Procédé pour la fabrication d'une pièce creuse en matière plastique
et appareil pour sa mise en oeuvre
L'invention est relative à un procédé de fabrication d'une pièce creuse en matière plastique pourvue d'au moins une cavité débouchant sur sa surface externe, et notamment d'une pièce tubulaire telle qu'une pièce de raccordement pour tuyauteries en matière plastique.
De telles pièces ont déjà été fabriquées en injectant sous pression la matière ramollie préalablement par élévation de température dans un moule fermé pourvu d'un noyau intérieur.
Toutefois, ce procédé présente plusieurs inconvénients.
D'une part, la température à laquelle on peut chauffer les matières plastiques est assez limitée : en effet, une trop forte élévation de température risque de provoquer une carbonisation de la matière qui altère considérablement ses caractéristiques mécaniques. Dans le cas d'une matière plastique telle que le chlorure de polyvinyle, il n'est pas possible de dépasser 2000 C. L'injection nécessitant une matière aussi plastique que possible, on est obligé de travailler dans une gamme de températures très proches de la température de carbonisation et une telle fabrication nécessite un réglage de température très délicat à réaliser.
D'autre part, et malgré la plasticité obtenue par cette élévation de température, l'injection s'opérant par un orifice de petites dimensions, la pression nécessaire pour la fabrication des pièces est généralement très élevée (plusieurs tonnes), ce qui nécessite une installation importante.
Divers moyens ont bien été proposés pour réduire la viscosité de la matière tels que l'addition d'un plastifiant, mais cette addition provoque généralement une modification et une diminution des caractéristiques mécaniques du matériau.
Enfin, lors de l'injection, la matière pénètre dans le moule par un seul orifice et se sépare généralement en deux nappes qui contournent le noyau pour se réunir par soudure après ce contournement. Or, cette zone de soudure constitue toujours une zone de moindre résistance : il a été constaté que les matières plastiques, notamment les chlorures de polyvinyle, se soudent mal. Ce fait se constate expérimentalement lorsqu'on soumet des pièces moulées par injection à un essai de pression intérieure. Généralement, la rupture se produit suivant une ligne qui correspond à la zone de soudure.
Le procédé que comprend l'invention permet d'éviter tous ces inconvénients. I1 consiste à ramollir une masse compacte de matière plastique, d'un volume au moins égal à celui de la pièce à fabriquer, à placer cette masse ramollie dans un moule dont la surface interne correspond à la surface externe de la pièce à obtenir et à faire ensuite pénétrer dans ce moule au moins un noyau dont la surface externe correspond à une portion au moins de la surface interne de cette pièce, de manière à provoquer un fluage de ladite matière dans l'intervalle laissé libre entre ce noyau et ladite surface interne du moule.
L'invention comprend également un appareil pour la mise en oeuvre du procédé, et une pièce creuse en matière plastique obtenue par ledit procédé.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, représente une forme d'exécution et une variante d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé.
La fig. 1 est une coupe de ladite forme d'exécution avant mise en place des noyaux;
la fig. 2 est une vue correspondante après introduction des noyaux;
la fig. 3 représente la pièce obtenue après démoulage;
la fig. 4 est la coupe d'une variante de ladite forme d'exécution destinée à la fabrication d'une pièce à tubulures telle qu'un té.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 1 et 2, l'appareil est destiné à la fabrication d'une pièce P constituée par un manchon tel que celui qui est représenté à la fig. 3. Ce manchon comporte un corps cylindrique 1 qui est pourvu à chacune de ses extrémités d'une collerette externe 2 et qui comporte un alésage 3 dans lequel fait saillie une collerette interne 4.
Le moule A est constitué en deux parties 5 et 5a assemblées suivant un plan de joint dia métral longitudinal XX (fig. 1) par n'importe quel moyen bien connu non représenté. Ce moule comporte une chambre de moulage 6 dont la surface correspond au profil de la surface externe de la pièce à obtenir. Dans la cavité 6 du moule peuvent pénétrer par translation axiale deux noyaux B et C, guidés par des surfaces 7 et 8 ménagées aux deux extrémités du moule. Le noyau de droite B comporte une portion cylindrique 9 dont le diamètre correspond à celui de la partie cylindrique de l'alésage 3 du manchon à obtenir et dont la longueur est telle qu'il pénètre dans le moule jusqu'au droit de la face transversale (fig. 3) de droite de la collerette 4 de ce manchon.
L'autre noyau C comporte également une portée cylindrique 10 prolongée par une portée 11 de diamètre plus petit correspondant au diamètre interne de ladite collerette 4. Les longueurs des portées cylindriques 10 et 11 du noyau C correspondent aux longueurs axiales de l'autre partie de l'alésage 3 du manchon et de sa collerette 4. Des butées sont disposées sur le moule en 12 et 13 et sur les noyaux en 14 et 15 pour limiter la pénétration des deux noyaux, de manière qu'à la fin de course d'enfoncement (fig. 2) les deux noyaux soient au contact par leurs tranches d'extrémité 16 et 17.
Des moyens de chauffage et de refroidissement non représentés peuvent être prévus pour le moule et les noyaux.
La fabrication s'opère de la manière suivante
Une masse compacte M de matière plastique d'un volume correspondant exactement à celui de la pièce P à obtenir est d'abord chauffée pour être rendue plastique, puis est introduite dans le moule dans son état plastique.
Cette masse peut être constituée, par exemple, par un bout cylindrique prélevé dans une tige pleine obtenue au moyen d'une machine à extruder.
Le moule A est ensuite fermé, puis les noyaux B et C sont progressivement enfoncés dans le moule. Lorsque les noyaux arrivent au contact de la matière plastique M, ils y pénètrent, forçant ainsi la matière à fluer dans l'espace libre subsistant entre les noyaux et le moule. Lorsque les noyaux ont atteint leurs fins de course, ils sont en contact par leurs tranches d'extrémité 16, 17 (fig. 2) et la ma tière remplit alors exactement en P le volume laissé libre entre le moule et les noyaux. Après refroidissement de la matière, les noyaux sont retirés, le moule est ouvert et la pièce P démoulée.
Comme on le voit, la fabrication de la pièce est obtenue par pénétration, dans une masse M compacte, de deux noyaux qui refoulent la matière et la forcent à fluer le long de ces noyaux.
La section offerte à la matière pour fluer est en fait la section même de la pièce et se trouve considérablement plus importante que la section d'un orifice usuel d'injection. Il en résulte qu'à plasticité égale, l'effort nécessaire pour opérer la déformation de la matière est considérablement plus réduit que dans les machines à injecter connues. I1 a été constaté que cet effort est de l'ordre de quelques centaines de kilos.
On a également constaté qu'il n'est pas besoin de chauffer la matière à une température aussi élevée que celle nécessaire pour l'injection. C'est ainsi que pour un chlorure de polyvinyle ayant une température limite de travail de l'ordre de 2000 C environ, il suffit d'opérer un chauffage de l'ordre de 140 à 1500 C. ll en résulte une notable sécurité au point de vue travail de la matière plastique et une nécessité beaucoup moins importante d'une régulation précise de température puisqu'en aucun cas on ne risque de dépasser la température limite d'emploi de la matière plastique.
Enfin, on remarquera que la matière se trouve refoulée longitudinalement suivant tout le pourtour de la pièce. I1 n'y a donc plus contournement du noyau par deux nappes destinées à se réunir par soudure et, par conséquent, la zone de soudure est supprimée. ll en résulte que la pièce obtenue présente en tous ses points les mêmes caractéristiques mécaniques. Si l'on essaie à la pression intérieure des pièces obtenues par la mise en oeuvre illustrée ci-dessus du procédé objet de l'invention, on constate que, au lieu de se rompre suivant une ligne correspondant à la ligne de soudure, comme c'est le cas dans les pièces coulées par injection, ces pièces commencent par gonfler puis se déchirent.
La rupture de la pièce est donc obtenue non plus par séparation des deux nappes au voisinage de la ligne de soudure, mais par déchirement même de la matière qui atteint sa limite de résistance. En d'autres termes, dans une pièce moulée par injection, la résistance de la pièce est limitée par la résistance de la soudure du matériau, tandis que dans la pièce obtenue suivant la mise en oeuvre décrite du procédé objet de l'invention, la résistance de la pièce est égale à celle même du matériau utilisé. Dans le cas du chlorure de polyvinyle, cette différence est importante : en effet, un joint de chlorure de polyvinyle soudé a une résistance qui est de l'ordre de 50 /o de la résistance propre du chlorure de polyvinyle.
Les pièces obtenues suivant ladite mise en Qu- vre sont donc plus résistantes et le gain de résistance est de l'ordre de 40 à 50 o/o des pièces obtenues par injection.
La forme d'exécution de l'appareil décrite était destinée à la fabrication d'une pièce présentant des surfaces internes et externes lisses.
On a constaté qu'il est également possible de réaliser des pièces comportant des surfaces plus compliquées et notamment des filetages. Il a été constaté que ce mode de fabrication par déformation de la matière présente, notamment dans le cas des filetages, l'avantage de ne pas rompre les liaisons structurelles chimiques des macro-molécules composant la matière plastique. Il en résulte que dans le cas des pièces filetées, les filets sont beaucoup plus résistants aux efforts mécaniques et à l'arrachement que lorsque les filetages sont obtenus par usinage avec enlèvement de matière auquel cas il y a production d'effets d'entaille et de coupe des molécules. Dans le cas où le noyau est fileté, des moyens sont prévus pour, au moment du démoulage, provoquer le dévissage de ce noyau.
Bien entendu, il est possible de réaliser des appareils pour fabriquer des pièces telles que des coudes et même des pièces comportant des tubulures telles qu'un té. La fig. 4 montre schématiquement une variante de la forme d'exécution représentée en fig. 1, utilisée pour la fabrication d'un té. Dans ce cas, le moule Ai est toujours en deux parties symétriques par rapport au plan de la figure. Il comporte trois noyaux Bl, Cl, D1 guidés dans des fourrures 18, 19, 20.
Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour fabriquer le té - on peut, comme c'est le cas sur la fig. 4,
rendre fixe, par exemple par un clavetage
21, le noyau D1 correspondant à la tubu
lure latérale et opérer, comme dans le cas
de la fig. 1, par introduction des deux
noyaux B1 et C1 correspondant aux deux
tubulures coaxiales; - on peut également rendre les trois noyaux
A1, B1 et C1 mobiles et les faire pénétrer
simultanément dans le moule; - on peut encore utiliser trois noyaux mobi
les et faire pénétrer d'abord les noyaux A1
et B1 correspondant aux tubulures coaxia
les et ensuite faire pénétrer le noyau DI
correspondant à la tubulure latérale.
REVENDICATIONS:
I. Procédé de fabrication d'une pièce creuse en matière plastique pourvue d'au moins une cavité débouchant sur sa surface externe, caractérisé en ce qu'il consiste à ramollir une masse compacte de matière plastique d'un volume au moins égal à celui de la pièce à obtenir, à placer cette masse ramollie dans un moule dont la surface interne correspond à la surface externe de ladite pièce et à faire ensuite pénétrer dans ce moule au moins un noyau de surface externe correspondant à une portion au moins de la surface interne de cette pièce, de manière à provoquer un fluage de ladite matière dans l'intervalle laissé libre entre ledit noyau et ladite surface interne du moule.
Process for manufacturing a plastic hollow part
and apparatus for its implementation
The invention relates to a method of manufacturing a hollow plastic part provided with at least one cavity opening onto its external surface, and in particular a tubular part such as a connecting part for plastic pipes. .
Such parts have already been manufactured by injecting under pressure the material softened beforehand by raising the temperature in a closed mold provided with an inner core.
However, this method has several drawbacks.
On the one hand, the temperature to which the plastics can be heated is quite limited: indeed, a too high temperature rise risks causing carbonization of the material which considerably alters its mechanical characteristics. In the case of a plastic material such as polyvinyl chloride, it is not possible to exceed 2000 C. The injection requiring a material as plastic as possible, we are forced to work in a temperature range very close to the carbonization temperature and such production requires a very delicate temperature adjustment to achieve.
On the other hand, and despite the plasticity obtained by this temperature rise, the injection taking place through a small orifice, the pressure necessary for the manufacture of the parts is generally very high (several tons), which requires a important installation.
Various means have indeed been proposed for reducing the viscosity of the material, such as the addition of a plasticizer, but this addition generally causes a modification and a reduction in the mechanical characteristics of the material.
Finally, during injection, the material enters the mold through a single orifice and generally separates into two layers which bypass the core to meet by welding after this bypassing. However, this weld zone always constitutes a zone of least resistance: it has been observed that plastics, in particular polyvinyl chlorides, weld poorly. This fact is observed experimentally when injection molded parts are subjected to an internal pressure test. Usually the break occurs along a line that corresponds to the weld area.
The method which the invention comprises makes it possible to avoid all these drawbacks. It consists in softening a compact mass of plastic material, with a volume at least equal to that of the part to be manufactured, in placing this softened mass in a mold whose internal surface corresponds to the external surface of the part to be obtained and to then penetrate into this mold at least one core whose outer surface corresponds to at least a portion of the inner surface of this part, so as to cause creep of said material in the gap left free between this core and said inner surface of the mold.
The invention also comprises an apparatus for carrying out the method, and a hollow plastic part obtained by said method.
The accompanying drawing, given by way of example, shows an embodiment and a variant of an apparatus for carrying out the method.
Fig. 1 is a section through said embodiment before placing the cores;
fig. 2 is a corresponding view after introduction of the cores;
fig. 3 shows the part obtained after demoulding;
fig. 4 is a section through a variant of said embodiment intended for the manufacture of a piece with tubes such as a tee.
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the apparatus is intended for the manufacture of a part P constituted by a sleeve such as the one shown in FIG. 3. This sleeve comprises a cylindrical body 1 which is provided at each of its ends with an outer flange 2 and which has a bore 3 in which an inner flange 4 protrudes.
The mold A consists of two parts 5 and 5a assembled along a longitudinal dia métral parting plane XX (FIG. 1) by any well known means, not shown. This mold comprises a molding chamber 6, the surface of which corresponds to the profile of the external surface of the part to be obtained. Two cores B and C, guided by surfaces 7 and 8 formed at both ends of the mold, can enter the cavity 6 of the mold by axial translation. The right-hand core B comprises a cylindrical portion 9 whose diameter corresponds to that of the cylindrical part of the bore 3 of the sleeve to be obtained and whose length is such that it penetrates into the mold up to the right of the transverse face (fig. 3) on the right of the collar 4 of this sleeve.
The other core C also comprises a cylindrical bearing surface 10 extended by a bearing 11 of smaller diameter corresponding to the internal diameter of said flange 4. The lengths of the cylindrical bearing surfaces 10 and 11 of the core C correspond to the axial lengths of the other part of the bore 3 of the sleeve and its flange 4. Stops are arranged on the mold at 12 and 13 and on the cores at 14 and 15 to limit the penetration of the two cores, so that at the end of stroke depression (fig. 2) the two cores are in contact with their end edges 16 and 17.
Heating and cooling means, not shown, can be provided for the mold and the cores.
The manufacture takes place as follows
A compact mass M of plastic material with a volume corresponding exactly to that of the part P to be obtained is first heated in order to be made plastic, then is introduced into the mold in its plastic state.
This mass can be constituted, for example, by a cylindrical end taken from a solid rod obtained by means of an extruding machine.
The mold A is then closed, then the cores B and C are gradually driven into the mold. When the cores come into contact with the plastic material M, they enter it, thus forcing the material to flow in the free space remaining between the cores and the mold. When the cores have reached their limit switches, they are in contact by their end edges 16, 17 (FIG. 2) and the material then fills exactly at P the volume left free between the mold and the cores. After cooling of the material, the cores are removed, the mold is opened and the part P unmolded.
As can be seen, the manufacture of the part is obtained by penetration, in a compact mass M, of two cores which push back the material and force it to flow along these cores.
The section offered to the material to flow is in fact the same section of the part and is considerably larger than the section of a usual injection orifice. As a result, at equal plasticity, the force required to effect the deformation of the material is considerably smaller than in known injection machines. It has been found that this effort is of the order of a few hundred kilos.
It has also been found that there is no need to heat the material to a temperature as high as that required for injection. Thus, for a polyvinyl chloride having a limiting working temperature of the order of 2000 C approximately, it suffices to carry out a heating of the order of 140 to 1500 C. This results in a notable safety at the point view of the working of the plastic material and a much less important need for precise temperature regulation since in any case there is no risk of exceeding the temperature limit for use of the plastic material.
Finally, it will be noted that the material is pushed back longitudinally along the entire periphery of the part. There is therefore no longer any bypassing of the core by two layers intended to meet by welding and, consequently, the weld zone is eliminated. It follows that the part obtained has the same mechanical characteristics in all its points. If one tries at the internal pressure of the parts obtained by the implementation illustrated above of the method which is the subject of the invention, it is observed that, instead of breaking along a line corresponding to the weld line, as c In the case of injection castings, these parts first swell and then tear.
The breakage of the part is therefore no longer obtained by separating the two plies in the vicinity of the weld line, but by even tearing of the material which reaches its strength limit. In other words, in an injection-molded part, the resistance of the part is limited by the resistance of the weld of the material, while in the part obtained according to the described implementation of the method which is the subject of the invention, the resistance of the part is equal to that of the material used. In the case of polyvinyl chloride, this difference is important: in fact, a welded polyvinyl chloride joint has a resistance which is of the order of 50 / o of the inherent resistance of polyvinyl chloride.
The parts obtained following said implementation are therefore more resistant and the gain in resistance is of the order of 40 to 50% of the parts obtained by injection.
The embodiment of the apparatus described was intended for the manufacture of a part having smooth internal and external surfaces.
It has been found that it is also possible to produce parts comprising more complicated surfaces and in particular threads. It has been observed that this method of manufacture by deformation of the material has, in particular in the case of threads, the advantage of not breaking the chemical structural bonds of the macro-molecules making up the plastic material. It follows that in the case of threaded parts, the threads are much more resistant to mechanical forces and tearing than when the threads are obtained by machining with removal of material in which case there is production of notch effects and cutting molecules. In the case where the core is threaded, means are provided for, at the time of demolding, causing this core to unscrew.
Of course, it is possible to produce devices for manufacturing parts such as elbows and even parts comprising pipes such as a tee. Fig. 4 schematically shows a variant of the embodiment shown in FIG. 1, used for the manufacture of a tee. In this case, the mold Ai is always in two parts symmetrical with respect to the plane of the figure. It has three cores B1, Cl, D1 guided in the furs 18, 19, 20.
Several methods can be used to make the tee - one can, as is the case in fig. 4,
make fixed, for example by keying
21, the nucleus D1 corresponding to the tubu
lateral lure and operate, as in the case
of fig. 1, by introducing the two
kernels B1 and C1 corresponding to the two
coaxial tubing; - we can also make the three cores
A1, B1 and C1 mobile and make them penetrate
simultaneously in the mold; - we can still use three mobi cores
them and first penetrate the A1 nuclei
and B1 corresponding to the coaxial tubes
them and then penetrate the DI core
corresponding to the side tubing.
CLAIMS:
I. Process for manufacturing a hollow plastic part provided with at least one cavity opening onto its external surface, characterized in that it consists in softening a compact mass of plastic material with a volume at least equal to that of the part to be obtained, in placing this softened mass in a mold whose internal surface corresponds to the external surface of said part and then causing at least one core of external surface corresponding to at least a portion of the surface to penetrate into this mold internal of this part, so as to cause creep of said material in the gap left free between said core and said internal surface of the mold.