WO1990006226A1 - Method and installation for fabricating a stamped object made of thermoplastic composite material - Google Patents

Method and installation for fabricating a stamped object made of thermoplastic composite material Download PDF

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WO1990006226A1
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    • B29C70/541Positioning reinforcements in a mould, e.g. using clamping means for the reinforcement

Definitions

  • the present invention relates to a method and an installation for manufacturing an object stamped in a thermoplastic composite material.
  • the thermoplastic composite material is heated to the stamping temperature before being placed in a sufficient quantity in one of the two parts of a cold compression mold forming part of a stamping press and comprising a fixed mold part and a movable mold part so that it can quickly close against the fixed mold part and strongly compress the composite material to give it the final shape of the product and to suddenly cool the material contained in said mold before the reopening of the latter and evacuation of said stamped and cooled product.
  • the process for forming an object by compression of a thermoplastic composite material also called “stamping" consists of cutting ' plates of thermoplastic composites with isotropic characteristics, into blanks of smaller dimensions, to heat a sufficient number of blanks at a temperature such that the thermoplastic material becomes plastic, filling a cold half-mold with said blanks, covering this first half-mold with a second half-mold of corresponding shape, then rapidly closing the mold, under a determined pressure ( from ten to a few hundred bars) to obtain, by compression and deformation of the hot composite material, the desired shape part corresponding to that of the two cold half-molds; after cooling the shape of the part is retained and the part is removed from the mold.
  • a determined pressure from ten to a few hundred bars
  • thermoplastic object reinforced by stamping is characterized by the discontinuity of the operations for manufacturing the plates on the one hand, and stamping, under a compression press, on the other hand.
  • the complete manufacturing process of the product in thermoplastic composite material includes a heating phase of the raw materials for forming the plates, followed by cooling of the thermoformed plates to ambient temperature, then a new heating phase of the blanks before introduction of these in the cold mold of the stamping press.
  • Unidirectional long fiber composites generally include the following steps: unwinding of strands of fibers; preheating of the wicks of fibers; impregnation of the wicks of fibers with thermoplastic resins; where appropriate heating of the impregnated fibers; calendering the wicks to obtain an impregnated fiber ribbon; cooling of the ribbon and winding of it on a storage reel.
  • the fiber wicks are generally impregnated either with molten thermoplastic polymers or with thermoplastic powders in the form of a fluidized bed of powders, these powders melting under the action of heat.
  • the fibers used are of all kinds.
  • natural or synthetic, mineral or organic fibers such as glass fibers, metal alloys, carbon fibers, cotton fibers made of cotton, hemp, fibers of polyacrylic resins, polyethylene, polypropylene, polyamides can be used. etc.
  • Thermoplastic fibers can also be used provided that their softening temperature is sufficiently higher than the processing temperatures to maintain their fiber structure.
  • wicks of fibers are impregnated from molten polymers, it is necessary to melt the thermoplastic polymer before the impregnation of said strands.
  • the methods of manufacturing unidirectional tapes require a heating phase to melt the thermoplastic impregnation material and shape the tape, followed by cooling.
  • thermoplastic composites After cooling, the thermoplastic composites are relatively rigid; the need to wind the unidirectional ribbon on reels of a diameter compatible with storage and transport, requires cala ⁇ drer the ribbon in relatively small thickness.
  • thermoplastic resin • wicks of fibers impregnated with a thermoplastic resin, to place this hot filiform thermoplastic composite on a mandrel in a mold of suitable shape and then to allow to cool gradually all the fibers deposited on the mandrel so that a bond is established rigid between said fibers thanks to the cooled thermoplastic material.
  • the assembly formed of threadlike thermoplastic composite constitutes the finished product and can be removed from the mandrel. If necessary, this assembly formed of filiform thermoplastic composite can be subjected to a stamping operation in a second mold after prior heating of said assembly.
  • the object of the invention is to propose a method of manufacturing an object stamped in a thermoplastic composite material, a method of the type initially mentioned and which avoids the drawbacks listed previously.
  • thermoplastic composite material at least partially a filiform composite ' with long fibers, mutually parallel and impregnated with a thermoplastic material, is used as the thermoplastic composite material
  • this filiform composite is preheated and it is continuously passed through a temperature regulation chamber to give it the stamping temperature, - said filiform composite is then continuously introduced into the first cold mold part of the stamping press until a predetermined quantity of filiform composite is deposited there, - said filiform composite is cut when said quantity is reached in the first part of the mold and the section of the filiform composite comprised between the cut end and the outlet of the temperature regulation enclosure is momentarily immobilized, while said filiform composite is continued to be supplied regulatory enclosure,
  • the running speeds of the filiform composite are chosen upstream and downstream of the control enclosure so that the length of the filiform composite delivered into the first mold part during a mold supply period is equal to the sum resulting from the lengths of filiform composite introduced into the regulation enclosure during, on the one hand, the period of feeding the mold and, on the other hand, the period of interruption of the feeding of the mold and immobilizing the section of filiform composite between the mold and the outlet of said enclosure.
  • the object of the invention can also be achieved because:
  • a filiform composite with long fibers which are parallel to one another and impregnated with a thermoplastic material, is used, - this filiform composite is preheated and continuously passed through a temperature control chamber to give it the stamping temperature,
  • the said filiform composite is then continuously introduced into the first part of the mold of a heated pre-mold which, if necessary forms part of a pre-stamping press, until a predetermined quantity of filiform composite is deposited there,
  • the said filiform composite is cut out when the said quantity is reached in the first part of the pre-mold and the section of the filiform composite is temporarily immobilized between the cut end and the outlet of the temperature regulation enclosure, while we continue to supply filiform composite to said control enclosure, - we store in this enclosure the quantity of filiform composite contained and arriving in said enclosure during the stopping of the supply of filiform composite to the first part of pre-mold until resumption of supply of the same or another first part of pre-mold, - the running speeds of the filiform composite are chosen upstream and downstream of the enclosure regulation so that the composite strand length charged into the first pre-part mold for a period f of the pre-mold power is equal to the sum resulting from lengths e filiform composite introduced into the control enclosure during the one hand, the pre-mold feeding period and, on the other hand, the period of interruption of the feeding of the pre-mold and immobilization of the section of filiform composite between the pre-mold and the outlet of said enclosure,
  • the hot blank or preform is rapidly transferred, if necessary with the hot pre-mold, to the first part of the cold mold of the stamping press, and
  • the present invention also relates to an installation for manufacturing an object stamped in a thermoplastic composite material of the type comprising from upstream to downstream in the direction of movement of said composite material:
  • thermoplastic material a store of long fiber reels, if necessary impregnated with a thermoplastic material
  • a movable head for distributing impregnated and heated fibers; and, - a stamping press comprising at least a first part of a cold mold intended to receive the filiform composite and a second part of a vertically movable cold mold, placed directly above the first part and intended to cooperate with the latter to produce an object stamped in threadlike thermoplastic composite.
  • the dispensing head comprises, on the one hand, drive and distribution means as well as, on the other hand, cutting means for the filiform component and that the device for regulating the temperature comprises an enclosure in which a buffer unit is provided for temporarily storing the quantity of filiform composite entering said enclosure during the stopping of the means for driving the filiform component in the dispensing head.
  • FIG. l, 2a_, 3a ⁇ show a plan view of some stamped objects in thermoplastic composite material capable of constituting applications of the invention, objects such as window frame, car door reinforcement, tennis racket;
  • Figures 1b, 2b_, 3Jb represent the same three objects, with the representation of the paths of the filiform composites in the molds corresponding to the objects according to Figures la_ to 3a_;
  • FIG. 4 is a diagram of an installation for implementing a method according to the invention.
  • FIG. 5a_ and 5b_ schematically represent a device for regulating the temperature provided with a buffer unit for the temporary storage of fibers, wicks, bundles or impregnated ribbons;
  • FIG. 6a_ and 6 show schematically, respecti ⁇ vely, a stamping press using two first lower mold parts allowing the implementation of a method according to the invention and comprising two loading stations;
  • FIG. 7a_ and 7] Î show an installation comprising two stamping presses each comprising two loading stations, and a feed robot for two stations, one of the two stations being part of a first press and the another post from the second press;
  • FIG. 9 shows a fourth variant of possible deposition trajectories of the material to be stamped
  • FIG. 10a_ to 10 _f show schematically the successive ⁇ sion of the operations for preparing a hot uncompressed blank of filiform thermoplastic composite
  • FIG. 13 is a plan view of a cross section through the dispensing head along the broken line XIII-XIII of FIG. 12.
  • FIGS. 1b, 2JD and 3] D show the directions of the paths of the filiform thermoplastic composite with unidirectional fibers 1 during deposition of the latter in a first mold part suitable for enabling the objects of FIGS. La_, 2a_ and 3a_, respectively , this in accordance with the invention, between a starting point 2 of the deposit and an end point 3 of this deposit, in order to produce the frames 4, 5 and 6 of said objects, respectively. It would not, however, depart from the scope of the invention to deposit the filiform composite with unidirectional long fibers along other paths.
  • filiform composites means composites having an almost infinite dimension in one direction relative to the dimensions in the other two directions, their fibers being impregnated or embedded in a thermoplastic material.
  • the section of filiform composites can be circular, square, rectangular, or correspond to more complex shapes. What characterizes a filiform composite is the existence of a dimension in one direction very much greater than the dimensions in the other directions. For example, a wire, a continuous bar, a ribbon, a strip, are filiform products despite the diversity of the sections, the length being able to be considered as infinite compared to the width.
  • the composite is cut and the feeding, that is to say the running of the filiform composite is momentarily interrupted at said level. first part of cold mold.
  • the first part of the mold having been filled with the necessary quantity of filiform thermoplastic composite with long fibers unidirectional, at the stamping temperature, that is to say hot, and following the chosen path, is closed quickly using the second cold mold part and vertically movable.
  • the quantity of thermoplastic composite deposited in the first part of the mold is compressed and under the effect of the compression rapidly fills the entire chamber delimited by the two parts of half-molds. and cools and freezes almost instantly on contact with the internal walls of the cold compression mold.
  • the cooled stamped part is removed from the mold.
  • the term cold mold or part of cold mold it should be understood that this mold is at a temperature of the order of 50 to 70 ° C., in contrast to the hot molds used for cooking products of ther odurable material.
  • the long fibers, continuously impregnated with a thermoplastic material and brought to the stamping temperature are brought together to form a bundle, which is deposited in a first part of the mold, along the path chosen, by the dispensing head provided on an arm, or on a carriage whose movement in space is programmable.
  • the dispensing head advantageously moves on a template representing the path of deposition of the filiform thermoplastic composite.
  • FIG. 4 represents the diagram of an installation allowing the implementation of the process which is the subject of the invention, in which the deposition of the filiform composite in the mold is carried out by a dispensing head mounted on an arm articulated in space.
  • This installation comprises from upstream to downstream, in the direction of movement or of travel of the filiform composite material: - a magazine A comprising a number of coils 7 from which long fibers 1 are drawn off which in the case of the example are not not yet impregnated with a thermoplastic resin;
  • thermoplastic material or resin a device for heating and impregnating B of the long fibers 1 with a thermoplastic material or resin, the impregnation being able to be made with a liquid thermoplastic material provided in a tank or else with a pulverulent thermoplastic material to form the filiform composite;
  • thermoplastic material in the powder state in the case where the impregnation is carried out with a thermoplastic material in the powder state
  • a movable dispensing head T mounted on a movable carriage or on an articulated arm F and serving to deposit the hot, thermoplastic, filiform composite, with unidirectional long fibers in a first part of a cold mold;
  • a cold mold G comprising a first lower cold mold part and a second cold mold part, vertically movable, arranged above the first mold part and intended to come to cooperate with the latter to produce by stamping a composite object filiform thermoplastic, and
  • a stamping press H which receives the two cold mold parts and ensures the closing of the mold and the compression of the composite contained therein under pressure, necessary.
  • the non-impregnated fibers are withdrawn from the reels 7 of the magazine A and are impregnated in the device B; thermoplastic resin, if it has not been deposited on the fibers to the liquid state, is melted in the device C; this is the case where the impregnation in the device B was carried out with a product in the powder state; the fibers then forming the thermoplastic composite with unidirectional long fibers are pulled or entrained by the drive device D and optionally simultaneously compacted into one or more bundles 8; the temperature of the thermoplastic composite and more particularly of the resin is optionally adjusted in the device E (by heating or by cooling) at the stamping temperature.
  • the bundle 8 or the fibers 1 then pass over the articulated arm F, or a carriage carrying the dispensing head T whose movement in space is programmable; this dispensing head T comprises drive means such as at least one drive roller 21, a support board 22 disposed vertically in a passage cavity 23 of the head T in an axial plane of said head T next to d 'an ejection opening or mouth 24, as well as springs 25 intended to urge said driving roller 21 elastically against a bearing face of said board 22.
  • drive means such as at least one drive roller 21, a support board 22 disposed vertically in a passage cavity 23 of the head T in an axial plane of said head T next to d 'an ejection opening or mouth 24, as well as springs 25 intended to urge said driving roller 21 elastically against a bearing face of said board 22.
  • This dispensing head T also comprises quick cutting means 26 which are arranged in the passage cavity 23 above and near the ejection mouth 24 and below the drive roller 21, next to the support board 22 which in this case serves as a counter-support for the cutting edges of the means cutting 26, the fibers or fiber bundles 8 running along the support board 22 and being clamps between the latter and the periphery of the drive roller 21.
  • the bundle 8 is cut and its advancement through the head T is stopped when l the amount of composite deposited in the first part of the mold corresponds to the amount necessary to fill the mold chamber, this chamber being delimited by the interior walls of the two cold mold parts.
  • the deposition of the filiform composite in the first mold part must be carried out in a very short time which is of the order of ten seconds to avoid premature cooling of the filiform composite material.
  • the mold is then closed under pressure by the descent of the mold part H press upper; thanks to the compression of the hot filiform composite material in the mold G, this material is forced against the cold walls of the mold chamber where it freezes quickly following the cooling which it undergoes; the part thus stamped is demolded after cooling thereof and opening of the mold G.
  • the withdrawal of the fibers 1, the impregnation of the fibers. 1 and their transport or advancement to the regulating device E continue normally and are not interrupted.
  • the temperature control device E comprises an enclosure 27 in which a buffer unit 28 is provided for temporarily storing, for example by increasing the path of the fibers 1 or bundles 8, the quantity of thermoplastic composite. filiform entering the regulating device E, that is to say in the enclosure during the stopping of the drive means 21 of said filiform composite in the dispensing head T.
  • the speed of travel of the section of fibers or filiform composite upstream of the enclosure 27 of the regulation device is chosen and that of the section of fibers or filiform composite 1 or 8 downstream of said enclosure 27 so that the length of the composite filiform cut into the first mold part by the dispensing head T during a continuous feeding period of the mold G is equal to the sum of the lengths resulting from the lengths of filiform composite introduced into the enclosure 27 of the regulating device E during, on the one hand, the period of supply of the mold G by the dispensing head T and, on the other hand, the period of interruption of the supply of the mold G by said head T and of immobilization of the section of filiform composite comprised between the mold, or more precisely said the dispensing head T, and the outlet of the enclosure 27 of the regulation device E.
  • the speed of travel of the section of filiform composite in downstream of the enclosure 27 is greater than that of the section upstream of said enclosure 27, the section of composite downstream of the enclosure 27 runs intermittently while the section of composite upstream of the enclosure 27 runs so continuous and the quantity of filiform composite entering the enclosure 27 during a period of stoppage of the section of filiform composite downstream of the enclosure 27 is stored there temporarily until the supply of the mold is resumed. to say the travel of the downstream section of filiform composite through the dispensing head T.
  • the method according to the invention is therefore remarkable by loading the mold G almost continuously with a continuous preparation of the hot filamentary thermoplastic composites with long unidirectional fibers delivered directly into the cold stamping mold. .
  • the buffer unit 28 comprises several fixed return rollers 9a and several return rollers movable in translation 9b between two extreme points, one of which is close to the fixed roller 9a and the other distant of the last.
  • the return rollers 9a, 9b are arranged with a horizontal axis and are parallel to one another.
  • the movable rollers 9b are guided along vertical parallel paths in vertical guides 9c receiving the lateral ends 9d of said rollers 9b.
  • Return springs not shown, urge the dancer rolls 9b in a position in which they are the farthest from a fixed roller 9a and in which the fibers or fiber bundles 1.8 contained in the enclosure 27 of the regulating device E are slightly stretched.
  • a pair of drive rollers 29 can be provided at the outlet from the enclosure 27, this pair of drive rollers 29 being stopped or running at the same time as the drive roller 21 of the dispensing head T .
  • the fibers or bundles of fibers pass at the entrance to the enclosure 27 first on a fixed roller 9a and then wind, from upstream to downstream of their path, alternately around a movable dancer roller 9b and a fixed roller 9a before passing if necessary, at the outlet of the enclosure 27, between the rollers of a pair of drive rollers 29.
  • the buffer unit 28 may also be constituted by any other similar device allowing the temporary storage of the composite, such as a conveyor belt, on which the filiform composite is deposited continuously at the exit of its production line, then taken up continuously at the downstream end of the conveyor belt to feed the mold via the dispensing head T secured to the articulated arm or the carriage.
  • the buffer unit 28 for the temporary storage of the thermoplastic filiform composite with unidirectional long fibers (dancer return rollers, conveyor belt, work tables on slide or other), it is possible to maintain the temperature of the composite being in the regulating device E and its buffer unit 28 during the waiting period and / or regulating the temperature by a heating, infrared or other ramp provided in said device E. It is also possible, as a variant, to use two first half-mold parts in tandem and feed one of them when the other is closed and in the stamping position and vice-versa.
  • the stamping press H is equipped for example with a second mold part or punch mounted on the upper movable plate and with two lower work tables mounted on slides, on which the first two mold parts are arranged.
  • the press opens, the assembly of the two tables slides laterally so that the first part of the mold containing the part which has just been stamped is outside and next to the press frame H and that the other first mold part or matrix which has just been filled with a determined quantity of composite is again under the second upper mold part.
  • the second upper mold part is closed again on the filled die, the other die is discharged during this time from the finished part and filled with a new quantity of composite.
  • This mode of operation requires working with a press comprising two dies mounted in tandem on the work tables and by a punch mounted on the movable plate, or alternatively, according to the drawing of the part, by two punches mounted in tandem movable in translation. horizontal on the work table and by a die mounted on the movable plate vertically above the punch located in the press.
  • FIGS. 7a_ and 7l ⁇ represent an installation comprising two presses Hl and H2 each comprising two loading stations 12,13 or 14,15 situated on either side of the frame of the corresponding press Hl or H2.
  • the two stamping presses H1, H2 are preferably arranged one opposite the other so that one or the other of the lateral loading stations 12,13 (or 14,15) of a press , for example Hl, is located opposite one or the other of the loading stations 14,15 (or 12,13) of the other press, for example H2.
  • each press is associated with a pair of first cold mold parts 16a, 16b and 17a, 17b movable in horizontal translation on rails 16c or 17c between a compression or stamping station in which the one of the first two mold parts 16a, 16b or 17a, i7b 'integral with one another is in vertical alignment with and below the second cold mold part 16d or 17d of the same stamping press Hl or H2, and one of the two loading stations 12,13 or 14,15 located on either side of an Hl or H2 press on the horizontal path of said pair of first mold parts 16a, 16b or 17a , 17b.
  • a dispensing head Tl carried by the free end of an articulated arm of a robot 18a disposed midway between the loading stations 12 and 14.
  • a similar arrangement is provided for the loading stations 13 and 15 of the two presses H1 and H2, to which corresponds the position T2 of the dispensing head and the position 18b of the robot.
  • the dispensing head Tl can pivot around a vertical axis from the loading station 12 to the loading station 14 and the head T2 can pivot from its position above one of the loading stations 13,15 to the other.
  • the cutting means 26 of the dispensing head comprise at least one cutting blade 26a_, for example of the oscillating type, disposed inside the cavity 23 downstream of the drive roller 21 and near the mouth ejection 24. If it is desired to debit the filiform composite 1.8 into sections of more or less long composite, it is possible to provide a plurality of oscillating cutting blades 26a_ superimposed and guided along parallel and oblique paths from top to bottom in the direction of the support board 22. Thus, when the cutting edges of the cutting blades 26a_ shear the filiform composite 1,8 against the support board 22, they simultaneously push the upstream end of the cut composite section towards the ejection mouth 24 and pull the next composite down.
  • the deposition in the mold of the filiform thermoplastic composite with unidirectional long fibers is carried out along a path which reinforces the desired directions.
  • the deposition in the mold of the thermoplastic filiform composite with unidirectional long fibers is carried out along a trajectory which restores, in the part molded in compression, the isotropy of the characteristics .
  • thermoplastic filiform composite with unidirectional long fibers is deposited along the contours of the rectangle, then in continuous spirals, as shown schematically in FIG. 9, there will be obtained, after stamping, a part whose characteristics of the central panel 19 are isotropic, except for the rectangular contour 20, where the characteristics are reinforced and anisotropic.
  • the product being made up of filiform composite the deposition of this composite in the mold can be carried out in a precise and easy way by using for the dispensing head a support such as an arm or a carriage moving on a template. Likewise, it is relatively easy to measure the quantity of composite deposited, by measuring the length of composite delivered at the level of the distributor head by associating with the drive roller 21 a rev counter the diameter of said roller 21 and the section of the composite being known. Finally, cutting a thread-like composite at the level of the dispensing head T at the end of loading a first mold part is a simple operation.
  • the heating being carried out continuously on filiform thermoplastic composites with long unidirectional fibers, and these composites being immediately immediately deposited hot in the mold, without resumption of handling, the surface defects of the stamped parts are avoided; it is well known that these surface defects cause numerous rejects which are very difficult to avoid when, in the known methods, the blanks are heated and handled, when they are still hot, in order to load the mold of the press.
  • the impregnation of the fibers, on the one hand, and the deposition in the stamping mold of the filiform thermoplastic composites with long unidirectional fibers on the other hand, being carried out in a continuous operation the balance energy consumption is clearly improved, since heating, then cooling of the composite in a separate impregnation operation, and then reheating of the composite for loading the stamping mold are avoided.
  • the pre-mold 30 is obviously also mobile in translation between the supply station below the dispensing head T and the preform unloading station 32 which is unloaded as a whole from the inverted pre-mold 30 by gravity, pneumatic thrust or any other suitable means.
  • the hot or heated pre-mold 30 where the first by cold mold tie of the stamping press can receive at least one layer or ply of filiform composite cut into more or less long discontinuous sections and at least one layer or ply of continuous filiform composite, the discontinuous composite layer being preferably arranged on the inner wall of the hot pre-mold or that of the first part of the cold mold of the stamping press.
  • the layer or ply of composite with continuous fibers is placed on the layer or ply of composite with cut or staple fibers in contact with the internal wall of the first part of the cold mold.
  • the composite with long fibers is advantageously deposited in the hot pre-mold or in the first part of the cold mold along a path and a drawing whose location corresponds to that which said long fibers will occupy in the final product, so as to extend therein in a direction oriented in a preferred direction of anisotropy of said product after stamping.
  • thermoplastic composite material As is schematically indicated on the figures lia to llç_.
  • a cold continuous filiform composite 37 is cut into shorter or longer sections using a pair of shorter or longer rollers using a pair of drive rollers 36a_, 36b_, one of which (36a_ ) has on its periphery a number of oblique cutting blades 38 and is resiliently biased against the other drive roller 36j.
  • These sections of cold filiform composite made up of fibers impregnated with a thermoplastic material are cut into the bottom of a pre-mold 39 whose inner wall 40 is heated and whose bottom consists of an ejection piston 41.
  • This pre -mould 39 is articulated on a horizontal axis 42 so that it can be tilted 180 between a loading position (FIG.
  • this blank 35 is transported in its pre-mold 39 to the top of the first part of the cold mold 44 where, after tilting of the pre-mold 39 (FIG. 11) it is unloaded in block in the first part of the cold mold 44 of the stamping press.
  • the cut composites can be deposited in the cold mold:
  • the two types of materials are deposited simultaneously.
  • a hot mass of chopped fiber composite can be deposited in a single operation onto which the continuous long fiber composite is deposited, thereby increasing the thermal inertia of the assembly.
  • the visible part which may, depending on the case, be constituted by the bottom or the surface of the loaded mold
  • the visible part is essentially constituted by composite with cut fibers or by a matrix not loaded with fibers.
  • the surface appearance is improved by switching from the continuous long fiber composite to the cut fiber composite and to the uncharged fiber matrix.
  • the search for the optimal surface condition can therefore lead to the addition of the uncharged matrix to the visible part of the finished part (bottom or surface of the mold).

Abstract

The invention relates to a method for fabricating a stamped object made of thermoplastic composite material wherein the material is heated to the stamping temperature and placed in one of the parts of a cold mould of a stamping press. According to the method, a filamentary composite material with long fibres is used; the filamentary composite material is preheated to the stamping temperature; the filamentary composite is then continuously introduced in the first part of the cold mould; the filamentary composite is cut when the first part of the mould is filled and the section comprised between the cut end and the outlet of a temperature regulation housing is immobilized while continuing feeding said housing; the composite contained in and arriving to said housing is stored therein till the feeding of the first mould part is resumed; and the running speeds of the filamentary composite are selected upstream and downstream of the regulation housing so that the length introduced in the first mould part is equal to the sum of lengthes introduced in the housing during the mould feeding period and during the interruption of such feed.

Description

Procédé et installation d'un objet estampé en un matériau composite thermoplastique. Method and installation of an object stamped in a thermoplastic composite material.
La présente invention concerne un procédé et une installation de fabrication d'un objet estampé en un matériau composite thermoplastique. Selon un procédé connu le matériau composite thermoplastique est chauffé à la température d'estampage avant d'être placé en une quantité suffisante dans l'une des deux parties d'un moule froid de compression faisant partie d'une presse d'estampage et comportant une partie de moule fixe et une partie de moule mobile de manière à pouvoir venir fermer rapidement contre la partie de moule fixe et compresser fortement le matériau composite pour lui donner la forme définitive du produit et pour refroidir brusquement le matériau contenu dans ledit moule avant la réouverture de celui-ci et l'évacuation dudit produit estampé et refroidi.The present invention relates to a method and an installation for manufacturing an object stamped in a thermoplastic composite material. According to a known process, the thermoplastic composite material is heated to the stamping temperature before being placed in a sufficient quantity in one of the two parts of a cold compression mold forming part of a stamping press and comprising a fixed mold part and a movable mold part so that it can quickly close against the fixed mold part and strongly compress the composite material to give it the final shape of the product and to suddenly cool the material contained in said mold before the reopening of the latter and evacuation of said stamped and cooled product.
Le procédé de formage d'un objet par compression d'un matériau composite thermoplastique, encore appelé "estampage", consiste à découper des ' plaques de composites thermoplastiques à caractéristiques isotropes, en flans de dimensions plus petites, à chauffer un nombre suffisant de flans â une température telle que la matière thermoplastique devienne plastique, à remplir un demi moule froid avec lesdits flans, à couvrir ce premier demi-moule par un deuxième demi-moule de forme correspondante, puis à fermer rapidement le moule, sous une pression déterminée (d'une dizaine à quelques centaines de bars) pour obtenir, par compression et déformation du matériau composite chaud, la pièce de forme recherchée correspondant à celle des deux demi-moules froids ; après refroidissement la forme de la pièce est conservée et la pièce est démoulée. II existe de nombreuses méthodes de production des plaques en matières thermoplastiques renforcées de fibres qui sont appeléesThe process for forming an object by compression of a thermoplastic composite material, also called "stamping", consists of cutting ' plates of thermoplastic composites with isotropic characteristics, into blanks of smaller dimensions, to heat a sufficient number of blanks at a temperature such that the thermoplastic material becomes plastic, filling a cold half-mold with said blanks, covering this first half-mold with a second half-mold of corresponding shape, then rapidly closing the mold, under a determined pressure ( from ten to a few hundred bars) to obtain, by compression and deformation of the hot composite material, the desired shape part corresponding to that of the two cold half-molds; after cooling the shape of the part is retained and the part is removed from the mold. There are many methods of producing sheets of fiber-reinforced thermoplastics which are called
"TRE" (Thermoplastiques Renforcés Estampables) ."TRE" (Stampable Reinforced Thermoplastics).
Quels que soient les modes de fabrication des plaques "TRE", l'inconvénient majeur du procédé connu de fabrication d'un objet thermoplastique renforcé par estampage est caractérisé par la discontinuité des opérations de fabrication des plaques d'une part, et d'estampage, sous une presse en compression, d'autre part.Whatever the methods of manufacturing "TRE" plates, the major drawback of the known method of manufacturing a thermoplastic object reinforced by stamping is characterized by the discontinuity of the operations for manufacturing the plates on the one hand, and stamping, under a compression press, on the other hand.
Entre ces deux opérations distinctes, de fabrication des plaques "TRE", d'une part, et l'estampage, d'autre part, se situent les opérations de découpe des flans, de pesée, de chauffage des flans et de positionnement des flans dans le moule.Between these two distinct operations, manufacturing "TRE" plates, on the one hand, and stamping, on the other hand, are the operations of cutting the blanks, weighing, heating the blanks and positioning the blanks in the mold.
D'autres inconvénients résident dans la difficulté d'optimiser l'utilisation du matériau composite, la perte d'énergie et les nombreuses manipulations du matériau composite thermoplastique. Les plaques en matériau composite dans lesquelles les flans sont découpés sont isotropes. Ceci est un avantage quand la pièce â estamper doit également avoir des caractéristiques isotropes. Si par contre la pièce nécessite des caractéristiques par exemple de résistance plus élevées dans certaines directions, il faut ajouter aux flans remplissant le demi-moule, des rubans de fibres unidirectionnels positionnés en fonction des renforts à obtenir.Other drawbacks lie in the difficulty of optimizing the use of the composite material, the loss of energy and the numerous manipulations of the thermoplastic composite material. The composite material plates from which the blanks are cut are isotropic. This is an advantage when the piece to be stamped must also have isotropic characteristics. If, on the other hand, the part requires characteristics, for example of higher resistance in certain directions, it is necessary to add to the blanks filling the half-mold, unidirectional fiber ribbons positioned according to the reinforcements to be obtained.
Il existe enfin de nombreux produits qui doivent présenter des caractéristiques essentiellement anisotropes, tels que des montants de fenêtres, des renforts de portes de voitures, des raquettes de tennis, produits représentés schêmatiquement par les figures la_, 2a_ et 3a_ du dessin annexe. Dans tous les cas, l'utilisation de flans isotropes pour fabriquer des produits particulièrement anisotropes conduit à un gaspillage . de matière et/ ou à des propriétés faibles.Finally, there are many products which must have essentially anisotropic characteristics, such as window frames, reinforcements for car doors, tennis rackets, products shown schematically in Figures la_, 2a_ and 3a_ of the accompanying drawing. In all cases, the use of isotropic blanks to manufacture particularly anisotropic products leads to waste . of material and / or with weak properties.
Le processus complet de fabrication du produit en matériau composite thermoplastique comprend une phase de chauffage des matières premières pour le formage des plaques, suivie d'un refroidissement des plaques thermoformées à la température ambiante, puis une nouvelle phase de chauffage des flans avant l'introduction de ceux-ci dans le moule froid de la presse d'estampage.The complete manufacturing process of the product in thermoplastic composite material includes a heating phase of the raw materials for forming the plates, followed by cooling of the thermoformed plates to ambient temperature, then a new heating phase of the blanks before introduction of these in the cold mold of the stamping press.
Pour alimenter la presse, il est nécessaire de découper les flans, de les chauffer, puis de les manipuler pendant qu'ils sont chauds et donc très malléables, ce qui entraîne de nombreux défauts ponctuels de surface, et la nécessité d'une main d'oeuvre importante.To feed the press, it is necessary to cut the blanks, to heat them, then to handle them while they are hot and therefore very malleable, which leads to numerous point surface defects, and the need for a hand d important work.
Les procédés connus pour fabriquer des rubans en matériaux composites à fibres longues unidirectionnelles comportent généralement les étapes suivantes : déroulement de mèches de fibres ; préchauffage des mèches de fibres ; imprégnation des mèches de fibres par des résines thermoplastiques ; le cas échéant chauffage des fibres imprégnées ; calandrage des mèches pour obtenir un ruban de fibres imprégné ; refroidissement du ruban et enroulement de celui-ci sur une bobine de stockage.Known processes for manufacturing ribbons from materials Unidirectional long fiber composites generally include the following steps: unwinding of strands of fibers; preheating of the wicks of fibers; impregnation of the wicks of fibers with thermoplastic resins; where appropriate heating of the impregnated fibers; calendering the wicks to obtain an impregnated fiber ribbon; cooling of the ribbon and winding of it on a storage reel.
L'imprégnation des mèches de fibres est généralement faite, soit avec des polymères thermoplastiques fondus, soit avec des poudres thermoplastiques sous forme d'un lit fluidisé de poudres, ces poudres fondant sous l'action de la chaleur.The fiber wicks are generally impregnated either with molten thermoplastic polymers or with thermoplastic powders in the form of a fluidized bed of powders, these powders melting under the action of heat.
Les fibres utilisées sont de toutes natures. Ainsi, on peut utiliser des fibres naturelles ou synthétiques, minérales ou organiques telles que des fibres de verre, en alliages métalliques, de carbone, des fibres textiles en coton, en chanvre, des fibres en résines polyacryliques, en polyéthylêne, polypropylène, en polyamides etc.. On peut aussi utiliser des fibres thermoplas£iques à condition que leur température de ramolissement soit suffisamment supérieure aux températures de traitement pour conserver leur structure de fibres.The fibers used are of all kinds. Thus, natural or synthetic, mineral or organic fibers such as glass fibers, metal alloys, carbon fibers, cotton fibers made of cotton, hemp, fibers of polyacrylic resins, polyethylene, polypropylene, polyamides can be used. etc. Thermoplastic fibers can also be used provided that their softening temperature is sufficiently higher than the processing temperatures to maintain their fiber structure.
Si l'imprégnation des mèches de fibres est faite à partir de polymères fondus, il est nécessaire de faire fondre le polymère thermoplastique avant l'imprégnation desdites mèches.If the wicks of fibers are impregnated from molten polymers, it is necessary to melt the thermoplastic polymer before the impregnation of said strands.
Si l'imprégnation est faite â partir de polymères à l'état de poudre, cette imprégnation des mèches doit être immédiatement suivie d'un chauffage pour faire fondre la poudre polymère.If the impregnation is made from polymers in the powder state, this impregnation of the locks must be immediately followed by heating to melt the polymer powder.
Dans tous les cas, les procédés de fabrication de rubans unidirectionnels nécessitent une phase de chauffage pour fondre la matière thermoplastique d'imprégnation et conformer le ruban, suivi d'un refroidissement.In all cases, the methods of manufacturing unidirectional tapes require a heating phase to melt the thermoplastic impregnation material and shape the tape, followed by cooling.
Après refroidissement, les composites thermoplastiques sont relativement rigides ; la nécessité d'enrouler le ruban unidirectionnel sur des bobines d'un diamètre compatible avec le stockage et le transport, oblige à calaπdrer le ruban en épaisseur relativement faible.After cooling, the thermoplastic composites are relatively rigid; the need to wind the unidirectional ribbon on reels of a diameter compatible with storage and transport, requires calaπdrer the ribbon in relatively small thickness.
Ces rubans peuvent être découpés en tronçons et être incorporés dans les produits en tant que renforts dans certaines directions desdits produits. La mise en oeuvre de ces tronçons de ruban, qui doit être associée à celle des flans isotropes, est cependant difficile et engendre des manipulations supplémentaires. Pour atténuer ces inconvénients dans une certaine mesure, il a déjà été proposé (voir brevet GB 2 150 070) de fabriquer en continuThese ribbons can be cut into sections and be incorporated in products as reinforcements in certain directions of said products. The implementation of these sections of tape, which must be associated with that of the isotropic blanks, is however difficult and generates additional manipulations. To mitigate these drawbacks to a certain extent, it has already been proposed (see patent GB 2,150,070) to manufacture continuously
des mèches de fibres imprégnées d'une résine thermoplastique, de disposer ce composite thermoplastique filiforme chaud sur un mandrin dans un moule de forme appropriée et de laisser ensuite refroidir progressivement l'ensemble des fibres déposé sur le mandrin pour que s'établisse une liaison rigide entre lesdites fibres grâce à la matière thermoplastique refroidie. Une fois refroidi, l'ensemble formé de composite thermoplastique filiforme constitue le produit fini et peut être enlevé du mandrin. En cas de besoin, cet ensemble formé de composite thermoplastique filiforme peut être soumis à une opération d'estampage dans un deuxième moule après chauffage préalable dudit ensemble. wicks of fibers impregnated with a thermoplastic resin, to place this hot filiform thermoplastic composite on a mandrel in a mold of suitable shape and then to allow to cool gradually all the fibers deposited on the mandrel so that a bond is established rigid between said fibers thanks to the cooled thermoplastic material. Once cooled, the assembly formed of threadlike thermoplastic composite constitutes the finished product and can be removed from the mandrel. If necessary, this assembly formed of filiform thermoplastic composite can be subjected to a stamping operation in a second mold after prior heating of said assembly.
On comprend aisément que ce mode opératoire conduit également à des dépenses énergétiques importantes, â des manipulations supplémentaires et surtout ne se prête pas à une mise en oeuvre continue du procédé de fabrication d'un produit en composite thermoplastiquε filiforme comportant des zones isotropes et/ou des zones anisotropes.It is easy to understand that this operating mode also leads to significant energy expenditure, to additional handling and above all does not lend itself to continuous implementation of the process for manufacturing a product in a thermoplastic, filiform composite comprising isotropic zones and / or anisotropic areas.
L'invention a pour but de proposer un procédé de fabrication d'un objet estampé en un matériau composite thermoplastique, procédé du type initialement mentionné et qui évite les inconvénients énumérés préalablement.The object of the invention is to propose a method of manufacturing an object stamped in a thermoplastic composite material, a method of the type initially mentioned and which avoids the drawbacks listed previously.
Selon l'invention, ce but est atteint du fait que :According to the invention, this object is achieved because:
- l'on utilise en tant que matériau composite thermoplastique au moins partiellement un composite filiforme ' à fibres longues, parallèles entre-elles et imprégnées d'une matière thermoplastique,- at least partially a filiform composite ' with long fibers, mutually parallel and impregnated with a thermoplastic material, is used as the thermoplastic composite material,
- l'on préchauffe ce composite filiforme et on le fait passer en continu dans une enceinte de régulation de température pour lui conférer la température d'estampage, - l'on introduit ensuite en continu ledit composite filiforme dans la première partie de moule froide de la presse d'estampage jusqu'à ce qu'y soit déposée une quantité prédéterminée de composite filiforme, - l'on découpe ledit composite filiforme lorsque ladite quantité est atteinte dans la première partie de moule et l'on immobilise momentanément le tronçon du composite filiforme compris entre l'extrémité coupée et la sortie de l'enceinte de régulation de température, tandis que l'on continue à alimenter en composite filiforme ladite enceinte de régulation,this filiform composite is preheated and it is continuously passed through a temperature regulation chamber to give it the stamping temperature, - said filiform composite is then continuously introduced into the first cold mold part of the stamping press until a predetermined quantity of filiform composite is deposited there, - said filiform composite is cut when said quantity is reached in the first part of the mold and the section of the filiform composite comprised between the cut end and the outlet of the temperature regulation enclosure is momentarily immobilized, while said filiform composite is continued to be supplied regulatory enclosure,
- l'on stocke dans cette enceinte la quantité de composite filiforme contenue et arrivant dans ladite enceinte pendant l'arrêt de l'alimentation en composite filiforme de la première partie de moule jusqu'à la reprise de l'alimentation de la même ou d'une autre première partie de moule, et- One stores in this enclosure the quantity of filiform composite contained and arriving in said enclosure during the stopping of the supply of filiform composite of the first part of mold until the resumption of the feeding of the same or d '' another first part of the mold, and
- l'on choisit les vitesses de défilement du composite filiforme en amont et en aval de l'enceinte de régulation de telle sorte que la longueur du composite filiforme débitée dans-la première partie de moule pendant une période d'alimentation du moule soit égale à la somme résultant des longueurs de composite filiforme introduite dans l'enceinte de régulation pendant d'une part, la période d'alimentation du moule et, d'autre part, la période d'interrup¬ tion de l'alimentation du moule et d'immobilisation du tronçon de composite filiforme compris entre le moule et la sortie de ladite enceinte.- the running speeds of the filiform composite are chosen upstream and downstream of the control enclosure so that the length of the filiform composite delivered into the first mold part during a mold supply period is equal to the sum resulting from the lengths of filiform composite introduced into the regulation enclosure during, on the one hand, the period of feeding the mold and, on the other hand, the period of interruption of the feeding of the mold and immobilizing the section of filiform composite between the mold and the outlet of said enclosure.
Le but de l'invention peut également être atteint du fait que :The object of the invention can also be achieved because:
- l'on utilise en tant que matériau composite thermoplastique au moins partiellement un composite filiforme à fibres longues, parallèles entre-elles et imprégnées d'une matière thermoplastique, - l'on préchauffe ce composite filiforme et on le fait passer en continu dans une enceinte de régulation de température pour lui conférer la température d'estampage,- as a thermoplastic composite material at least partially, a filiform composite with long fibers, which are parallel to one another and impregnated with a thermoplastic material, is used, - this filiform composite is preheated and continuously passed through a temperature control chamber to give it the stamping temperature,
- l'on introduit ensuite en continu ledit composite filiforme dans la première partie de moule d'un pré-moule chauffé qui, le cas échéant fait partie d'une presse de pré-estampage, jusqu'à ce qu'y soit déposée une quantité prédéterminée de composite filiforme,the said filiform composite is then continuously introduced into the first part of the mold of a heated pre-mold which, if necessary forms part of a pre-stamping press, until a predetermined quantity of filiform composite is deposited there,
- l'on découpe ledit composite filiforme lorsque ladite quantité est atteinte dans la première partie de pré-moule et l'on immobilise momentanément le tronçon du composite filiforme compris entre l'extrémité coupée et la sortie de l'enceinte de régulation de température, tandis que l'on continue à alimenter en composite filiforme ladite enceinte de régulation, - l'on stocke dans cette enceinte la quantité de composite filiforme contenue et arrivant dans ladite enceinte pendant l'arrêt de l'alimentation en composite filiforme de la première partie de pré-moule jusqu'à la reprise de l'alimentation de la même ou d'une autre première partie de pré-moule, - l'on choisit les vitesses de défilement du composite filiforme en amont et en aval de l'enceinte de régulation de telle sorte que la longueur du composite filiforme débitée dans la première partie de pré-moule pendant une période dfalimentation du pré-moule soit égale à la somme résultant des longueurs de composite filiforme introduite dans l'enceinte de régulation pendant d'une part, la période d'alimentation du pré-moule et, d'autre part, la période d'interruption de l'alimentation du pré-moule et d'immobilisation du tronçon de composite filiforme compris entre le pré-moule et la sortie de ladite enceinte, - l'on comprime le cas échéant le composite filiforme contenu dans le pré-moule chaud et l'on forme une ébauche ou pré-forme que l'on maintient chaude, et,the said filiform composite is cut out when the said quantity is reached in the first part of the pre-mold and the section of the filiform composite is temporarily immobilized between the cut end and the outlet of the temperature regulation enclosure, while we continue to supply filiform composite to said control enclosure, - we store in this enclosure the quantity of filiform composite contained and arriving in said enclosure during the stopping of the supply of filiform composite to the first part of pre-mold until resumption of supply of the same or another first part of pre-mold, - the running speeds of the filiform composite are chosen upstream and downstream of the enclosure regulation so that the composite strand length charged into the first pre-part mold for a period f of the pre-mold power is equal to the sum resulting from lengths e filiform composite introduced into the control enclosure during the one hand, the pre-mold feeding period and, on the other hand, the period of interruption of the feeding of the pre-mold and immobilization of the section of filiform composite between the pre-mold and the outlet of said enclosure, - if necessary compress the filiform composite contained in the hot pre-mold and form a blank or pre-form which is keeps warm, and,
- l'on transfère rapidement l'ébauche ou pré-forme chaude, le cas échéant avec le pré-moule chaud jusque la première partie de moule froide de la presse d'estampage, etthe hot blank or preform is rapidly transferred, if necessary with the hot pre-mold, to the first part of the cold mold of the stamping press, and
- l'on dispose l'ébauche chaude ou la pré-forme dans ladite première partie de moule froide et on estampe ladite ébauche ou pré-forme à l'aide du moule d'estampage froid.- The hot blank or the preform is placed in said first cold mold part and said blank or preform is stamped using the cold stamping mold.
Grâce à cette conception, on réalise un procédé de fabrication économique en énergie et manipulation, qui malgré les arrêts impératifs de l'alimentation du moule d'estampage peut être mis en oeuvre d'une façon quasi-continue et aboutir à des produits à caractéristiques soit isotropes, soit anisotropes, soit isotropes à certains endroits et anisotropes à d'autres endroits. La présente invention concerne aussi une installation de fabrication d'un objet estampé en un matériau composite thermoplastique du type comprenant d'amont en aval dans le sens du déplacement dudit matériau composite :Thanks to this design, we realize a manufacturing process that is economical in energy and handling, which despite stops The requirements for feeding the stamping mold can be implemented in a quasi-continuous manner and lead to products with characteristics either isotropic, or anisotropic, or isotropic in certain places and anisotropic in other places. The present invention also relates to an installation for manufacturing an object stamped in a thermoplastic composite material of the type comprising from upstream to downstream in the direction of movement of said composite material:
- un magasin de bobines de fibres longues, le cas échéant imprégnées d'une matière thermoplastique ;- a store of long fiber reels, if necessary impregnated with a thermoplastic material;
- le cas échéant un dispositif de chauffage et d'imprégnation des fibres longues avec une matière thermoplastique liquide ou pulvérulente pour former un composite filiforme ;- If necessary, a device for heating and impregnating long fibers with a liquid or pulverulent thermoplastic material to form a filiform composite;
- un dispositif d'entraînement des fibres imprégnées et chauf- fées ;- a device for driving the impregnated and heated fibers;
- un dispositif de régulation de la température des fibres im¬ prégnées ;- a device for regulating the temperature of the impregnated fibers;
- une tête mobile de distribution des fibres imprégnées et chauffées ; et, - une presse d'estampage comportant au moins une première par¬ tie de moule froide destinée à recevoir le composite filiforme et une deuxième partie de moule froide verticalement mobile, disposée à l'aplomb de la première partie et destinée â venir coopérer avec celle-ci pour produire un objet estampé en composite thermoplastique filiforme.- a movable head for distributing impregnated and heated fibers; and, - a stamping press comprising at least a first part of a cold mold intended to receive the filiform composite and a second part of a vertically movable cold mold, placed directly above the first part and intended to cooperate with the latter to produce an object stamped in threadlike thermoplastic composite.
Cette installation est caractérisée selon l'invention du fait que la tête de distribution comprend, d'une part, des moyens d'entraînement et de distribution ainsi que, d'autre part, des moyens de découpe pour le composant filiforme et que le dispositif de régulation de la température comprend une enceinte dans laquelle est prévue une unité tampon pour stocker temporairement la quantité de composite filiforme entrant dans ladite enceinte pendant l'arrêt des moyens d'entraînement du composant filiforme dans la tête de distribution. Les objets de la présente invention seront encore mieux compris à l'aide de la description suivante de plusieurs modes de réalisation du procédé et de l'installation selon l'invention, description faite en référence au dessin annexé sur lequel :This installation is characterized according to the invention in that the dispensing head comprises, on the one hand, drive and distribution means as well as, on the other hand, cutting means for the filiform component and that the device for regulating the temperature comprises an enclosure in which a buffer unit is provided for temporarily storing the quantity of filiform composite entering said enclosure during the stopping of the means for driving the filiform component in the dispensing head. The objects of the present invention will be understood even better with the aid of the following description of several embodiments of the method and of the installation according to the invention, description made with reference to the appended drawing in which:
- les figures l , 2a_, 3a^ montrent une vue en plan de quelques objets estampés en matériau composite thermoplastique susceptibles de constituer des applications de l'invention, objets tels que cadre de fenêtre, renfort de porte de voiture, raquette de tennis ;- Figures l, 2a_, 3a ^ show a plan view of some stamped objects in thermoplastic composite material capable of constituting applications of the invention, objects such as window frame, car door reinforcement, tennis racket;
- les figures 1b, 2b_, 3Jb représentent les trois mêmes objets, avec la représentation des trajets des composites filiformes dans les moules correspondant aux objets selon les figures la_ à 3a_ ;- Figures 1b, 2b_, 3Jb represent the same three objects, with the representation of the paths of the filiform composites in the molds corresponding to the objects according to Figures la_ to 3a_;
- la figure 4 est le schéma d'une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention ;- Figure 4 is a diagram of an installation for implementing a method according to the invention;
- les figures 5a_ et 5b_ représentent schêmatique ent un dispo¬ sitif de régulation de la température muni d'une unité tampon pour le stockage provisoire des fibres, mèches, faisceaux ou rubans imprégnés ;- Figures 5a_ and 5b_ schematically represent a device for regulating the temperature provided with a buffer unit for the temporary storage of fibers, wicks, bundles or impregnated ribbons;
- les figures 6a_ et 6 représentent schêmatiquement, respecti¬ vement, une presse d'estampage utilisant deux premières parties de moule inférieures permettant la mise en oeuvre d'un procédé conforme â l'invention et comportant deux postes de chargement ;- Figures 6a_ and 6 show schematically, respecti¬ vely, a stamping press using two first lower mold parts allowing the implementation of a method according to the invention and comprising two loading stations;
- les figures 7a_ et 7]Î représentent une installation comportant deux presses d'estampage comprenant chacune deux postes de chargement, et un robot d'alimentation pour deux postes, l'un des deux postes faisant partie d'une première presse et l'autre poste de la seconde presse ;- Figures 7a_ and 7] Î show an installation comprising two stamping presses each comprising two loading stations, and a feed robot for two stations, one of the two stations being part of a first press and the another post from the second press;
- les figures δ , 8b, 8c représentent trois variantes conformes à l'invention de dépôt du matériau à estamper ;- Figures δ, 8b, 8c show three variants according to the invention of deposition of the material to be stamped;
- la figure 9 représente une quatrième variante de trajectoires possibles de dépôt du matériau à estamper ; - les figures 10a_ â 10 _f représentent schêmatiquement la succes¬ sion des opérations de préparation d'une ébauche chaude non compressée de composite thermoplastique filiforme ;- Figure 9 shows a fourth variant of possible deposition trajectories of the material to be stamped; - Figures 10a_ to 10 _f show schematically the succes¬ sion of the operations for preparing a hot uncompressed blank of filiform thermoplastic composite;
- les figures lla_ à llj: représentent schêmatiquement la succes¬ sion des opérations de préparation d'une ébauche chaude compressée à partir d'un composite thermoplastique filiforme froid ; - la figure 12 est une vue en élévation d'une coupe verticale à travers une tête de distribution selon l'invention ; et,- Figures lla_ to llj: schematically represent the succes¬ sion of the operations for preparing a hot blank compressed from a cold filiform thermoplastic composite; - Figure 12 is an elevational view of a vertical section through a dispensing head according to the invention; and,
- la figure 13 est une vue en plan d'une coupe transversale â travers la tête de distribution suivant la ligne brisée XIII-XIII de la figure 12.FIG. 13 is a plan view of a cross section through the dispensing head along the broken line XIII-XIII of FIG. 12.
Les figures 1b, 2JD et 3]D montrent les sens des trajets du composite thermoplastique filiforme â fibres unidirectionnelles 1 lors du dépôt de ce dernier dans une première partie de moule appropriée pour permettre de réaliser les objets des figures la_, 2a_ et 3a_, respectivement, ceci conformément à l'invention, entre un point de départ 2 du dépôt et un point de fin 3 de ce dépôt, afin de réaliser les armatures 4, 5 et 6 desdits objets, respectivement. On ne sortirait cependant pas du cadre de l'invention en déposant le composite filiforme à fibres longues unidirectionnelles suivant d'autres trajectoires.FIGS. 1b, 2JD and 3] D show the directions of the paths of the filiform thermoplastic composite with unidirectional fibers 1 during deposition of the latter in a first mold part suitable for enabling the objects of FIGS. La_, 2a_ and 3a_, respectively , this in accordance with the invention, between a starting point 2 of the deposit and an end point 3 of this deposit, in order to produce the frames 4, 5 and 6 of said objects, respectively. It would not, however, depart from the scope of the invention to deposit the filiform composite with unidirectional long fibers along other paths.
Par composites filiformes on entendra des composites ayant une dimension quasiment infinie dans une direction par rapport aux dimensions dans les deux autres directions, leurs fibres étant imprégnées ou noyées dans une matière thermoplastique. La section des composites filiformes peut être circulaire, carrée, rectangulaire, ou correspondre à des formes plus complexes. Ce qui caractérise un composite filiforme est l'existence d'une dimension dans une direction très nettement supérieure aux dimensions dans les autres directions. A titre d'exemple, un fil, une barre continue, un ruban, une bande, sont des produits filiformes malgré la diversité des sections, la longueur pouvant être considérée comme infinie par rapport à la largeur.The term "filiform composites" means composites having an almost infinite dimension in one direction relative to the dimensions in the other two directions, their fibers being impregnated or embedded in a thermoplastic material. The section of filiform composites can be circular, square, rectangular, or correspond to more complex shapes. What characterizes a filiform composite is the existence of a dimension in one direction very much greater than the dimensions in the other directions. For example, a wire, a continuous bar, a ribbon, a strip, are filiform products despite the diversity of the sections, the length being able to be considered as infinite compared to the width.
Une fois la quantité de composite thermoplastique filiforme à fibres longues unidirectionnelles déposée à chaud dans une première partie de moule froide, le composite est coupé et l'alimentation c'est-à-dire le défilement du composite filiforme est momentanément interrompue au niveau de ladite première partie de moule froide.Once the quantity of filiform thermoplastic composite with unidirectional long fibers deposited hot in a first cold mold part, the composite is cut and the feeding, that is to say the running of the filiform composite is momentarily interrupted at said level. first part of cold mold.
La première partie de moule ayant été emplie de la quantité nécessaire de composite thermoplastique filiforme à fibres longues unidirectionnelles, à la température d'estampage, c'est-à-dire à chaud, et suivant la trajectoire retenue, est fermée rapidement à l'aide de la deuxième partie de moule froide et mobile verticalement. Par suite de la fermeture du moule de la presse d'estampage, la quantité de composite thermoplastique déposée dans la première partie de moule est comprimée et sous l'effet de la compression remplit rapidement toute la chambre délimitée par les deux parties de demi-moules et se refroidit et se fige quasi instantanément au contact des parois internes du moule froid de compression. La pièce estampée refroidie est démoulée.The first part of the mold having been filled with the necessary quantity of filiform thermoplastic composite with long fibers unidirectional, at the stamping temperature, that is to say hot, and following the chosen path, is closed quickly using the second cold mold part and vertically movable. Following the closing of the mold of the stamping press, the quantity of thermoplastic composite deposited in the first part of the mold is compressed and under the effect of the compression rapidly fills the entire chamber delimited by the two parts of half-molds. and cools and freezes almost instantly on contact with the internal walls of the cold compression mold. The cooled stamped part is removed from the mold.
Bien entendu, par le terme moule froid ou partie de moule froide, il faut comprendre que ce moule se trouve à une température de l'ordre de 50 à 70 C par opposition aux moules chauds employés pour la cuisson des produits en matière ther odurcissable. Dans une réalisation préférée, les fibres longues, imprégnées en continu d'une matière thermoplastique et portées à la température d'estampage, sont rassemblées pour constituer un faisceau, lequel est déposé dans une première 'partie de moule, suivant la trajectoire choisie, par la tête de distribution prévue sur un bras, ou sur un chariot dont le déplacement dans l'espace est programmable. Ainsi, la tête de distribution se déplace avantageusement sur un gabarit représentant le trajet de dépôt du composite thermoplastique filiforme.Of course, by the term cold mold or part of cold mold, it should be understood that this mold is at a temperature of the order of 50 to 70 ° C., in contrast to the hot molds used for cooking products of ther odurable material. In a preferred embodiment, the long fibers, continuously impregnated with a thermoplastic material and brought to the stamping temperature, are brought together to form a bundle, which is deposited in a first part of the mold, along the path chosen, by the dispensing head provided on an arm, or on a carriage whose movement in space is programmable. Thus, the dispensing head advantageously moves on a template representing the path of deposition of the filiform thermoplastic composite.
La figure 4 représente le schéma d'une installation permettant la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention, dans laquelle le dépôt du composite filiforme dans le moule est effectué par une tête de distribution montée sur un bras articulé dans l'espace. Cette installation comprend d'amont en aval, dans le sens de déplacement ou de défilement du matériau composite filiforme : - un magasin A comprenant un certain nombre de bobines 7 desquelles sont soutirées des fibres longues 1 qui dans le cas de l'exemple ne sont pas encore imprégnées d'une résine thermoplas¬ tique ;FIG. 4 represents the diagram of an installation allowing the implementation of the process which is the subject of the invention, in which the deposition of the filiform composite in the mold is carried out by a dispensing head mounted on an arm articulated in space. This installation comprises from upstream to downstream, in the direction of movement or of travel of the filiform composite material: - a magazine A comprising a number of coils 7 from which long fibers 1 are drawn off which in the case of the example are not not yet impregnated with a thermoplastic resin;
- un dispositif de chauffage et d'imprégnation B des fibres longues 1 avec une matière ou résine thermoplastique, l'imprégnation pouvant être faite avec une matière thermoplastique liquide prévue dans une cuve ou bien avec une matière thermoplastique pulvérulente pour former le composite filiforme ;a device for heating and impregnating B of the long fibers 1 with a thermoplastic material or resin, the impregnation being able to be made with a liquid thermoplastic material provided in a tank or else with a pulverulent thermoplastic material to form the filiform composite;
- un dispositif de chauffage C, dans le cas où l'imprégnation est réalisée avec une matière thermoplastique à l'état de poudre ;- A heating device C, in the case where the impregnation is carried out with a thermoplastic material in the powder state;
- un dispositif d'entraînement des fibres imprégnées, qui peut simultanément compacter ces fibres en faisceau (8) en continu ;- a device for driving the impregnated fibers, which can simultaneously compact these fibers into a bundle (8) continuously;
- un dispositif de régulation de la température E, pour réguler la température du faisceau de fibres â la température optimale d'estampage, cette régulation pouvant consister soit en un chauf¬ fage, soit en un refroidissement desdites fibres ;a device for regulating the temperature E, for regulating the temperature of the bundle of fibers at the optimum stamping temperature, this regulation being able either to consist of heating or cooling of said fibers;
- une tête mobile de distribution T montée sur un chariot mobile ou sur un bras articulé F et servant à déposer le composite chaud, thermoplastique, filiforme, à fibres longues unidirectionnelles dans une première partie de moule froide ;a movable dispensing head T mounted on a movable carriage or on an articulated arm F and serving to deposit the hot, thermoplastic, filiform composite, with unidirectional long fibers in a first part of a cold mold;
- un moule froid G comprenant une première partie de moule froide inférieure et une deuxième partie de moule froide, verticalement mobile, disposée au-dessus de la première partie de moule et destinée à venir coopérer avec cette dernière pour produire par estampage un objet en composite thermoplastique filiforme, et- A cold mold G comprising a first lower cold mold part and a second cold mold part, vertically movable, arranged above the first mold part and intended to come to cooperate with the latter to produce by stamping a composite object filiform thermoplastic, and
- une presse d'estampage H, qui reçoit les deux parties de moule froide et assure la fermeture du moule et la compression du composite y contenu sous la pression, nécessaire. Bien que dans la présente description il soit question de fibres ou de faisceaux de fibres, il convient de noter que ces termes ne désignent jamais un élément filiforme unique. Il s'agit toujours d'un groupe de plusieurs dizaines ou centaines, voire milliers de filaments qui dans le cas des filaments de verre ont un diamètre d'une quinzaine de microns. Ces fibres peuvent être regroupées en un faisceau ou en plusieurs faisceaux de fibres et être déposées dans la première partie de moule en cet état groupé.- A stamping press H, which receives the two cold mold parts and ensures the closing of the mold and the compression of the composite contained therein under pressure, necessary. Although in the present description it is a question of fibers or bundles of fibers, it should be noted that these terms never designate a single filiform element. It is always a group of several tens or hundreds, even thousands of filaments which in the case of glass filaments have a diameter of about fifteen microns. These fibers can be grouped into a bundle or several bundles of fibers and can be deposited in the first mold part in this grouped state.
Les fibres non imprégnées sont soutirées des bobines 7 du magasin A et sont imprégnées dans le dispositif B ; la résine thermoplastique, si elle n'a pas été déposée sur les fibres à l'état liquide, est fondue dans le dispositif C ; c'est le cas où l'imprégnation dans le dispositif B a été réalisée par un produit à l'état de poudre ; les fibres formant alors le composite thérmoplastique â fibres longues unidirectionnelles sont tirées ou entraînées par le dispositif d'entraînement D et éventuellement simultanément compactées en un ou plusieurs faisceaux 8 ; la température du composite thermoplastique et plus particulièrement de la résine est éventuellement réglée dans le dispositif E (par chauffage ou par refroidissement) à la température d'estampage. Le faisceau 8 ou les fibres 1 passent alors sur le bras articulé F, ou un chariot portant la tête de distribution T dont le déplacement dans l'espace est programmable ; cette tête de distribution T comprend des moyens d'entraînement tels qu'au moins un rouleau moteur 21, une planche d'appui 22 disposée verticalement dans une cavité de passage 23 de la tête T suivant un plan axial de ladite tête T à côté d'une ouverture ou embouchure d'éjection 24, ainsi que des ressorts 25 destinés â solliciter ledit rouleau moteur 21 élastiquement contre une face d'appui de ladite planche 22. Cette tête de distribution T comprend également des moyens de découpe rapide 26 qui sont disposés dans la cavité de passage 23 au-dessus de et près de l'embouchure d'éjection 24 et en dessous du rouleau moteur 21, à côté de la planche d'appui 22 qui dans ce cas sert de contre-appui aux tranchants des moyens de découpe 26, les fibres ou faisceaux de fibres 8 défilant la long de la planche d'appui 22 et étant pinces entre celle-ci et la périphérie du rouleau moteur 21. Le faisceau 8 est coupé et son avancement à travers la tête T est arrêté quand la quantité de composite déposée dans la première partie de moule correspond à la quantité nécessaire au remplissage de la chambre du moule, cette chambre étant délimitée par les parois intérieures des deux parties de moule froides. Le dépôt du composite filiforme dans la première partie de moule doit s'effectuer en un temps très court qui est de l'ordre d'une dizaine de secondes pour éviter le refroidissement prématuré du matériau composite filiforme. Le moule est ensuite fermé sous pression par la descente de la partie de moule supérieure de la presse H ; grâce à la compression du matériau composite filiforme chaud dans le moule G, ce matériau est refoulé contre les parois froides de la chambre de moule où il se fige rapidement suite au refroidissement qu'il subit ; la pièce ainsi estampée est démoulée après refroidissement de celle-ci et ouverture du moule G.The non-impregnated fibers are withdrawn from the reels 7 of the magazine A and are impregnated in the device B; thermoplastic resin, if it has not been deposited on the fibers to the liquid state, is melted in the device C; this is the case where the impregnation in the device B was carried out with a product in the powder state; the fibers then forming the thermoplastic composite with unidirectional long fibers are pulled or entrained by the drive device D and optionally simultaneously compacted into one or more bundles 8; the temperature of the thermoplastic composite and more particularly of the resin is optionally adjusted in the device E (by heating or by cooling) at the stamping temperature. The bundle 8 or the fibers 1 then pass over the articulated arm F, or a carriage carrying the dispensing head T whose movement in space is programmable; this dispensing head T comprises drive means such as at least one drive roller 21, a support board 22 disposed vertically in a passage cavity 23 of the head T in an axial plane of said head T next to d 'an ejection opening or mouth 24, as well as springs 25 intended to urge said driving roller 21 elastically against a bearing face of said board 22. This dispensing head T also comprises quick cutting means 26 which are arranged in the passage cavity 23 above and near the ejection mouth 24 and below the drive roller 21, next to the support board 22 which in this case serves as a counter-support for the cutting edges of the means cutting 26, the fibers or fiber bundles 8 running along the support board 22 and being clamps between the latter and the periphery of the drive roller 21. The bundle 8 is cut and its advancement through the head T is stopped when l the amount of composite deposited in the first part of the mold corresponds to the amount necessary to fill the mold chamber, this chamber being delimited by the interior walls of the two cold mold parts. The deposition of the filiform composite in the first mold part must be carried out in a very short time which is of the order of ten seconds to avoid premature cooling of the filiform composite material. The mold is then closed under pressure by the descent of the mold part H press upper; thanks to the compression of the hot filiform composite material in the mold G, this material is forced against the cold walls of the mold chamber where it freezes quickly following the cooling which it undergoes; the part thus stamped is demolded after cooling thereof and opening of the mold G.
Lorsque le faisceau 8 ou les fibres 1 sont coupés â l'embouchure d'éjection 24 de la tête de distribution T et le rouleau moteur 21 est arrêté pour interrompre momentanément l'alimentation de la première partie de moule puisqu'elle comporte déjà une quantité suffisante en matériau composite pour la fabrication de la pièce estampée, le défilement ou l'avancement des fibres 1 ou des faisceaux de fibres 8 est également arrêté sur le trajet compris entre la tête de distribution T et la sortie du dispositif de régulation E.When the bundle 8 or the fibers 1 are cut at the ejection mouth 24 of the dispensing head T and the drive roller 21 is stopped to temporarily interrupt the supply of the first part of the mold since it already has a quantity sufficient in composite material for the manufacture of the stamped part, the running or advancement of the fibers 1 or the fiber bundles 8 is also stopped on the path between the dispensing head T and the outlet of the regulating device E.
Par contre, le soutirage des fibres 1, l'imprégnation des fibres. 1 et leur transport ou avancement jusque dans le dispositif de régulation E continuent normalement et ne sont pas interrompus. Ceci est rendu possible du fait que le dispositif de régulation de température E comprend une enceinte 27 dans laquelle est prévue une unité tampon 28 pour stocker temporairement, par exemple par une augmentation du trajet des fibres 1 ou faisceaux 8, la quantité, de composite thermoplastique filiforme entrant dans le dispositif de régulation E, c'est-à-dire dans l'enceinte pendant l'arrêt des moyens d'entraînement 21 dudit composite filiforme dans la tête de distribution T.On the other hand, the withdrawal of the fibers 1, the impregnation of the fibers. 1 and their transport or advancement to the regulating device E continue normally and are not interrupted. This is made possible by the fact that the temperature control device E comprises an enclosure 27 in which a buffer unit 28 is provided for temporarily storing, for example by increasing the path of the fibers 1 or bundles 8, the quantity of thermoplastic composite. filiform entering the regulating device E, that is to say in the enclosure during the stopping of the drive means 21 of said filiform composite in the dispensing head T.
On choisit la vitesse de défilement du tronçon de fibres ou composite filiforme en amont de l'enceinte 27 du dispositif de régulation et celle du tronçon de fibres ou composite filiforme 1 ou 8 en aval de ladite enceinte 27 de telle sorte que la longueur du composite filiforme débitée dans la première partie de moule par la tête de distribution T pendant une période d'alimentation continue du moule G soit égale à la somme des longueurs résultant des longueurs de composite filiforme introduite dans l'enceinte 27 du dispositif de régulation E pendant, d'une part, la période d'alimentation du moule G par la tête de distribution T et, d'autre part, la période d'interruption de l'alimentation du moule G par ladite tête T et d'immobilisation du tronçon de composite filiforme compris entre le moule, ou plus précisément dit la tête de distribution T, et la sortie de l'enceinte 27 du dispositif de régulation E. Autrement dit, la vitesse de défilement du tronçon de composite filiforme en aval de l'enceinte 27 est supérieure à celle du tronçon en amont de ladite enceinte 27, le tronçon de composite en aval de l'enceinte 27 défile de façon intermittente tandis que le tronçon de composite en amont de l'enceinte 27 défile de façon continue et la quantité de composite filiforme entrant dans l'enceinte 27 pendant une période d'arrêt du tronçon de composite filiforme en aval de l'enceinte 27 y est stockée temporairement jusqu'à la reprise de l'alimentation du moule c'est-à-dire le défilement du tronçon aval de composite filiforme à travers la tête de distribution T.The speed of travel of the section of fibers or filiform composite upstream of the enclosure 27 of the regulation device is chosen and that of the section of fibers or filiform composite 1 or 8 downstream of said enclosure 27 so that the length of the composite filiform cut into the first mold part by the dispensing head T during a continuous feeding period of the mold G is equal to the sum of the lengths resulting from the lengths of filiform composite introduced into the enclosure 27 of the regulating device E during, on the one hand, the period of supply of the mold G by the dispensing head T and, on the other hand, the period of interruption of the supply of the mold G by said head T and of immobilization of the section of filiform composite comprised between the mold, or more precisely said the dispensing head T, and the outlet of the enclosure 27 of the regulation device E. In other words, the speed of travel of the section of filiform composite in downstream of the enclosure 27 is greater than that of the section upstream of said enclosure 27, the section of composite downstream of the enclosure 27 runs intermittently while the section of composite upstream of the enclosure 27 runs so continuous and the quantity of filiform composite entering the enclosure 27 during a period of stoppage of the section of filiform composite downstream of the enclosure 27 is stored there temporarily until the supply of the mold is resumed. to say the travel of the downstream section of filiform composite through the dispensing head T.
Le procédé selon l'invention est donc remarquable par un chargement du moule G de façon quasi continue avec une préparation continue des composites filiformes chauds thermoplastiques â fibres longues unidirectionnelles débités directement dans le moule d'estampage froid. .The method according to the invention is therefore remarkable by loading the mold G almost continuously with a continuous preparation of the hot filamentary thermoplastic composites with long unidirectional fibers delivered directly into the cold stamping mold. .
Au lieu de préparer le composite filiforme thermoplastique par imprégnation des fibres avec une matière thermoplastique, on peut aussi utiliser des composites filiformes thermoplastiques à fibres longues unidirectionnelles préalablement fabriqués et enroulés sur une bobine. Dans ce cas on supprime le dispositif de chauffage et d'imprégnation B de la figure 4, le reste de l'installation étant conservé. Telle que représentée sur les figures 5a_ et 51a, l'unité tampon 28 comprend plusieurs rouleaux de renvoi fixes 9a et plusieurs rouleaux de renvoi mobiles en translation 9b entre deux points extrêmes dont l'un est proche du rouleau fixe 9a et l'autre éloigné de ce dernier. Les rouleaux de renvoi 9a,9b sont disposés à axe horizontal et sont parallèles les uns par rapport aux autres. Les rouleaux mobiles 9b, dits rouleaux danseurs, sont guidés suivant des trajets parallèles verticaux dans des guides verticaux 9c recevant les embouts latéraux 9d desdits rouleaux 9b. Des ressorts de rappel non représentés sollicitent les rouleaux danseurs 9b dans une position dans laquelle ils sont le plus éloigné d'un rouleau fixe 9a et dans laquelle les fibres ou faisceaux de fibres 1,8 contenus dans l'enceinte 27 du dispositif de régulation E sont légèrement tendus.Instead of preparing the thermoplastic filiform composite by impregnating the fibers with a thermoplastic material, it is also possible to use thermoplastic filiform composites with long unidirectional fibers previously manufactured and wound on a reel. In this case, the heating and impregnation device B of FIG. 4 is omitted, the rest of the installation being preserved. As shown in FIGS. 5a and 51a, the buffer unit 28 comprises several fixed return rollers 9a and several return rollers movable in translation 9b between two extreme points, one of which is close to the fixed roller 9a and the other distant of the last. The return rollers 9a, 9b are arranged with a horizontal axis and are parallel to one another. The movable rollers 9b, called dancer rollers, are guided along vertical parallel paths in vertical guides 9c receiving the lateral ends 9d of said rollers 9b. Return springs, not shown, urge the dancer rolls 9b in a position in which they are the farthest from a fixed roller 9a and in which the fibers or fiber bundles 1.8 contained in the enclosure 27 of the regulating device E are slightly stretched.
Une paire de rouleaux d'entraînement 29 peut être prévue â la sortie de l'enceinte 27, cette paire de rouleaux d'entraînement 29 étant à l'arrêt ou en marche en même temps que le rouleau moteur 21 de la tête de distribution T.A pair of drive rollers 29 can be provided at the outlet from the enclosure 27, this pair of drive rollers 29 being stopped or running at the same time as the drive roller 21 of the dispensing head T .
On remarquera que les fibres ou faisceaux de fibres passent â l'entrée de l'enceinte 27 d'abord sur un rouleau fixe 9a et s'enroulent ensuite, de l'amont vers l'aval de leur trajet, alternativement autour d'un rouleau danseur mobile 9b et d'un rouleau fixe 9a avant de passer le cas échéant, à la sortie de l'enceinte 27, entre les rouleaux d'une paire de rouleaux d'entraînement 29. On remarquera que l'unité tampon 28 pourra aussi être constituée par tout autre dispositif analogue permettant le stockage temporaire du composite, tel qu'un tapis roulant, sur lequel le composite filiforme est déposé en continu â la sortie de sa ligne de fabrication, puis repris en continu à l'extrémité aval du tapis pour alimenter le moule par l'intermédiaire de la tête de distribution T solidaire du bras articulé ou du chariot.It will be noted that the fibers or bundles of fibers pass at the entrance to the enclosure 27 first on a fixed roller 9a and then wind, from upstream to downstream of their path, alternately around a movable dancer roller 9b and a fixed roller 9a before passing if necessary, at the outlet of the enclosure 27, between the rollers of a pair of drive rollers 29. It will be noted that the buffer unit 28 may also be constituted by any other similar device allowing the temporary storage of the composite, such as a conveyor belt, on which the filiform composite is deposited continuously at the exit of its production line, then taken up continuously at the downstream end of the conveyor belt to feed the mold via the dispensing head T secured to the articulated arm or the carriage.
Quelle que soit la structure de l'unité tampon 28 pour le stockage provisoire du composite filiforme thermoplastique â fibres longues unidirectionnelles (rouleaux de renvoi danseurs, tapis roulant, tables de travail sur glissière ou autre), il est possible de conserver la température du composite se trouvant dans le dispositif de régulation E et son unité tampon 28 pendant la période d'attente et/ou de régler la température par une rampe de chauffage, à infrarouge ou autre prévue dans ledit dispositif E. II est également possible, en variante, d'utiliser deux premières parties de demi-moule en tandem et d'alimenter l'une d'elle quand l'autre est fermée et en position d'estampage et vice-versa. Dans ce cas, la presse d'estampage H est équipée par exemple d'une deuxième partie de moule ou poinçon monté sur le plateau mobile supérieur et de deux tables de travail inférieures montées sur glissières, sur lesquelles sont disposées les deux premières parties de moule froides ou matrices. L'une des matrices permet l'enlèvement de la pièce estampée finie et son remplissage avec une nouvelle quantité de matériau composite, tandis que l'autre matrice se trouve dans la presse sous la deuxième partie de moule en phase de "travail" de compression. A la fin du moulage, la presse s'ouvre, l'ensemble des deux tables coulisse latéralement de telle sorte que la première partie de moule contenant la pièce qui vient d'être estampée se trouve en dehors et à côté du bâti de la presse H et que l'autre première partie de moule ou matrice qui vient d'être remplie d'une quantité déterminée de composite se trouve à nouveau sous la deuxième partie de moule supérieure. La deuxième partie de moule supérieure est refermée de nouveau sur la matrice remplie, l'autre matrice est déchargée pendant ce temps de la pièce finie et remplie avec une nouvelle quantité de composite.Whatever the structure of the buffer unit 28 for the temporary storage of the thermoplastic filiform composite with unidirectional long fibers (dancer return rollers, conveyor belt, work tables on slide or other), it is possible to maintain the temperature of the composite being in the regulating device E and its buffer unit 28 during the waiting period and / or regulating the temperature by a heating, infrared or other ramp provided in said device E. It is also possible, as a variant, to use two first half-mold parts in tandem and feed one of them when the other is closed and in the stamping position and vice-versa. In this case, the stamping press H is equipped for example with a second mold part or punch mounted on the upper movable plate and with two lower work tables mounted on slides, on which the first two mold parts are arranged. cold or dies. One of the dies allows the removal of the finished stamped part and its filling with a new quantity of composite material, while the other die is in the press under the second part of the mold in the "working" compression phase. . At the end of the molding, the press opens, the assembly of the two tables slides laterally so that the first part of the mold containing the part which has just been stamped is outside and next to the press frame H and that the other first mold part or matrix which has just been filled with a determined quantity of composite is again under the second upper mold part. The second upper mold part is closed again on the filled die, the other die is discharged during this time from the finished part and filled with a new quantity of composite.
Ce mode de procéder nécessite de travailler avec une presse comprenant deux matrices montées en tandem sur les tables de travail et par un poinçon monté sur le plateau mobile, ou encore, suivant le dessin de la pièce, par deux poinçons montés en tandem mobiles en translation horizontale sur la table de travail et par une matrice montée sur le plateau mobile verticalement au-dessus du poinçon se trouvant dans la presse.This mode of operation requires working with a press comprising two dies mounted in tandem on the work tables and by a punch mounted on the movable plate, or alternatively, according to the drawing of the part, by two punches mounted in tandem movable in translation. horizontal on the work table and by a die mounted on the movable plate vertically above the punch located in the press.
Les figures 6 et 6J3 représentent schêmatiquement une presse H dans différentes positions lors d'un cycle d'estampage, cette presse utilisant un moule comprenant deux premières parties de moule inférieures 10a_,10b^ mobiles en translation horizontale sur des rails 10c entre l'un des deux postes dits de chargement (déchargement de la pièce estampée et alimentation de la première partie de moule avec une nouvelle quantité de composite) à gauche (figure 6a_) ou à droite (figure 6jb) du bâti de la presse H, et un poste d'estampage dans lequel l'une des deux premières parties de moule montées en tandem se trouve dans le bâti de la presse H sous la deuxième partie unique de moule 11. Les figures 7a_ et 7lî représentent une installation comprenant deux presses Hl et H2 comportant chacune deux postes de chargement 12,13 ou 14,15 situés de part et d'autre du bâti de la presse correspondante Hl ou H2.Figures 6 and 6J3 show schematically a press H in different positions during a stamping cycle, this press using a mold comprising two first lower mold parts 10a_, 10b ^ movable in horizontal translation on rails 10c between one of the two so-called loading stations (unloading of the stamped part and feeding of the first part of the mold with a new quantity of composite) on the left (Figure 6a_) or on the right (Figure 6jb) of the press H frame, and a stamping station in which one of the first two mold parts mounted in tandem is located in the press H frame under the second single part of the mold 11. FIGS. 7a_ and 7lî represent an installation comprising two presses Hl and H2 each comprising two loading stations 12,13 or 14,15 situated on either side of the frame of the corresponding press Hl or H2.
Les deux presses d'estampage H1,H2 sont de préférence disposées l'une en face de l'autre de sorte que l'un ou l'autre des postes latéraux de chargement 12,13 (ou 14,15) d'une presse, par exemple Hl, se trouve en face de l'un ou l'autre des postes de chargement 14,15 (ou 12,13) de l'autre presse, par exemple H2. Comme dans l'exemple précédent, chaque presse est associée avec une paire de premières parties de moule froides 16a,16b et 17a, 17b mobiles en translation horizontale sur des rails 16c ou 17c entre un poste de compression ou d'estampage dans lequel l'une des deux premières parties de moule 16a, 16b ou 17a, i7b' solidaires l'une de l'autre se trouve en alignement vertical avec et en dessous de la seconde partie de moule froide 16d ou 17d de la même presse d'estampage Hl ou H2, et l'un des deux postes de chargement 12,13 ou 14,15 situés de part et d'autre d'une presse Hl ou H2 sur le trajet horizontal de ladite paire de premières parties de moule 16a,16b ou 17a,17b.The two stamping presses H1, H2 are preferably arranged one opposite the other so that one or the other of the lateral loading stations 12,13 (or 14,15) of a press , for example Hl, is located opposite one or the other of the loading stations 14,15 (or 12,13) of the other press, for example H2. As in the previous example, each press is associated with a pair of first cold mold parts 16a, 16b and 17a, 17b movable in horizontal translation on rails 16c or 17c between a compression or stamping station in which the one of the first two mold parts 16a, 16b or 17a, i7b 'integral with one another is in vertical alignment with and below the second cold mold part 16d or 17d of the same stamping press Hl or H2, and one of the two loading stations 12,13 or 14,15 located on either side of an Hl or H2 press on the horizontal path of said pair of first mold parts 16a, 16b or 17a , 17b.
Aux postes de chargement des presses Hl et H2 est associée une tête de distribution Tl portée par l'extrémité libre d'un bras articulé d'un robot 18a disposé â mi-distance entre les postes de chargement 12 et 14. Une disposition similaire est prévue pour les postes de chargement 13 et 15 des deux presses Hl et H2, auxquels correspond la position T2 de la tête de distribution et la position 18b du robot. Dans ce cas, la tête de distribution Tl peut pivoter autour d'un axe vertical du poste de chargement 12 au poste de chargement 14 et la tête T2 peut pivoter de sa position au-dessus de l'un des postes de chargement 13,15 à l'autre. Il est à noter que les moyens de découpe 26 de la tête de distribution comprennent au moins une lame de coupe 26a_ par exemple du type oscillant, disposée à l'intérieur de la cavité 23 en aval du rouleau moteur 21 et près de l'embouchure d'éjection 24. Si l'on désire débiter le composite filiforme 1,8 en tronçons de composite plus ou moins longs, on peut prévoir une pluralité de lames de coupe oscillantes 26a_ superposées et guidées suivant des trajets parallèles et obliques de haut en bas en direction de la planche d'appui 22. Ainsi, lorsque les tranchants des lames de coupe 26a_ cisaillent le composite filiforme 1,8 contre la planche d'appui 22, ils poussent en même temps l'extrémité amont du tronçon de composite découpé vers l'embouchure d'éjection 24 et tirent le composite suivant vers le bas.At the loading stations of the presses Hl and H2 is associated a dispensing head Tl carried by the free end of an articulated arm of a robot 18a disposed midway between the loading stations 12 and 14. A similar arrangement is provided for the loading stations 13 and 15 of the two presses H1 and H2, to which corresponds the position T2 of the dispensing head and the position 18b of the robot. In this case, the dispensing head Tl can pivot around a vertical axis from the loading station 12 to the loading station 14 and the head T2 can pivot from its position above one of the loading stations 13,15 to the other. It should be noted that the cutting means 26 of the dispensing head comprise at least one cutting blade 26a_, for example of the oscillating type, disposed inside the cavity 23 downstream of the drive roller 21 and near the mouth ejection 24. If it is desired to debit the filiform composite 1.8 into sections of more or less long composite, it is possible to provide a plurality of oscillating cutting blades 26a_ superimposed and guided along parallel and oblique paths from top to bottom in the direction of the support board 22. Thus, when the cutting edges of the cutting blades 26a_ shear the filiform composite 1,8 against the support board 22, they simultaneously push the upstream end of the cut composite section towards the ejection mouth 24 and pull the next composite down.
Le procédé, objet de l'invention apporte de nombreux avantages notamment :The process which is the subject of the invention brings numerous advantages, in particular:
- une possibilité d'adaptation optimale de l'orientation des fibres suivant les directions préférentielles ;- a possibility of optimal adaptation of the orientation of the fibers along the preferred directions;
- une facilité de chargement très rapide et une automatisation possible du chargement des moules en composite filiforme ; - une possibilité d'alimentation du moule avec des composites de section importante ;- a very fast loading facility and possible automation of the loading of the filiform composite molds; - A possibility of feeding the mold with composites of large section;
- un bilan énergétique amélioré.- an improved energy balance.
Si la pièce doit avoir des caractéristiques anisotropes, le dépôt dans le moule du composite filiforme thermoplastique à fibres longues unidirectionnelles est réalisé suivant une trajectoire qui renforce les directions souhaitées.If the part must have anisotropic characteristics, the deposition in the mold of the filiform thermoplastic composite with unidirectional long fibers is carried out along a path which reinforces the desired directions.
Si la pièce à estamper doit, au contraire, posséder des carac¬ téristiques isotropes, le dépôt dans le moule du composite filiforme thermoplastique à fibres longues unidirectionnelles est réalisé suivant une trajectoire qui restaure, dans la pièce moulée en compression, l'isotropie des caractéristiques.If the part to be stamped must, on the contrary, have isotropic characteristics, the deposition in the mold of the thermoplastic filiform composite with unidirectional long fibers is carried out along a trajectory which restores, in the part molded in compression, the isotropy of the characteristics .
Ceci est obtenu en déposant, par exemple, le composite filiforme thermoplastique à fibres longues unidirectionnelles 1 dans la première partie de moule, sous forme de spirales continues ou encore sous forme de huits continus ou de manière aléatoire (figures 8a, 8b et 8 ) .This is obtained by depositing, for example, the filiform thermoplastic composite with unidirectional long fibers 1 in the first part of the mold, in the form of continuous spirals or again in the form of continuous eight or randomly (Figures 8a, 8b and 8).
S'il est souhaité d'obtenir une partie de la pièce avec des caractéristiques isotropes, et un renforcement de certaines autres zones, il est possible de combiner les deux trajectoires de dépôt.If it is desired to obtain a part of the part with isotropic characteristics, and a reinforcement of certain other zones, it is possible to combine the two deposition paths.
Si le composite filiforme thermoplastique à fibres longues unidirectionnelles est déposé suivant les contours du rectangle, puis en spirales continues, comme ceci est indiqué schêmatiquement par la figure 9, on obtiendra, après estampage, une pièce dont les caractéristiques du panneau central 19 sont isotropes, sauf en ce qui concerne le contour rectangulaire 20, où les caractéristiques sont renforcées et anisotropes.If the thermoplastic filiform composite with unidirectional long fibers is deposited along the contours of the rectangle, then in continuous spirals, as shown schematically in FIG. 9, there will be obtained, after stamping, a part whose characteristics of the central panel 19 are isotropic, except for the rectangular contour 20, where the characteristics are reinforced and anisotropic.
Le produit étant constitué de composite filiforme, le dépôt de ce composite dans le moule peut être réalisé de manière précise et facile en utilisant pour la tête de distribution un support tel qu'un bras ou un chariot se déplaçant sur un gabarit. De même il est relativement aisé de mesurer la quantité de composite déposé, par la mesure de la longueur de composite débitée au niveau de la tête de distributeur en associant au rouleau moteur 21 un compte tour le diamètre dudit rouleau 21 et la section du composite étant connus. Enfin, la coupe d'un composite filiforme au niveau de la tête de distribution T en fin de chargement d'une première partie de moule est une opération simple.The product being made up of filiform composite, the deposition of this composite in the mold can be carried out in a precise and easy way by using for the dispensing head a support such as an arm or a carriage moving on a template. Likewise, it is relatively easy to measure the quantity of composite deposited, by measuring the length of composite delivered at the level of the distributor head by associating with the drive roller 21 a rev counter the diameter of said roller 21 and the section of the composite being known. Finally, cutting a thread-like composite at the level of the dispensing head T at the end of loading a first mold part is a simple operation.
Le chauffage étant réalisé en continu sur des composites thermoplastiques filiformes à fibres longues unidirectionnelles, et ces composites étant immédiatement déposés aussitôt à chaud dans le moule, sans reprises de manutention, les défauts superficiels des pièces estampées sont évités ; il est notoire que ces défauts superficiels entraînent de nombreux rebuts très difficiles â éviter quand, dans les procédés connus, des flans sont chauffés et manipulés, quand ils sont encore chauds', pour charger le moule de la presse.The heating being carried out continuously on filiform thermoplastic composites with long unidirectional fibers, and these composites being immediately immediately deposited hot in the mold, without resumption of handling, the surface defects of the stamped parts are avoided; it is well known that these surface defects cause numerous rejects which are very difficult to avoid when, in the known methods, the blanks are heated and handled, when they are still hot, in order to load the mold of the press.
L'absence d'un stockage à froid et de la manutention permet d'éviter d'avoir à préparer le composite en rubans de faible épaisseur pour réduire le diamètre d'enroulement ; grâce au procédé présent il est au contraire possible de rassembler plusieurs mèches en un faisceau de section transversale importante et d'alimenter ainsi le moule en très peu de temps.The absence of cold storage and handling makes it possible to avoid having to prepare the composite in thin strips to reduce the winding diameter; thanks to the process Now, on the contrary, it is possible to combine several wicks into a bundle with a large cross section and thus supply the mold in a very short time.
Dans le mode décrit de réalisation préférée, l'imprégnation des fibres, d'une part, et le dépôt dans le moule d'estampage des composites filiformes thermoplastiques à fibres longues unidirectionnelles d'autre part, étant réalisés en une opération continue, le bilan énergétique est nettement amélioré, puisque sont évités le chauffage, puis le refroidissement du composite dans une opération séparée d'imprégnation, puis le réchauffage du composite pour le chargement du moule d'estampage.In the described preferred embodiment, the impregnation of the fibers, on the one hand, and the deposition in the stamping mold of the filiform thermoplastic composites with long unidirectional fibers on the other hand, being carried out in a continuous operation, the balance energy consumption is clearly improved, since heating, then cooling of the composite in a separate impregnation operation, and then reheating of the composite for loading the stamping mold are avoided.
Il reste cependant conforme à l'invention de séparer l'imprégnation, de l'opération d'estampage, sous réserve que l'estampage soit réalisé par un chargement du moule en continu avec des composites filiformes thermoplastiques â fibres longues unidirectionnelles.However, it remains in accordance with the invention to separate the impregnation from the stamping operation, provided that the stamping is carried out by continuously loading the mold with thermoplastic filiform composites with unidirectional long fibers.
En séparant les opérations d'imprégnation et d'estampage, serait certes perdu l'avantage d'un meilleur bilan thermique lié au jumelage, mais seraient conservés les avantages liés au chargement en continu du moule de la presse avec des composites filiformes thermoplastiques à fibres longues unidirectionnelles, et notamment la possibilité d'orienter les fibres dans le sens optimal pour obtenir les caractéristiques optimales de la pièce estampée, et, d'automatiser l'estampage. On peut encore améliorer le bilan énergétique du procédé de fabrication d'un objet estampé en composite thermoplastique filiforme en débitant le composite filiforme non pas dans une première partie de moule de la presse d'estampage, mais dans la première partie ou partie unique d'un pré-moule chaud (30) (figures lθ ,10b_) en associant la tête de distribution T à ce pré-moule 30 qui est basculable autour d'un axe horizontal 31 entre, d'une part un poste d'alimentation dans lequel il est ouvert vers le haut (figure 10c) et reçoit le composite filiforme continu pour y constituer une prêforme 32 à l'aide de la tête de distribution suivant une quantité et une disposition prédéterminées, et, d'autre part, un poste de chargement (figure 10dJ dans lequel il peut être retourné et est ouvert vers le bas et se trouve au-dessus d'une première partie de moule froide 33 de la presse d'estampage. Le pré-moule 30 est évidemment aussi mobile en translation entre le poste d'alimentation en dessous de la tête de distribution T et le poste de déchargement de la préforme 32 qui est déchargée en bloc du pré-moule retourné 30 par gravité, poussée pneumatique ou tout autre moyen approprié. Bien entendu, pendant tout son séjour dans le pré-moule 30 la préforme 32 reste maintenue â sa température d'estampage et en quittant ledit pré-moule 30 (figure lO , est immédiatement placée en bloc dans la première partie de moule froide 33 (figure 10e qui l'introduit aussitôt sous la seconde partie de moule froide 34 de la presse (figure 10f_) où elle est alors transformée par estampage en une pièce finie en composite filiforme. Le pré-moule chaud ou chauffé 30 où la première partie de moule froide de la presse d'estampage peuvent recevoir au moins une couche ou nappe de composite filiforme coupé en tronçons discontinus plus ou moins longs et au moins une couche ou nappe de composite filiforme continu, la couche de composite discontinu étant disposée de préférence sur la paroi intérieure du pré-moule chaud ou de celle de la première partie de moule froide de la presse d'estampage. Dans ce cas, la couche ou nappe de composite â fibres continues est disposée sur la couche ou nappe de composite à fibres coupées ou discontinues en contact avec la paroi intérieure de la première partie de moule froide.By separating the impregnation and stamping operations, the advantage of a better heat balance linked to twinning would certainly be lost, but the advantages linked to the continuous loading of the mold of the press would be preserved with thermoplastic fiber-like composites long unidirectional, and in particular the possibility of orienting the fibers in the optimal direction to obtain the optimal characteristics of the stamped part, and, of automating the stamping. We can further improve the energy balance of the process for manufacturing a stamped object in filiform thermoplastic composite by cutting the filiform composite not in a first part of the mold of the stamping press, but in the first part or single part of a hot pre-mold (30) (Figures lθ, 10b_) by associating the dispensing head T with this pre-mold 30 which is tiltable around a horizontal axis 31 between, on the one hand a supply station in which it is open upwards (FIG. 10c) and receives the continuous filiform composite to form a preform 32 therein using the dispensing head according to a predetermined quantity and arrangement, and, on the other hand, a loading station (figure 10dJ in which it can be turned over and is open downwards and is above a first part of cold mold 33 of the stamping press. The pre-mold 30 is obviously also mobile in translation between the supply station below the dispensing head T and the preform unloading station 32 which is unloaded as a whole from the inverted pre-mold 30 by gravity, pneumatic thrust or any other suitable means. heard, throughout its stay in the pre-mold 30 the preform 32 remains maintained at its stamping temperature and leaving said pre-mold 30 (Figure lO, is immediately placed in block in the first cold mold part 33 (Figure 10th which immediately introduces it under the second part of the cold mold 34 of the press (FIG. 10f_) where it is then transformed by stamping into a finished part of filiform composite. The hot or heated pre-mold 30 where the first by cold mold tie of the stamping press can receive at least one layer or ply of filiform composite cut into more or less long discontinuous sections and at least one layer or ply of continuous filiform composite, the discontinuous composite layer being preferably arranged on the inner wall of the hot pre-mold or that of the first part of the cold mold of the stamping press. In this case, the layer or ply of composite with continuous fibers is placed on the layer or ply of composite with cut or staple fibers in contact with the internal wall of the first part of the cold mold.
Bien entendu, l'on dépose avantageusement le composite à fibres longues dans le pré-moule chaud ou dans la première partie de moule froide suivant un trajet et un dessin dont l'emplacement correspond à celui que lesdites fibres longues occuperont dans le produit final, de façon à s'y étendre de manière orientée suivant une direction préférentielle d'anisotropie dudit produit après estampage.Of course, the composite with long fibers is advantageously deposited in the hot pre-mold or in the first part of the cold mold along a path and a drawing whose location corresponds to that which said long fibers will occupy in the final product, so as to extend therein in a direction oriented in a preferred direction of anisotropy of said product after stamping.
Dans certains cas d'application, il peut être avantageux de préparer un flan chaud 35 constitué en un matériau composite thermoplastique comme ceci est schêmatiquement indiqué sur les figures lia à llç_.In certain application cases, it may be advantageous to prepare a hot blank 35 made of a thermoplastic composite material as is schematically indicated on the figures lia to llç_.
Un composite filiforme continu froid 37 est découpé en tronçons plus ou moins longs à l'aide d'une paire de rouleaux plus ou moins longs à l'aide d'une paire de rouleaux d'entraînement 36a_,36b_ dont l'un (36a_) comporte sur sa périphérie un certain nombre de lames obliques de coupe 38 et est sollicité élastiquement contre l'autre rouleau d'entraînement 36j . Ces tronçons de composite filiforme froid constitués de fibres imprégnées d'une matière thermoplastique sont débités dans le fond d'un pré-moule 39 dont la paroi intérieure 40 est chauffée et dont le fond est constitué par u piston d'éjection 41. Ce pré-moule 39 est articulé sur un axe horizontal 42 de façon à pouvoir être basculé de 180 entre une position de chargement (figure lia) dans laquelle sa chambre de formage 43 est ouverte vers le haut et reçoit les tronçons de composite découpés, et une position de déchargement (figure lie) dans laquelle ladite chambre 43 est ouverte vers le bas et le flan d'ébauche chaud 35 peut être déchargé dans la première partie de moule froide 44 de la presse d'estampage sous la poussée du piston d'éjection. Lorsque la quantité prédéterminée de tronçon de composite a été chargée dans la chambre de formage 43, ladite quantité de composite est chauffée â la température de fluage de la matière thermoplastique du composite et est transférée dans ledit pré-moule chauffé 39 sous le poinçon chaud 45 d'une presse de pré-estampage (figure 11b) où l'on forme un flan ou une pré-forme 35 de composite à fibres coupées ou discontinues. Ensuite ce flan 35 est transporté dans son pré-moule 39 jusqu'au dessus de la première partie de moule froide 44 où, après basculement du pré-moule 39 (figure lie) il est déchargé en bloc dans la première partie de moule froide 44 de la presse d'estampage.A cold continuous filiform composite 37 is cut into shorter or longer sections using a pair of shorter or longer rollers using a pair of drive rollers 36a_, 36b_, one of which (36a_ ) has on its periphery a number of oblique cutting blades 38 and is resiliently biased against the other drive roller 36j. These sections of cold filiform composite made up of fibers impregnated with a thermoplastic material are cut into the bottom of a pre-mold 39 whose inner wall 40 is heated and whose bottom consists of an ejection piston 41. This pre -mould 39 is articulated on a horizontal axis 42 so that it can be tilted 180 between a loading position (FIG. 11a) in which its forming chamber 43 is open upwards and receives the cut sections of composite, and a position discharge (Figure 11e) in which said chamber 43 is open downwards and the hot blank blank 35 can be discharged into the first cold mold part 44 of the stamping press under the thrust of the ejection piston. When the predetermined quantity of composite section has been loaded into the forming chamber 43, said quantity of composite is heated to the creep temperature of the thermoplastic of the composite and is transferred into said heated pre-mold 39 under the hot punch 45 a pre-stamping press (FIG. 11b) in which a blank or a preform 35 of composite with cut or staple fibers is formed. Then this blank 35 is transported in its pre-mold 39 to the top of the first part of the cold mold 44 where, after tilting of the pre-mold 39 (FIG. 11) it is unloaded in block in the first part of the cold mold 44 of the stamping press.
De manière plus générale, les composites coupés peuvent être déposés dans le moule froid :More generally, the cut composites can be deposited in the cold mold:
- soit en même temps que le composite à fibres longues conti¬ nues, - soit avant le dépôt du composite â fibres longues continues, - soit après le dépôt du composite â fibres longues continues. L'ordre dans lequel les deux types de matériaux sont déposés peut entraîner des avantages différents, voire conduire à des caractéristiques différentes. Ainsi, lorsque l'on souhaite obtenir une bonne homogénéité entre fibres longues continues et fibres coupées dans toute l'épaisseur de la pièce terminée, on dépose simultanément les composites à fibres coupées et â fibres continues.- either at the same time as the long continuous fiber composite, - or before the deposition of the long continuous fiber composite, - Or after the deposition of the composite with long continuous fibers. The order in which the two types of materials are deposited can lead to different advantages, or even lead to different characteristics. Thus, when it is desired to obtain good homogeneity between continuous long fibers and cut fibers throughout the thickness of the finished part, the cut fiber and continuous fiber composites are deposited simultaneously.
Lorsque l'on souhaite éviter un refroidissement prématuré du composite à fibres longues continues au cours du dépôt, on peut déposer en une seule opération une masse chaude de composite â fibres coupées, sur laquelle le composite à fibres longues continues est déposé, augmentant ainsi l'inertie thermique de l'ensemble. Lorsque l'on souhaite améliorer l'état de surface de la pièce terminée, on fait en sorte que la partie visible (qui peut, suivant les cas, être constituée par le fond ou la surface du moule chargé) , soit essentiellement constituée par du composite à fibres coupées ou encore par de la matrice non chargée de fibres. L'aspect de surface est amélioré en passant du composite â fibres longues continues, au composite â fibres coupées et â la matrice non chargée de fibres.When it is desired to prevent premature cooling of the continuous long fiber composite during deposition, a hot mass of chopped fiber composite can be deposited in a single operation onto which the continuous long fiber composite is deposited, thereby increasing the thermal inertia of the assembly. When it is desired to improve the surface condition of the finished part, we make sure that the visible part (which may, depending on the case, be constituted by the bottom or the surface of the loaded mold), is essentially constituted by composite with cut fibers or by a matrix not loaded with fibers. The surface appearance is improved by switching from the continuous long fiber composite to the cut fiber composite and to the uncharged fiber matrix.
La recherche de l'état de surface optimal peut donc conduire à ajouter sur la partie visible de la pièce terminée (fond ou surface du moule) de la matrice non chargée.The search for the optimal surface condition can therefore lead to the addition of the uncharged matrix to the visible part of the finished part (bottom or surface of the mold).
Ces différentes modalités de réalisation peuvent être combinées, en ayant, à titre d'exemple, du fond vers la surface du moule de chargement :These different embodiments can be combined, having, for example, from the bottom to the surface of the loading mold:
- ou bien du composite à fibres coupées chargé en une seule opération ;- or else the cut fiber composite loaded in a single operation;
- ou bien du composite â fibres continues et du composite â fibres coupées déposés simultanément ;- or else the composite with continuous fibers and the composite with cut fibers deposited simultaneously;
- ou bien des fibres coupées ;- or cut fibers;
- ou bien de la matrice non chargée. Il est également rappelé que si, dans la description précédente, il a été fait mention de presses à plateau supérieur mobile, il existe également d'autres presses dont le plateau mobile est le plateau inférieur, ce plateau s'élevant au moment de la fermeture du moule. Cet autre type de presse est également utilisable dans la mise en oeuvre de l'invention.- or the uncharged matrix. It is also recalled that if, in the preceding description, mention was made of presses with a movable upper plate, there are also other presses whose movable plate is the lower plate, this plate rising at the time of closing. of the mold. This other type of press can also be used in the implementation of the invention.
L'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient leur être apportées sans sortir de leur cadre défini par les revendications annexées. The invention is not limited to the embodiments described, but on the contrary covers all the variants which could be made to them without departing from their scope defined by the appended claims.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un objet estampé en un matériau composite thermoplastique selon lequel ledit matériau est chauffé â la température d'estampage avant d'être placé en une quantité suffisante dans l'une des deux parties d'un moule froid de compression faisant partie d'une presse d'estampage et comportant une partie de moule fixe et une partie de moule mobile de manière â pouvoir venir fermer rapidement contre la partie de moule fixe et compresser fortement le matériau composite pour lui donner la forme définitive du produit et pour refroidir brusquement le matériau contenu dans ledit moule avant la réouverture de celui-ci et l'évacuation dudit produit estampé et refroidi, caractérisé en ce que :CLAIMS 1. Method of manufacturing an object stamped in a thermoplastic composite material according to which said material is heated to the stamping temperature before being placed in a sufficient quantity in one of the two parts of a cold mold. compression forming part of a stamping press and comprising a fixed mold part and a movable mold part so that it can quickly close against the fixed mold part and strongly compress the composite material to give it the final shape of the product and for suddenly cooling the material contained in said mold before its reopening and the discharge of said stamped and cooled product, characterized in that:
- l'on utilise en tant que matériau composite thermoplastique au moins partiellement un composite filiforme à fibres longues, parallèles entre-elles et imprégnées d'une matière thermoplastique,- a thermoplastic composite with long fibers, mutually parallel and impregnated with a thermoplastic material, is used as the thermoplastic composite material at least partially;
- l'on préchauffe ce composite filiforme et on le fait passer en continu dans une enceinte de régulation de température pour lui conférer la température d'estampage, - l'on introduit ensuite en continu ledit composite filiforme dans la première partie de moule froide de la presse d'estampage jusqu'à ce qu'y soit déposée une quantité prédéterminée de composite filiforme,- this filiform composite is preheated and it is continuously passed through a temperature regulation chamber to give it the stamping temperature, - said filiform composite is then continuously introduced into the first cold mold part of the stamping press until a predetermined quantity of filiform composite is deposited there,
- l'on découpe ledit composite filiforme lorsque ladite quantité est atteinte dans la première partie de moule et l'on immobilise momentanément le tronçon du composite filiforme compris entre l'extrémité coupée et la sortie de l'enceinte de régulation "de température, tandis que l'on continue â alimenter en composite filiforme ladite enceinte de régulation, - l'on stocke dans cette enceinte la quantité de composite filiforme contenue et arrivant dans ladite enceinte pendant l'arrêt de l'alimentation en composite filiforme de la première partie de moule jusqu'à la reprise de l'alimentation de la même ou d'une autre première partie de moule, et - l'on choisit les vitesses de défilement du composite filiforme en amont et en aval de l'enceinte de régulation de telle sorte que la longueur du composite filiforme débitée dans la première partie de moule pendant une période d'alimentation du moule soit égale à la somme résultant des longueurs de composite filiforme introduite dans l'enceinte de régulation pendant, d'une part, la période d'alimentation du moule et, d'autre part, la période d'interruption de l'alimentation du moule et d'immobilisation du tronçon de composite filiforme compris entre le moule et la sortie de ladite enceinte,- Cutting said filiform composite when said quantity is reached in the first part of the mold and momentarily immobilizing the section of filiform composite comprised between the cut end and the outlet of the " temperature regulation " enclosure, while that one continues to supply with filiform composite said regulating enclosure, - one stores in this enclosure the quantity of filiform composite contained and arriving in said enclosure during the stopping of the supply of filiform composite of the first part of mold until resumption of feeding of the same or another first part of the mold, and - the running speeds of the filiform composite are chosen upstream and downstream of the control enclosure so that the length of the filiform composite delivered into the first mold part during a period of supply to the mold is equal to the sum resulting from the lengths of filiform composite introduced into the control enclosure during, on the one hand, the period of feeding the mold and, on the other hand, the period of interruption of the feeding of the mold and immobilization of the section of filiform composite between the mold and the outlet of said enclosure,
2. Procédé de fabrication d'un objet estampé en un matériau composite thermoplastique selon lequel ledit matériau est chauffé à la température d'estampage avant d'être placé en une quantité suffisante dans l'une des deux parties d'un moule froid de compression faisant partie d'une presse d'estampage et comportant une partie de moule fixe et une partie de moule mobile de manière â pouvoir venir fermer rapidement contre la partie de moule fixe et compresser fortement le matériau composite pour lui donner la forme définitive du produit et pour refroidir brusquement le matériau contenu dans ledit moule avant la réouverture de celui-ci et l'évacuation dudit produit estampé et refroidi, caractérisé en ce que :2. Method of manufacturing an object stamped in a thermoplastic composite material according to which said material is heated to the stamping temperature before being placed in a sufficient quantity in one of the two parts of a cold compression mold forming part of a stamping press and comprising a fixed mold part and a movable mold part so as to be able to quickly close against the fixed mold part and strongly compress the composite material to give it the final shape of the product and for abruptly cooling the material contained in said mold before its reopening and the discharge of said stamped and cooled product, characterized in that:
- l'on utilise en tant que matériau composite thermoplastique au moins partiellement un composite filiforme à fibres longues, parallèles entre-elles et imprégnées d'une matière thermoplastique, - l'on préchauffe ce composite filiforme et on le fait passer en continu dans une enceinte de régulation de température pour lui conférer la température d'estampage,- as a thermoplastic composite material at least partially, a filiform composite with long fibers, which are parallel to one another and impregnated with a thermoplastic material, is used, - this filiform composite is preheated and continuously passed through a temperature control chamber to give it the stamping temperature,
- l'on introduit ensuite en continu ledit composite filiforme dans la première partie de moule d'un pré-moule chauffé qui, le cas échéant fait partie d'une presse de pré-estampage, jusqu'à ce qu'y soit déposée une quantité prédéterminée de composite filiforme,- Said composite is then continuously introduced into the first mold part of a heated pre-mold which, if necessary forms part of a pre-stamping press, until a predetermined quantity of filiform composite,
- l'on découpe ledit composite filiforme lorsque ladite quantité est atteinte dans la première partie de pré-moule et l'on immobilise momentanément le tronçon du composite filiforme compris entre l'extrémité coupée et la sortie de l'enceinte de régulation de température, tandis que l'on continue à alimenter en composite filiforme ladite enceinte de régulation, - l'on stocke dans cette enceinte la quantité de composite filiforme contenue et arrivant dans ladite enceinte pendant l'arrêt de l'alimentation en composite filiforme de la première partie de pré-moule jusqu'à la reprise de l'alimentation de la même ou d'une autre première partie de pré-moule, - l'on choisit les vitesses de défilement du composite filiforme en amont et en aval de l'enceinte de régulation de telle sorte que la longueur du composite filiforme débitée dans la première partie de pré-moule pendant une période d'alimentation du pré-moule soit égale à la somme résultant des longueurs de composite filiforme introduite dans l'enceinte de régulation pendant d'une part, la période d'alimentation dupré- oule et, d'autre part, la période d'interruption de l'alimentation du pré-moule et d'immobilisation du tronçon de composite filiforme compris entre le pré- moule et la sortie de ladite enceinte, - l'on comprime le cas échéant le composite filiforme contenu dans le pré-moule chaud et l'on ferme une ébauche ou pré-forme que l'on maintient chaude,- said filiform composite is cut when said quantity is reached in the first part of the pre-mold and momentarily immobilizes the section of the filiform composite comprised between the cut end and the outlet of the temperature regulation enclosure, while one continues to feed the said regulation enclosure with filiform composite, - the storage is stored in this enclosure quantity of filiform composite contained and arriving in said enclosure during the stopping of the supply of filiform composite from the first part of the pre-mold until the feeding of the same or another first part of the pre-resumption -mold, - the running speeds of the filiform composite are chosen upstream and downstream of the control enclosure so that the length of the filiform composite delivered into the first part of the pre-mold during a feeding period of the pre-mold is equal to the sum resulting from the lengths of filiform composite introduced into the control chamber during, on the one hand, the feeding period of the pre-or and, d on the other hand, the period of interruption of the supply of the pre-mold and of immobilization of the section of filiform composite comprised between the pre-mold and the outlet of said enclosure, - the filiform composite is compressed where appropriate contained in the hot pre-mold and a blank or pre-form is closed which is kept hot,
- l'on transfère rapidement l'ébauche ou pré-forme chaude, le cas échéant avec le pré-moule chaud jusque la première partie de moule froide de la presse d'estampage, etthe hot blank or preform is rapidly transferred, if necessary with the hot pre-mold, to the first part of the cold mold of the stamping press, and
- l'on dispose l'ébauche ou la pré-forme chaude dans ladite première partie de moule froide et on estampe ladite ébauche ou pré-forme à l'aide du moule d'estampage froid.- The blank or the hot preform is placed in said first part of the cold mold and said blank or preform is stamped using the cold stamping mold.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que juste avant de déposer le composite filiforme dans la première partie de moule froide d'estampage ou la première partie de pré-moule chaude, on découpe les fibres continues en des fibres discontinues plus ou moins longues.3. Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that just before depositing the filiform composite in the first part of cold stamping mold or the first part of hot pre-mold, the continuous fibers are cut into more or less long staple fibers.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on charge la première partie de pré-moule chaude ou la première partie de moule froide avec au moins une couche ou nappe de composite à fibres longues continues et avec au moins une couche ou nappe de composite à fibres coupées discontinues. 4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first part of the hot pre-mold or the first part of a cold mold with at least one layer or ply of composite with continuous long fibers and with at least one layer or ply of composite with discontinuous cut fibers.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on prépare une couche de composite à fibres coupées discontinues dans le pré-moule chaud isotherme, on transfère ladite couche, le cas échéant pré-comprimée en ébauche, â la première partie de moule froide, et on dépose sur cette couche de composite â fibres coupées une couche de composite â fibres continues. 5. Method according to claim 4, characterized in that a layer of composite with cut staple fibers is prepared in the isothermal hot pre-mold, said layer, if necessary pre-compressed in blank, is transferred to the first part of cold mold, and a layer of composite of continuous fibers is deposited on this layer of chopped fiber composite.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on dépose le composite à fibres longues dans la première partie de pré-moule chaude ou la première partie de moule froide de façon à placer ledit composite au moins partiellement à des emplacements correspondants â l'emplacement desdites fibres longues dans le produit final de façon â s'y étendre de manière orientée suivant une direction préférentielle d'anisotropie du produit après estampage. . .6. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the long fiber composite is deposited in the first part of hot pre-mold or the first part of cold mold so as to place said composite at least partially at locations corresponding to the location of said long fibers in the final product so as to extend therein in an oriented direction in a preferred direction of anisotropy of the product after stamping. . .
7. Procédé selon l'une des revendications 1 â 6, caractérisé en ce que l'on regroupe les fibres imprégnées continues du composite filiforme en un faisceau de fibres avant de les introduire dans l'enceinte de régulation de température.7. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the continuous impregnated fibers of the filiform composite are grouped into a bundle of fibers before introducing them into the temperature control enclosure.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 â 7, caractérisé en ce que l'on utilise deux premières parties de moule mobiles, accouplées en tandem, et destinées â coopérer successivement et alternativement avec la deuxième partie de moule de la presse d'estampage et que l'on alimente l'une desdites premières parties de moule avec le composite filiforme pendant que celle-ci occupe une position écartée de ladite presse et que l'autre première partie de moule se trouve en place dans ladite presse. 8. Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that two first movable mold parts are used, coupled in tandem, and intended to cooperate successively and alternately with the second mold part of the press. stamping and that one of said first mold parts is supplied with the filiform composite while the latter occupies a position separated from said press and the other first mold part is in place in said press.
9. Installation de fabrication d'un objet estampé en un matériau composite thermoplastique du type comprenant d'amont en aval dans le sens du déplacement dudit matériau composite :9. Installation for manufacturing an object stamped in a thermoplastic composite material of the type comprising from upstream to downstream in the direction of movement of said composite material:
- un magasin de bobines de fibres longues, le cas échéant im¬ prégnées d'une matière thermoplastique ; - le cas échéant un dispositif de chauffage et d'imprégnation des fibres longues avec une matière thermoplastique liquide ou pulvérulente pour former un composite filiforme ;- a store of long fiber reels, if necessary im¬ pregnated with a thermoplastic material; - if necessary a heating and impregnation device long fibers with a liquid or powdery thermoplastic to form a threadlike composite;
- un dispositif d'entraînement des fibres imprégnées et chauf¬ fées ; - un dispositif de régulation de la température des fibres imprégnées ;- a device for driving the impregnated and heated fibers; - a device for regulating the temperature of the impregnated fibers;
- une tête mobile de distribution des fibres imprégnées et chauffées ; et,- a movable head for distributing impregnated and heated fibers; and,
- une presse d'estampage comportant au moins une première par- tie de moule froide destinée à recevoir le composite filiforme et une deuxième partie de moule froide verticalement mobile, disposée â l'aplomb de la première partie et destinée â venir coopérer avec celle-ci pour produire un objet estampé en composite thermoplastique filiforme, caractérisée en ce que la tête de distribution comprend, d'une part des moyens d'entraînement et de distribution ainsi que, d'autre part, des moyens de découpe pour le composant filiforme et que le dispositif de régulation de la température comprend une enceinte dans laquelle est prévue une unité tampon pour stocker temporairement la quantité de composite filiforme entrant dans ladite enceinte pendant l'arrêt des moyens d'entraînement du composant filiforme dans la tête de distribution.a stamping press comprising at least a first part of a cold mold intended to receive the filiform composite and a second part of a vertically movable cold mold, placed directly above the first part and intended to come to cooperate with it; ci to produce a stamped object in filiform thermoplastic composite, characterized in that the dispensing head comprises, on the one hand drive and distribution means as well as, on the other hand, cutting means for the filiform component and that the temperature regulation device comprises an enclosure in which a buffer unit is provided for temporarily storing the quantity of filiform composite entering said enclosure during the stopping of the means for driving the filiform component in the dispensing head.
10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que un pré-moule chauffé de précompression est interposé entre la tête de distribution et la presse d'estampage et que ce pré-moule est associé à des moyens de transfert pour transvaser en bloc dans la première partie de moule froide de la presse d'estampage la quantité de composite chaud contenu dans le pré-moule.10. Installation according to claim 9, characterized in that a heated pre-compression pre-mold is interposed between the dispensing head and the stamping press and that this pre-mold is associated with transfer means for transferring en bloc into the first part of the cold mold of the stamping press the quantity of hot composite contained in the pre-mold.
11. Installation selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que la presse d'estampage est associée à une tête de distribution débitant directement dans la première partie de moule froid de celle-ci ainsi qu'à un pré-moule chauffé de précompression alimenté en un composite filiforme thermoplastique ou en une matière thermoplastique sans fibres et muni de moyens de transfert pour transvaser en bloc dans la première partie de moule froide de ladite presse, la quantité de composite chaud ou de matière thermoplastique chaude contenue dans le pré-moule.11. Installation according to one of claims 9 and 10, characterized in that the stamping press is associated with a dispensing head delivering directly into the first cold mold part thereof as well as a pre-mold heated precompression supplied with a thermoplastic filiform composite or a fiber-free thermoplastic and provided with transfer means for transferring en bloc into the first part of the mold cold of said press, the quantity of hot composite or hot thermoplastic material contained in the pre-mold.
12. Installation selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que les moyens d'entraînement prévus dans la tête de distribution comprennent à l'amont de l'embouchure de sortie de celle-ci une planche d'appui verticale disposée dans un plan axial de ladite tête ainsi qu'au moins un rouleau moteur appliqué élastiquement contre ladite planche.12. Installation according to one of claims 9 to 11, characterized in that the drive means provided in the dispensing head comprise upstream of the outlet mouth thereof a vertical support board arranged in an axial plane of said head and at least one drive roller applied elastically against said board.
13. Installation selon l'une des revendications 9 â 11, caractérisée en ce que les moyens de découpe de la tête de distribution comprennent au moins une lame de coupe disposée en aval du rouleau moteur et guidée obliquement de haut en bas en direction de la planche d'appui, et susceptible de coopérer avec ladite planche en poussant vers l'embouchure d'éjection l'extrémité amont du composite filiforme découpé.13. Installation according to one of claims 9 to 11, characterized in that the means for cutting the dispensing head comprise at least one cutting blade disposed downstream of the drive roller and guided obliquely from top to bottom in the direction of the support board, and capable of cooperating with said board by pushing the upstream end of the cut filiform composite towards the ejection mouth.
14. Installation selon l'une quelconque des revendications 9 â 13, caractérisée en ce que l'unité tampon du dispositif de régulation comprend une série de rouleaux de renvoi fixes et plusieurs rouleaux danseurs mobiles en translation entre deux points extrêmes et guidés suivant des trajets parallèles, le composite filiforme passant de l'amont vers l'aval alternativement autour d'un rouleau fixe et d'un rouleau mobile.14. Installation according to any one of claims 9 to 13, characterized in that the buffer unit of the regulating device comprises a series of fixed deflection rollers and several dancing rollers movable in translation between two extreme points and guided along paths parallel, the filiform composite passing from upstream to downstream alternately around a fixed roller and a movable roller.
15. Installation selon l'une des revendications 9 â 14, caractérisée en ce qu'une tête de distribution est associée au pré-moule.15. Installation according to one of claims 9 to 14, characterized in that a dispensing head is associated with the pre-mold.
16. Installation selon l'une des revendications 9 à 15, caractérisée en ce que la tête de distribution est montée sur un bras oscillant ou sur un support mobile de façon â imprimer â ladite tête un trajet programmable notamment au-dessus de la première partie de moule froide ouverte.16. Installation according to one of claims 9 to 15, characterized in that the dispensing head is mounted on an oscillating arm or on a mobile support so as to impart to said head a programmable path in particular above the first part open cold mold.
17. Installation selon l'une des revendications 9 à 16, caractérisée en ce que la presse d'estampage comprend deux premières parties de moule froides mobiles entre un poste de compression ou d'estampage en alignement vertical avec la seconde partie de moule froide de la presse, et au moins un poste de chargement situé à côté de ladite presse.17. Installation according to one of claims 9 to 16, characterized in that the stamping press comprises two first cold mold parts movable between a compression or stamping station in vertical alignment with the second cold mold part of the press, and at least one loading located next to said press.
18. Installation selon l'une des revendications 9 à 17, caractérisée en ce qu'elle comprend deux presses d'estampage disposées l'une en face de l'autre et comprenant chacune une paire de premières parties de moule froides solidaires l'une de l'autre et mobiles entre un poste de compression ou d'estampage dans lequel chacune desdites premières parties de moule se trouve alternativement en alignement vertical avec la seconde partie de moule froide de la même presse d'estampage, et un poste de chargement situé sur le trajet de déplacement horizontal de ladite paire de premières parties de moule et qu'une tête de distribution est associée aux postes de chargement de l'une et l'autre presse respectivement et peut se déplacer respectivement entre l'un et l'autre des postes de chargement. 18. Installation according to one of claims 9 to 17, characterized in that it comprises two stamping presses arranged one opposite the other and each comprising a pair of first cold mold parts integral with one on the other and movable between a compression or stamping station in which each of said first mold parts is alternately in vertical alignment with the second cold mold part of the same stamping press, and a loading station located on the horizontal displacement path of said pair of first mold parts and that a dispensing head is associated with the loading stations of one and the other press respectively and can move respectively between one and the other loading stations.
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