Procédé et dispositif de moulage à découvert de pièces
en matière présentant du retrait à la solidification
La présente invention a pour objets un procédé et un dispositif de moulage à découvert de pièces en matière présentant du retrait à la solidification, permettant la fabrication de pièces exemptes de retassures ou défauts analogues dus au retrait de la matière coulée au cours de son refroidissement En outre, l'invention concerne une pièce moulée selon le procédé et une application particulière du procédé.
On sait que la plupart des matières susceptibles d'tre moulées présentent du retrait, c'est-à-dire subissent en se refroidissant une contraction qui se manifeste à l'état liquide, pendant la solidification et à l'état solide; dans la plupart des cas, le retrait s'explique essentiellement par la différence des volumes spécifiques, c'est-à-dire des densités, de la matière à l'état liquide et à l'état solide.
La formation de retassures dans une pièce moulée en matière présentant un retrait appriéciable s'explique par l'anisothermie du moulage en cours de refroidissement et par l'action de la pesanteur sur la matière liquide; la solidification débute à partir de la paroi du moule, où le refroidissement est plus rapide, par la formation d'une croûte solide de volume inférieur à celui de la masse de liquide dont elle est issue, et par suite trop grande pour le contenu de matière restée liquide, qui par conséquent se tasse progressivement sous l'action de la pesanteur alors que la solidification se poursuit par couches concentriques.
Dans les pièces coulées à découvert, la couche supérieure reste liquide, de sorte que la contraction de la matière est compensée au fur et à mesure de la solidification par cette masse liquide, dont la surface libre s'abaisse en conséquence. Le retrait ne se manifeste qu'à partir du moment où la solidification atteint la couche supérieure par la formation d'une dépression en forme d'entonnoir, ou retassement, de la surface supérieure de la pièce et/ou de cavités internes, ou retassures, localisées au cceur de la partie supérieure de la pièce.
L'un des remèdes contre la formation des défauts précités consiste à surmonter la pièce d'une masselotte, ou réserve de matière liquide dont la pression hydrostatique s'ajoute à la pression atmosphérique pour augmenter la pression Ide la matière liquide dans la partie supérieure du moulage, et qui nourrit à ses dépens les retassures qui s'y forment Bien entendu, des dispositions adéquates sont prises pour que la masselotte reste liquide jusqu'à solidification complète de la pièce moulée. Après solidification, la masselotte constitue une masse de matière excédentaire qu'il est nécessaire de séparer de la pièce moulée.
La présente invention a pour but de permettre le moulage de pièces exemptes de retassures et/ou de retassement sans devoir utiliser, de matière en excédent de celle constituant les pièces.
Le procédé conforme à l'invention, selon lequel la matière portée à l'état fluide par chauffage est coulée dans un moule où elle se solidifie par refroidissement, est caractérisé en ce que la couche superficielle libre de la matière contenue dans le moule est maintenue à l'état fluide par chauffage local durant une fraction au moins de la durée de refroidissement de la matière.
Ledit procédé est, quoique non exclusivement, applicable au moulage de bâtonnets ou pièces de proportions analogues en matière de préférence à point de fusion peu élevé, telle que résine thermoplastique, cire, corps gras, fard ou autre substance simple ou composite de propriétés physiques analogues, et notamment lorsque lesdites pièces sont coulées en place dans un étui de conditionnement individuel faisant office de moule.
Le chauffage local précité peut tre exercé par voie électromagnétique, par exemple par exposition à un rayonnement calorifique, et notamment infrarouge.
De préférence, le chauffage local précité n'est exercé qu'en fin de solidification du moulage.
Le dispositif conforme à l'invention, pour la mise en oeuvre de ce procédé, comporte des moyens pour remplir le moule de matière préalablement portée à l'état fluide par chauffage et des moyens assurant la solidification du moulage par refroidissement, et est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chauffage local pour maintenir à l'état fluide la couche superficielle libre de la matière contenue dans le moule durant une fraction au moins de la durée de refroidissement de la matière.
Selon un mode de réalisation, le dispositif précité peut comporter un tapis convoyeur ou organe équivalent sur lequel les moules précités sont déposés en position de coulée pour refroidissement et soumis, sur une fraction au moins de leur parcours, à l'action des moyens de chauffage local précités, avantageusement constitués par une rampe ou analogue à rayons infrarouges, sous laquelle les moules précités sont entraînés par le convoyeur précité.
D'autres détails et avantages concernant des formes d'exécution de la présente invention seront expliqués au cours de la description qui va suivre.
Dans les dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple:
La fig. 1 est une coupe partielle à travers un bâton de rouge à lèvres, coulé de la manière habituelle.
La fig. 2 est une coupe partielle à travers un bâton de rouge à lèvres, coulé selon le procédé de l'invention.
La fig. 3 représente de manière schématique un dispositif conforme à l'invention pour la fabrication en continu de bâtons de rouge à lèvres.
I1 a été récemment proposé de couler chaque bâton de rouge à lèvres dans un moule individuel constitué par une capsule formant une cavité de forme ogivale; cette capsule est avantageusement réalisée en matière transparente et pourvue de moyens permettant son adaptation dans un étui porte-rouge, de sorte qu'elle peut servir d'emballage dans lequel le bâton reste en place jusqu'à son utilisation. Ainsi, le bâton est protégé de tout contact en cours de fabrication et de conditionnement, est maintenu en parfait état de conservation pendant son stockage, et l'opération de recharge c'est-à-dire la mise en place d'un bâton dans un étui, peut tre effectuée sans que le manipulateur se salisse les doigts, le bâton luimme restant à l'abri de toute souillure.
En outre dans le cas où la capsule est transparente, il est possible de reconnaître de l'extérieur le ton du rouge dont est constitué le bâton.
Selon la technique mentionnée ci-dessus, chaque capsule, remplie de la matière constituant le rouge, préalablement amenée à l'état liquide ou pâteaux, est solidifiée par simple refroidissement, naturel ou artificiel. Or, la forme allongée du bâton de rouge est particulièrement propice à la formation de retassures ou défauts analogues, le refroidissement de la matière se faisant essentiellement à travers la paroi de la capsule, de périmètre faible par rapport à la longueur axiale du bâton; la solidification commence par la pointe du bâton puis remonte la paroi de la capsule, la surface de séparation liquide/solide restant sensiblement conique à pointe tournée vers le bas; en fin de solidification, il apparaît donc des retassures situées dans l'axe de la partie supérieure du bâton, et enfin un retassement très accusé de la face supérieure ou base du bâton.
Or, comme montré sur la fig. 1, la capsule 10 est fréquemment formée en deux parties dont l'une constitue à proprement parler la capsule amovible 12 de protection du bâton de rouge 14 et dont l'autre est un manchon annulaire 16 dont la face interne comporte des filets, cannelures ou saillies analogues 18 destinés à le solidariser avec la base 20 du bâton et sur lequel agissent des moyens destinés à déplacer axialement le bâton 14 dans son étui 22;
lesdits moyens peuvent tre simplement constitués par un ergot 24 porté par le manchon 16 qui est guidé dans une rainure hélicoïdale 26 formée sur la face interne de l'étui 22 et qui traverse une fente longitudinale 28 formée dans une douille rotative 30 interposée entre le bâton et son étui et immobilisée axialement par rapport à ce dernier, l'extrémité de la douille 30 hors de l'étui contituant le bouton de manoeuvre 32.
La présence du retassement 33 er des retassures 34 formées en fin de solidification dans la base 20 du bâton 14 est particulièrement nuisible dans la réalisation décrite ci-dessus, puisque la résistance du bâton à la rupture est notablement affaiblie au niveau de son encastrement dans le manchon 16, où s'exercent précisément les contraintes les plus élevées. Le bâton 14 risque donc de se rompre à ce niveau, et par suite, d'tre rendu parfaitement inutilisable, soit lors de l'enlèvement de la capsule de protection 12, soit lors d'un emploi ultérieur.
En effet, la capsule amovible 12 peut tre enlevée, après avoir fait sortir le bâton 14 de son étui 22, par exemple en tirant simplement sur la capsule, ou encore en maintenant cette dernière et en manoeuvrant le bouton 32 pour rentrer le bâton dans l'étui; suivant le cas, la base 20 du bâton est donc soumise à des contraintes de traction simple ou de traction et torsion combinées qui peuvent provoquer sa rupture. Si celle-ci ne se produit pas, le bâton 14 peut se rompre ultérieurement lors de chaque emploi, qui crée dans la section affaiblie des contraintes de flexion élevées.
Le procédé qui va tre décrit permet la fabrication de bâtons totalement exempts des défauts précités, et ne requiert la mise en oeuvre d'aucune quantité de matière en excédent de celle constituant les bâtons.
En effet, selon ce procédé, chaque capsule est remplie individuellement, puis laissée à refroidir jusqu'au moment où la solidification atteint la couche supérieure de matière. A partir de ce moment, la couche superficielle de matière est maintenue à l'état fluide par exemple par exposition à un rayonnement, de sorte que la formation de retassures dans le corps du bâton est évitée. Le chauffage est supprimé lorsque seule reste liquide une couche mince et sensiblement horizontale de matière, dont la solidification s'effectue rapidement en provoquant la for mation d'un retassement de profondeur au plus égale à l'épaisseur de ladite couche de l'arrt du chauffage.
La fig. 2 montre en coupe axiale un bâton de rouge semblable à celui de la fig. 1 mais fabriqué selon le procédé de l'invention. On voit que le retrait en cours de solidification de la matière constituant le bâton de rouge 14' se traduit par un retassement 33' très peu accentué de l'extrémité du bâton, située légèrement en retrait de l'extrémité du manchon 16', dont l'espace intérieur laissé vide correspond au volume de retrait de la matière du bâton. Ainsi, le bâton fabriqué conformément à ce procédé ne comporte auoun défaut susceptible de provoquer sa rupture au niveau du manchon 16'.
La fig. 3 illustre de manière schématique un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Les capsules 10 préalablement remplies de matière en fusion sont déposées sur un tapis convoyeur 40 qui les entraîne à vitesse constante lente par exemple 2 cm/s.
Durant la première partie A de leur parcours, la matière contenue dans les capsules 10 se refroidit en une minute environ de la température de coulée, de l'ordre de 80 à 1000 C, jusqu'à la température ambiante sensiblement. A ce moment, la plus grande partie de la matière est solidifiée, et la formation des retassures commencerait, si les capsules n'arrivaient alors sous une rampe de chauffage 42, constituée par exemple par des lampes à rayonnement infrarouge situées environ 10 cm au-dessus de la surface libre des bâtons; la longueur de la rampe 42 est choisie de manière que le parcours B dure environ une minute;
à l'issue de ce laps de temps, toute la matière des bâtons est solidifiée, à l'exception d'une mince couche sensiblement horizontale dont l'épaisseur dépend notamment de l'intensité du rayonnement, de son pouvoir de pénétration dans la matière constituant les bâtons, et de la conductivité thermique de cette dernière. La solidification de la matière est ensuite achevée sur le parcours C, par refroidissement naturel ou bien par déplacement des capsules 10 sous un tunnel de refroidissement 44.
Le procédé décrit est susceptible d'application avantageuse chaque fois qu'il s'agit de mouler à découvert des pièces relativement massives mais allongées, par exemple en forme de bâtonnets ou analogues, en matière présentant un retrait notable à la solidification et de préférence à point de fusion peu élevé, telle que résine thermoplastique, cire, corps gras, fard. En outre, au procédé de chauffage mentionné, pourrait tre substitué tout procédé équivalent, tel que le chauffage à haute fréquence, par induction ou diélectrique.
REVENDICATIONS
I. Procédé de moulage à découvert de pièces en matière présentant du retrait à la solidification, selon lequel la matière portée à l'état fluide par chauffage est coulée dans un moule où elle se solidifie par refroidissement, caractérisé en ce que la couche superficielle libre de la matière contenue dans le moule est maintenue à l'état fluide par chauffage local durant une fraction au moins de la durée de refroidissement de la matière.
Method and device for exposed molding of parts
in material exhibiting shrinkage upon solidification
The present invention relates to a method and a device for uncovered molding of parts made of material exhibiting shrinkage on solidification, allowing the manufacture of parts free from sinkings or similar defects due to the shrinkage of the cast material during its cooling. furthermore, the invention relates to a part molded according to the method and to a particular application of the method.
It is known that most of the materials capable of being molded exhibit shrinkage, that is to say undergo, on cooling, a contraction which manifests itself in the liquid state, during solidification and in the solid state; in most cases, the shrinkage is mainly explained by the difference in specific volumes, i.e. densities, of the material in the liquid state and in the solid state.
The formation of shrinkage in a molded part of material exhibiting appreciable shrinkage is explained by the anisothermal nature of the molding during cooling and by the action of gravity on the liquid material; solidification begins from the wall of the mold, where cooling is faster, by the formation of a solid crust of less volume than that of the mass of liquid from which it comes, and therefore too large for the content of matter remained liquid, which consequently gradually settles under the action of gravity while the solidification continues in concentric layers.
In exposed castings, the upper layer remains liquid, so that the contraction of the material is compensated as the solidification progresses by this liquid mass, the free surface of which decreases accordingly. Shrinkage does not appear until the solidification reaches the top layer by the formation of a funnel-shaped depression, or setback, of the top surface of the part and / or internal cavities, or setbacks. , located at the heart of the upper part of the room.
One of the remedies against the formation of the aforementioned defects consists in overcoming the part of a weight, or reserve of liquid material, the hydrostatic pressure of which is added to the atmospheric pressure to increase the pressure I of the liquid material in the upper part of the molding, and which at its expense feeds the shrinkage formed therein. Of course, adequate arrangements are made so that the weight remains liquid until complete solidification of the molded part. After solidification, the weight constitutes a mass of excess material which it is necessary to separate from the molded part.
The object of the present invention is to allow the molding of parts free from setbacks and / or setbacks without having to use material in excess of that constituting the pieces.
The process according to the invention, according to which the material brought to the fluid state by heating is poured into a mold where it solidifies by cooling, is characterized in that the free surface layer of the material contained in the mold is maintained in the fluid state by local heating for at least a fraction of the cooling time of the material.
Said process is, although not exclusively, applicable to the molding of sticks or pieces of similar proportions in material preferably of low melting point, such as thermoplastic resin, wax, fatty substance, make-up or other simple or composite substance of similar physical properties. , and in particular when said parts are cast in place in an individual packaging case acting as a mold.
The aforementioned local heating can be exerted electromagnetically, for example by exposure to calorific radiation, and in particular infrared.
Preferably, the aforementioned local heating is only exerted at the end of solidification of the molding.
The device according to the invention, for the implementation of this method, comprises means for filling the mold with material previously brought to the fluid state by heating and means ensuring the solidification of the molding by cooling, and is characterized by that it comprises local heating means for maintaining the free surface layer of the material contained in the mold in the fluid state for at least a fraction of the cooling time of the material.
According to one embodiment, the aforementioned device may comprise a conveyor belt or equivalent member on which the aforementioned molds are placed in the casting position for cooling and subjected, over at least a fraction of their path, to the action of the heating means. aforementioned premises, advantageously constituted by a ramp or the like with infrared rays, under which the aforementioned molds are driven by the aforementioned conveyor.
Further details and advantages relating to embodiments of the present invention will be explained in the course of the description which follows.
In the accompanying drawings, given only by way of example:
Fig. 1 is a partial cut through a stick of lipstick, poured in the usual way.
Fig. 2 is a partial section through a stick of lipstick, cast according to the method of the invention.
Fig. 3 schematically shows a device according to the invention for the continuous manufacture of lipstick sticks.
It has recently been proposed to pour each stick of lipstick in an individual mold consisting of a capsule forming an ogival shaped cavity; this capsule is advantageously made of transparent material and provided with means allowing its adaptation in a red holder case, so that it can serve as a packaging in which the stick remains in place until it is used. Thus, the stick is protected from any contact during manufacture and packaging, is kept in perfect condition during storage, and the recharging operation, that is to say the placement of a stick in a case, can be carried out without the operator getting his fingers dirty, the stick itself remaining safe from any soiling.
In addition, in the case where the capsule is transparent, it is possible to recognize from the outside the tone of red of which the stick is made.
According to the technique mentioned above, each capsule, filled with the material constituting the red, previously brought to the liquid or pasty state, is solidified by simple cooling, natural or artificial. However, the elongated shape of the stick of rouge is particularly conducive to the formation of sinkings or similar defects, the cooling of the material taking place essentially through the wall of the capsule, of small perimeter compared to the axial length of the stick; solidification begins with the tip of the stick then goes up the wall of the capsule, the liquid / solid separation surface remaining substantially conical with the point facing downwards; at the end of solidification, there are therefore shrinkages located in the axis of the upper part of the stick, and finally a very marked shrinkage of the upper face or base of the stick.
However, as shown in FIG. 1, the capsule 10 is frequently formed in two parts, one of which constitutes, strictly speaking, the removable capsule 12 for protecting the red stick 14 and the other of which is an annular sleeve 16, the internal face of which comprises threads, grooves or similar projections 18 intended to make it integral with the base 20 of the stick and on which act means intended to move the stick 14 axially in its case 22;
said means can be simply constituted by a lug 24 carried by the sleeve 16 which is guided in a helical groove 26 formed on the internal face of the case 22 and which passes through a longitudinal slot 28 formed in a rotating sleeve 30 interposed between the stick and its case and immobilized axially with respect to the latter, the end of the sleeve 30 outside the case constituting the operating button 32.
The presence of the setback 33 and the setbacks 34 formed at the end of solidification in the base 20 of the stick 14 is particularly harmful in the embodiment described above, since the resistance of the stick to breakage is notably weakened at the level of its embedding in the sleeve 16, where the highest stresses are exerted precisely. The stick 14 therefore runs the risk of breaking at this level, and consequently of being rendered completely unusable, either during the removal of the protective cap 12, or during subsequent use.
Indeed, the removable capsule 12 can be removed, after having taken the stick 14 out of its case 22, for example by simply pulling on the capsule, or even by holding the latter and operating the button 32 to retract the stick into the capsule. 'case; depending on the case, the base 20 of the stick is therefore subjected to simple tensile stresses or combined tensile and torsion stresses which can cause it to break. If this does not occur, the stick 14 may subsequently break with each use, which creates high bending stresses in the weakened section.
The method which will be described allows the manufacture of sticks completely free from the aforementioned defects, and does not require the use of any quantity of material in excess of that constituting the sticks.
In fact, according to this process, each capsule is filled individually, then left to cool until the moment when solidification reaches the upper layer of material. From this moment, the surface layer of material is kept in a fluid state, for example by exposure to radiation, so that the formation of sinkings in the body of the stick is avoided. The heating is removed when only a thin and substantially horizontal layer of material remains liquid, the solidification of which takes place rapidly by causing the formation of a deep recession at most equal to the thickness of said layer of the stopper. heater.
Fig. 2 shows in axial section a stick of red similar to that of FIG. 1 but manufactured according to the method of the invention. It can be seen that the withdrawal during solidification of the material constituting the red stick 14 'results in a very slight shrinkage 33' of the end of the stick, located slightly behind the end of the sleeve 16 ', of which the interior space left empty corresponds to the volume of material removal from the stick. Thus, the stick manufactured in accordance with this method does not have any defect liable to cause it to break at the level of the sleeve 16 '.
Fig. 3 schematically illustrates a device for implementing the method according to the invention. The capsules 10 previously filled with molten material are placed on a conveyor belt 40 which drives them at a slow constant speed, for example 2 cm / s.
During the first part A of their journey, the material contained in the capsules 10 cools in about one minute from the casting temperature, of the order of 80 to 1000 ° C., to substantially room temperature. At this time, most of the material is solidified, and the formation of sinkholes would begin, if the capsules did not then arrive under a heating ramp 42, constituted for example by infrared radiation lamps located about 10 cm above the ground. above the free surface of the sticks; the length of the ramp 42 is chosen so that the path B lasts about one minute;
at the end of this period of time, all the material of the sticks is solidified, with the exception of a thin, substantially horizontal layer, the thickness of which depends in particular on the intensity of the radiation, on its power of penetration into the material constituting the sticks, and the thermal conductivity of the latter. The solidification of the material is then completed on path C, by natural cooling or else by displacement of the capsules 10 under a cooling tunnel 44.
The method described is capable of advantageous application whenever it is a question of uncovered molding relatively massive but elongated parts, for example in the form of rods or the like, of a material exhibiting a notable shrinkage on solidification and preferably in low melting point, such as thermoplastic resin, wax, fatty substance, make-up. In addition, any equivalent method, such as high-frequency, induction or dielectric heating, could be substituted for the mentioned heating method.
CLAIMS
I. A method of uncovered molding of parts of material exhibiting shrinkage upon solidification, according to which the material brought to the fluid state by heating is cast into a mold where it solidifies by cooling, characterized in that the free surface layer of the material contained in the mold is maintained in the fluid state by local heating for at least a fraction of the cooling time of the material.