FR2560110A1

FR2560110A1 - Method for the production of shapes and tools for moulding, pressing (stamping) and similar operations

Info

Publication number: FR2560110A1
Application number: FR8402875A
Authority: FR
Inventors: Gilbert Alfred Fernand Gorin
Original assignee: Chausson Usines SA
Current assignee: Chausson Usines SA
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1985-08-30
Also published as: FR2560110B1

Abstract

Method for the production of shapes and tools for moulding, pressing (stamping) and similar operations, in which a block made from synthetic-resin foam is used, characterised in that the block 2 is cut out and machined with dimensions slightly less than those of the shape to be obtained and in that a skin 3 made from hard (cured) resin, the surface of which is treated in order to impart to it an appearance corresponding to the brilliance of a lacquer, is formed over at least the major portion of the surface of the said block.

Description

La présente invention concerne un procédé pour la réalisation de formes pour des outils de moulage1 d'emboutissage et analogues et elle s'étend aux produits obtenus par sa mise en oeuvre. The present invention relates to a method for producing shapes for stamping molding tools and the like and it extends to the products obtained by its implementation.

On connaît de longue date la fabrication de formes en bois au moyen desquelles il est possible d'obtenir une bonne précision des cotes, c'est-à-dire une précision de l'ordre de 3 à 4/10 de mm. The manufacture of wooden forms has been known for a long time by means of which it is possible to obtain good dimension accuracy, that is to say an accuracy of the order of 3 to 4/10 mm.

Par ailleurs, une forme en bois peut être enduite et sa surface traitée pour présenter une finition de très bon aspect. In addition, a wooden form can be coated and its surface treated to present a finish of very good appearance.

Les formes en bois ainsi réalisées constituent des formes mères qui sont généralement conservées pour permettre l'établissement d'empreintes successives au cours du temps. Ces formes présentent néanmoins des inconvénients; elles sont longues à réaliser, donc onéreuses et leur stabilité dimensionnelle est aléatoire puisque fonction des variations hygrométriques et du vieillissement du bois. The wooden forms thus produced constitute mother forms which are generally preserved to allow the establishment of successive imprints over time. These forms nevertheless have drawbacks; they take a long time to produce, so they are expensive and their dimensional stability is random as a function of humidity variations and the aging of the wood.

Pour palier à ces inconvénients, on est conduit dans la technique depuis une vingtaine d'années à réaliser une empreinte femelle de la forme en bois, puis d'utiliser cette empreinte femelle pour l'exécution d'un moulage reproduisant la forme, ce moulage étant fait généra- lement en résine époxy qui présente une grande stabilité dans le temps. To overcome these drawbacks, we have been led in the art for twenty years to make a female imprint of the wooden form, then to use this female imprint for the execution of a molding reproducing the shape, this molding being generally made of epoxy resin which has great stability over time.

Dans l'industrie automobile, on utilise aussi depuis plusieurs années le polystyrène expansé ou extrudé expansé pour la réalisation de modèles de fonderie pour lesquels il n'était pas jugé nécessaire d'obtenir une pré- cision analogue à celle des modèles de carrosserie. In the automobile industry, expanded polystyrene or expanded extruded polystyrene has also been used for several years for the production of foundry models for which it was not considered necessary to obtain a precision analogous to that of bodywork models.

L'avantage du polystyrène expansé ou extrudé expansé et d'autres résines sous forme de mousse réside dans la facilité d'usinage, le faible poids et une rela tive insensibilité aux variations hygrométriques et de la température dans les ateliers. The advantage of expanded or extruded expanded polystyrene and other foam resins resides in the ease of machining, the low weight and a relative insensitivity to humidity and temperature variations in workshops.

L'inconvénient du polystyrène est son manque de dureté superficielle par rapport au bois, ce qui empêche tout relevé de points pour le contrôle dimensionnel et géométrique au moyen de machines automatiques à mesurer. Un autre inconvénient est que, jusqu t à présent, la technique n'a pas permis d'obtenir un état de surface comparable à celui d'une laque et, par conséquent, il n'est pas possible de réaliser des pièces pour la fabrication de prototypes initiaux de véhicules ou des maquettes de ceux-ci. The disadvantage of polystyrene is its lack of surface hardness compared to wood, which prevents any point reading for dimensional and geometric control by means of automatic measuring machines. Another disadvantage is that, until now, the technique has not made it possible to obtain a surface condition comparable to that of a lacquer and, therefore, it is not possible to produce parts for manufacturing. initial prototypes of vehicles or models thereof.

La présente invention remédie à la fois aux inconvénients des formes en bois et des formes en polystyrène en rendant possible la réalisation de modelage expansé précis, de faible prix de revient, dont l'état des surfaces est tout à fait comparable à celui d'une laque et qui rend possible la constitution de pièces prototypes, ainsi éventuellement que la fabrication de pièces en petites séries, en permettant de plus la réalisation d'outils de travail. The present invention overcomes both the drawbacks of wooden shapes and polystyrene shapes by making possible the creation of precise expanded modeling, of low cost price, whose surface condition is quite comparable to that of a lacquer and which makes possible the constitution of prototype parts, as well as possibly the manufacture of parts in small series, by allowing more the realization of working tools.

Conformément à l'invention, le procédé pour la réalisation de formes et outils pour le moulage, l'emboutissage et opérations analogues dans lequel on utilise un bloc en mousse de résine synthétique, est caractérisé en ce que le bloc est découpé et usiné, à des cotes lé gèrement inférieures à celles de la forme à obtenir et en ce qu'on forme sur la majeure# partie au moins de la surface dudit bloc, une peau en résine dure dont la surface est traitée pour lui conférer un aspect correspondant à la brillance d'une laque. According to the invention, the method for producing shapes and tools for molding, stamping and similar operations in which a block of synthetic resin foam is used, is characterized in that the block is cut and machined, to dimensions slightly lower than those of the shape to be obtained and in that on the major part at least # of the surface of said block, a hard resin skin whose surface is treated to give it an appearance corresponding to the shine of a lacquer.

La forme ou modèle obtenu suivant l'invention permet d'éviter la création d'ébauches provisoires pour la réalisation de maquettes et prototypes puis d'un modèle définitif de référence souvent dénommé "master" dans la technique. Il s'ensuit une économie de matière, de temps et de délais jsaportants par rapport aux gammes de fabrication actuellement utilisées dans les ateliers de modelage dont les personnels bien qu'habitués à l'utilisation des matériaux de synthèse, se voient souvent contraints de procéder en deux étapes au moins. The shape or model obtained according to the invention makes it possible to avoid the creation of provisional sketches for the production of models and prototypes then of a definitive reference model often called "master" in the technique. This results in a saving of material, time and deadlines compared to the manufacturing ranges currently used in modeling workshops whose staff, although accustomed to the use of synthetic materials, are often forced to proceed in at least two steps.

Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Various other characteristics and advantages of the invention will also emerge from the detailed description which follows.

Des formes de réalisation de l'objet de l'in vention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexe. Embodiments of the object of the invention are shown, by way of nonlimiting examples, in the accompanying drawing.

La fig. 1 est une coupe élévation schémati- que d'une forme conforme à. l'invention. Fig. 1 is a schematic elevation section of a shape according to. the invention.

La fig. 2 est une coupe élévation schémati- que illustrant une opération de prise d'empreintes. Fig. 2 is a schematic elevation section illustrating a fingerprinting operation.

La fig. 3 est une coupe élévation schématique illustrant la réalisation d'un poinçon d'usinage
La fig. 4 est une coupe élévation schématique illustrant la réalisation d'une pièce.Fig. 3 is a schematic elevation section illustrating the production of a machining punch
Fig. 4 is a schematic elevation section illustrating the production of a part.

La fig. 5 est une coupe élévation illustrant un développement de l'invention pour la réalisation d'une forme modifiée à partir de la forme selon la fig. 1. Fig. 5 is an elevation section illustrating a development of the invention for the production of a modified form from the form according to FIG. 1.

La fig. 6 est une coupe élévation illustrant une opération d'usinage exécutée sur la forme de la fig.5. Fig. 6 is an elevation section illustrating a machining operation carried out on the form of FIG. 5.

Les fig. 7 et 8 sont des coupes élévation schématiques illustrant deux développements de l'invention. Figs. 7 and 8 are schematic elevation sections illustrating two developments of the invention.

La fig. 1 montre comment l'invention est mise en oeuvre pour la réalisation d'une forme permettant le développement d'outils de moulage et/ou d'emboutissage. Fig. 1 shows how the invention is implemented for the production of a shape allowing the development of molding and / or stamping tools.

Un socle 1 est prévu sur lequel est fixé un bloc 2 de mousse de résine synthétique pouvant être facilement travaillé, par exemple un bloc de polystyrène expansé. D'autres résines synthétiques mousse peuvent éventuellement être utilisées, mais le polystyrène expansé est généralement préféré étant donné la facilité qu'il présente pour être travaillé au moyen de nombreux types d'outils de découpage, d'abrasion et par d'autres moyens d'usinage, par exemple des outils chauffants. A base 1 is provided on which is fixed a block 2 of synthetic resin foam which can be easily worked, for example a block of expanded polystyrene. Other synthetic foam resins can optionally be used, but expanded polystyrene is generally preferred since it is easy to work with many types of cutting tools, abrasion and other means. machining, for example heating tools.

Lorsque le bloc 2 est mis en forme et présente des dimensions très proches de celles de la forme à obtenir, lesdites dimensions étant cependant choisies pour être inférieures aux dimensions définitives d'une mesure de l'ordre de grandeur d'un ou de quelques mil limettes, le-bloc 2 est recouvert par une-peau 3 constituée à partir de résine époxy, c 'est-àdire de résines obtenues par oxydation de polyoléfines au moyen d'acide feracétique choisies pour présenter une viscosite de préférence comprise entre 100 et 1000 cps permettant la projection par pulvérisation, notamment au pistolet, sans qu'il y ait à utiliser un solvant pouvant avoir une action quelconque sur le polystyrène. When the block 2 is shaped and has dimensions very close to those of the shape to be obtained, said dimensions being however chosen to be less than the final dimensions by a measurement of the order of magnitude of one or a few thousand lime, block 2 is covered by a skin 3 made from epoxy resin, that is to say resins obtained by oxidation of polyolefins using feracetic acid chosen to have a viscosity preferably between 100 and 1000 cps allowing projection by spraying, in particular with a spray gun, without having to use a solvent which can have any action on the polystyrene.

D'autres résines peuvent être utilisées : les phénoliques ou phase acqueuse, les vinyliques, etc. Other resins can be used: phenolics or aqueous phase, vinyls, etc.

La peau 3 est de préférence formée par plusieurs dépits successifs réalisés respectivement avant polymérisation complète de la résine époxy déjà déposée. The skin 3 is preferably formed by several successive cuts made respectively before complete polymerization of the epoxy resin already deposited.

Bien que la formation de la peau 3 soit de préférence réalisée au pistolet, à la fois pour des raisons économiques et qualitatives, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en l'appliquant par d'autres moyens de la technique, notamment aux moyens de pinceaux, rouleaux ou becs distributeurs, les moyens de dépôt mis en oeuvre dépendant essentiellement de la surface du bloc 2, de la complexité, de son aspect et de l'intérêt qu'il peut y avoir à ce que la peau 3 soit d'épaisseur uniforme ou, au contraire, qu'elle présente des parties de plus fortes épaisseurs
Dans ce qui précède, il est indiqué que les
résines époxy devant former la peau 3 sont des résines sans solvant, c'est-à-dire des résines qui ne comportent aucun solvant susceptible de provoquer une modification chimique ou physique nuisible du bloc 2. I1 est possible, par contre, d'utiliser certains solvants de résine époxy, mais sous un très faible pourcentage, par exemple des alcools benziliques mélangés aux résines époxy dans une proportion égale ou inférieure à 3 % en poids.Although the formation of the skin 3 is preferably carried out with a gun, for both economic and qualitative reasons, it would not go beyond the scope of the invention to apply it by other means of the technique, in particular to means of brushes, rollers or dispensing spouts, the deposition means used essentially depending on the surface of the block 2, the complexity, its appearance and the advantage that there may be in the skin 3 being of uniform thickness or, on the contrary, that it has parts of greater thickness
In the foregoing, it is stated that the
epoxy resins intended to form the skin 3 are solvent-free resins, that is to say resins which do not contain any solvent capable of causing a harmful chemical or physical modification of block 2. It is however possible to use certain epoxy resin solvents, but in a very small percentage, for example benzilic alcohols mixed with the epoxy resins in a proportion equal to or less than 3% by weight.

Ainsi que cela est exposé dans ce qui précède, la peau 3 peut présenter des épaisseurs variables; cette épaisseur peut être réduite si on le désire jusqu'à 500 oU et même 300 ~u, cette épaisseur étant suffisante pour que la peau 3 présente une dureté satisfaisante pour permettre la prise des mesures au moyen de palpeurs, de machines automatiques,. du type de celles qui sont utilisées dans l'industrie pour la vérification des mesures des formes en bois ou métal et cela sans qu'il en résulte des déformations, mêmes partielles, au voisinage de la zone d'appui du palpeur. As explained in the foregoing, the skin 3 can have variable thicknesses; this thickness can be reduced if desired up to 500 oU and even 300 ~ u, this thickness being sufficient for the skin 3 to have a satisfactory hardness to allow measurements to be taken by means of feelers, automatic machines ,. of the type used in industry for the verification of measurements of wooden or metal shapes, without this resulting in deformations, even partial, in the vicinity of the contact area of the probe.

Une opération de fabrication suivante consiste à polir la peau 3 ou, éventuellement, à la poncer puis à la polir, cette opération étant effectuée avant de procéder au contrôle géométrique et dimensionnel final. S'il y a lieu,des retouches peuvent être effectuées d'après les relevés réalisés et si ces retouches nécessitent un enlèvement de matière la peau 3 peut être reconstituée par une nouvelle application au pinceau ou au pistolet de résine époxy. Si certaines zones doivent être rechargées, cela peut être réalisé à l'aide de mastics à base de résine époxy ou.de résine polyester, le choix entre ces résines dépendant de l'importance des recharges à effectuer. A following manufacturing operation consists in polishing the skin 3 or, possibly, in sanding it then in polishing it, this operation being carried out before proceeding to the final geometric and dimensional control. If necessary, alterations can be carried out according to the readings carried out and if these alterations require removal of material, the skin 3 can be reconstituted by a new application with a brush or with an epoxy resin spray gun. If certain areas have to be recharged, this can be done using sealants based on epoxy resin or polyester resin, the choice between these resins depending on the importance of the refills to be carried out.

Après retouche ou recharge, il est procédé comme précédemment à un nouveau contrôle géométrique et dimensionnel, puis la surface de la peau est traitée par ponçage et polissage pour recevoir une couche d'un apprêt de résine de polyuréthane, par exemple la résine polyuréthane P 14 de la société française NITROLAC. L'épaisseur de l'apprêt est avantageusement compris entre 80 et 160 xi et il est déposé en une seule application. Finalement, la couche d'apprêt est revêtue d'une laque polyuréthane pouvant être lustrée pour conférer à la surface de la forme 1 une profondeur d'aspect et une brillance parfaite tout en assurant une suppression totale des défauts du type peau d'orange. After retouching or recharging, a new geometric and dimensional check is carried out as before, then the surface of the skin is treated by sanding and polishing to receive a layer of a primer of polyurethane resin, for example polyurethane resin P 14 from the French company NITROLAC. The thickness of the primer is advantageously between 80 and 160 xi and it is deposited in a single application. Finally, the primer layer is coated with a polyurethane lacquer which can be polished to give the surface of Form 1 a depth of appearance and perfect shine while ensuring total removal of defects of the orange peel type.

Les laques polyuréthanes présentent l'avantage de rendre possible d'autres retouches si besoin est et de procéder au dépôt ultérieur d'autres couches d'apprêts et de laques sans qu'aucune trace ni auréole n'apparaisse. Polyurethane lacquers have the advantage of making possible other touch-ups if necessary and of subsequently depositing other layers of primers and lacquers without any trace or halo appearing.

La forme réalisée, comme expliqué ci-dessus, rend possible le dépôt de produits de démoulage sans qu'il n'en résulte aucune action nuisible, tant sur la peau que sur le bloc 2 en mousse de résine qui est totalement isolé par la peau 3, le complexe bloc de mousse 2, peau 3 présentant en outre une très grande stabilité dimensionnelle quelque soient les variations hygrométriques et les températures atmosphériques. The shape made, as explained above, makes possible the deposition of mold release products without resulting in any harmful action, both on the skin and on the block 2 of resin foam which is completely isolated by the skin. 3, the foam block complex 2, skin 3 also having very high dimensional stability whatever the hygrometric variations and the atmospheric temperatures.

La forme obtenue, comme expliqué ci-dessus, est directement utilisable pour la réalisation d'une matrice 4, comme l'illustre la fig. 2, ladite matrice 4 pouvant être réalisée en résine armée ou non et d'une nature quelconque qui dépend de sa destination. Il est possible en particulier de déposer sur la peau 3 un produit de démoulage, puis une résine de surface couramment dénommée gel-coat dans la technique, puis des couches successives de résine polyester et de fibres. La matrice 4 peut alors être utilisée pour la réalisation d'un poinçon 5 (fig. 3), ce poinçon étant lui-même fabriqué en résine, ou le cas échéant, en alliage métallique eutectique à bas point de fusion. The shape obtained, as explained above, is directly usable for the production of a matrix 4, as illustrated in FIG. 2, said matrix 4 being able to be made of resin reinforced or not and of any kind which depends on its destination. It is possible in particular to deposit on the skin 3 a mold release product, then a surface resin commonly called gel-coat in the art, then successive layers of polyester resin and fibers. The die 4 can then be used for the production of a punch 5 (fig. 3), this punch itself being made of resin, or if necessary, of a eutectic metal alloy with a low melting point.

Dans le cas de la réalisation d'une matrice, il est possible, si on le désire, de couler directement l'alliage eutectique sur la peau 3 de la forme qui est alors disposée à l'intérieur d'un récipient. In the case of the production of a matrix, it is possible, if desired, to directly pour the eutectic alloy on the skin 3 of the form which is then placed inside a container.

La matrice 4, obtenue de la manière décri.te en référence à la fig. 2,. peut être utilisée pour la réalisation de pièces prototypes 7 ou de petites séries, ce qui permet de les obtenir à un prix de revient extrêmement bas lors de la fabrication des prototypes ou maquettes de véhicules dont on désire pouvoir mesurer les caractéristiques aérodynamiques et ou d'habitabilité. The matrix 4, obtained in the described manner with reference to FIG. 2 ,. can be used for the production of prototype parts 7 or small series, which makes it possible to obtain them at an extremely low cost price during the manufacture of prototypes or models of vehicles for which it is desired to be able to measure the aerodynamic characteristics and / or habitability.

En effet, les prototypes 7 peuvent alors être réalisés dans des configurations tout à fait comparables à celles d'un véhicule de série.Indeed, the prototypes 7 can then be produced in configurations entirely comparable to those of a production vehicle.

La forme 1 obtenue initialement et permettant la réalisation de pièces diverses, telles que décrites dans ce qui précède, rend possible également l'élaboration de pièces modifiées, par exemple lorsqu'on souhaite changer la forme de certaines parties d'un véhi- cule automobile. Dans ce cas, comme l'illustre la fig.5, on procède au dépôt d'une chape 8 rapportée par projection d'une résine usinable époxy ou polyester, cette chape étant formée après des usinages éventuels 9 (fig. The shape 1 obtained initially and allowing the production of various parts, as described in the foregoing, also makes it possible to produce modified parts, for example when it is desired to change the shape of certain parts of a motor vehicle. . In this case, as illustrated in FIG. 5, a coping 8 is applied, which is added by spraying with a machinable epoxy or polyester resin, this coping being formed after possible machining 9 (fig.

5). Après durcissement de la chape 8, celle-ci est usinée par un outil de travail 10 qui peut par exemple être une fraise d'une machine à reproduire. Comme précédemment, on procède ensuite à la peinture de la forme 1 au moyen d'une laque polyuréthane, puis à son lustrage pour que la forme soit utilisée comme dans les-modes de réalisat#ion exposés dans ce qui précède.5). After hardening of the yoke 8, it is machined by a working tool 10 which can for example be a cutter of a reproducing machine. As before, one then proceeds to paint the form 1 by means of a polyurethane lacquer, then to its buffing so that the form is used as in the embodiments described in the above.

La fig. 8 montre qu'il est possible d'obtenir une matrice 4a ou un poinçon à partir de la forme 1 ou d'une de ses empreintes en réalisant cette matrice ou ce poinçon en résine synthétique rendue conductrice. Dans ce cas, la matrice ou le poinçon sont reliés à la cathode d'un bain électrolytique 11 comportant une anode 12, par exemple en nickel, ce qui permet de déposer une peau supplémentaire conductrice dure 13 rendant possible l'utilisation de ladite matrice ou dudit poinçon. comme électrode d'électro érosion ou comme peau métallique pour moulage de matériaux organiques ou composites. Fig. 8 shows that it is possible to obtain a matrix 4a or a punch from form 1 or one of its imprints by making this matrix or this punch made of synthetic resin made conductive. In this case, the matrix or the punch are connected to the cathode of an electrolytic bath 11 comprising an anode 12, for example made of nickel, which makes it possible to deposit an additional hard conductive skin 13 making it possible to use said matrix or of said punch. as an EDM electrode or as a metallic skin for molding organic or composite materials.

La forme obtenue comme décrite ci-dessus en référence a la fig 1 ou l'une de ses empreintes qui sont de grande précision peuvent constituer également des noyaux de moulage pour la réalisation de moulages au sable de grande précision. En effet, les formes obtenues sont susceptibles de supporter sans déformation les contraintes dues au compactage sous vide de sable de moulage et, par conséquent, il devient ainsi possible,en constituant les moules et noyaux de moulage en mousse de résine synthétique revêtus de la peau réalisée con formément à l'invention, d'obtenir des pièces présentant des tolérances de fabrication très étroites. The shape obtained as described above with reference to FIG. 1 or one of its imprints which are of high precision can also constitute molding cores for the production of high precision sand moldings. Indeed, the shapes obtained are capable of withstanding without deformation the stresses due to vacuum compaction of molding sand and, consequently, it thus becomes possible, by constituting the molds and molding cores of synthetic resin foam coated with the skin. produced in accordance with the invention, to obtain parts having very narrow manufacturing tolerances.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et aux applications décrites dans ce qui précède car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. The invention is not limited to the embodiments and to the applications described in the foregoing because various modifications can be made without departing from its scope.

Claims

RFVENDICATIONS

1 - Method for producing shapes and tools for molding, stamping and similar operations in which a block of synthetic resin foam is used, characterized in that the block (2) is cut and machined at slightly lower dimensions to those of the shape to be obtained and in that on the major part at least, of the surface of said block, a skin (3) of hard resin, the surface of which is treated to give it an appearance corresponding to the shine of 'a lacquer.

2 - Method according to claim 1, characterized in that the block is made of expanded polystyrene or expanded extruded, in that it is factory and in that at least one layer of epoxy resin is deposited on its surface, phenolic or vinyl.

3 - Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the phenolic or vinyl epoxy resin is deposited without solvent of polystyrene.

4 - Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the phenolic or vinyl epoxy resin is deposited for example by spraying or spraying.

5 - Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that after hardening of the skin is carried out geometric-and / or dimensional controls and then the deposition of primer and finish layers made from lacquers polyurethanes.

6 - Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that to modify the appearance of the form is carried out subsequent machining, depositing an additional screed of resin, machining the screed newly deposited, then to the treatment of the surface thereof.

7 - Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that an imprint of the form is made using a resin rendered electrically conductive and in that said imprint is coated with a layer of metal by electroplating.

8 - Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that one uses the shape or an imprint thereof for the casting of a eutectic alloy with low melting point to constitute a matrix or a punch.

9 - Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the form is coated with a release product and is used for the formation of a part by contact.

10 - The application of the method according to one of claims 1 to 9 to the production of tools for stamping, precision molding and the production of prototype parts or small series.