Procédé de fabrication de brosses à partir d'un faisceau de mèches de fils,
dispositif de mise en oeuvre de ce procédé et brosses en résultant
La présente invention concerne un procédé pour la fabrication économique de brosses, par surmoulage des ttes de touffes de fils coupées dans des mèches distribuées en faisceau.
L'invention concerne, également, des dispositifs permettant, d'une part, de mettre en oeuvre ce procédé et, d'autre part, d'exploiter les possibilités optimales des presses d'injection classiques pour assurer des cadences de fabrication élevées, compatibles avec des prix de revient très réduits.
L'invention concerne, en outre, une brosse fabriquée selon ce procédé, grâce à ces dispositifs.
On connaît, déjà, des procédés industriels permettant de fabriquer, en série, des brosses ou analogues, telles que les brosses d'appareils d'entretien ménager par exemple, qui comportent des touffes de fil maintenus, par leurs ttes, dans un corps en matière plastique.
De tels procédés consistent, successivement, à enrober, par surmoulage à chaud d'une matière plastique, les ttes de mèches de fils engagées, en faisceau dans des canaux aménagés dans une coquille de moule, puis à tirer, par le corps de brosse ainsi moulé, le faisceau de mèches pour déplacer ces dernières d'une longueur sensiblement égale à la longueur d'une touffe et, enfin, à trancher les mèches au-dessus du fond de la coquille pour séparer la brosse du faisceau et réserver, ainsi, un tronçon de mèches pour les ttes de touffes de la prochaine brosse à mouler.
Mais on n'est pas parvenu à assurer une étanchéité satisfaisante des canaux du moule garni de touffes; pour certaines conditions d'injection, il peut se produire, en effet, un échappement de la matière injectée, dans les mèches, ce qui entraîne l'arrt de la fabrication.
De plus, les retraits de mèches après tranchage ne permettent pas d'obtenir des encastrements des ttes de mèches, dans la matière plastique, suffisants pour assurer une traction homogène de ces dernières; le vrillage dans les canaux guides qui en résulte entraîne des présentations défectueuses des touffes.
Par ailleurs, les arrts pour le garnissage, en faisceaux de mèches, des dispositifs de mise en ceuvre de ces procédés entraînant des immobilisations de machines, notamment des presses à injection, peu comptatibles avec des prix de revient réduits.
Enfin, des arrts sont fréquemment, entraînés par l'emmlement des fils de mèches qui, conditionnés en bobines sont soumis au cours du dévidage, à des torsions favorables à l'enchevtrement.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
Elle concerne un procédé de fabrication de brosses à partir d'un faisceau de mèches de fils, consistant à:
guider, parallèlement entre elles, les mèches du faisceau,
- surmouler à chaud, les ttes de mèches dans une matière plastique, pour former le corps d'une brosse,
- trancher les fils des mèches pour constituer des touffes de brosses,
- déplacer longitudinalement les faisceaux de mèches d'une longueur correspondant, sensiblement à la longueur des touffes et de leur tte,
ledit procédé étant caractérisé en ce que pour déplacer longitudinalement les mèches en guidant ces dernières sous la forme d'un faisceau, le guide étant interrompu, en amont de la tte des fils, le procédé consiste en outre à
- ceinturer localement chaque mèche en amont de l'interruption puis,
- appliquer immédiatement en amont de la zone ceinturée,
une poussée dirigée vers leurs ttes, puis
épauler transversalement en aval des zones de poussée chaque mèche en des points espacés les uns des autres, d'une distance égale au plus au seuil critique de flambage,
- relâcher les efforts de ceinturage dès la fin du déplacement,
- répéter le cycle des opérations de ceinturage et de poussée jusqu'à ce que la mèche soit déplacée de la longueur d'une touffe,
- ceinturer au moins une partie des mèches et épauler ces dernières, sur toute leur longueur en aval des parties ceinturées pendant toute la durée du moulage.
Elle concerne encore une presse de moulage par injection de matière plastique dont les plateaux sont respectivement équipés de coquilles de moulage pour la fabrication de brosses, caractérisée en ce que la coquille du plateau mobile de la presse est percée de canaux de guidage et est associée à une cisaille de tranchage de touffes et ledit plateau comporte, en outre un dispositif d'alimentation en meches et des moyens de fixation et des moyens de commande de ladite cisaille et dudit dispositif.
De plus elle concerne une brosse comportant des touffes de fils surmoulées dans un corps en matière plastique, caractérisée en ce que le corps de la brosse est parfaitement lisse.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple un dispositif selon l'invention.
- les fig. 1 à 5 représentent, schématiquement en coupe, les éléments d'un dispositif de fabrication de brosses dans des positions correspondant aux diverses étapes du procédé;
- la fig. 6 représente schématiquement à une échelle agrandie, une coupe longitudinale du dispositif des fig. 1 à 5;
- la fig. 7 représente, à une échelle réduite en coupe longitudinale et en plan, le dispositif de la fig. 6;
- la fig. 8 représente, schématiquement en coupe un équipement adapté au dispositif des figures précédentes;
- la fig. 9 illustre, schématiquement, le seuil critique de flambage ;
- les fig. 10 et 1 1 sont des schémas, partiellement en coupe, dans deux positions caractéristiques d'un organe pour remédier au flambage;
- les fig. 12 à 16 sont des schémas de section transversale de canaux des organes des figures précédentes;
- la fig. 17 représente, à une échelle agrandie un détail des figures précédentes;
La fig. 18 représente, en coupe verticale les éléments d'un dispositif de fabrication de brosses monté sur les plateaux d'une presse à injection;
- la fig. 19 représente, en partie arrachée un détail de la fig. 18;
- la fig. 20 représente, schématiquement en élévation transversale, un dispositif d'alimentation pour équiper une presse à injection par un faisceau de mèches;
- la fig. 21 représente, en plan une presse à injection équipée par un dispositif identique à celui de la fig. 20;
- la fig. 22 représente une aiguille d'enfilage de mèches de fils;
- les fig. 23 et 24 représentent, schématiquement en coupe, des corps de brosses.
- la fig. 25 représente, schématiquement en coupe, un dispositif de fabrication de brosses garnies de deux jeux de touffes.
Sur la fig. 1, on peut voir des mèches de fils 3 en polyamide, engagées sous la forme d'un faisceau dans les canaux d'une batterie de pinces 6a, 6b et des deux lames 7 et 8 d'une cisaille.
Ces éléments seront décrits plus en détail, ci-après, mais on précisera que la lame 8 constitue, en outre, le fond de l'une des coquilles 9a, d'un moule susceptible d'tre monté sur le plateau mobile d'une presse à injecter du polystyrène; l'autre coquille 9b étant montée sur le plateau fixe de cette presse.
On remarquera que les éléments de la cisaille et de la pince sont étroitement appliqués les uns contre les autres.
Le procédé de fabrication de brosses est le suivant.
Les mèches 3 du faisceau étant dans la position représentée sur la fig. 1, la batterie de pinces 6 est maintenue fermée et les mèches sont fermement retenues.
Les plateaux de la presse étant ouverts (fig. 2), on agglomère, intimement, grâce à la flamme d'un chalumeau 12, les extrémités de fils de polyamide sous la forme d'une tte, puis les plateaux de la presse sont fermés (fig. 3) et une injection de polystyrène est effectuée dans le moule.
Après solidification de la matière plastique surmoulée sur les ttes, les plateaux de la presse sont ouverts (fig. 4) et la cisaille 7, 8 est actionnée pour couper les mèches (flèche fl).
Après retour à la position initiale de cette cisaille (fig. 5), la batterie de pinces 6 est actionnée pour pousser les mèches 3, d'une longueur L , dans les canaux de la coquille 8, par une succession de courses de retour (flèche f2) et d'aller (flèche f3) de valeur L , jusqu'à ce que leurs extrémités retrouvent la position initiale de la fig. 1.
Ce déplacement a, en outre, pour effet l'éjection de la brosse, puisque les touffes 1 enrobées dans le corps 2 sont chassées des canaux de la coquille 8 par les mèches.
On expliquera, en détail ci-après, comment, au cours du moulage, les portions de mèches sont fermement maintenues dans les canaux de la coquille 8 et de la lame 7 pour assurer une parfaite présentation des touffes sur les corps de brosses.
Sur la fig. 6, on retrouve les éléments des fig. 1 à 5, en amont desquelles est disposé un calibre 5 décrit en détail ci-après.
La pince 6 est constituée par un tampon 6a aménagé pour coulisser dans un logement homologue d'un butoir 6b dans le fond duquel est emprisonnée une plaque de caoutchouc 6c, traversée par les mèches, avec un jeu appréciable.
Le coulissement relatif de ces deux éléments 6a-6b, course c (flèche fl, fig. 7), entraîne la compression en bout de la plaque 6c qui, par fluage, engendre des pressions transversales t .
On conçoit que le dispositif constitue une batterie de pinces radiales à mâchoires élastiques permettant de ceinturer avec délicatesse mais avec une fermeté remarquable, simultanément, les fils de chaque mèche du faisceau.
Outre des organes de commande de fermeture (non représentés), la batterie 6a-6b comporte un mécanisme (non représenté) permettant son déplacement longitudinal (flèche f2).
Le processus d'avance L des mèches 3 est le suivant.
Après fonctionnement des cisailles 7, 8, les ttes de mèches étant situées dans le plan de tranchage T , la batterie de pinces 6 est fermée (flèche fl) puis déplacée (flèche f2) d'une quantité 1 (environ 2 mm) correspondant à une fraction (par exemple le cinquième) de la longueur L (environ 1 cm) d'une touffe, en appliquant une poussée sur les mèches.
Puis la pince est ouverte et ramenée à sa position initiale; au cours du retour de la pince (flèche f3) les mèches, libérées par cette dernière, sont préservées d'un recul, par les frottements dans les canaux guides du calibre 5.
Ce processus d'avance et de recul de la batterie 6, est répété jusqu'à ce que la tranche des mèches soit déplacée de la longueur L .
Pour l'avance unitaire 1 , on choisira une valeur inférieure à la hauteur critique de flambage sous l'effet des poussées et des résistances R de frottement dans les canaux, afin d'éviter les déformations schématisées sur la fig. 9 qui pourraient entraîner des bourrages de la machine.
On comprendra mieux les difficultés entraînées par la poussée des mèches en indiquant que les fils de ces mèches, réalisées en fil N30 ayant un diamètre de 0,31 millimètre, s'incurvent sous l'effet d'une poussée lorsque leur guidage est interrompu sur une longueur supérieure à deux millimètres.
Par ailleurs, certaines variétés de fils peuvent présenter une tendance naturelle très marquée en vrillage et au foisonnement dans leurs mèches.
I1 est, alors, avantageux de ceinturer les mèches, au moins, en un point de leur zone de guidage.
Pour cela (fig. 8), on peut adapter au dispositif ci-dessus, une autre batterie de pinces 10a, 10b, 10c; le butoir 10a, par exemple, étant aménagé dans une position fixe par rapport au moule 9.
Les moyens de fermeture et d'ouverture de cette batterie sont conjugués aux moyens de commande de la pince 6 de façon que:
la pince 6 étant ouverte: la pince 10 soit fermée
- la pince 6 étant fermée et en déplacement d'aller (flèche f2) ou de retour (flèche f3), la pince 10 soit ouverte.
Ainsi, les mouvements de ces deux pinces sont inversés en synchronisme.
Par ailleurs, il peut tre avantageux de réaliser le déplacement du faisceau par une course unique de la batterie 6.
Mais pour éviter le flambage des mèches (fig. 9), on a imaginé d'épauler transversalement les mèches 3, en des points régulièrement espacés, les uns des autres, d'une distance e légèrement inférieure au seuil critique de flambage de ces mèches 3 sous la poussée P de déplacement grâce à des plaques 1 1 disposées, transversalement, en batterie (fig. 10 et 11).
Cette batterie de plaques d'épaulement est associée à un mécanisme permettant leurs déplacements synchronisés au déplacement d'aller, flèche f2, et de retour, flèche f3, de la batterie 6; elles peuvent évoluer entre les positions extrmes représentées, respectivement, sur les fig. 10 et 11, par des déplacements successifs (ou simultanés) de façon que l'écart e entre deux plaques voisines soit égal, au plus, au seuil critique de flambage.
Enfin, on indiquera que le calibre 5 est constitué par une matière résistante à l'usure par frottement et caractérisé par un coefficient de frottement aussi faible que possible, compte tenu de la nature des fils; ce calibre peut, avantageusement, tre réalisé en polytétrafluoréthylène qui constitue un surprenant démloir. I1 permet, par suite, d'éviter la mise en oeuvre de forces de traction trop importantes et les bourrages coinçants que l'on rencontre, fréquemment, avec des calibres métalliques.
Par ailleurs, les canaux du calibre présentent, de préférence, des dimensions inférieures aux dimensions des canaux des autres organes de la machine: batteries de pinces, batteries de contre-flambage et lames de cisailles, qui, eux, ont une section circonscrite à celle de la mèche.
Ainsi, pour des canaux circulaires, la réduction du diamètre peut atteindre une valeur de 30%.
Par conséquent, on conçoit que les fils des mèches tirées par la batterie 6, au cours d'un déplacement d'aller, sont sollicités dans le calibre, à la façon d'un fil de métal extrait d'une filière et les fils sont classés, ainsi, les uns par rapport aux autres, dans les mèches en conservant leurs positions relatives.
Par ailleurs, pour faciliter la circulation des mèches dans les canaux des divers organes et éviter, d'une façon générale, tous les inconvénients (vrillage ou chevauchement) qui peuvent conduire à des variations de longueur des fils des touffes en assurant un front de déplacement parfaitement plan, on a imaginé des sections particulières de canaux pour lesquelles chaque fil est épaulé, tout au long de son parcours, sur, au moins, trois fils voisins de sa mèche.
Pour des fils de section circulaire, le plus petit nombre de fils remplissant cette condition, dans une mèche, doit tre de sept.
Cette mèche élémentaire constitue un module de base pour des mèches répondant à des problèmes de brossage divers et dont les plus remarquables sont représentées sur les fig. 12 à 16.
Enfin, on indiquera que les diagonales des canaux les plus intéressants correspondent à 5, 6 ou 7 fils; pour de telles formes et dimensions, les canaux pourront tre réalisés par des procédés de perçages connus, tels que l'électro-érosion.
I1 apparaît, clairement que, grâce à de tels dispositifs, on pourra effectuer, par poussée, des avances de mèches parfaitement régulières et homogènes et, par conséquent très favorables à des cadences de fabrication élevées.
En outre, il est clair que, au cours du moulage, les fils des mèches restent fermement épaulés entre eux et contre les parois continues de ces canaux de ces dispositifs qui sont étroitement appliqués les uns contre les autres. Ces effets d'épaulement, associés aux effets de ceinturage, permettent de contrecarrer les efforts aléatoires supportés par les ttes de mèches, sous l'effet des pressions d'injection.
I1 est, par conséquent, possible d'obtenir des présentations correctes de touffes sur les corps de brosses.
A ce propos, pour certaines conditions d'injection, notamment de matières plastiques peu chaudes permettant des cadences de fabrication élevées ou dans le cas de touffes relativement longues, il peut tre nécessaire de renforcer la rigidité des mèches par ceinturage, plus particulièrement, de leurs parties destinées à fournir des touffes.
A cet effet, le procédé consiste à amorcer la fermeture de la cisaille (flèche fl, fig. 17) jusqu'à ce que la poussée appliquée sur les mèches soit très légèrement inférieure à la résistance au cisaillement des fils des mèches.
Mais il est bien évident que ce ceinturage renforçant la rigidité des mèches, doit s'effectuer, pratiquement, dans le plan de tranchage.
En effet, si le jeu usuel J (fig. 17) ménagé pour un film de lubrifiant de la lame 7 sur la coquille 8 était conservé, les efforts appliqués par les bords d'attaque 7a, 8a de ces éléments pourraient tre, suffisamment, décalés l'un par rapport à l'autre, pour engendrer un couple qui tendrait à faire basculer les mèches; les fils présenteraient, donc, des distorsions longitudinales, sous la forme de coudes et de contre-coudes défavorables à une présentation correcte des touffes.
Les faces de tranchage de la coquille et de la lame ont donc été dressées aussi parfaitement que possible et ont subi un traitement qui permet d'obtenir des duretés superficielles, sensiblement supérieures à 1000 Vickers ; par ailleurs, un aménagement, décrit ci-après, permet de réduire leur jeu de coulissement à une valeur, pratiquement, aussi faible qu'on le désire.
On comprendra, en outre, que pour certaines variétés de fils présentant une rigidité suffisante pour résister, par épaulement dans les canaux de la coquille, aux pressions d'injection de surmoulage approprié à leur nature et dimensions, il est possible de cisailler les touffes avant le moulage. Le procédé consiste, simplement alors, à fermer les canaux en amont des touffes grâce à la lame de la cisaille, pendant toute la durée du moulage.
Par ailleurs, les dispositifs décrits plus haut peuvent tre réalisés sous la forme de mécanismes susceptibles d'équiper, aisément et rapidement, une presse à injection usuelle.
Sur la fig. 10, on peut voir une coquille 9b, montée sur le plateau fixe Pf, d'une presse à injection usuelle dont le plateau mobile Pm est équipé, grâce à des bras B , par
- une coquille 8 et une lame de cisaille 7 et
- une batterie de pinces 6a, 6b associée à un calibre de guidage 5 équipé de tubes 13 pour la protection et l'enfilage des mèches.
Les lames 7 et 8 sont, respectivement montées dans un cadre 14, solidaire des bras B et dans un cadre 15.
Ce cadre 15 peut tre commandé, en coulissement, par un vérin de fermeture 16a (flèche fl) et par un vérin d'ouverture 16b (flèche f'l) solidaires du cadre 14.
En effet (fig. 19), ces cadres 14 et 15 présentent, sur deux bords opposés, des tenons engagés dans les rainures de deux traverses 17 fixées, parallèlement entre elles, sur le cadre 14, par des vis 18.
Le cadre 15, enchâssant la coquille 8, peut glisser, d'une part, sur le bâti 14 et, d'autre part, sur des trains de rouleaux 19 montés, parallèlement, les uns aux autres, dans une cage de roulement et communément appelé patin d'aiguilles.
Le jeu latéral d'un tel mécanisme de coulissement peut tre réglé à une valeur désirée par le blocage (plus ou moins dur) d'une cale 20, en forme de coin très aigu, engagée, avant serrage des vis 18, entre les faces latérales de la rainure de la traverse 17 et du tenon du cadre 14.
On comprend que ce mécanisme, auquel est associée la coquille 9a, constitue un dispositif de fabrication de brosses susceptible d'équiper une presse à injection usuelle; le jeu de la cisaille pouvant tre réduit à une valeur aussi faible qu'on le désire. Toutefois, un coulissement à sec des lames de cette cisaille est possible et peut tre très doux grâce aux patins à aiguilles 19.
En se reportant à nouveau à la fig. 18, on peut voir que la batterie de pinces 6 et le calibre de guidage 5 sont associés, l'un à l'autre, par des tiges 21 (dont l'une seulement est visible sur cette figure) fixées sur des oreilles 21a du bâti du calibre et montées
- d'une part, dans des manchons 21b solidaires du butoir 6b et
- d'autre part, dans des fourreaux 21c fixés sur le cadre 14.
Ces manchons et fourreaux sont garnis de roulements à billes,
- les fourreaux 21b permettant un coulissement 1 de la batterie de pinces sur les tiges 21 et
- les fourreaux 21c permettant le montage et le démontage rapide du dispositif batterie 6 - calibre 5 sur le cadre 14, en assurant un alignement précis de leurs canaux avec ceux de la cisaille.
Par ailleurs, le butoir 6b comporte un bossage 22 constituant un palier pour un arbre 22a, engagé dans la crosse 22b de la tige d'un piston de vérin 23 monté dans le bras supérieur B .
Le côté inférieur du butoir 6b présente une joue comportant un palier d'un arbre 24 sur lequel sont montés, de part et d'autre de la joue, une came 24a de commande du tampon 6a (course c > ) et un organe d'accouplement par crabots 24b engagé sur un joint cinétique à la cardan 25a fixé, lui-mme, sur l'extrémité d'un arbre 25 monté dans un palier du bras inférieur du plateau
Pm.
Le bâti du calibre 5 comporte une oreille 26 présentant un trou dans lequel est engagée, avec un jeu faible, une broche 26a, montée à frottement gras et verrouillée sur le bras inférieur B .
On indiquera que les tubes 13 sont constitués par du polytétrafiuoroéthylène qui facilite le glissement des mèches; leurs extrémités aval étant fixées sur la face amont du calibre 5 par un système à contre-plaque classique.
La description qui précède permet de comprendre que,
- grâce aux tiges 21, la batterie de pinces 6 et le calibre 5 muni des tubes 13 constituant un dispositif d'alimentation en mèches du dispositif de fabrication coquillecisaille,
- grâce aux tiges 21 et à la broche 26a, ce dispositif peut tre, très rapidement, monté et démonté sur ce dispositif de fabrication attelé, lui-mme au plateau de la presse.
Pour le démontage, il suffit de
- dégager (flèche f4) l'arbre 22a du bossage 22,
- repousser l'arbre 25 (flèche f'7) pour démonter l'accouplement 24b,
- dégager (flèche f5) la broche 26a de l'oreille 26,
puis de séparer (flèche f6) le dispositif d'alimentation du cadre 14; les tiges 21 coulissant, alors, dans lesfourreaux 21c.
Pour le montage sur le plateau Pm, il suffit d'effectuer des opérations inverses; l'alignement des canaux des dispositifs d'alimentation et de fabrication étant assuré, d'une façon précise, par l'engagement des tiges 21 dans les fourreaux 21c.
Les phases essentielles de la fabrication d'une brosse sont, alors, les suivantes.
Le dispositif d'alimentation étant garni de mèches dans les tranches ont été préalablement, rasées au niveau de la face libre du butoir 6b et la batterie de pinces étant fermée (fig. 18):
- l'arbre 25 est actionné (flèche f7) pour commander l'ouverture des pinces (course c du tampon 6a),
- le piston du vérin 23 est déplacé (flèche f8) pour entraîner d'une quantité 1 , la batterie de pinces 6a, 6b.
Ce déplacement est possible car le cardan 25a se déforme et les manchons 21b coulissent sur les tiges 21; celles-ci étant immobilisées dans les fourreaux 21c et les oreilles 21a du calibre 5 verrouillé par la broche 26a,
- l'arbre 25 est actionné (flèche f9) pour fermer les pinces,
- le vérin 23 est actionné (flèche f10) pour déplacer la batterie de pinces et les mèches sont poussées dans les canaux de la lame 7 d'une quantité 1 ,
- les opérations de ce cycle sont répétées jusqu'à ce que les tranches de mèches dépassent la face interne de la coquille, dans la position représentée sur les fig. 1 et 5,
- les opérations d'agglomération de tte (fig. 2) de fermeture du plateau Pm et de moulage (fig. 3) sont effectuées,
- les vérins 16a et 16b sont actionnés pour le tranchage des touffes (fig. 4).
Le cycle des opérations précédentes est répété pour l'éjection de la brosse et la réalisation d'une autre brosse; toutefois, le nombre de courses 1 du vérin 23 est légèrement inférieur au nombre indiqué plus haut, puisque les tranches de mèches sont situées, au départ, dans le plan de cisaillement des lames 7 et 8.
Il peut tre très avantageux, pour appliquer sur les mèches dans le plan de tranchage une pression légèrement inférieure à la résistance au cisaillement de leurs fils, d'utiliser un vérin perfectionné, du type du vérin décrit dans le brevet U.S. NO 3150571.
Ce vérin présente, en effet, un dispositif de verrouillage par pression hydraulique qui offre une grande sécurité de fonctionnement.
On pourrait, évidemment, prévoir des dispositifs d'alimentation, à tige de coulissement 21, équipés de pinces et de batterie d'épaulement, identiques aux dispositifs des fig. 10 et 11.
Par ailleurs, pendant le fonctionnement d'une presse équipée de ces dispositifs de fabrication, on a prévu le garnissage d'un second dispositif d'alimentation en mèches, comme indiqué ci-après.
Sur les fig. 20 et 21, on peut voir des bobines 4a et 4b montées sur des arbres aménagés sur un support 27, pour pouvoir entraîner ces bobines en rotation, grâce à un moteur électrique 28 et à ses organes de transmission de mouvement 29.
Chacune de ces bobines comporte des fils enroulés à partir d'un tambour, sur eux-mmes et de spire en spire, en spirale; ces fils sont, respectivement, distribués les uns à côté des autres, entre les joues de la bobine, de sorte que la bobine est constituée par un empilage de galettes correspondant à chacun des fils et dont l'épaisseur est, par conséquent, égale au diamètre d'un fil.
Par suite, l'ensemble des fils peut tre déroulé, sans torsion hélicoïdale rémanente des fils, à la façon d'une nappe régulière ; ils sont, donc, parfaitement rectilignes et peuvent tre sélectionnés, par engagement entre les dents de peignes 30a et 30b, fixés sur le support, pour réaliser un faisceau de mèches 3 (fig. 21).
Ces mèches sont enfilées dans les canaux d'un dispositif d'alimentation de moule à cisaille 31, posé sur une fourche 27a.
Pour réaliser cette opération, les extrémités des fils d'une mèche 3 sont agglomérés, par fusion pâteuse ou collage par exemple, sous la forme d'une boulette enrobant la tte d'une aiguille 32 (fig. 22) constituée par un fil flexible et tenace, en acier, de petit diamètre (de l'ordre de 2/10 de millimètre).
Chaque mèche, ainsi, munie de son aiguille, peut tre enfilée dans un tube 13 et dans le canal correspondant au dispositif d'alimentation.
Après enfilage, il suffit de raser ces mèches, à l'aide d'un couteau, sur la tranche du butoir 6b pour que le dispositif d'alimentation soit prt à tre accouplé au dispositif de fabrication de la presse (flèche g).
Par conséquent, grâce à ces aménagements et à un jeu de deux dispositifs d'alimentation, le fonctionnement d'une presse, équipée d'un tel dispositif de fabrication, ne sera interrompu que pendant un laps de temps très réduit, correspondant au démontage du dispositif d'alimentation dégarni en mèches, suivi du montage de l'autre dispositif garni de mèches.
Dans ces conditions, la cadence de fabrication sera voisine de la cadence d'injection que peut assurer la presse, ce qui est favorable à la réduction du prix de revient des brosses.
Par ailleurs, il est bien évident que ce procédé, grâce à ces dispositifs, permet de fabriquer, économiquement, des brosses de types très variés applicables à des problèmes de brossage très divers.
Ainsi, sur la fig. 25, on peut voir un moule, à deux coquilles 33a et 33b, respectivement équipés de lames de tranchage 34a, 34b.
Ces coquilles à cisaille sont disposées tte bche et équipées par des dispositifs d'alimentation en mèches 35a, 35b pour constituer un dispositif de moulage qui pourra tre monté, transversalement, sur le plateau mobile d'une presse, de manière que ses organes soient actionnés, comme décrit plus haut.
Ce dispositif permettra de fabriquer des brosses présentant deux faces opposées de brossage et on notera que la face correspondant à la cisaille 34b présente une forme cylindrique.
Le cisaillage, simultané, des touffes sur les faces opposées pourra tre effectué par coulissement rectiligne du moule 33a, 33b, suivant une direction perpendiculaire au plan de la figure.
Mais on pourrait prévoir:
un coulissement de la lame 34a (flèche fll) et
- une petite rotation a de la lame 34b; les épaules c de cette lame étant échancrées de façon à permettre cette rotation.
On pourrait, également, dans le cadre de l'invention, aménager dans les coquilles 8 ou 33,
- des canaux très légèrement convergents ou divergents, pour obtenir un éventail de touffes fermé ou ouvert,
- des trous borgnes disposés entre les canaux des mèches et présentant une dépouille de moulage des dents ou d'épines 36 (fig. 23); on obtiendrait,
Method of manufacturing brushes from a bundle of strands of wires,
device for carrying out this method and resulting brushes
The present invention relates to a process for the economical manufacture of brushes, by overmolding the heads of tufts of threads cut into strands distributed in a bundle.
The invention also relates to devices making it possible, on the one hand, to implement this method and, on the other hand, to exploit the optimal possibilities of conventional injection presses in order to ensure high production rates, compatible. with very low cost prices.
The invention further relates to a brush produced according to this method, using these devices.
Industrial processes are already known which make it possible to manufacture, in series, brushes or the like, such as brushes for household appliances, for example, which comprise tufts of wire held, by their heads, in a body in plastic material.
Such processes consist, successively, in coating, by hot overmolding with a plastic material, the heads of strands of threads engaged, as a bundle in channels arranged in a mold shell, then in drawing, by the brush body as well. molded, the bundle of wicks to move the latter a length substantially equal to the length of a tuft and, finally, to slice the wicks above the bottom of the shell to separate the brush from the bundle and reserve, thus, a section of wicks for the tufts heads of the next molding brush.
However, it has not been possible to ensure satisfactory sealing of the channels of the mold lined with tufts; for certain injection conditions, there may in fact be an escape of the injected material into the wicks, which causes production to stop.
In addition, the withdrawals of the wicks after slicing do not make it possible to obtain embedments of the wick heads, in the plastic material, sufficient to ensure uniform traction of the latter; the resulting twisting in the guide channels leads to defective presentation of the tufts.
Moreover, the stoppages for the lining, in bundles of wicks, of the devices for implementing these processes, resulting in the downtime of machines, in particular injection presses, which are hardly compatible with reduced cost prices.
Finally, stoppages are frequently caused by the entanglement of the strands of wicks which, packaged in coils, are subjected during unwinding to twists favorable to entanglement.
The object of the present invention is to remedy these drawbacks.
It relates to a method of manufacturing brushes from a bundle of strands of wires, consisting in:
guide, parallel to each other, the strands of the bundle,
- hot molding, the heads of wicks in a plastic material, to form the body of a brush,
- slice the strands of the wicks to form tufts of brushes,
- longitudinally moving the bundles of wicks of a length corresponding to approximately the length of the tufts and of their heads,
said method being characterized in that in order to move the strands longitudinally by guiding the latter in the form of a bundle, the guide being interrupted, upstream of the head of the threads, the method further consists in
- locally surround each wick upstream of the interruption then,
- apply immediately upstream of the surrounded area,
a thrust directed at their heads, then
transversely shoulder downstream of the thrust zones each bit at points spaced apart from each other, by a distance equal at most to the critical buckling threshold,
- release the strapping forces as soon as the movement is finished,
- repeat the cycle of the strapping and pushing operations until the bit is moved the length of a tuft,
- surround at least part of the wicks and support them, over their entire length downstream of the belted parts throughout the duration of the molding.
It also relates to a plastic injection molding press, the plates of which are respectively equipped with molding shells for the manufacture of brushes, characterized in that the shell of the movable plate of the press is pierced with guide channels and is associated with a tuft slicing shear and said plate further comprises a roving feed device and fixing means and control means of said shears and said device.
In addition it relates to a brush comprising tufts of threads overmolded in a plastic body, characterized in that the body of the brush is perfectly smooth.
The appended drawing illustrates schematically and by way of example a device according to the invention.
- fig. 1 to 5 show, schematically in section, the elements of a device for manufacturing brushes in positions corresponding to the various steps of the process;
- fig. 6 schematically shows on an enlarged scale, a longitudinal section of the device of FIGS. 1 to 5;
- fig. 7 shows, on a reduced scale in longitudinal section and in plan, the device of FIG. 6;
- fig. 8 shows, schematically in section, equipment suitable for the device of the preceding figures;
- fig. 9 schematically illustrates the critical buckling threshold;
- fig. 10 and 11 are diagrams, partially in section, in two characteristic positions of a member to remedy buckling;
- fig. 12 to 16 are cross-sectional diagrams of the channels of the members of the preceding figures;
- fig. 17 shows, on an enlarged scale, a detail of the preceding figures;
Fig. 18 shows, in vertical section, the elements of a device for manufacturing brushes mounted on the plates of an injection press;
- fig. 19 shows, partly broken away a detail of FIG. 18;
- fig. 20 shows, schematically in transverse elevation, a feed device for equipping an injection press with a bundle of wicks;
- fig. 21 shows a plan of an injection press equipped with a device identical to that of FIG. 20;
- fig. 22 shows a needle for threading locks of threads;
- fig. 23 and 24 show, schematically in section, brush bodies.
- fig. 25 shows, schematically in section, a device for manufacturing brushes furnished with two sets of tufts.
In fig. 1, we can see strands of son 3 made of polyamide, engaged in the form of a bundle in the channels of a battery of grippers 6a, 6b and of the two blades 7 and 8 of a shear.
These elements will be described in more detail below, but it will be noted that the blade 8 also constitutes the bottom of one of the shells 9a, of a mold capable of being mounted on the movable plate of a polystyrene injection press; the other shell 9b being mounted on the fixed plate of this press.
It will be noted that the elements of the shear and the gripper are tightly pressed against each other.
The brush manufacturing process is as follows.
The wicks 3 of the bundle being in the position shown in FIG. 1, the battery of grippers 6 is kept closed and the bits are firmly retained.
The plates of the press being open (fig. 2), one agglomerates, intimately, thanks to the flame of a torch 12, the ends of polyamide son in the form of a head, then the plates of the press are closed. (fig. 3) and an injection of polystyrene is carried out in the mold.
After solidification of the plastic material overmolded on the heads, the press plates are opened (fig. 4) and the shears 7, 8 are actuated to cut the wicks (arrow fl).
After returning to the initial position of this shears (fig. 5), the battery of pliers 6 is actuated to push the bits 3, of a length L, into the channels of the shell 8, by a succession of return strokes ( arrow f2) and move (arrow f3) of value L, until their ends return to the initial position of FIG. 1.
This movement also has the effect of ejecting the brush, since the tufts 1 coated in the body 2 are driven out of the channels of the shell 8 by the wicks.
We will explain, in detail below, how, during molding, the wicks portions are firmly held in the channels of the shell 8 and of the blade 7 to ensure perfect presentation of the tufts on the brush bodies.
In fig. 6, we find the elements of FIGS. 1 to 5, upstream of which is arranged a gauge 5 described in detail below.
The clamp 6 is constituted by a buffer 6a arranged to slide in a corresponding housing of a stopper 6b in the bottom of which is imprisoned a rubber plate 6c, through which the wicks pass, with appreciable play.
The relative sliding of these two elements 6a-6b, stroke c (arrow fl, fig. 7), causes compression at the end of the plate 6c which, by creep, generates transverse pressures t.
It will be understood that the device constitutes a battery of radial clamps with elastic jaws making it possible to surround delicately but with remarkable firmness, simultaneously, the threads of each wick of the bundle.
In addition to the closing control members (not shown), the battery 6a-6b comprises a mechanism (not shown) allowing its longitudinal displacement (arrow f2).
The process of advancing L of the wicks 3 is as follows.
After operation of the shears 7, 8, the bit heads being located in the slicing plane T, the battery of pliers 6 is closed (arrow fl) then moved (arrow f2) by a quantity 1 (approximately 2 mm) corresponding to a fraction (for example the fifth) of the length L (about 1 cm) of a tuft, by applying a push on the wicks.
Then the clamp is opened and returned to its initial position; during the return of the gripper (arrow f3) the bits, released by the latter, are protected from recoil, by friction in the guide channels of gauge 5.
This process of advancing and retreating the battery 6 is repeated until the edge of the wicks is displaced by the length L.
For the unit advance 1, a value lower than the critical buckling height will be chosen under the effect of the thrusts and the friction resistances R in the channels, in order to avoid the deformations shown schematically in FIG. 9 which could cause the machine to jam.
We will better understand the difficulties caused by the thrust of the wicks by indicating that the threads of these wicks, made of N30 wire having a diameter of 0.31 millimeter, curve under the effect of a thrust when their guidance is interrupted on a length greater than two millimeters.
In addition, certain varieties of threads may exhibit a very marked natural tendency to twist and to overflow in their locks.
It is, then, advantageous to surround the wicks, at least, at one point of their guide zone.
For this (fig. 8), we can adapt to the above device, another battery of clamps 10a, 10b, 10c; the stopper 10a, for example, being arranged in a fixed position relative to the mold 9.
The means for closing and opening this battery are combined with the means for controlling the clamp 6 so that:
the clamp 6 being open: the clamp 10 is closed
- the clamp 6 being closed and moving forward (arrow f2) or back (arrow f3), the clamp 10 is open.
Thus, the movements of these two grippers are reversed in synchronism.
Furthermore, it may be advantageous to move the beam by a single stroke of the battery 6.
But to avoid the buckling of the wicks (fig. 9), it was imagined to support the wicks 3 transversely, at points regularly spaced from each other, by a distance e slightly less than the critical buckling threshold of these wicks. 3 under the thrust P of displacement thanks to the plates 11 arranged transversely in a battery (Fig. 10 and 11).
This battery of shoulder plates is associated with a mechanism allowing their movements synchronized with the outward movement, arrow f2, and return, arrow f3, of the battery 6; they can change between the extreme positions shown, respectively, in FIGS. 10 and 11, by successive (or simultaneous) displacements so that the distance e between two neighboring plates is equal, at most, to the critical buckling threshold.
Finally, it will be indicated that the gauge 5 is made of a material resistant to wear by friction and characterized by a coefficient of friction as low as possible, taking into account the nature of the wires; this gauge can advantageously be made of polytetrafluoroethylene, which constitutes a surprising unmoulder. It therefore makes it possible to avoid the use of excessive tensile forces and the jamming jams which are frequently encountered with metal gauges.
In addition, the caliber channels preferably have dimensions smaller than the dimensions of the channels of the other parts of the machine: batteries of grippers, counter-buckling batteries and shear blades, which themselves have a section circumscribed to that of the wick.
Thus, for circular channels, the reduction in diameter can reach a value of 30%.
Consequently, it is understood that the wires of the wicks drawn by the battery 6, during a forward movement, are stressed in the gauge, like a metal wire extracted from a die and the wires are classified, in this way, with respect to each other, in the wicks while maintaining their relative positions.
Furthermore, to facilitate the circulation of the wicks in the channels of the various members and to avoid, in general, all the drawbacks (twisting or overlapping) which can lead to variations in the length of the threads of the tufts while ensuring a displacement front perfectly level, we imagined particular sections of channels for which each wire is supported, throughout its course, on at least three neighboring wires of its wick.
For threads of circular section, the smallest number of threads fulfilling this condition, in a wick, must be seven.
This elementary wick constitutes a basic module for wicks responding to various brushing problems, the most remarkable of which are shown in FIGS. 12 to 16.
Finally, it will be indicated that the diagonals of the most interesting channels correspond to 5, 6 or 7 wires; for such shapes and dimensions, the channels could be produced by known drilling methods, such as electro-erosion.
It is clear that, thanks to such devices, it is possible to effect, by pushing, perfectly regular and homogeneous advances of wicks and, therefore, very favorable to high production rates.
In addition, it is clear that, during molding, the strands of the strands remain firmly shouldered between them and against the continuous walls of these channels of these devices which are closely applied against each other. These shoulder effects, associated with the belt effects, make it possible to counteract the random forces supported by the wick heads, under the effect of the injection pressures.
It is, therefore, possible to obtain correct tufts presentations on the brush bodies.
In this regard, for certain injection conditions, in particular of not very hot plastic materials allowing high production rates or in the case of relatively long tufts, it may be necessary to reinforce the rigidity of the wicks by belting, more particularly, their parts intended to provide tufts.
To this end, the method consists in initiating the closing of the shears (arrow fl, fig. 17) until the thrust applied to the wicks is very slightly less than the shear strength of the strands of the wicks.
But it is obvious that this belt, reinforcing the rigidity of the bits, must be carried out, practically, in the slicing plane.
Indeed, if the usual clearance J (fig. 17) provided for a film of lubricant from the blade 7 on the shell 8 was retained, the forces applied by the leading edges 7a, 8a of these elements could be sufficiently offset with respect to one another, to generate a torque which would tend to tip the wicks; the son would therefore present longitudinal distortions in the form of elbows and counter-elbows unfavorable to a correct presentation of the tufts.
The cutting faces of the shell and of the blade have therefore been drawn up as perfectly as possible and have undergone a treatment which makes it possible to obtain surface hardnesses, appreciably greater than 1000 Vickers; moreover, an arrangement, described below, makes it possible to reduce their sliding clearance to a value which is practically as low as desired.
It will also be understood that for certain varieties of yarns having sufficient rigidity to withstand, by shoulder in the channels of the shell, the injection pressures of overmolding appropriate to their nature and dimensions, it is possible to shear the tufts before molding. The process then simply consists of closing the channels upstream of the tufts by means of the blade of the shears, throughout the duration of the molding.
Furthermore, the devices described above can be produced in the form of mechanisms capable of fitting, easily and quickly, a conventional injection press.
In fig. 10, we can see a shell 9b, mounted on the fixed plate Pf, of a conventional injection press whose mobile plate Pm is equipped, thanks to arms B, by
- a shell 8 and a shear blade 7 and
a battery of pliers 6a, 6b associated with a guide gauge 5 equipped with tubes 13 for the protection and threading of the wicks.
The blades 7 and 8 are respectively mounted in a frame 14, integral with the arms B and in a frame 15.
This frame 15 can be controlled, in sliding, by a closing cylinder 16a (arrow fl) and by an opening cylinder 16b (arrow f'l) secured to the frame 14.
Indeed (fig. 19), these frames 14 and 15 have, on two opposite edges, tenons engaged in the grooves of two cross members 17 fixed, parallel to each other, on the frame 14, by screws 18.
The frame 15, encasing the shell 8, can slide, on the one hand, on the frame 14 and, on the other hand, on the sets of rollers 19 mounted, parallel to each other, in a rolling cage and commonly called needle pad.
The lateral play of such a sliding mechanism can be adjusted to a desired value by locking (more or less hard) a wedge 20, in the form of a very sharp wedge, engaged, before tightening the screws 18, between the faces. sides of the groove of the cross member 17 and the tenon of the frame 14.
It will be understood that this mechanism, with which the shell 9a is associated, constitutes a device for manufacturing brushes capable of equipping a conventional injection press; the play of the shears being able to be reduced to a value as low as desired. However, dry sliding of the blades of this shear is possible and can be very gentle thanks to the needle pads 19.
Referring again to fig. 18, it can be seen that the battery of grippers 6 and the guide gauge 5 are associated, one with the other, by rods 21 (only one of which is visible in this figure) fixed on the ears 21a of the caliber frame and mounted
- on the one hand, in sleeves 21b integral with the stopper 6b and
- on the other hand, in sleeves 21c fixed to the frame 14.
These sleeves and sleeves are lined with ball bearings,
- the sleeves 21b allowing sliding 1 of the battery of grippers on the rods 21 and
- the sleeves 21c allowing the rapid assembly and disassembly of the battery device 6 - gauge 5 on the frame 14, ensuring precise alignment of their channels with those of the shears.
Furthermore, the stopper 6b comprises a boss 22 constituting a bearing for a shaft 22a, engaged in the butt 22b of the rod of a jack piston 23 mounted in the upper arm B.
The lower side of the stopper 6b has a cheek comprising a bearing of a shaft 24 on which are mounted, on either side of the cheek, a cam 24a for controlling the buffer 6a (stroke c>) and a member of coupling by dogs 24b engaged on a kinetic universal joint 25a fixed, itself, on the end of a shaft 25 mounted in a bearing of the lower arm of the plate
Pm.
The frame of the caliber 5 comprises a lug 26 having a hole in which is engaged, with a small clearance, a pin 26a, mounted with greasy friction and locked on the lower arm B.
It will be indicated that the tubes 13 are made of polytétrafiuoroethylene which facilitates the sliding of the wicks; their downstream ends being fixed to the upstream face of the gauge 5 by a conventional backplate system.
The above description makes it possible to understand that,
- Thanks to the rods 21, the battery of grippers 6 and the gauge 5 provided with the tubes 13 constituting a device for feeding wicks of the shell-shear manufacturing device,
- Thanks to the rods 21 and the spindle 26a, this device can be very quickly mounted and dismantled on this production device coupled, itself to the press plate.
For disassembly, just
- release (arrow f4) the shaft 22a from the boss 22,
- push back the shaft 25 (arrow f'7) to remove the coupling 24b,
- release (arrow f5) the pin 26a from the ear 26,
then to separate (arrow f6) the feed device from the frame 14; the rods 21 sliding, then in lesfourreaux 21c.
For mounting on the plate Pm, it suffices to perform the reverse operations; the alignment of the channels of the supply and manufacturing devices being ensured, in a precise manner, by the engagement of the rods 21 in the sleeves 21c.
The essential phases in the manufacture of a brush are, then, the following.
The feed device being lined with wicks in the slices have been previously shaved at the level of the free face of the stopper 6b and the battery of pliers being closed (fig. 18):
- the shaft 25 is actuated (arrow f7) to control the opening of the clamps (stroke c of the buffer 6a),
- The piston of the jack 23 is moved (arrow f8) to drive by a quantity 1, the battery of grippers 6a, 6b.
This movement is possible because the gimbal 25a is deformed and the sleeves 21b slide on the rods 21; these being immobilized in the sheaths 21c and the ears 21a of the gauge 5 locked by the pin 26a,
- the shaft 25 is actuated (arrow f9) to close the clamps,
- the jack 23 is actuated (arrow f10) to move the battery of grippers and the bits are pushed into the channels of the blade 7 by a quantity of 1,
- The operations of this cycle are repeated until the slices of wicks exceed the internal face of the shell, in the position shown in FIGS. 1 and 5,
- the head agglomeration operations (fig. 2) for closing the plate Pm and molding (fig. 3) are carried out,
- the jacks 16a and 16b are actuated for slicing the tufts (fig. 4).
The cycle of the preceding operations is repeated for the ejection of the brush and the production of another brush; however, the number of strokes 1 of the jack 23 is slightly less than the number indicated above, since the bits of the bits are initially located in the shear plane of the blades 7 and 8.
It can be very advantageous, in order to apply a pressure slightly less than the shear strength of their wires to the bits in the cutting plane, to use an improved jack, of the type of the jack described in U.S. Patent No. 3150571.
This jack has, in fact, a hydraulic pressure locking device which offers great operating safety.
One could, of course, provide feed devices, sliding rod 21, equipped with clamps and shoulder battery, identical to the devices of FIGS. 10 and 11.
Furthermore, during the operation of a press equipped with these manufacturing devices, provision has been made for the lining of a second device for supplying wicks, as indicated below.
In fig. 20 and 21, one can see coils 4a and 4b mounted on shafts arranged on a support 27, in order to be able to drive these coils in rotation, thanks to an electric motor 28 and to its movement transmission members 29.
Each of these coils comprises son wound from a drum, on themselves and from turn to turn, in a spiral; these threads are, respectively, distributed next to each other, between the cheeks of the spool, so that the spool is constituted by a stack of wafers corresponding to each of the threads and whose thickness is, therefore, equal to diameter of a wire.
As a result, all of the threads can be unwound, without remanent helical twist of the threads, like a regular sheet; they are, therefore, perfectly straight and can be selected, by engagement between the teeth of the combs 30a and 30b, fixed on the support, to produce a bundle of wicks 3 (fig. 21).
These wicks are threaded into the channels of a shear mold feeder 31, placed on a fork 27a.
To carry out this operation, the ends of the threads of a wick 3 are agglomerated, by pasty melting or gluing for example, in the form of a pellet coating the head of a needle 32 (fig. 22) consisting of a flexible thread. and tough, made of steel, of small diameter (of the order of 2/10 of a millimeter).
Each wick, thus, provided with its needle, can be threaded into a tube 13 and into the channel corresponding to the supply device.
After threading, it suffices to shave these bits, using a knife, on the edge of the stopper 6b so that the feed device is ready to be coupled to the device for manufacturing the press (arrow g).
Consequently, thanks to these arrangements and to a set of two feed devices, the operation of a press, equipped with such a manufacturing device, will only be interrupted for a very short period of time, corresponding to the dismantling of the device. feeding device stripped of wicks, followed by mounting of the other device lined with wicks.
Under these conditions, the production rate will be close to the injection rate that the press can provide, which is favorable to reducing the cost of the brushes.
Furthermore, it is obvious that this process, thanks to these devices, makes it possible to manufacture, economically, brushes of very varied types applicable to very diverse brushing problems.
Thus, in FIG. 25, we can see a mold, with two shells 33a and 33b, respectively equipped with slicing blades 34a, 34b.
These shear shells are placed head to tail and equipped with wick feed devices 35a, 35b to constitute a molding device which can be mounted, transversely, on the movable plate of a press, so that its members are actuated. , as described above.
This device will make it possible to manufacture brushes having two opposite brushing faces and it will be noted that the face corresponding to the shears 34b has a cylindrical shape.
The simultaneous shearing of the tufts on the opposite faces can be carried out by rectilinear sliding of the mold 33a, 33b, in a direction perpendicular to the plane of the figure.
But we could predict:
a sliding of the blade 34a (arrow fll) and
- a small rotation of the blade 34b; the shoulders c of this blade being indented so as to allow this rotation.
One could, also, within the framework of the invention, arrange in the shells 8 or 33,
- very slightly converging or divergent canals, to obtain a closed or open range of tufts,
- Blind holes arranged between the channels of the wicks and having a molding cutout of the teeth or thorns 36 (Fig. 23); we would get,