FR2864801A1

FR2864801A1 - Manufacture of moulding equipment for making articles by resin transfer molding (RTM) produces molds and counter-molds made by same process

Info

Publication number: FR2864801A1
Application number: FR0400086A
Authority: FR
Inventors: Lucio Cappello
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2005-07-08
Anticipated expiration: 2024-01-07
Also published as: FR2864801B1

Abstract

The method comprises making mold matrices (3) and dies by low-pressure injection or resin transfer molding (RTM) and using them with separate self-supporting metal mold carriers.

Description

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La présente invention concerne un procédé de réalisation d'outillage de moulage constitué de moules réalisés à l'aide d'une solution industrielle connue (le RTM) pour le moulage de pièce en matériaux composites les moules etant réalisés en structure sandwich autoportante et etant positionnés directement dans des structures metalliques porte moule autonomes. The present invention relates to a method for producing molding tools consisting of molds made using a known industrial solution (RTM) for molding composite parts, the molds being made in a self-supporting sandwich structure and being positioned directly into self-supporting metal mold structures.

L'industrie de la plasturgie des matériaux theunodurcissables, dont les matériaux composites à base de résine de synthèse renforcée de fibres diverses font partie, utilise différent type de technologie de transformation correspondant à une réponse optimum au besoin sur le spectre des solutions productives et qualitatives envisageables. The plastics industry of theuncurable materials, whose composite materials based on synthetic resin reinforced with various fibers are part of it, uses different types of processing technology corresponding to an optimum response if necessary on the spectrum of possible productive and qualitative solutions. .

Les grandes familles de procédé de transformation sont les suivantes: 10 Les transformations a moules ouverts: Techniques dites a froid sans pression. The major families of the process of transformation are the following: Open mold transformations: techniques called cold without pressure.

Le moulage est réalisé par stratification et débullage manuel ou par projection simultanée de la résine et de son renfort de fibre suivi d'un débullage manuel Les caractéristiques de ces techniques sont: -Simplicité de l'outillage et niveau d'investissement très faible -Cadence de production très lente et faible productivité Ces procédés correspondent à la frange basse du spectre de solution de transformation des matériaux composites. The molding is carried out by stratification and manual or simultaneous debugging of the resin and its fiber reinforcement followed by manual debulking. The characteristics of these techniques are: -Simplicity of the tooling and very low level of investment -Cadence very slow production and low productivity These processes correspond to the low fringe of the transformation solution spectrum of composite materials.

Ils sont généralement utilisés pour les fabrications manuelles ou pour les très petites séries de 20 faible valeur ajoutée. They are generally used for manual manufacture or for very small series of low added value.

Les transformations dites a chaud Ce sont des technologies a moules fermés très industrialisées, on les rencontre le plus souvent sous les abréviations de SMC ou BMC. The so-called hot transformations These are highly industrialized closed-mold technologies, which are most often found under the abbreviations of SMC or BMC.

Les spécificités de ces techniques sont: -Outillages lourds et onéreux niveau d'investissement périphérique très élevé -Cadences de production très élevée Ces procédés correspondent à la frange haute du spectre de solutions de transformation des matériaux composites. The specificities of these techniques are: -Heavy and expensive tooling level of very high peripheral investment - Very high production rates These processes correspond to the high end of the spectrum of processing solutions of composite materials.

Ces technologies sont généralement utilisées pour des productions de grandes séries, pour des pièces de complexités et de tailles modestes, dont les caractéristiques sont peu élaborées. These technologies are generally used for productions of large series, for pieces of complexities and modest sizes, whose characteristics are not elaborate.

Pour répondre a la frange moyenne des solutions de transformation des matériaux composites les solutions industrialisées entre dans la famille des solutions RTM ou injection basse pression. To meet the average range of composite materials processing solutions industrialized solutions are part of the family of RTM or low pressure injection solutions.

Ces technologies qu'elles soient RTM standard, ou avec assistance du vide (sous bâche ou sous poinçon) ou encore avec des systèmes de coquilles duplicables restent des technologies a moules fermées Le niveau d'investissement est moyennement élevé La productivité est moyenne avec des variations de performance selon le type de moule utilisé. These technologies, be they standard RTM, or with vacuum assistance (under tarpaulin or under punch) or with duplicable shell systems, remain closed mold technologies Investment level is moderately high Productivity is average with variations performance depending on the type of mold used.

Ces technologies constituent des réponses raisonnablement adaptées a la frange d'utilisation qui leur est impartie et répondent a des productions allant de quelques centaines de pièces à quelques milliers pour des pièces pouvant également présenter des complexités technologiques certaines ( structure sandwich totale ou partielle ou structure à renfort complexe multidirectionnel) La limitation d'utilisation de ces technologies est constituée de plusieurs facteurs: -D'une part la longévité de l'outillage (les moules étant généralement en matériaux composites pour être cohérent avec le niveau d'investissement) -D'autre part la capacité d'augmentation de la productivité du moule (directement liée au cycle d'utilisation de l'outillage). These technologies are reasonably adapted responses to the fringe of use that is assigned to them and respond to productions ranging from a few hundred pieces to a few thousand for parts that may also have certain technological complexities (total or partial sandwich structure or structure to complex reinforcement multidirectional) The limitation of use of these technologies is made up of several factors: - On the one hand the longevity of the tooling (the molds being generally made of composite materials to be coherent with the level of investment) -D ' on the other hand, the capacity to increase the productivity of the mold (directly related to the cycle of use of the tooling).

2 2864801 Enfin le coût de la mise en adéquation de la solution technologique (duplication, coquilles, thermorégulation) et des besoins de la série. 2 2864801 Finally the cost of matching the technological solution (duplication, shells, thermoregulation) and the needs of the series.

Dans le procédé RTM traditionnel, l'outillage de moulage est constitue d'un moule femelle ou matrice généralement réalisé par stratification manuelle en matériaux composites d'une épaisseur de 30 mm environ renforcé par une structure métallique réalisée a posteriori et intimement lié par collage ou stratification a la face extérieure du moule. La partie contre moule est réalisée de la même manière (après préservation du volume de l'entrefer), par stratification manuelle de 30mm environ de composite qui sera renforce par une armature métallique similaire a la première et intimement liée au contre moule Les deux parties de l'outillage ainsi constitué forme un outillage RTM standard On comprend ici que la détérioration du moule matrice composite ou du contre moule poinçon composite ou des deux, et qui constituent les parties sensibles et directement en usage en phase moulage, implique la détérioration de l'outillage ainsi constitué dans son ensemble De même la duplication de l'outillage pour des besoins productifs nécessite la réalisation de toutes les phases précédemment décrites. In the traditional RTM process, the molding tool consists of a female mold or die generally made by manual laminating of composite materials with a thickness of about 30 mm reinforced by a metal structure made a posteriori and intimately bonded by gluing or stratification on the outside of the mold. The part against mold is made in the same way (after preservation of the volume of the air gap), by manual stratification of about 30mm of composite which will be reinforced by a metal reinforcement similar to the first one and intimately related to the counter mold The two parts of the tool thus formed forms a standard RTM tool. It is understood here that the deterioration of the composite matrix mold or of the composite punch counter mold or both, and which constitute the sensitive parts and directly in use in the molding phase, involves the deterioration of the tooling thus constituted in its entirety Similarly the duplication of the tooling for productive needs requires the realization of all the previously described phases.

Pour le cas d'un outillage avec assistance vide la problématique reste entière pour la partie moule matrice dans le cas d'un outillage utilisant une bâche comme contre moule. Cette problématique reste identique en tous points pour un outillage avec assistance vide utilisant un contre moule composite. For the case of tooling with empty assistance the problem remains whole for the die mold part in the case of a tool using a tarpaulin as counter mold. This problem remains identical in all points for tooling with empty assistance using a composite counter mold.

Dans le procède de moulage RTM avec des moules a coquilles duplicables le moule matrice est constitué comme precedement avec, cependant la juxtaposition d'une coquille démontable qui prendra place dans le moule femelle ou dans le moule male ou les deux créant ainsi une surface utile amovible et remplaçable prenant position dans les moules matrices ou poinçons que l'on qualifiera a présent de porte moules, et constituant des éléments suplementaires et complémentaires a l'outillage RTM traditionnel. In the molding process RTM with molds with duplicable shells the mold matrix is constituted as before with, however the juxtaposition of a removable shell that will take place in the female mold or in the male mold or both creating a removable useful surface and replaceable taking position in die molds or punches that will now be called mold holders, and constituting additional elements and complementary to the traditional RTM tooling.

On comprend que la réalisation d'un tel outillage constitue un surcoût par rapport à un outillage RTM standard Le procédé selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. It is understood that the realization of such tooling is an additional cost compared to a standard RTM tooling The method according to the invention overcomes these disadvantages.

Il consiste a réaliser les moules composites a l'aide de la technologie RTM et de s'affranchir de la stratification manuelle et il permet également de supprimer les portes moules matrices et poinçons Le procédé selon l'invention permet également de réaliser des moule dont la géométrie des plages technologiques reste développable et dont la structure sandwich lui confere une rigidité et une indeformabilité intrinsèque. Les moules ainsi constitués peuvent être utilisé par exemple: en thermoformage, en thermogainage,ou en pulverisation de thermoplastique ou autres en phase liquide pour par exemple appliquer en fond de moule un film ou une plaque thermo formable ou une barriere en phase liquide qui restera intimement en contact du moule et qui sera amenée jusqu'en phase moulage RTM pour constituer une pièces composite avec revêtement thermoplastique ou autres fusionnés en phase moulage. It consists in producing composite molds using RTM technology and eliminating manual lamination, and it also makes it possible to eliminate mold and die mold doors. The method according to the invention also makes it possible to produce molds whose Technological range geometry remains developable and whose sandwich structure gives it rigidity and intrinsic indeformability. The molds thus formed can be used, for example: in thermoforming, in thermogolding, or in the spraying of thermoplastic or other in the liquid phase, for example to apply a film or a thermoformable plate or a barrier in the liquid phase to the bottom of the mold which will remain intimately in contact with the mold and which will be brought to RTM molding phase to form a composite parts with thermoplastic coating or other merged in the molding phase.

Cette solution est intéressante notamment pour les applications sanitaires. This solution is interesting especially for sanitary applications.

Les outillages sont en règle générale constitues de deux parties: - La matrice elle-même constituée d'un moule représentant le négatif de la pièces (généralement réalisée en composite par méthode manuelle ou en métal) renforcé par une 45 armature liée solidairement et définitivement. The tools are generally made up of two parts: the die itself consists of a mold representing the negative of the pieces (generally made of composite by manual or metal method) reinforced by a frame bound integrally and definitively.

- Le poinçon généralement constitué d'un moule appelé également contre moule représentant la face intérieure de la pièce, (généralement réalisée en composite par méthode manuelle ou en métal) et renforcé par une armature liée solitairement et définitivement Dans le procédé, selon l'invention les moules qui sont parties constituantes de l'outillage matrice et de l'outillage poinçon sont réalisés en composite par injection basse 3 2864801 pression de résine thermodurcissable et sont constitués dune structure sandwich (résine armée de fibre de renfort autour d'une âme inerte solide en bois ou mousse polyuréthane ou autre). Les moules ainsi constitués sont laissés libres de toutes liaisons définitives avec les armatures de rigidification dans lesquelles ils seront positionnés uniquement pendant la phase d'injection. Ces armatures sont constituées par les structures définitives porte moule autonomes de l'outillage, tandis que les moules sont remplaçables et duplicables, La duplication et /ou le remplacement seront utiles: - pour augmenter la capacité de production d'un outillage qui sera constitué des deux structures autonomes matrice et poinçon et d'une série de moules RTM matrices et poinçons qui viendront être positionné contre les armatures pendant les opérations nécessitant l'intégralité de l'outillage en phase de moulage. - The punch generally consists of a mold also called against mold representing the inner face of the part, (usually made of composite by manual or metal) and reinforced by a frame bound solitarily and permanently In the process, according to the invention the molds that are constituent parts of die tooling and punch tooling are made of low pressure composite resin 2864801 thermosetting resin pressure and consist of a sandwich structure (resin reinforced fiber reinforcement around a solid inert core wood or polyurethane foam or other). The molds thus formed are left free of any definitive connections with the stiffening reinforcements in which they will be positioned only during the injection phase. These reinforcements are constituted by the final mold-bearing structures of the tooling, while the molds are replaceable and duplicable. The duplication and / or the replacement will be useful: - to increase the production capacity of a tool which will consist of two autonomous matrix and punch structures and a series of RTM molds, dies and punches that will be positioned against the reinforcement during operations requiring the complete tooling in the molding phase.

- pour assurer la longévité de l'outillage en cas de détérioration de l'un ou de l'ensemble des moules et/ou contre moules. - to ensure the longevity of the tool in case of deterioration of one or all of the molds and / or against molds.

Les dessins présentés en annexe illustrent l'invention: La figure 1/3 représente en coupe la première phase que constitue la réalisation du moule matrice par injection basse pression (communément appelé RTM ou résine transfer molding) En référence a ce dessin, le modèle (1) est positionné sur une embase ou plage technologique (4) qui reçoit des profilés (5) lesquels représentent en saillie le volume d'une future goulotte d'étanchéité Le modèle ainsi préparé (1) (4) (5) est coiffé d'une matrice mère composite (2) qui est utilisée pour la réalisation du moule matrice (3) par injection basse pression. The drawings presented in the appendix illustrate the invention: FIG. 1/3 represents in section the first phase constituted by the production of the die mold by low pressure injection (commonly called RTM or resin transfer molding). With reference to this drawing, the model (FIG. 1) is positioned on a base or technological range (4) which receives profiles (5) which project the volume of a future sealing channel The model thus prepared (1) (4) (5) is capped with a composite mother die (2) which is used for producing the die mold (3) by low pressure injection.

Dans l'espace libre préservé entre le modèle (1) et la matrice mère (2) on positionne préalablement a l'assemblage (1) et (2) des renforts de fibre (tissus et mat) ainsi que le matériau constituant l'âme du sandwich et on procède a l'injection sous basse pression de la résine de synthèse thermodurcissable par le point d'injection préservé a cet effet L'ensemble ainsi réalisé entre (1) et (2) constitue le moule matrice réalisé en R.TM. (3) La figure 2/3 représente en coupe la deuxième phase que constitue la réalisation du moule poinçon ou contre moule par injection basse pression (communément appelé RTM ou resine transfer molding) L'ensemble matrice mère composite (2) et moule matrice réalisée en RTM (3) est séparé du modèle et plage technologique équipées (1) (4) (5) On fixe par collage provisoire un entrefer matérialisé par une construction en bois ou en cire calibrée (6) qui représente l'épaisseur souhaitée de la pièce définitive. In the free space preserved between the model (1) and the mother matrix (2) is positioned prior to assembly (1) and (2) fiber reinforcements (fabric and mat) and the material constituting the soul sandwich and low pressure injection of the thermosetting synthetic resin by the injection point preserved for this purpose The assembly thus produced between (1) and (2) is the mold mold made in R.TM . (3) FIG. 2/3 represents in section the second phase constituted by the production of the punch or counter mold by low pressure injection (commonly known as RTM or resin transfer molding). The composite mother matrix assembly (2) and matrix mold made in RTM (3) is separated from the model and technological range equipped (1) (4) (5) is fixed by temporary gluing an air gap materialized by a construction of wood or calibrated wax (6) which represents the desired thickness of the definitive piece.

On coiffe l'ensemble (2) (3) (6) par une contre matrice mère composite (8) équipée d'un point d'injection. L'espace préservé entre ces deux systèmes constitue le volume du moule poinçon réalisé en RTM (7) Dans cet espace libre préservé on positionne préalablement a l'assemblage (2) (3) (6) et (8) des renforts de fibre (tissus et mat) ainsi que le matériau constituant l'âme du sandwich et on procède a l'injection sous basse pression de la résine de synthèse thermodurcissable par le point d'injection préservé a cet effet L'ensemble ainsi réalisé constitue le moule poinçon réalisé en RTM. (7) La figure 3/3 représente en coupe l'outillage composé des moules composites RTM positionnés dans les structures porte moule autonomes. The assembly (2) (3) (6) is capped by a composite mother counter (8) equipped with an injection point. The space preserved between these two systems constitutes the volume of the punch mold made in RTM (7). In this preserved free space, prior to assembly (2) (3) (6) and (8) fiber reinforcements ( fabrics and mat) and the material constituting the core of the sandwich and is proceeded to the injection under low pressure of the thermosetting synthetic resin by the injection point preserved for this purpose The assembly thus formed constitutes the punch mold realized in RTM. (7) Figure 3/3 shows in section the tooling composed of the RTM composite molds positioned in the autonomous mold carrier structures.

En référence a ce dessin le moule matrice RTM (3) à été séparé de sa matrice mère composite (2).fig. 1/3 et de son entrefer (6).fig. 2/3. With reference to this drawing, the matrix mold RTM (3) has been separated from its parent matrix composite (2) .fig. 1/3 and its gap (6) .fig. 2/3.

Le contre moule ou moule poinçon (7) à été séparé de sa contre matrice mère composite (8).fig. 2/3 35 40 2864801 4 Le moule matrice RTM (3) est équipé de joints périphériques d'étanchéité (13) qui s'appuieront sur le moule poinçon RTM (7), l'ensemble constituant ainsi un volume étanche matérialisant le volume exacte de la pièce à réaliser. The counter mold or punch mold (7) has been separated from its composite counter mother matrix (8) .fig. 2/3 35 40 2864801 4 The RTM matrix mold (3) is equipped with peripheral sealing seals (13) which will be based on the RTM punch mold (7), the assembly thus constituting a tight volume materializing the exact volume of the piece to realize.

Le moule matrice RTM (3) et contre moule RTM (7) sont maintenus en contact avant, pendant et après l'injection par un système de serrages mécaniques simples (11) Le système est positionné pendant la phase d'injection dans un ensemble structure porte moule constitué de la structure porte moule matrice (10) et de la structure porte moule poinçon (9) , cet ensemble structure autonome étant équipé de systèmes de serrage puissant type vérins hydrauliques (12) qui sont utilisés pendant la phase d'injection. The RTM (3) and counter mold RTM (7) are kept in contact before, during and after the injection by a system of simple mechanical tightenings (11) The system is positioned during the injection phase in a structure assembly mold gate consisting of the mold mold gate structure (10) and the punch mold gate structure (9), this self-contained structure being equipped with powerful clamping systems such as hydraulic cylinders (12) which are used during the injection phase.

Selon une variante non illustrée on pourra remplacer l'entrefer (6) pour la duplication des moules RTM par une pièce de référence moulée par injection dans le premier jeu de moule RTM et utilisée pour substituer l'entrefer. (6) Le procédé selon l'invention, permet: -Une rapidité de multiplication des moules matrice et poinçon par la technologie RTM. 15 -Une répétitivité des dimensions des moules lors des duplications par RTM et donc une bonne interface avec l'ensemble structure porte moule unique. According to a variant not illustrated, it will be possible to replace the air gap (6) for the duplication of the RTM molds by a reference piece molded by injection into the first mold set RTM and used to substitute the gap. (6) The method according to the invention allows: - A rapid multiplication of matrix and punch molds by RTM technology. A repeatability of the dimensions of the molds during duplications by RTM and therefore a good interface with the entire structure door mold unique.

-Une augmentation de la longévité de l'outillage par duplication et / ou remplacement des moules matrice et poinçon RTM. - An increase in the tool life by duplication and / or replacement of molds matrix and punch RTM.

-Une augmentation de la capacité productive de l'outillage car l'ensemble moules et structure porte moule n'étant utilisé que pendant la phase d'injection soit environ 1/10eme du temps total de moulage d'une pièce, les autres phases préalables a l'injection étant réalisées en dehors et indépendamment de la structure porte moule et les phase ultérieures a l'injection pouvant avoir lieu en dehors de la structure porte moule autonome, les moules et contre moules RTM étant équipés de systèmes de serrage qui les maintiennent solidaires indépendamment de la structure porte moule. An increase in the productive capacity of the tooling because the mold and mold carrier assembly being used only during the injection phase is approximately 1 / 10th of the total molding time of a part, the other prior phases to the injection being performed outside and independently of the mold gate structure and subsequent phases to the injection can take place outside the autonomous mold gate structure, the molds and against molds RTM being equipped with clamping systems that maintain them integral regardless of the structure door mold.

-Une utilisation des moules pour des opérations périphériques annexes au RTM, telles que passage de la matrice sous une thermoformeuse pour réalisation d'un film thermoformable en fond de moule (thermoformage négatif) qui restera solidaire du moule pendant toute les phases ultérieures de moulage RTM et qui permet ainsi de réaliser des pièces thermoformées surmoulées garantissant control et respect des retraits. Use of the molds for peripheral operations ancillary to the RTM, such as passing the die under a thermoforming machine for producing a thermoformable film at the bottom of the mold (negative thermoforming) which will remain attached to the mold during all subsequent RTM molding phases and which makes it possible to produce overmolded thermoformed parts guaranteeing control and respect of withdrawals.

Nomenclature utilisée sur les figures (1) Modèle de référence (2) Matrice mère composite pour réalisation de moule RTM (3) Moule matrice réalisé en RTM (injection basse pression) (4) Embase ou plage technologique (5) Profilé en saillie (6) Entrefer représentant l'épaisseur de la pièce et réalisé en bois ou cire calibrée 40 (7) Contre moule ou poinçon réalisé en RTM (injection basse pression) (8) Contre matrice mère composite pour réalisation du poinçon RTM (9) Structure porte moule poinçon autonome (10) Structure porte moule matrice autonome (11) Système de serrage pour le maintien solidaire des moules matrice et poinçon RTM 45 (12) Système de serrage pour le maintien de l'ensemble outillage fermé (13) joint d'étanchéité périphérique entre moule matrice et poinçon RTM [1] [2] [3] [4] [5] 2864801 5 Nomenclature used in the figures (1) Reference model (2) Composite mother die for RTM mold making (3) Matrix mold made of RTM (low pressure injection) (4) Base plate or technological range (5) Surface profile (6) ) Air gap representing the thickness of the workpiece and made of calibrated wood or wax 40 (7) Against mold or punch made in RTM (low pressure injection) (8) Contre mother matrix composite for realization of the RTM punch (9) Structure door mold self-contained punch (10) Self-contained die mold gate structure (11) Clamping system for integral retention of die and punch molds RTM 45 (12) Clamping system for holding closed tool assembly (13) peripheral seal between die mold and RTM punch [1] [2] [3] [4] [5] 2864801 5

Claims

Process for the production of closed molding tools for the production of RTM molding composite parts in which the die molds (3) and punches (7) are also integrally molded by RTM and are independent of the self-supporting mold structures (9 ) and (10). The process thus makes it possible to duplicate and replace the molds that generally constitute the sensitive and degradable part of the molding tool.

Process according to claim [1], characterized in that the molding tool is constituted by the RTM matrix mold (3) and its mold carrier structure (10) on the one hand and the RTM punch mold (7) and its mold door structure (9) on the other hand.

Process according to claim [2], characterized in that the matrix mold carrier structure (10) is not integrally attached to the RTM matrix mold (3) and the punch mold carrier structure (9) is not secured integrally to the RTM punching mold (7) Process according to claims [2] and [3], characterized in that the mold carrier structures (10) and (9) are independent. Process according to claim [1], characterized in that the molds ( 3) and (7) are made of composite materials and consist of a sandwich structure with inert central core ensuring rigidity stability and self-support.