lorsqu'on procède au moulage par injection de matières durcissant à la chaleur, la durée du processus de durcissement, de l'ouverture des moules, du démoulage, du nettoyage des moules et du regarnissage de ceux-ci avec des noyaux, a pour effet que la matière restée dans l'ajutage durcit au moins partiellement, au point de nécessiter une expulsion de cette masse durcie de l'ajutage avant de pouvoir injecter la charge suivante.
D'autre part, les avantages du moulage par injection peu- vent être brièvement exposés comme suit :
Dans le cas de la machine à injection, il n'est pas néces- saire que la matière employée présente des grosseurs de grain déterminées, comme cela est nécessaire lorsqu'il s'agit de produire des ébauches d'un poids uniforme,
En outre, il n'est pas nécessaire d'ajouter de l'acide
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stéarique ou une autre substance afin de former l'ébauche en partant de la matière en poudre, comme c'était le cas dans le moule à la presse. La différence en poids moyen entre le jet d'une pièce moulée par injection et les déchets formés par les bavures de pièce moulées par compression, réduit les pertes de matière de 20% à 6% en faveur du moulage par injection.
De plus, le moulage par compression exige l'application d'une tem- pérature constante ne dépassant pas 350oF, tandis que le moulage par injection permet un durcissement plus rapide, de sorte qu'on peut élever la température à 450F ou plus. Ceci ne peut pas être réalisé dans la machine à mouler à la presse, étant donné que les ébauches durcissent aux bords lorsqu'on les introduit dans un moule dont la température est supérieure à 350 F. De plus, la résistance mécanique d'un objet formé suivant le procédé du moulage par injection est notablement plue élevée que celle d'un objet obtenu par moulage à la presse, étant donné que la pression d'injection, plus élevée, appliquée dans ce dernier procédé, permet d'obtenir une matière de plus grande densité.
Finalement, le moulage par injection permet d'appli- quer un temps de durcissement plus court, n'exige pas de ma- chines pour le pastillage ou pour la manipulation des pastilles, permet un fonctionnement et démoulage continus et, d'une manière générale, peut être réalisé avec un appareillage moins encombrant.
Partant de ces considérations, l'invention vise à établir une machine à mouler par injection, permettant l'emploi de matières durcissant à la chaleur, cette machine étant cons- truite de façon que la matière contenue à l'intérieur de l'a- jutage d'injection ne durcisse pas dans l'intervalle entre deux cycles de moulage successifs.
L'invention consiste en une machidne à mouler par injec- tion pour matières plastiques, cette machine comprenant : uns carcasse, un dispositif transporteur monté sur cette carcasse, une série de moules montés sur ce dispositif transporteur, un
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dispositif injecteur de matière plastique fixé sur cette car- casse, des moyens pour actionner ce transporteur par intermittence de façon que les moules soient amenés successivement dans la position voulue à proximité du dit dispositif d'injection, des moyens pour maintenir le moule fermé au cours de l'injection de la matière plastique, et cela sous unepression supérieure à la pression d'injection, et des moyens pour maintenir le moule fermé sous une pression moins élevée pendant la durée de plu- sieurs cycles de fonctionnement ultérieurs du dispositif d'in- jection.
L'invention vise en outre à établir une machine à mouler par injection pour matières plastiques, cette machine compre- nant : une table rotative, sur laquelle est montée une série de moules en deux parties; des moyens pour déterminer des dé- placements angulaires intermittents de la table correspondant à l'intervalle entre deux moules adjacents ; un dispositif d'injection de matière plastique fixé en un point à proximité de la périphérie de la table; des moyens mécaniques pour obturer le moule avant que celui-ci n'ait atteint le poste d'injection et pour maintenir ce moule fermé pendant un laps de temps après qu'il aura quitté ce poste; et des moyens commandés par un fluide sous pression pour maintenir un moule fermé pendant l'opé- ration d'injection, et cela sous une pression supérieure à celle exercée par les dits moyens mécaniques.
Dans les dessins annexés :
Fig. 1 est une vue en plan d'un mode de réalisation de la machine suivant l'invention.
Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1.
Fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la Fig. 2.
Fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la Fig. 2.
Fig. 5 est une vue en plan d'un des moules employés sur
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cette machine.
Figs. 6, 7, 8 et 9 sont des vues schématiques montrant les opérations successives de la phase de serrage des matrices et d'injection, faisant partie du cycle exécuté par cette ma- chine.
Avant de procéder à la description détaillée de la machine montrée aux dessins, il y a lieu de mentionner que celle-ci comporte une table circulaire portant plusieurs moules ou ma- trices, des. moyens étant prévus pour imprimer à cette table des déplacements angulaires intermittents d'une amplitude correspondant à l'espacement des moules. Un organe d'obturation commandé par un système de bielles articulées est fixé à chaque moule, la disposition étant telle que, lorsque la table tourne, les moules se fermént et s'ouvrent ensuite, successivement..
Un mécanisme de serrage hydraulique est en outre prévu en un point situé à proximité de la périphérie de la table; chaque fois qu'un moule passe au-dessous de ce mécanisme il se ferme d'abord pour être ensuite resserré par la pression hydraulique, après quoi la matière à mouler est injectée dans le moule, à travers un orifice approprié, de manière à remplir entièrement la cavité du moule. Le mécanisme de serrage hydraulique est ensuite retiré, tandis que le mécanisme de serrage à genouillère continue à agir sur les machines en vue de les serrer l'une contre l'autre.
La table exécute ensuite un déplacement angulaire, le moule qui venait d'être rempli étant alors laissé pour per- mettre le durcissement de la matière, tandis que le moule sui- vant se remplit de la manière qui vient d'être décrite.
Dans la machine montrée aux dessins, on a prévu douze moules autour de la table, le mécanisme de commande de la rotation de la table étant établi de telle manière que douze secondes. s'écoulent entre les déplacements intermittents de la table.
Ainsi, le cycle complet de chaque moule doit durer 144 secondes.
Toutefois, le cycle de fonctionnement complet du plongeur
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d'injection n'exige que 12 secondes. Par conséquent, le temps pendant lequel la matière séjourne dans les cavités des moules suffit amplement pour le durcissement de celle-ci, alors que la matière contenue dans l'ajutage d'injection n'a pas le temps de durcir, vu qu'elle n'y séjourne que pendant un seul cycle de travail d'injection du plongeur, de sorte qu'elle peut être injectée dans le moule suivant.
La machine montrée aux dessins est d'un format moyen, pou- vant fournir un moulage maximum de huit ounces par injection.
Elle est prévue pour développer une pression de serrage de 250. 000 1bs, une pression d'injection de 40.000 1bs et une pres- sion de durcissement de 10.000 1bs.
Il va de soi que ces pressions peuvent être modifiées pour s'adapter aux produits qu'on désire obtenir.
Dans les dessins annexés, le chiffre de référence 10 désigne une carcasse sur laquelle est montée une table 11 relativement étendue, appelée à tourner autour d'un arbre vertical 12. Un pignon de commande 13, fixé à l'extrémité inférieure de l'ar- bre 12 engrène avec un pignon 14. Ce dernier pignon est solidaire d'une croix de Malte 15 à mouvement intermittent, ce pignon et cette croix de Malte étant montés à rotation sur un arbre appro- prié 55 prévu à l'intérieur de la carcasse 10. L'organe de com- mande 16 de la croix de Malte est solidaire d'un pignon à vis sans fin 17, ce dernier pignon étant également monté à rotation dans la carcasse 10, sur un arbre 56, et étant disposé de façon à engrener avec une vis sans fin 18. La vis sans fin 18 est fixée à l'extrémité de l'arbre moteur 19.
Le rapport de transmission entre le pignon 13 et le pignon 14 est de 3 à 1, tandis que la croix de Malte 15 comporte quatre entailles, de sorte qu'une révolution du pignon à vis sans fin 17 fait tourner le pignon 13 d'un douzième de tour.
Il ressort de ce qui précède que, lorsque l'arbre moteur 19 tourne, la roue à vis sans fin 17 se trouve entraînée à une
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vitesse démultipliée et entratne à son tour par intermittences la table 11, de telle manière que cette dernière exécute un douzième de tour pour chaque révolution de la roue à vis sans fin 17. La durée de la période d'arrêt de la table entre deux mouvements consécutifs est triple de celle de la période de mouvement.
La machine comporte 12 semelles de matrices 20, réparties uniformément suivant un cercle autour de la périphérie de la table 11 et à chacune desquelles est fixé un bloc-matrice 21.
Une contre-matrice 22 est disposée au-dessus de chaque bloc- matrice 21. Chaque bloc 21 et chaque contre-matrice correspon- dante 22 déterminent par leurs creux respectifs la cavité 24 du moule. Chaque contre-matrice 22 présente en outre un siège 23 destiné à recevoir un ajutage et communiquant avec la cavité 24 du moule. à travers un passage 25, relativement étroit.
Comme on le voit, le passage 25 dirige la matière à mouler vers la cavité 24.
Deux tringles de serrage 26 se dirigent vers le bas à partir de chaque plaque 22, en traversant la table 11, les extrémités inférieures de ces tringles étant reliées au moyen d'un balancier 27. Les extrémités supérieures de ces tringles de traction sont munies de têtes appropriées, ce qui leur per- met de solliciter les contre-matrices 22 vers le bas. Les ex- trémités inférieures de ces tringles sont vissées dans des chapes appropriées 28 réunies à. pivotement au balancier 27.
On remarquera la prévision de tourillons 29 sur le coté inférieur de la table 11, entre chaque paire de tringles 26; en outre, une paire de bielles articulées 30 et 31 relie chaque tourillon 29 au centre du balancier adjacent 27. La bielle de genouillère supérieure 31 est pourvue d'un bras 32 venu d'une pièce avec cette bielle et qui se dirige vers un côté de l'axe du système de bielles articulées, ce bras étant muni d'un galet
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approprié 33, qui se déplace dans une rainure-came 34 taillée dans une partie intérieure de la carcasse 10.
Lorsque les bielles articulées 30 et 31 occupent la position montrée dans la Fig. 3, le balancier adjacent 27 se trouve sollicité vers le bas, exer- çant ainsi une traction sur les tringles 26, de manière à serrer la contre-matrice 22 sur le bloc-matrice 21. Les tringles sont réglées de telle manière qu'elles appliquent une pression de serrage d'environ 10.000 lbs lorsque les bielles articulées sont disposées l'une dans le prolongement de l'autre en vue de main- tenir le jeu de matrices fermé.
La rainure-came 34 présente un tracé tel que, lorsque la table 11 tourne, le galet 33 s'engage sur un tronçon surélevé 35, et cela pendant un quart de tour. Dans cette position, lea bielles 31 dévient dans le sens antihorlogique de façon à soulever le balancier 27, provoquant ainsi l'ouverture des matrices. La partie surélevée de la rainure-came est représentée dans la Fig.
2 avec le moule dans la position ouverte.
Une série de tiges d'éjection 36 se dirigent vers le bas à travers chacun des blocs 21, pour s'engager dans un évidement approprié prévu dans la gamelle adjacente 20, ces tiges étant reliées à un disque de commande 37, qui est à son tour actionné par un plongeur 38. Ce dernier se dirige vers le bas à travers la partie adjacente de la semelle de matrice 20 et de la table 11. L'extrémité inférieure du plongeur 38 est disposée immédia- tement au-dessus du pivot de la bielle de genouillère 31. Une came 39 est formée sur le bras 32 juste au-dessous du plongeur 38, cette came présentant un profil tel que lorsque les bielles articulées occupent la position représentée aux dessins, la came 39 sera tout juste écartée de l'extrémité du plongeur 38.
Toutefois, lorsque la genouillère 31,32 fléchit, la came 39 vient agir sur l'extrémité inférieure du plongeur 38 en vue de soulever le disque 37, repoussant ainsi les tiges 36 vers le haut, de manière à expulser la pièce moulée qui a été formée entre les matrices.
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Ces barres d'éjection sont également utilisées pour suppor- ter des noyaux lorsque la présence de ceux-ci est nécessaire dans le moule. Les noyaux sont assujettis dans des ouvertures prévues sur les extrémités de ces tiges d'éjection, la dispo- sition étant telle que, lorsque les moules se ferment, les noyaux s'abaissent jusqu'à leurs positions voulues dans les moules.
La tête de la machine suivant l'invention s'appuie sur un bâti 40 qui s'élève, en partant de la carcasse 10, sur un coté . de la table 11. L'extrémité supérieure du bâti 40 est orientée vers l'intérieur, en surplombant le bord de la table. Le bâti 40 comporte des moyens de fixation pour des cylindres de serrage hydrauliques et pour un cylindre d'injection. On remarque un bossage d'appui 41 venu de fonderie avec le bâti 40 et disposé juste au-dessous de la partie adjacente de la table 11, de sorte que, lors de l'application de la pression hydraulique, le bord adjacent de la table 11 se trouve soutenu indépendamment de l'arbre 12.'Ce dernier est ainsi exempt de tout effort de flexion.
En considérant qu'une pression d'environ 125 tonnes est exercée sur chaque moule, on conçoit qu'il n'est pas indiqué de faire supporter les moules par la table 11 seula.
Comme montré dans la Fig. 3, la machine suivant l'invention comporte deux cylindres de serrage 42, fixés à la partie en surplomb du bâti 40. Les tiges de piston 43, qui émergent des cylindres 42, se dirigent vers le bas et sont fixées par leurs extrémités inférieures à une plaque de pression 44. On prévoit des soupapes et des conduits appropriés (non montrés aux dessins) pour réaliser les déplacements alternatifs simultanés des tiges de pistons 43 et de la plaque de pression 44.
Lorsque le fluide sous pression est admis dans les cylindres 42, la plaque de pres- sion 44 se déplace vers le bas jusqu'à ce qu'elle entre en con- tact avec la face supérieure de la contre-matrice 22, de manière à serrer cette dernière fortement contre le bloc-matrice 21. Dans une machine du format correspondant à celui montré aux dessins,
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le fluide moteur admis dans les cylindres 42 est sous une pres- sion telle qu'une pression de 125 tonnes environ agit dans le sens de la fermeture des matrices.
La plaque de pression 44 est munie d'un alésage central dans lequel se trouve monté à mouvement alternatif un cylindre d'injection 45, ce cylindre se dirigeant vers le haut jusque dans l'espace compris entre les deux cylindres 42. L'extrémité inférieure du cylindre 45 est pourvue d'un collier 57. Un res- sort de compression 46 sollicite élastiquement le collier du cylindre d'injection 45 vers le bas, c'est-à-dire vers l'inté- rieur de la plaque 44, contre un écrou de butée 58. L'extrémité inférieure du cylindre d'injection 45 est munie d'un ajutage 47 appelé à coopérer avec chacun des sièges 23.
Un plongeur d'injection tubulaire 48 est monté à mouvement alternatif à l'intérieur du cylindre 45, l'extrémité supérieure de ce plongeur étant solidaire d'un piston 49 monté à mouve- ment alternatif dans un cylindre moteur 50. Le fluide admis entre le piston 49 et l'extrémité supérieure du cylindre 50 déplace le plongeur 48 vers le bas, dans le cylindre d'injection 45, de façon à refouler la matière contenue dans ce dernier a travers l'ajutage 47.
Le cylindre 45 est muni d'un noyau solide 51, de sorte que la matière plastique refoulée vers le bas à travers le cylindre d'injection se présente sous la forme d'un tube à parois relativement minces. La matière plastique en poudre est un conducteur de chaleur relativement médiocre et, comne elle doit être réchauffée dans le cylindre d'injection 45, il est préférable à cet effet que la masse de matière présente une section transversale comparativement mince.
Une trémie de remplissage 52, montée sur le bâti 40, est reliée par un conduit approprié à un orifice 53 prévu dans la partie supérieure du cylindre d'injection 45, de sorte que, lorsque le plongeur 48 occupe sa position supérieure, la matière
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descend depuis la trémie 52, pour pénétrer dans le cylindre 45, à travers l'orifice 53. Lorsque le plongeur 48 est refoulé vers le bas, il obture l'orifice 53, de sorte que la matière ne peut pas s'échapper. Une bobine de chauffage par induction 54 est disposée autour de la face externe du cylindre 45, de manière à chauffer ce dernier, ainsi que le noyau 51 par un courant induit de haute fréquence. Ceci a naturellement pour effet de réchauffer par conduction la matière contenue dans le cylindre.
Les Figs. 6 à 9 montrent la suite des- opérations pour chaque cycle de fonctionnement du cylindre d'injection chaque fois qu'un nouveau moule a été déplacé par la table 11 de façon à prendre position au-dessous du cylindre d'injection. La contre-matrice 22 est serrée contre son bloc-matrice par un système de genouillère comme décrit ci-dessus. Les moules se trouvent donc fermés avant d'être amenés au-dessous du cylindre d'injection. Ceci est montré dans la Fig. 6. Le fluide sous pression est ensuite admis dans les extrémités supérieures des cylindres 42 et agit de manière à refouler vers le bas la pla- que de pression 44 et le cylindre d'injection 45, jusqu'à la position montrée dans la Fig. 7. A ce moment, l'ajutage 47 pé- nètre dans le siège 23, mais la plaque 44 n'est pas encore pressée contre le bloc-matrice.
Le déplacement ultérieur de la plaque de pression 44 a pour effet d'amener celle-ci au contact de la face supérieure de la plaque 22. Ceci s'effectue grâce à la compression du ressort 46. Lorsque le ressort 46 est comprimé, il sollicite élastiquement l'ajutage 47 contre le siège 23, tandis que l'effort appliqué par la plaque de pres- sion 44 s'exerce principalement sur la face supérieure de la contre-matrice et agit de façon à serrer les deux matricea l'une contre l'autre. Le ressort 46 présente des dimensions suf- fisantes pour que l'ajutage 47 soit maintenu fermement mais
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élastiquement dans le siège 23.
Tout en continuant à s'exercer dans les cylindres 42, la pression vient désormais agir sur le piston 49, lequel repousse le plongeut 48 vers le bas, refoulant ainsi une charge de matiè- re à travers l'ajutage 47, dans le canal 25, d'où elle est re- foulée dans la cavité 24 du moule. La pression s'exerce sur la matière pendant quelques secondes, après quoi la pression cesse d'agir sur la face supérieure du piston 49, pour être appliquée sur la face inférieure de celui-ci, dans le but de soulever le plongeur 48. A partir de ce moment, la pression vient agir dans les extrémités inférieures des cylindres 42, en vue de provoquer le soulèvement de la plaque de pression 44.
La course de cette dernière doit être relativement réduite, c'est-à-dire juste suffisante pour que le moule puisse, à la suite de la rotation de la table, quitter, en se déplaçant latéralement, la position qu'il venait occuper au-dessous du cylindre d'injection.,
Après avoir été rempli, chaque moule est déplacé d'un douzième de tour à la suite du mouvement intermittent de la table 11. Toutefois, les matrices restent encore pressées l'une contre l'autre par les bielles articulées 30 et 31 pen- dant six ou sept stations en dehors du poste d'injection. Après que la table 11 a effectué à peu près un demi-tour, legalet 33 du moule considéré s'engage sur la partie surélevée 35 de la rainure-came, provoquant ainsi un fléchissement de la genouillère 30,31, ce qui a pour effet de soulever la plaque 22, avec ou- verture de la cavité du moule.
Les tiges de démoulage 36 se déplacent également vers le haut, de manière à expulser la pièce moulée.
Lors de l'exécution de pièces dont le moulage nécessite des noyaux,il est indiqué d'employer une rainure-came 34 dont le tracé agit de manière à maintenir les moules ouverts pendant la durée de trois ou quatre stations, de façon à laisser à
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l'opérateur le temps d'enlever les pièces moulées, de nettoyer les matrices et d'installer les noyaux voulus.
Panni les nombreux avantages résultant de l'application de la machine perfectionnée suivant l'invention, il y a lieu de mentionner le fait qu'il est désormais possible de mouler les matières durcissant à la chaleur et dont le durcissement demande de une minute à une minute et demie, et cela sans pro- voquer le durcissement, même partiel, de la matière contenue dans l'ajutage d'injection. Le laps de temps qui s'écoule entre deux cycles de travail consécutifs du cylindre d'injection n'est que de 10 ou 12 minutes, afin d'éviter le durcissement de la matière dans l'intérieur de l'ajutage. Ceci dispense du nettoyage de l'ajutage entre deux injections consécutives.
Un autre avantage de la machine suivant l'invention réside dans le fait que la pression s'exerçant sur l'ajutage d'injec- tion et sur la matière agit dans un sens tel qu'elle contribue à serrer les matrices l'une contre l'autre. La pression de serrage totale est donc la somme des pressions exercées par les cylindres 42 et 50. Dans les constructions où l'ajutage est inséré à angle droit entre les deux éléments du jeu de matrices, la pression appliquée à l'ajutage tend à écarter la matrice et la contre-matrice, de sorte que la plaque de serrage doit exercer une pression beaucoup plus élevée, afin de vaincre la pression d'injection.
Certaines modifications peuvent être apportées à l'agence- ment, à la construction et à la combinaison des divers organes du dispositif perfectionné suivant l'invention, et cela sans sortir du cadre de celle-ci.
REVENDICATIONS.
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