FR3015923A1 - Procede de moulage par compression a ensemble de butees - Google Patents

Procede de moulage par compression a ensemble de butees Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de moulage d'une pièce par compression d'au-moins une première feuille (3) contenant de la matière plastique, la compression entraînant le fluage de la matière plastique dans des directions d'écoulement, dans un moule (6) en au-moins deux parties se fermant l'une contre l'autre, caractérisé en ce qu'on exécute les étapes suivantes: - renforcement ciblé d'au moins un zone spécifique de la pièce à mouler à l'aide d'au moins une feuille de renfort (4) découpée aux dimensions voulues dans un matériau différent de celui de la première feuille, - positionnement précis dans le moule de la feuille de renfort (4), -rétention de la feuille de renfort contre un ensemble de butées (5-1) transversales aux directions d'écoulement, - fermeture du moule.

Description

Le matériau connu sous l'acronyme SMC, pour Sheet Molding Compound, est un matériau au rapport résistance/poids élevé, ce qui en fait un matériau idéal pour des pièces de grande taille. Par ailleurs, sa stabilité thermique, ses propriétés mécaniques et électriques en font un 5 des matériau clé de nombreuses industries, notamment du secteur automobile. Le SMC se présente sous forme de feuille constituée d'un mat de fibres imprégnées de résine que l'on découpe aux dimensions souhaitées avant de la déposer dans un moule ouvert. La fermeture du moule provoque la compression de la résine, son fluage jusqu'à remplissage de l'empreinte du moule et finalement sa vulcanisation sous l'effet 10 de l'augmentation de température résultant de la compression (et éventuellement d'un chauffage du moule). Le SMC mis en forme par moulage par compression offre la possibilité de renforcements locaux par nervures ou par bosses, soit en épaississant la pièce moulée à certains endroits, soit en superposant ponctuellement d'autres feuilles pré- 15 imprégnées ayant d'autres proportions de fibres et de résine que la feuille de SMC principale. Ceci est notamment le cas dans les processus de moulage de pièces tels que les hayons ou des portes de coffres par exemple, pour renforcer mécaniquement les zones de poignées où les zones charnières et serrures. Ce procédé est également utilisé pour 20 toute pièce nécessitant un renfort mécanique anti-fissuration. Les procédés d'ajouts de renforts locaux utilisés actuellement mettent en jeu soit des feuilles de renfort non imprégnées de résine, soit des feuilles imprégnées. Dans le premier cas, l'imprégnation du renfort se fait par la résine de la feuille de SMC principale, aussi appelée feuille de base. 25 Ces deux cas soulèvent cependant des difficultés. Dans le cas où le renfort utilisé est une feuille non-imprégnée de résine, si la quantité de résine présente sur la feuille de SMC à renforcer est faible (notamment dans les cas de SMC haute performance chargé à 50% de fibres de verres coupées), la quantité totale de résine est insuffisante pour imprégner correctement le renfort et il peut se 30 poser notamment des problèmes de pénétration d'humidité dans les pièces finies. De plus, les propriétés mécaniques de l'assemblage ne sont pas améliorées, voire, elles sont dégradées par rapport aux propriétés de SMC haute performance seul.
Pour y remédier, on peut donc tenter d'utiliser des renforts sous forme de feuilles imprégnées. Mais dans ce cas de l'utilisation de renforts imprégnés, on se retrouve confronté à un fluage important de la résine lors de la compression. Ce fluage de la résine peut éloigner la feuille de renfort de la zone à renforcer. Les propriétés mécaniques de l'ensemble ne sont alors que faiblement améliorées, sauf à prévoir des renforts surdimensionnés de manière à garantir que leur étendue est suffisante pour continuer à couvrir la zone à renforcer, même après un déplacement du renfort dans le moule. La présente invention propose de résoudre ce problème.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de moulage d'une pièce par compression d'au-moins une première feuille contenant de la matière plastique, la compression entraînant le fluage de la matière plastique dans des directions d'écoulement, dans un moule en au-moins deux parties se fermant l'une contre l'autre, caractérisé en ce qu'on exécute les étapes suivantes: - renforcement ciblé d'au moins un zone spécifique de la pièce à mouler à l'aide d'au moins une feuille de renfort découpée aux dimensions voulues dans un matériau différent de celui de la première feuille, - positionnement précis dans le moule de la feuille de renfort, - rétention de la feuille de renfort contre un ensemble de butées transversales aux 20 directions d'écoulement, - fermeture du moule. Selon l'invention, on immobilise la feuille de renfort contre un ensemble de butées. Selon l'invention, on entend par ensemble de butées au moins une butée. L'ensemble de butées peut donc être constitué d'une seule ou de plusieurs butées. 25 Un ensemble de butées selon l'invention peut être obtenu par exemple soit en créant dans le moule une surépaisseur localisée aux dimensions du renfort, soit en découpant dans la première feuille, également désignée feuille de base, une cavité aux dimensions du renfort pour l'intégrer directement, avant moulage, à la structure à mouler. 30 Grâce à l'invention, le fluage de résine résultant de la compression de la feuille de base ne provoque pas le déplacement de la feuille de renfort. Par "ne provoque pas le déplacement", on entend que la feuille de renfort ne se déplace pas ou ne se déplace que très peu, dans le moule, pendant le fluage de la résine.
Bien entendu, l'invention ne vise pas une totale immobilisation de la feuille de renfort mais un maintien en position dans le moule de manière que la zone à renforcer de la pièce moulée soit couverte par la feuille de renfort. Le maintien en position de la feuille de renfort doit surtout être effectif pendant la phase de moulage au cours de laquelle se produit l'essentiel du fluage de la matière plastique, c'est à dire au début de la compression. Une fois que la matière plastique a presque complètement rempli le moule, il ne se produit plus alors dans le moule que de faibles déplacements de matière plastique et un déplacement significatif de la feuille de renfort n'est plus à craindre. Ainsi, l'invention consiste-t-elle à prévoir des moyens pour maintenir la feuille de renfort 10 en position pendant la phase de moulage au cours de laquelle la matière plastique, ou résine, se répartit dans le moule pour le remplir. L'invention permet donc d'utiliser, comme feuille de renfort, une feuille imprégnée de matière plastique, sans rencontrer le problème du déplacement de la feuille de renfort pendant le moulage par compression. 15 Conformément aux explications ci-dessus, la ou les butées de l'ensemble de butées n'a pas nécessairement vocation à être durable. Il suffit que la ou les butées de l'ensemble de butées remplissent leur fonction de maintien de la feuille de renfort pendant la phase de fluage massif de la résine. Au-delà de cette phase, il est indifférent que la ou les butées perdurent ou s'effacent. 20 Ainsi, dans un premier mode de réalisation de l'invention, l'ensemble de butées résulte-t-il d'une découpe de la première feuille. Cette découpe fait apparaitre la tranche de la première feuille découpée et cette tranche constitue un ensemble de butées pour empêcher la feuille de renfort de se déplacer pendant le moulage. Dans ce mode de réalisation, la feuille de renfort est placée contre la tranche découpée de la première 25 feuille ou feuille de base. La résine qui flue dans le moule à partir de la feuille de base pénètre dans la feuille de renfort dans plusieurs directions opposées, de sorte que la feuille de renfort subit des forces transversales antagonistes qui réduisent sa tendance à se déplacer. De plus, la feuille de renfort est bloquée transversalement par la tranche découpée de la feuille de base. 30 Au bout d'un certain temps, la feuille de base perd de sa raideur et ses tranches issues de la découpe forment des barrières moins rigides. Mais à ce stade plus avancé du moulage, la résine a presque entièrement rempli le moule et le risque de déplacement de la feuille de renfort a disparu.
Dans un autre mode de réalisation, l'ensemble de butées est formé par au moins une paroi transversale du moule. Cette paroi peut être permanente ou provisoire. Une paroi transversale fixe peut résulter de la réalisation dans le moule, d'un logement en creux destiné à recevoir la feuille de renfort avant fermeture du moule.
Une paroi transversale peut également résulter de la présence d'une nervure dans le moule, contre laquelle on place la feuille de renfort pour la caler transversalement. Dans le cas où la paroi transversale est permanente, la pièce moulée possède une forme qui traduit la présence de cette paroi transversale. Dans un certain nombre d'applications, cette forme n'est pas gênante. Par exemple, la pièce peut comporter un bossage qui correspond au logement en creux réalisé dans le moule. La présence, en au moins un emplacement de la pièce, d'une surépaisseur d'une matière plastique renforcée en fibres de renfort et dont le taux de fibres ou l'orientation des fibres diffère du taux de fibres ou de l'orientation des fibres du matériau dont est faite la pièce audit emplacement ou dans le reste de la pièce, caractérise la pièce comme ayant été obtenue par mise en oeuvre de l'invention. Mais dans certaines applications, il peut être problématique de laisser sur la pièce moulée des formes résultant de la présence de la paroi transversale dans le moule. Dans ce cas, selon une variante particulière, la paroi transversale est conçue pour être provisoire. A cet effet, le moule peut comporter une partie mobile qui peut prendre une position de retenue dans laquelle la paroi transversale est formée et permet de retenir la feuille de renfort et une position de moulage dans laquelle la paroi transversale disparait. Dans ce cas, on positionne la partie mobile en position de moulage lorsque le fluage de la matière plastique dans le moule a atteint un stade où le risque d'entraînement de la feuille de renfort est considéré comme écarté.
Un premier exemple de partie mobile est un noyau dont la section est celle d'un logement en creux dans lequel on souhaite déposer la feuille de renfort. Lorsque le noyau est en retrait, le logement en creux est formé, tandis que lorsque le noyau affleure à la surface de la paroi environnante du moule, le logement disparait. Pour mettre en oeuvre l'invention, on place le noyau en retrait alors que le moule est encore ouvert. On dépose alors la feuille de renfort dans le logement en creux. On place ensuite la feuille de base destinée à constituer le reste de la pièce par-dessus la feuille de renfort, puis on ferme le moule (les positions peuvent être inverses si le logement se trouve au-dessus et non en dessous de la feuille de base). Pendant la compression, juste avant la fin du moulage, on déplace le noyau pour le mettre à affleurement dans le moule pour faire disparaître tout relief sur la pièce dû à la présence de la feuille de renfort. Un deuxième exemple de partie mobile est une nervure rétractable. Lorsque le moule est ouvert, la nervure est sortie et la feuille de renfort peut être disposée contre la 5 nervure, agissant comme paroi transversale qui retient la feuille de renfort lors du fluage de la résine. On ferme le moule jusqu'à ce que la résine ait presque complètement rempli le moule. On rétracte alors la nervure et on achève la fermeture du moule. La feuille de renfort ne se déplace plus car les mouvements de matière dus au fluage sont très faibles et la suppression de la nervure évite de laisser des traces sur 10 la pièces obtenue. Suivant d'autres caractéristiques particulières de l'invention, qui peuvent être prises seules ou en combinaison : - La première matière plastique est constituée de SMC ID (30`)oFV+UP) ou de SMC HP (50%FV+VE). 15 - La feuille de renfort est faite de renforts à fibres de verre continues, imprégnées ou non imprégnées. L'invention a également pour objet une pièce obtenue par la mise-en-oeuvre du procédé décrit ci-dessus, ainsi qu'un pièce de véhicule automobile, caractérisée par la présence, en au moins un emplacement de la pièce, d'une surépaisseur d'une matière 20 plastique renforcée en fibres de renfort et dont le taux de fibres ou l'orientation des fibres diffère du taux de fibres ou de l'orientation des fibres du matériau dont est faite la pièce audit emplacement. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant en décrire des modes de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : 25 - la figure 1 représente des rouleaux de feuilles de mat de fibres imprégnées utilisés dans un mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe d'un moule ouvert dans lequel on a déposé les feuilles pré-découpées en vue de leur moulage ; - la figure 3a est une vue en coupe d'un moule ouvert et vide dans la matrice duquel a 30 été creusé un ensemble de butées, ici sous la forme d'une cavité ; - la figure 3b est une vue en coupe d'un moule ouvert et vide dans le poinçon duquel a été creusé un ensemble de butées, ici sous la forme d'une cavité ; - la figure 3c est une vue en coupe d'un moule ouvert et vide dans le poinçon duquel a été creusé un ensemble de butées, ici sous la forme de nervures en saillie ; - la figure 4a est un ensemble de vues en coupe illustrant la fermeture du moule (vide) en cas de butées mobiles ; - la figure 4b est un ensemble de vues en coupe illustrant la fermeture du moule (vide) en cas de butées mobiles. On a représenté, sur la figure 1, deux rouleaux 1 et 2 de feuilles de mat de fibres imprégnées de résine (SMC non cuits), dont l'utilisation est courante dans la fabrication de pièces en matière renforcée par moulage par compression. Le rouleau 1 représente un rouleau d'une première feuille contenant de la matière plastique, la matière principale dont sera faite la pièce à mouler. La découpe du mat du rouleau 1 donnera la (ou les) feuille(s) principale(s) 3. Le rouleau 2 représente un rouleau d'une seconde feuille contenant de la matière plastique renforcée en fibres de verre, dite de renfort. La découpe du mat du rouleau 2 donnera la feuille de renfort 4 qui servira à renforcer ponctuellement la pièce formée par la feuille principale 3. Comme représenté sur la figure 2, un premier mode de réalisation consiste en ce que l'ensemble de butées soit obtenu par découpe de la ou des (elles sont ici trois) feuilles de base 3. La découpe fait ainsi apparaître les tranches des feuilles de base 3 qui formeront l'ensemble de butées 5-1. La feuille de renfort 4, prédécoupée selon la forme donnée à l'ensemble de butées 5-1, est alors placée dans le creux formé par l'ensemble de butées 5-1. Ainsi la la feuille de renfort 4 est immobilisée contre les tranches des feuilles de base 3 pendant le début du moulage, à savoir alors que les mouvements de la matière dus à son fluage sont les plus importants. La résine flue en effet dans le moule 6 à partir des feuilles de base 3 et pénètre dans la feuille de renfort 4 dans plusieurs directions opposées, de sorte que la feuille de renfort 4 subit des forces transversales antagonistes qui réduisent sa tendance à se déplacer. De plus, la feuille de renfort 4 est bloquée transversalement par la tranche découpée des feuilles de base 3. Il est vrai que l'ensemble de butées 5-1 finira, à un stade plus avancé du moulage, par se ramollir et les tranches découpées par former des barrières moins rigides, ce ne sera plus un inconvénient car, à ce stade du moulage, la résine aura presque entièrement rempli le moule 6 et le risque de déplacement de la feuille de renfort 4 sera nul.
Il n'est cependant pas toujours possible de découper la (ou les) feuille(s) de base 3 en vue de créer l'ensemble de butées 5-1. Ainsi, d'autres modes de réalisation ont-ils été conçus pour remédier à cette éventualité. Sur la figure 3a, on voit illustré un mode de réalisation dans lequel l'ensemble de butées 5-2 est découpé dans la matrice 7a du moule 7. Il s'agit d'un cas où l'ensemble de butées 5-2 est permanent. Il résulte du moulage une surépaisseur localisée à la zone renforcée de la pièce moulée. En effet, la feuille de renfort 4 est placée dans le creux formé par l'ensemble de butées 5-2 dans la matrice 7a du moule 7 (sous la (ou les) feuille(s) de base 3) et sera ainsi empêchée de fluer pendant le moulage.
Sur la figure 3b, on voit illustré un mode de réalisation dans lequel l'ensemble de butées 5-3 est découpé dans le poinçon 8b du moule 8. Il s'agit d'un cas où l'ensemble de butées 5-3 est permanent et il résultera de ce moulage une surépaisseur localisée à la zone renforcée de la pièce moulée. En effet, la feuille de renfort 4 est placée dans le creux formé par l'ensemble de butées 5-3 dans la matrice 8b du moule 8 (par dessus la (ou les) feuille(s) de base 3) et sera ainsi empêchée de fluer pendant le processus de moulage. Sur la figure 3c, on voit illustré un mode de réalisation dans lequel l'ensemble de butées 5-4 est formée d'un ensemble de nervures 10 en saillie par rapport au poinçon 9b du moule 9. Il s'agit d'un cas où l'ensemble de butées 5-4 est permanent et il résultera de ce moulage des creux localisés sur les bords de la zone renforcée de la pièce moulée. En effet, la feuille de renfort 4 est placée dans la zone délimitée par l'ensemble des nervures 10 en saillie du poinçon 9b, formant l'ensemble de butées 5-4 du moule 9 (sous la (ou les) feuille(s) de base 3) et sera ainsi empêchée de fluer pendant le moulage.
Si les surépaisseurs ou les creux localisés ne sont pas forcément un inconvénient pour certaines pièces moulées, il peut arriver que de telles déformations, même ponctuelles, de la pièce originale, ne puissent être acceptables. Dans le cas où il ne serait pas non plus possible de découper la (ou les) feuille(s) de base 3, il est possible de créer l'ensemble de butées 5-4 selon un autre mode de réalisation dans lequel ces butées n'existent dans le moule que de façon provisoire. Une première variante de ce mode de réalisation est illustrée par la figure 4a. Sur cette figure, on voit que le poinçon 11 b du moule 11 comporte une partie mobile. Un premier exemple de partie mobile est un noyau 12 dont la section est celle d'un logement en creux dans lequel on souhaite déposer la feuille de renfort 4. Lorsque le noyau est en retrait, le logement en creux est formé et fournit l'ensemble de butées 5-5, tandis que lorsque le noyau affleure à la surface de la paroi environnante du moule, le logement disparait, entraînant la disparition de l'ensemble de butées 5-5. Pour mettre en oeuvre l'invention, on place le noyau 12 en retrait alors que le moule 11 est encore ouvert. On dépose alors la feuille de renfort 4 dans le logement en creux. On place ensuite la (ou les) feuille(s) de base 3 destinée(s) à constituer le reste de la pièce par-dessus la feuille de renfort 4, puis on ferme le moule 11. Avant que la matrice lla ne soit complètement abaissée, la partie mobile 12 est remontée, entraînant la disparition de l'ensemble de butées 5-5 qui maintenait la feuille de renfort 4 en place. Cependant, comme pour le premier mode de réalisation, à ce stade du moulage la résine aura déjà presque entièrement rempli le moule 11 et le risque de déplacement de la feuille de renfort 4 aura disparu. Une deuxième variante de ce mode de réalisation est illustrée par la figure 4b. Sur cette figure, on voit que le poinçon 13b du moule 13 comporte une partie mobile. Dans cet exemple, la partie mobile est un ensemble de nervures rétractables 14 qui forment, lorsque le moule est ouvert, l'ensemble de butées 5-6. Quand l'ensemble de nervures est sorti, la feuille de renfort 4 peut être disposée contre lesdites nervures, et l'ensemble de nervures 14 agit alors comme paroi transversale qui retient la feuille de renfort 4 lors du fluage de la résine. Après avoir placé la feuille de renfort 4 et la (ou les) feuille(s) de base 3 dans le moule 13, on ferme le moule 13 jusqu'à ce que la résine l'ait presque complètement rempli. On rétracte alors l'ensemble de nervures 14, faisant disparaître l'ensemble de butées 5-6 et on achève la fermeture du moule 13. La feuille de renfort 4 ne se déplace plus car les mouvements de matière dus au fluage sont très faibles et la suppression de l'ensemble nervure 14 évite ainsi de laisser des traces sur la pièce obtenue. L'invention procure donc une solution avantageuse et économique à la réalisation de pièces renforcées localement, sans présenter l'inconvénient d'utiliser des renforts surdimensionnés. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrit. Elle 30 pourra recevoir toute modification désirable à la portée de l'homme du métier, sur la base de ses connaissances générales.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de moulage d'une pièce par compression d'au-moins une première feuille (3) contenant de la matière plastique, la compression entraînant le fluage de la matière plastique dans des directions d'écoulement, dans un moule (6, 7, 8, 11, 13) en au- moins deux parties se fermant l'une contre l'autre, caractérisé en ce qu'on exécute les étapes suivantes: - renforcement ciblé d'au moins un zone spécifique de la pièce à mouler à l'aide d'au moins une feuille de renfort (4) découpée aux dimensions voulues dans un matériau différent de celui de la première feuille, - positionnement précis dans le moule de la feuille de renfort (4), - rétention de la feuille de renfort contre un ensemble de butées (5-1, 5-2, 5-3, 54, 5-5, 5-6) transversales aux directions d'écoulement, - fermeture du moule.
  2. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel un ensemble de butées ceint la feuille de renfort (4).
  3. 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, dans lequel l'ensemble de butées (5-1) est découpé dans la première feuille (3).
  4. 4. Procédé selon les revendication 1 et 2, dans lequel l'ensemble de butées (5-2,
  5. 5-3, 5-4) est formé par au moins une paroi transversale du moule. 5. Procédé selon la précédente revendication, dans lequel la paroi transversale résulte de la réalisation dans le moule, d'un logement en creux (5-2, 5-3) destiné à recevoir la feuille de renfort avant fermeture du moule.
  6. 6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la paroi transversale résulte de la présence d'une nervure (5-4) dans le moule.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel le moule comporte une partie mobile (5-5, 5-6) qui peut prendre une position de retenue dans laquelle la paroi transversale est formée et permet de retenir la feuille de renfort et une position de moulage dans laquelle la paroi transversale disparaît, et dans lequel on positionne la partie mobile (5-5, 5-6) en position de moulage lorsque le fluage de la matière plastique dans le moule a atteint un stade où le risque d'entraînement de la feuille de renfort est considéré comme écarté.
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matière plastique de la première feuille (3) est constituée de SMC ID (30`)oFV+UP) ou de SMC HP (50%FV+VE).
  9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la 5 feuille de renfort (4) est faite de renforts à fibres de verre continues, imprégnées ou non imprégnées.
  10. 10. Pièce obtenue par la mise-en-oeuvre du procédé selon l'une quelconque des précédentes revendications.
  11. 11. Pièce de véhicule automobile, caractérisée par la présence, en au moins un 10 emplacement de la pièce, d'une surépaisseur d'une matière plastique renforcée en fibres de renfort et dont le taux de fibres ou l'orientation des fibres diffère du taux de fibres ou de l'orientation des fibres du matériau dont est faite la pièce audit emplacement.
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