EP3645231A1 - Moule pour matiere plastique - Google Patents

Moule pour matiere plastique

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Publication number
EP3645231A1
EP3645231A1 EP18729992.0A EP18729992A EP3645231A1 EP 3645231 A1 EP3645231 A1 EP 3645231A1 EP 18729992 A EP18729992 A EP 18729992A EP 3645231 A1 EP3645231 A1 EP 3645231A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grooves
molding
plastic mold
mold
fluid circulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18729992.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Olivier TORRES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OPmobility SE
Original Assignee
Plastic Omnium SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plastic Omnium SE filed Critical Plastic Omnium SE
Publication of EP3645231A1 publication Critical patent/EP3645231A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/02—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with incorporated heating or cooling means
    • B29C33/04—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with incorporated heating or cooling means using liquids, gas or steam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
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    • B29C2033/023—Thermal insulation of moulds or mould parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/3828—Moulds made of at least two different materials having different thermal conductivities
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    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/52—Heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/72—Heating or cooling
    • B29C45/73—Heating or cooling of the mould
    • B29C45/7312—Construction of heating or cooling fluid flow channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2883/00—Use of polymers having silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only, in the main chain, as mould material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2905/00—Use of metals, their alloys or their compounds, as mould material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2907/00—Use of elements other than metals as mould material
    • B29K2907/04—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/757—Moulds, cores, dies

Definitions

  • the invention relates to the technical field of the manufacture of plastic parts, including automotive body parts. More specifically, the invention relates to molds for carrying out such manufacture, in particular by a process of compression molding or by injection molding.
  • such a mold comprises two half-molds, a said punch (the fixed element), a said die (the movable element), the two elements forming, in the closed position of the mold, a molding chamber.
  • each of the two elements is monobloc, made from a solid cast steel block.
  • the punch and die will be called “fingerprint” indifferently in the following to simplify the description.
  • molding techniques involve heating or cooling the cavities. This heating or cooling is carried out using a temperature control circuit in which a heating or cooling fluid, in particular oil or water, is circulated.
  • a heating or cooling fluid in particular oil or water
  • the mold is heated to provide calories to the material in the molding chamber.
  • injection molding the mold is cooled to capture the calories of the material in the molding chamber.
  • the temperature control circuit (s) are typically composed of channel segments obtained by drilling or drilling from the outer faces of the steel blocks.
  • This drilling is relatively simple when the workpiece is flat. On the other hand, it becomes an important constraint in the case of complex parts. Indeed, when the piece has a so-called 3D shape, the rectilinear drilling can no longer follow correctly, which requires to make compromises. In some cases, it is even necessary to drill from the molding face. In order to maintain the molding function of this face, it requires an insert of a plug in the drilled hole whose end protruding from the molding face is leveled in order to obtain a continuous molding face.
  • the first is to increase the number of control circuits by realizing very often several circuits crossing each other, which is unfortunately not enough effective. Moreover, if too many holes or holes are made, the strength of the steel block can decrease to cause the collapse of the block. Sealing management is also more complex. Finally, this solution is expensive to implement.
  • the second is to install pavers joined to existing circuits to drill the latter closer to the molding surface of the footprints.
  • each of the two half-molds is a sandwich structure, namely a so-called molding part having a molding face intended to come into contact with the plastic material in the molding chamber, a support part and a so-called part.
  • insulating thermalally arranged between the first two parts, temperature control circuits (grooves) being made (machined or molded) between the molding portion and the insulating portion, as described in EP2404728 and EP1403029.
  • a heating or cooling fluid circulates directly in the control circuits, which poses, inter alia, sealing problems.
  • the insulating part (the insert) is concrete thus cast also with sealing problems; in EP1403029, the "insulating" part is indeed made of metal, which greatly reduces the thermal control efficiency because this part also leads heat towards the rear of the mold.
  • the invention aims to improve the sealing of the temperature control circuits of the molds for manufacturing plastic parts while achieving optimal thermal regulation.
  • the invention particularly relates to a plastic mold, comprising two half-molds each having a molding portion and a thermal insulating portion attached to the molding portion.
  • the molding part is equipped with at least one temperature control circuit in which at least one fluid circulation tube is arranged.
  • the space in which circulates the control fluid is delimited here by a tube, of closed cross section, arranged in the circuit, and not by the circuit itself, pierced directly into the body of the steel blocks or formed by a channel formed at the interface of the two elements (molding part and part in contact therewith) constituting the blocks as in the state of the art, the leakage of the fluid is greatly reduced and even eliminated, so the tightness of the circuit significantly improved.
  • the fluid circulation tube is generally of regular section, there is substantially no pressure loss or fluid flow rate variation.
  • the thickness of the molding portion is reduced so that it is easier to produce by machining optimal control circuits, matching the shape of the molding face;
  • the molding is the only regulated (heated or cooled) temperature.
  • the portion of thermal insulation, conforming to the molding part ensures a better heat exchange between the fluid in the tubes and the molding part, so that the mold reaches its production temperature much more quickly than a conventional mold. .
  • the mold may further comprise one or more of the following features, taken alone or in combination:
  • Said at least one temperature control circuit consists of grooves formed in the molding portion and opening on its face in contact with the thermal insulation portion. This advantageous configuration facilitates the arrangement of the tube in the circuit (grooves) and its change in case of failure.
  • said at least one fluid circulation tube fits at least a portion of the walls of the grooves of the molding part.
  • the efficiency of the thermal regulation of the molding parts is optimized thanks to good contact between the tubes (and the fluid circulating therein) and the walls of the grooves.
  • the tubes embrace at least the bottom wall of the grooves, which is closest to the molding face intended to come into contact with the plastic material.
  • the part of thermal insulation comprises protuberances extending from its face in contact with the molding part, these protuberances having a width less than or equal to a width of the grooves and crushing said at least one fluid circulation tube in the grooves.
  • the width of the grooves is slightly narrower than the initial diameter of said at least one fluid circulation tube and the grooves have a depth greater than said diameter.
  • the tube is jammed and thus held in position in the corresponding groove as it is installed, this particularly advantageous in the case of grooves having many curves.
  • a groove depth greater than the diameter of the tube causes the tube to not be pinched on the edges but well supported in the groove by the protuberance which comes from the part of thermal insulation.
  • the protuberances have a flat surface in contact with the said at least one fluid circulation tube. Such a protrusion is easy to achieve and the stress applied to the tube is relatively homogeneous.
  • said at least one fluid circulation tube inflates when it is heated and pressurized after its installation in the grooves so that it matches walls of the grooves.
  • inflating the tube makes it possible in particular to minimize the roundings of the tube so that the tube fits better the walls of the groove.
  • it is possible to overcome the aforementioned protuberances with this swelling capacity of the tube because it can be expected that the tube marries the walls of the grooves only under the effect of pressure and heating after installation. Therefore, the surface of the thermal insulating portion in contact with the molding portion is easier to machine.
  • said at least one fluid circulation tube is made of an elastic material whose hardness is preferably less than 30 Shore A, such as silicone charged with thermal conductive carbon.
  • the elasticity of the material constituting the tube allows it to be deformed, under stress of the protuberances and / or under the effect of pressure and heating, during its installation in the thermal regulation circuit, in order to match as much as possible the walls of the circuit.
  • the molding part is made of metal, in particular steel of hardness greater than 30HRC.
  • metal in particular steel of hardness greater than 30HRC.
  • noble steel is commonly used to make molds for plastics, including their molding parts intended to come into contact with the material in the molding chamber, in order to fulfill various functions required by the molding process.
  • the thermal insulation portion has a compressive strength greater than 300N / mm 2 , a resistance to temperatures above 200 ° C and a thermal conductivity coefficient of less than 0.50W / mk, preferably less than 0.1 W / mK.
  • the thermal insulation portion is particularly suitable for injection molding under pressure or compression.
  • the part of thermal insulation is made of composite material, in particular reinforced with fibers.
  • Such a material can contribute to the lightening of the mold, so it is easier to handle and transport.
  • this is only a non-limiting example and that any material fulfilling the conditions described in the previous paragraph can be used.
  • said at least one fluid circulation tube is a single-piece tube or consisting of several tubes connected to each other.
  • a tube in one piece which can meander in the thermal control circuit, sealing problems arise even less thanks to the lack of connection interface between the different segments.
  • the manufacture of the tube is easier and flexible.
  • the connection interfaces between the segment tubes can be arranged outside the mold, which facilitates the sealing management and maintenance of the tubes.
  • the molding part comprises a molding face, the distance between the bottom of the grooves and the molding face is substantially identical.
  • the thermal regulation of the molding face by the fluid flowing in the tubes arranged in the grooves is more homogeneous so that the different points of the molding face almost simultaneously reach a stabilized temperature.
  • the direction the flow of fluid in the at least one tube is either parallel or perpendicular to the profile of the molding face.
  • the mold is an injection or compression mold.
  • FIG. 1 is a sectional view of an injection mold according to one embodiment of the invention, the part to be injected being planar;
  • FIG. 2 is a sectional view of an injection mold according to another embodiment of the invention, the part to be injected being in 3D;
  • FIGS. 3 (A), 3 (B) and 3 (C) schematically illustrate the steps for producing a mold of the invention according to a first method
  • FIGS. 4 (A), 4 (B) and 4 (C) schematically illustrate the steps for producing a mold of the invention according to a second method
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a half of a mold according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of a half of a mold according to another embodiment of the invention.
  • FIGS. 7 (A) and 7 (B) schematically illustrate, in sectional view, two embodiments in which the direction of fluid flow is parallel (FIG. 7 (A)) or perpendicular (FIG. 7 (B)) to the profile of the molding face. It should be noted that in the description and the drawings the same reference numeral designates identical or similar elements.
  • the mold 100 for plastics material is an injection mold, but it can also be a compression mold or a mold for manufacturing plastic parts by another technology.
  • the mold 100 comprises two half-molds 100A (see FIG. 5 or 6) each comprising a molding part 120 and a part of thermal insulator 110 fixed, preferably in a removable manner (by screwing, by riveting, etc.), at the molding part 120.
  • the molding part 120 comprises a molding face 126 intended to come into contact with the plastics material in the molding chamber and a face 124 in contact with the thermal insulating part 110.
  • the face 124 is machined as closely as possible. of the molding face 126 keeping the same gap. In other words, it has the same profile as the molding face 126, which allows the molding portion 120 to have a substantially uniform thickness everywhere. In this case, the length of the machining path can be minimized.
  • the face 124 may also be flat, as in the case of the examples in particular in Figures 1 and 2.
  • the molding part 120 is equipped with at least one temperature control circuit in which at least one fluid circulation tube 140 is arranged.
  • the part to be manufactured 130 has a simple shape. This is a flat piece.
  • the workpiece 130 is of complex shape. This is a so-called 3D piece with reliefs.
  • the temperature regulation circuit may consist of grooves 122 made in the molding part 120 and opening on its face 124.
  • the grooves 122 are of section transversely substantially U. Any other form easy to achieve and promoting the heat exchange between the tube 140 and the molding portion 120 is conceivable.
  • the grooves 122 are sized to receive the tubes 140 and hold them in position after installation.
  • the tubes 140 embrace at least a portion of the walls 1221, 1222 of the grooves 122 to ensure good contact between the tubes and the molding portion.
  • the tubes 140 in the assembled position of the mold, are in contact with the entire bottom wall 1221 and a portion of the side wall 1222.
  • the distance between the bottom of the grooves 122 and the molding face 126 is substantially identical.
  • the thermal regulation of the molding face 126 by the fluid flowing in the tubes 140 arranged in the grooves 122 is more homogeneous so that the different points of the molding face almost simultaneously reach a stabilized temperature. According to an embodiment illustrated in FIG.
  • the thermal insulating portion 110 comprises protuberances 112 extending from its face 114 in contact with the molding part 120.
  • these protuberances have a width L2 less than or equal to the width L1 of the grooves 122 so that in the assembled position of the mold, they are inserted into the grooves 122 by crushing the tubes 140 which are previously installed therein.
  • the protuberances 112 of the thermal insulating portion 110 apply a stress on the tubes 140 so that the latter deform and come into better contact with the walls of the grooves. There is thus obtained a better heat exchange between the fluid flowing in the tubes 140 and the molding portion 120.
  • the diameter of the tubes 140 must be adapted to the dimensions of the grooves 122 and the inlet depth of the protuberances 112 in the grooves.
  • the protuberances 112 have a length adapted (preferably substantially identical) to that of the grooves in which the protuberances 112 are introduced, in order to compress the tubes 140 along its entire length.
  • the width L1 of the grooves 122 is slightly narrower than the initial diameter D of the tubes 140 and the grooves 122 have a depth P greater than said diameter D.
  • the tubes 140 become jammed in the grooves 122 when they are installed and they are not pinched at the edges but well supported in the grooves by the protuberances 112.
  • the initial diameter D of the tubes 140 may be less than or equal to the width L1 of the grooves 122.
  • the protuberances 112 may have a cross section of any suitable shape, such as rectangular (see Figures 1, 2, 3 (B) and 3 (C)), square or trapezoidal.
  • the protuberances 112 have a flat surface in contact with the tubes 140. Such a protrusion is easy to achieve and the stress applied to the tube is relatively homogeneous.
  • the thermal insulating portion 110 is devoid of protrusions described above.
  • the tubes 140 follow the walls of the grooves 122 by swelling (thus deforming) under the effect of heating and pressure.
  • the tubes 140 are also in contact with the surface 114 of the thermal insulating portion 110.
  • the fluid flow tube is a one-piece tube that winds in the path of the circuit.
  • the sealing problems are even less due to the lack of connection interface between the different tube segments.
  • the fluid circulation tube consists of several tubes (segments) connected to each other. In this case, the manufacture of the tube is easier and more flexible.
  • the connection interfaces between the tubes (segments) can be arranged outside the mold, which facilitates the management of the sealing and maintenance of the tubes.
  • the direction of fluid flow in the tubes may be parallel or perpendicular to the profile of the molding face, as illustrated respectively in Figure 7 (A) and Figure 7 (B).
  • the molding portion 120 is made of metal, such as steel or a metal alloy.
  • metal such as steel or a metal alloy.
  • it is noble steel or high quality steel, that is to say a steel of high hardness (greater than 30HRC).
  • the part of thermal insulation 110 must be particularly suitable for injection molding under pressure or compression.
  • it is made of a material which has a compressive strength preferably greater than 300N / mm 2 , a resistance to temperatures preferably greater than 200 ° C and a coefficient of thermal conductivity of preferably less than 0 , 50W / mk, ideally less than 0.1W / mK (in this case it is a high-performance insulator).
  • the part of thermal insulator 110 may be made of composite material, in particular reinforced with fibers.
  • the tubes 140 are made of an elastic material, such as a silicone charged with a thermally conductive carbon, which allows the tubes to deform, under stress, protuberances and / or under the effect of pressure and heating, during its installation. in the thermal regulation circuit, in order to marry as much as possible the walls of the circuit.
  • the hardness of this material is preferably less than 30 Shore A.
  • FIGS. 3 (A) - 3 (C) describe the main steps of producing a mold having protuberances on the thermal insulating portion.
  • the grooves 122 are machined from the surface 124 intended to contact the thermal insulating portion 110 and install the tubes 140 into the grooves 122.
  • the man The trade could well design the path, the dimensions and shapes of the grooves according to the part to be made with the mold and the parameters of the tubes 140 to accommodate.
  • the thermal insulating part 110 is brought in and places it directly above the molding part 120 so that the protuberances 112 are aligned with the grooves that will receive them.
  • the thermal insulating portion 110 is assembled on the molding portion 120 by engaging the protuberances 112 in the grooves 122 and secures the two portions by means of the elements. fasteners, such as screws, rivets, etc.
  • grooves 122 are machined from the surface 124 intended to come into contact with the thermal insulating part 110 and installs the tubes 140 in the grooves 122.
  • the initial diameter D of the tubes 140 may be smaller, equal to or slightly greater (preferable) than the width L1 of the grooves 122.
  • the thermal insulating part 110 is brought in and placed directly above the molding part 120. Then, in the next step shown in FIG.
  • the thermal insulating part 110 is assembled on the part 120 and fixed the two parts by means of fasteners, such as screws, rivets, etc. Still at this stage, the tubes are pressurized and heat so that they inflate to the walls of the grooves 122 and preferably also to the surface 114 of the thermal insulating portion 110.
  • the material of the tubes 140 is of such nature that it hardens under the effect of heat. This variant thus makes it possible, under the effect of thermoforming under pressure, to conform the fluid circulation tubes in situ.

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Abstract

L'invention concerne un moule pour matière plastique (100), comprenant deux demi-moules comportant chacun une partie moulante (120) et une partie d'isolant thermique (110) fixée à la partie moulante. La partie moulante (120) est équipée d'au moins un circuit de régulation de température dans lequel est agencé au moins un tube de circulation de fluide (140).

Description

Moule pour matière plastique
L'invention concerne le domaine technique de la fabrication de pièces en matière plastique, notamment des pièces de carrosserie automobile. Plus précisément, l'invention porte sur des moules pour réaliser une telle fabrication, notamment par un procédé de moulage par compression ou par injection.
Classiquement, un tel moule comprend deux demi-moules, un dit poinçon (l'élément fixe), un dit matrice (l'élément mobile), les deux éléments formant, en position fermée du moule, une chambre de moulage. Il est connu de l'art antérieur que chacun des deux éléments est monobloc, réalisé à partir d'un bloc en acier coulé massif. Le poinçon et la matrice seront appelés "empreinte" indifféremment dans la suite pour simplifier la description.
On peut constater que les techniques de moulage (par compression ou par injection ou par une technique similaire) impliquent le chauffage ou le refroidissement des empreintes. Ce chauffage ou ce refroidissement est réalisé à l'aide d'un circuit de régulation de température dans lequel on amène à circuler un fluide de chauffage ou de refroidissement, notamment de l'huile ou de l'eau. Dans le cas d'un moulage par compression, on chauffe le moule pour fournir des calories à la matière dans la chambre de moulage. Dans le cas d'un moulage par injection, on refroidit le moule pour capter les calories de la matière dans la chambre de moulage.
Dans un moule traditionnel évoqué plus haut, le ou les circuit(s) de régulation de température sont typiquement composé de segments de canal obtenus par perçage ou forage à partir des faces externes des blocs d'acier.
Ce perçage est relativement simple lorsque la pièce à fabriquer est plane. Par contre il devient une contrainte importante dans le cas de pièces complexes. En effet, lorsque la pièce a une forme dite 3D, le perçage rectiligne ne peut plus la suivre correctement, ce qui oblige à faire des compromis. Dans certains cas, il est même nécessaire de percer à partir de la face moulante. Afin de conserver la fonction moulante de cette face, il nécessite un insert d'un bouchon dans le trou percé dont l'extrémité faisant saillie hors de la face moulante est arasée afin d'obtenir une face moulante continue.
Cette méthode crée des "points chauds" ou des "points froids" dans les zones qui sont trop éloignées des circuits percés. Suivant la complexité des pièces ces "points chauds" ou "points froids" augmenteront plus ou moins le temps de cycle.
Afin de limiter ce problème, il est connu de l'art antérieur plusieurs solutions envisageables.
La première consiste à augmenter le nombre de circuit de régulation en réalisant très souvent plusieurs circuits se croisant, ce qui n'est malheureusement pas suffisamment efficace. Par ailleurs, si de trop nombreux perçages ou forages sont réalisés, la résistance mécanique du bloc d'acier peut diminuer jusqu'à provoquer l'effondrement du bloc. La gestion de l'étanchéité est aussi plus complexe. Enfin, cette solution est coûteuse à mise en œuvre.
La deuxième consiste à mettre en place des pavés jointés aux circuits existants afin de percer ces derniers plus près de la surface moulante des empreintes.
Dans la troisième solution, chacun des deux demi-moules est une structure en sandwich, à savoir une partie dite moulante présentant une face moulante destinée à entrer en contact avec la matière plastique dans la chambre de moulage, une partie de support et une partie dite isolante (thermiquement) agencée entre les deux premières parties, des circuits de régulation de température (rainures) étant réalisés (usinés ou moulés) entre la partie moulante et la partie isolante, comme décrit dans les documents EP2404728 et EP1403029. Dans ces deux documents, un fluide de chauffage ou de refroidissement circule directement dans les circuits de régulation, ce qui pose, entre autre, des problèmes d'étanchéité. En plus, dans le document EP2404728, la partie isolante (l'insert) est en béton donc coulée aussi avec les problématiques d'étanchéité ; dans le document EP1403029, la partie "isolante" est en effet réalisée en métal, ce qui réduit grandement l'efficacité de régulation thermique car cette partie conduit aussi de la chaleur vers l'arrière du moule.
L'invention a pour but d'améliorer l'étanchéité des circuits de régulation de température des moules de fabrication des pièces en matière plastique tout en réalisant une régulation thermique optimale.
A cet effet, l'invention a notamment pour objet un moule pour matière plastique, comprenant deux demi-moules comportant chacun une partie moulante et une partie d'isolant thermique fixée à la partie moulante. La partie moulante est équipée d'au moins un circuit de régulation de température dans lequel est agencé au moins un tube de circulation de fluide.
Ainsi, étant donné que l'espace dans lequel circule le fluide de régulation (refroidissement ou chauffage) est délimité ici par un tube, de section transversale fermée, agencé dans le circuit, et non par le circuit lui-même, percé directement dans le corps des blocs d'acier ou formé par un canal réalisé au niveau de l'interface des deux éléments (partie moulante et partie en contact avec celle-ci) constituant les blocs comme dans l'état de la technique, la fuite du fluide est fortement réduite et même éliminée, donc l'étanchéité du circuit nettement améliorée. De plus, le tube de circulation de fluide étant en général à section régulière, il n'y a sensiblement plus de perte de charge ni de variation de débit de fluide.
En outre, le fait de réaliser chaque demi-moule en deux parties (partie moulante et partie d'isolant thermique) présente plusieurs avantages :
- l'épaisseur de la partie moulante est réduite de sorte qu'il est plus facile d'y produire par usinage des circuits de régulation optimales, épousant la forme de la face moulante ;
- la partie moulante est la seule régulée (chauffée ou refroidie) en température. De plus, la partie d'isolant thermique, épousant la partie moulante, assure un meilleur échange thermique entre le fluide dans les tubes et la partie moulante, si bien que le moule atteint bien plus rapidement sa température stabilisée de production qu'un moule classique. On obtient donc un gain considérable de temps de cycle de fabrication (plusieurs heures pourraient être économisées) et une économie d'énergie importante ; - la quantité d'acier noble (coûte 2 à 3 fois plus cher que l'acier ordinaire) constituant la partie moulante est fortement réduite et le coût est également diminué (entre 20 et 30% de moins que pour un moule classique).
Le moule peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- ledit au moins un circuit de régulation de température est constitué de rainures réalisées dans la partie moulante et débouchant sur sa face en contact avec la partie d'isolant thermique. Cette configuration avantageuse facilite la disposition du tube dans le circuit (rainures) et son changement en cas de panne.
- ledit au moins un tube de circulation de fluide épouse au moins une partie des parois des rainures de la partie moulante. Ainsi, l'efficacité de la régulation thermique des parties moulantes est optimisée grâce à un bon contact entre les tubes (donc le fluide y circulant) et les parois des rainures. De façon avantageuse, les tubes épousent au moins la paroi de fond des rainures, qui est la plus proche de la face moulante destinée à entrer en contact avec la matière plastique.
- la partie d'isolant thermique comprend des protubérances s'étendant depuis sa face en contact avec la partie moulante, ces protubérances présentant une largeur inférieure ou égale à une largeur des rainures et venant écraser ledit au moins un tube de circulation de fluide dans les rainures. Ainsi, en plus de sa fonction d'isolation thermique de la partie moulante du reste du moule, la partie d'isolant thermique applique une contrainte sur le tube au moyen de ses protubérances, ce qui améliore davantage le contact entre le tube et les parois des rainures, donc l'efficacité thermique.
- la largeur des rainures est légèrement plus étroite que le diamètre initial dudit au moins un tube de circulation de fluide et les rainures présentent une profondeur supérieure audit diamètre. Ainsi, le tube est coincé et donc maintenu en position dans la rainure correspondante au fur et à mesure qu'on l'installe, ce particulièrement avantageux dans le cas des rainures ayant de nombreuses courbes. En plus, une profondeur de rainure supérieure au diamètre du tube fait que le tube ne soit pas pincé sur les bords mais bien appuyé dans la rainure par la protubérance qui vient de la partie d'isolant thermique.
- les protubérances présentent une surface plane en contact avec ledit au moins un tube de circulation de fluide. Une telle protubérance est facile à réaliser et la contrainte appliquée sur le tube est relativement homogène.
- ledit au moins un tube de circulation de fluide se gonfle lorsqu'il est chauffé et mis sous pression après son installation dans les rainures de sorte qu'il épouse des parois des rainures. Le fait de gonfler le tube permet notamment de minimiser les arrondis du tube pour que le tube épouse mieux les parois de la rainure. Par ailleurs, il est possible de s'affranchir des protubérances précitées grâce à cette capacité de gonflement du tube car on peut prévoir que le tube épouse les parois des rainures uniquement sous l'effet de pression et de chauffage après son installation. Par conséquent, la surface de la partie d'isolant thermique en contact avec la partie moulante est plus facile à usiner.
- ledit au moins un tube de circulation de fluide est réalisé en matériau élastique dont la dureté est de préférence inférieure à 30 Shore A, tel que silicone chargé de carbone conducteur thermique. L'élasticité du matériau constituant le tube lui permet de se déformer, sous contrainte des protubérances et/ou sous l'effet de pression et de chauffage, lors de son installation dans le circuit de régulation thermique, afin d'épouser autant que possible les parois du circuit.
- la partie moulante est en métal, notamment en acier de dureté supérieure à 30HRC. Un tel acier est souvent appelé l'acier noble, qui est couramment utilisé pour fabriquer des moules pour matière plastique, notamment leurs parties moulantes destinées à entrer en contact avec la matière dans la chambre de moulage, afin de remplir de différentes fonctions exigées par le procédé de moulage.
- la partie d'isolant thermique a une résistance à la compression supérieure à 300N/mm2, une résistance à des températures supérieures à 200 °C et un coefficient de conductivité thermique inférieur à 0,50W/mk, de préférence inférieure à 0.1 W/mK.
Ainsi, la partie d'isolant thermique convient particulièrement au moulage par injection sous pression ou par compression.
- la partie d'isolant thermique est réalisée en matériau composite, notamment renforcé par des fibres. Un tel matériau peut contribuer à l'allégement du moule, on facilite donc sa manipulation et son transport. Or, il est à noter que ce n'est qu'un exemple non limitatif et que l'on peut utiliser tout matériau remplissant les conditions décrites dans le paragraphe précédent.
- ledit au moins un tube de circulation de fluide est un tube en un seul tenant ou constitué de plusieurs tubes liés l'un à l'autre. Dans le cas d'un tube en un seul tenant, qui peut serpenter dans le circuit de régulation thermique, les problèmes d'étanchéité se posent encore moins grâce à l'absence d'interface de connexion entre les différents segments. Dans le cas d'un tube constitué de plusieurs tubes liés l'un à l'autre, la fabrication du tube est plus aisée et flexible. Avantageusement, les interfaces de connexion entre les tubes de segment peuvent être disposées à l'extérieur du moule, ce qui facilite la gestion d'étanchéité et la maintenance des tubes.
- la partie moulante comprend une face moulante, la distance entre le fond des rainures et la face moulante est sensiblement identique. Ainsi, la régulation thermique de la face moulante par le fluide coulant dans les tubes agencés dans les rainures est plus homogène de sorte que les différents points de la face moulante atteignent quasi- simultanément une température stabilisée.
- le sens le circulation de fluide dans ledit au moins un tube est soit parallèle soit perpendiculaire au profil de la face moulante.
- le moule est un moule d'injection ou de compression.
Nous allons maintenant présenter des modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple non limitatif et à l'appui des figures annexées sur lesquelles :
- la figure 1 est une vue en coupe d'un moule d'injection selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce à injecter étant plane ;
- la figure 2 est une vue en coupe d'un moule d'injection selon un autre mode de réalisation de l'invention, la pièce à injecter étant en 3D ;
- les figures 3(A), 3(B) et 3(C) illustrent schématiquement les étapes pour réaliser un moule de l'invention selon un premier procédé ;
- les figures 4(A),4(B) et 4(C) illustrent schématiquement les étapes pour réaliser un moule de l'invention selon un second procédé ;
- la figure 5 est une vue éclatée en perspective d'une moitié d'un moule selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 6 est une vue éclatée en perspective d'une moitié d'un moule selon un autre mode de réalisation de l'invention ; et
- les figures 7(A) et 7(B) illustrent schématiquement en vue de section deux modes de réalisation où le sens le circulation de fluide est parallèle (figure 7(A)) ou perpendiculaire (figure 7(B)) au profil de la face moulante. II est à noter que dans la description et les dessins une même référence numérique désigne des éléments identiques ou similaires.
On se réfère maintenant aux figures 1 -2 en vue de coupe et aux figures 5-6 en vue perspective, pour présenter la structure du moule 100 pour matière plastique selon l'invention. Dans ces exemples de réalisation, il s'agit d'un moule d'injection, mais il peut aussi être un moule de compression ou un moule de fabrication des pièces en matière plastique par une autre technologie.
Le moule 100 comprend deux demi-moules 100A (voir la figure 5 ou 6) comportant chacun une partie moulante 120 et une partie d'isolant thermique 110 fixée, préférentiellement de façon amovible (par vissage, par rivetage...), à la partie moulante 120.
La partie moulante 120 comprend une face moulante 126 destinée à entrer en contact avec la matière plastique dans la chambre de moulage et une face 124 en contact avec la partie d'isolant thermique 110. De façon avantageuse, la face 124 est usinée au plus près de la face moulante 126 en gardant le même écart. En d'autres termes, elle présente un même profil que la face moulante 126, ce qui permet à la partie moulante 120 d'avoir une épaisseur sensiblement homogène partout. Dans ce cas, la longueur du trajet d'usinage peut être minimisée. Naturellement, la face 124 peut aussi être plane, comme dans le cas des exemples notamment sur les figures 1 et 2.
La partie moulante 120 est équipée d'au moins un circuit de régulation de température dans lequel est agencé au moins un tube de circulation de fluide 140. Dans les exemples sur les figures 1 et 5, la pièce à fabriquer 130 a une forme simple. Il s'agit d'une pièce plane. Dans les exemples des figures 2 et 6, la pièce à fabriquer 130 est de forme complexe. Il s'agit d'une pièce dite 3D présentant des reliefs.
De préférence, comme illustré plus clairement sur les figures 3 et 4, le circuit de régulation de température peut être constitué de rainures 122 réalisées dans la partie moulante 120 et débouchant sur sa face 124. Dans les exemples illustrés, les rainures 122 sont de section transversale sensiblement en U. Toute autre forme facile à réaliser et favorisant l'échange thermique entre le tube 140 et la partie moulante 120 est envisageable. Les rainures 122 sont dimensionnées pour recevoir les tubes 140 et les maintenir en position après leur installation.
De façon avantageuse, les tubes 140 épousent au moins une partie des parois 1221 ,1222 des rainures 122 pour assurer un bon contact entre les tubes et la partie moulante. Dans les exemples préférés sur les figures 3 et 4, en position assemblée du moule, les tubes 140 sont en contact avec toute la paroi de fond 1221 et une partie de la paroi latérale 1222. De préférence, la distance entre le fond des rainures 122 et la face moulante 126 est sensiblement identique. Ainsi, la régulation thermique de la face moulante 126 par le fluide coulant dans les tubes 140 agencés dans les rainures 122 est plus homogène de sorte que les différents points de la face moulante atteignent quasi- simultanément une température stabilisée. Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 3(C) (seul un demi-moule est montré), la partie d'isolant thermique 110 comprend des protubérances 112 s'étendant depuis sa face 114 en contact avec la partie moulante 120. De préférence, ces protubérances présentent une largeur L2 inférieure ou égale à la largeur L1 des rainures 122 de sorte qu'en position assemblée du moule, elles viennent insérer dans les rainures 122 en écrasant les tubes 140 qui y sont installés préalablement. Ainsi, les protubérances 112 de la partie d'isolant thermique 110 appliquent une contrainte sur les tubes 140 de sorte que ces derniers se déforment et entrent en meilleur contact avec les parois des rainures. On obtient donc un meilleur échange thermique entre le fluide coulant dans les tubes 140 et la partie moulante 120. Le diamètre des tubes 140 doit être adapté aux dimensions des rainures 122 et à la profondeur d'entrée des protubérances 112 dans les rainures. Les protubérances 112 ont une longueur adaptée (de préférence, sensiblement identique) à celle des rainures dans lesquelles les protubérances 112 s'introduisent, afin de compresser les tubes 140 sur toute sa longueur.
Avantageusement, la largeur L1 des rainures 122 est légèrement plus étroite que le diamètre initial D des tubes 140 et les rainures 122 présentent une profondeur P supérieure audit diamètre D. Ainsi, les tubes 140 se coincent dans les rainures 122 quand on les installe et ils ne sont pas pincés sur les bords mais bien appuyés dans les rainures par les protubérances 112. Naturellement, le diamètre initial D des tubes 140 peut être inférieur ou égal à la largeur L1 des rainures 122.
Les protubérances 112 peuvent présenter une section transversale de toute forme appropriée, telle que rectangulaire (voir les figures 1 , 2, 3(B) et 3(C)), carrée ou trapézoïdale. De préférence, les protubérances 112 présentent une surface plane en contact avec les tubes 140. Une telle protubérance est facile à réaliser et la contrainte appliquée sur le tube est relativement homogène.
Selon une variante illustrée sur la figure 4(C) (seul un demi-moule est montré), la partie d'isolant thermique 110 est dépourvue de protubérances décrites ci-dessus. En position assemblée du moule, les tubes 140 épousent les parois des rainures 122 en se gonflant (donc se déformant) sous l'effet de chauffage et de pression. De préférence, les tubes 140 sont aussi en contact avec la surface 114 de la partie d'isolant thermique 110.
Dans un mode de réalisation, le tube de circulation de fluide est un tube en un seul tenant, serpentant sur le trajet du circuit. Dans ce cas, les problèmes d'étanchéité se posent encore moins grâce à l'absence d'interface de connexion entre les différents segments de tube. Dans un autre mode de réalisation, le tube de circulation de fluide est constitué de plusieurs tubes (segments) liés l'un à l'autre. Dans ce cas, la fabrication du tube est plus aisée et flexible. Avantageusement, les interfaces de connexion entre les tubes (segments) peuvent être disposées à l'extérieur du moule, ce qui facilite la gestion de l'étanchéité et la maintenance des tubes.
Le sens le circulation de fluide dans les tubes peut être parallèle ou perpendiculaire au profil de la face moulante, comme illustré respectivement sur la figure 7(A) et la figure 7(B).
De façon avantageuse, la partie moulante 120 est en métal, tel que acier ou un alliage métallique. De préférence, il s'agit de l'acier noble ou de l'acier de haute qualité, c'est-à- dire un acier de dureté importante (supérieure à 30HRC). La partie d'isolant thermique 110 doit convenir particulièrement au moulage par injection sous pression ou par compression. A cet effet, elle est réalisée dans un matériau qui a une résistance à la compression de préférence supérieure à 300N/mm2, une résistance à des températures de préférence supérieures à 200 °C et un coefficient de conductivité thermique de pré férence inférieur à 0,50W/mk, idéalement inférieure à 0,1W/mK (il s'agit dans ce cas d'un isolant performant). A titre d'exemple, la partie d'isolant thermique 110 peut être en matériau composite, notamment renforcé par des fibres. Avantageusement, les tubes 140 sont réalisés en matériau élastique, tel que silicone chargé de carbone conducteur thermique, ce qui permet aux tubes de se déformer, sous contrainte des protubérances et/ou sous l'effet de pression et de chauffage, lors de son installation dans le circuit de régulation thermique, afin d'épouser autant que possible les parois du circuit. La dureté de ce matériau est de préférence inférieure à 30 Shore A.
On se réfère maintenant aux figures 3(A)- 3(C) pour décrire les étapes principales de réalisation d'un moule comportant des protubérances sur la partie d'isolant thermique.
A l'étape montrée sur la figure 3(A), on usine les rainures 122 à partir de la surface 124 destinée à entrer en contact avec la partie d'isolant thermique 110 et installe les tubes 140 dans les rainures 122. L'homme du métier saurait bien concevoir le trajet, les dimensions et les formes des rainures en fonction de la pièce à fabriquer avec le moule et des paramètres des tubes 140 à accueillir. A l'étape montrée sur la figure 3(B), on fait venir la partie d'isolant thermique 110 et la place directement au-dessus de la partie moulante 120 de sorte que les protubérances 112 s'alignent sur les rainures qui les accueilleront. Ensuite, à l'étape suivante montrée sur la figure 3(C), on assemble la partie d'isolant thermique 110 sur la partie moulante 120 en faisant entrer les protubérances 112 dans les rainures 122 et fixe les deux parties au moyen des éléments de fixation, tels que des vis, des rivets, etc.
On se réfère maintenant aux figures 4(A)- 4(C) pour décrire les étapes principales de réalisation d'un moule dépourvu des protubérances sur la partie d'isolant thermique.
A l'étape montrée sur la figure 4(A), on usine les rainures 122 à partir de la surface 124 destinée à entrer en contact avec la partie d'isolant thermique 110 et installe les tubes 140 dans les rainures 122. L'homme du métier saurait bien concevoir le trajet, les dimensions et les formes des rainures en fonction de la pièce à fabriquer avec le moule et des paramètres des tubes 140 à accueillir. De même que dans le mode de réalisation précédent, le diamètre initial D des tubes 140 peut être inférieur, égal ou légèrement supérieur (préférable) à la largeur L1 des rainures 122. A l'étape montrée sur la figure 4(B), on fait venir la partie d'isolant thermique 110 et la place directement au-dessus de la partie moulante 120. Ensuite, à l'étape suivante montrée sur la figure 4(C), on assemble la partie d'isolant thermique 110 sur la partie moulante 120 et fixe les deux parties au moyen des éléments de fixation, tels que des vis, des rivets, etc. Toujours à cette étape, on met les tubes sous pression et chaleur de sorte qu'ils se gonflent jusqu'aux parois des rainures 122 et de préférence aussi jusqu'à la surface 114 de la partie d'isolant thermique 110. La matière des tubes 140 est de telle nature qu'elle durcit sous l'effet de chaleur. Cette variante permet ainsi, sous l'effet du thermoformage sous pression, de conformer les tubes de circulation de fluide in situe.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.

Claims

Revendications
1 . Moule pour matière plastique (100), comprenant deux demi-moules (100A) comportant chacun une partie moulante (120) et une partie d'isolant thermique (110) fixée à la partie moulante, caractérisé en ce que la partie moulante (120) est équipée d'au moins un circuit de régulation de température dans lequel est agencé au moins un tube de circulation de fluide (140).
2. Moule pour matière plastique (100) selon la revendication 1 , dans lequel ledit au moins un circuit de régulation de température est constitué de rainures (122) réalisées dans la partie moulante (120) et débouchant sur sa face (124) en contact avec la partie d'isolant thermique (110) .
3. Moule pour matière plastique (100) selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un tube de circulation de fluide (140) épouse au moins une partie des parois (1221 ,1222) des rainures (122) de la partie moulante (120), de préférence au moins la paroi de fond (1221 ) des rainures (122).
4. Moule pour matière plastique (100) selon la revendication précédente, dans lequel la partie d'isolant thermique (110) comprend des protubérances (112) s'étendant depuis sa face (114) en contact avec la partie moulante (120), ces protubérances (112) présentant une largeur (L2) inférieure ou égale à une largeur (L1 ) des rainures et venant écraser ledit au moins un tube de circulation de fluide (140) dans les rainures (122).
5. Moule pour matière plastique (100) selon la revendication précédente, dans lequel la largeur (L1 ) des rainures est légèrement plus étroite que le diamètre initial (D) dudit au moins un tube de circulation de fluide (140) et les rainures (122) présentent une profondeur (P) supérieure audit diamètre (D).
6. Moule pour matière plastique (100) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel les protubérances (112) présentent une surface plane en contact avec ledit au moins un tube de circulation de fluide (140).
7. Moule pour matière plastique (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un tube de circulation de fluide (140) se gonfle lorsqu'il est chauffé et mis sous pression après son installation dans les rainures (122) de sorte qu'il épouse des parois (1221 , 1222) des rainures.
8. Moule pour matière plastique (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un tube de circulation de fluide (140) est réalisé en matériau élastique dont la dureté est de préférence inférieure à 30 Shore A, tel que silicone chargé de carbone conducteur thermique.
9. Moule pour matière plastique (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la partie moulante (120) est en métal, notamment en acier de dureté supérieure à 30HRC.
10. Moule pour matière plastique (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la partie d'isolant thermique (110) a une résistance à la compression supérieure à 300N/mm2, une résistance à des températures supérieures à 200 °C et un coefficient de conductivité thermique inférieur à 0,50W/mk, de préférence inférieure à 0.1W/mK.
11 . Moule pour matière plastique (100) selon la revendication précédente, dans lequel la partie d'isolant thermique (110) est réalisée en matériau composite, notamment renforcé par des fibres.
12. Moule pour matière plastique (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un tube de circulation de fluide (140) est un tube en un seul tenant ou constitué de plusieurs tubes liés l'un à l'autre.
13. Moule pour matière plastique (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la partie moulante (120) comprend une face moulante (126), la distance entre le fond des rainures et la face moulante est sensiblement identique.
14. Moule pour matière plastique (100) selon la revendication précédente, dans lequel le sens le circulation de fluide dans ledit au moins un tube (140) est soit parallèle soit perpendiculaire au profil de la face moulante (126).
15. Moule pour matière plastique (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le moule est un moule d'injection ou de compression.
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