La présente invention concerne un moule métallique de grande dimension, en
particulier un moule d'injection, du type constitué d'au moins deux parties de
moule aptes à être rapprochées et écartées l'une de l'autre, généralement par
l'intermédiaire d'une presse pour former, en position fermée du moule, une
cavité de moulage, chaque partie de moule, comportant une face de moulage
et une face opposée, dite face d'appui de la presse, et étant munie de canaux
servant, pour au moins une partie d'entre eux, à la circulation d'un fluide
caloporteur.
Les moules métalliques d'injection de grande dimension sont aujourd'hui
fabriqués par usinage d'un bloc métal. Il en résulte un grand nombre
d'inconvénients, à savoir un temps de fabrication et un poids importants et un
prix élevé.
Pour des moules de petite dimension, d'autres techniques de fabrication sont
connues. On connaít par exemple les techniques de fabrication de moule par
frittage de poudre métallique et par stéréo-lithographie comme l'illustre en
particulier le brevet US-A-6.331.267 ou la demande de brevet WO 97/16274.
Dans ce cas, le moule peut se présenter sous forme d'un bloc présentant des
cavités. Toutefois, ces cavités, pour permettre une résistance du moule lors de
la réalisation des opérations de moulage, doivent être remplies de matière, telle
que de la céramique. Par ailleurs, les canaux de refroidissement de ces moules
sont de disposition classique, c'est-à-dire qu'ils s'étendent perpendiculairement
à l'axe d'ouverture/fermeture du moule. Enfin, ces canaux sont réalisés dans la
partie céramique rapportée et peuvent être réalisés au moyen d'insert dans la
matière céramique ou par usinage. Il en résulte à nouveau une perte de temps
importante. L'inconvénient majeur d'un tel moule résulte du fait qu'il est fabriqué
en résine. Il est incapable de résister à des pressions d'injection élevées. En
conséquence, une telle technologie n'est pas transposable à des moules de
grande dimension où les pressions d'injection mises en oeuvre ne sont pas
comparables. Ces deux caractéristiques, à savoir un procédé de fabrication de
chaque partie de moule par dépôt successif de strates et l'incorporation de
pièces pour ménager les conduits de refroidissement, sont reprises dans la
demande WO 97/16274 où chaque figure illustre une configuration classique
des conduits dans laquelle ces derniers s'étendent sensiblement parallèlement
à la face de moulage pour être au plus près de cette surface (page 11 - lignes
31 à 36) afin d'éviter un différentiel de température. Cette même fabrication par
frittage de poudre métallique et/ou par stéréo-lithographie est reprise dans le
brevet DE 19937315. Elle amène le concepteur à une disposition classique du
conduit de refroidissement qui, à nouveau, suit le profil de la face de moulage
en s'étendant sensiblement parallèlement à cette dernière pour les mêmes
raisons que celles mentionnées ci-dessus dans la demande WO 97/16274 et
en raison du procédé de fabrication retenu.
On connaít par ailleurs, comme l'illustre en particulier le brevet allemand DE-A-10017391,
un procédé de fabrication de moule par fonderie. Dans ce
document, les canaux servant au refroidissement de la cavité de moulage sont
alors moulés d'une seule pièce avec la pièce de moule elle-même. Toutefois du
fait de l'orientation conférée aux canaux qui suivent la cavité de moulage et
s'étendent sensiblement parallèlement à la face de moulage, il en résulte un
risque d'effondrement du moule et d'absence de résistance de ce moule aux
efforts résultant de l'injection de la matière dans la cavité de moulage. En
conséquence, une telle réalisation n'est pas transposable à la fabrication de
moule d'injection de grande dimension. En effet, dans la plupart des moules de
l'état de la technique, les canaux de refroidissement, qui sont fabriqués par
usinage dans le moule, s'étendent parallèlement à la face de moulage et donc
sensiblement perpendiculairement au sens d'ouverture/fermeture du moule. Si
l'on peut rencontrer parfois des canaux s'étendant sensiblement parallèlement
à l'axe d'ouverture/fermeture du moule, ils s'appliquent dans ce cas à des
moules métalliques de petite dimension fabriqués par usinage. Ils comportent
alors les inconvénients inhérents à la technique de fabrication par usinage.
Un but de la présente invention est donc de proposer un moule qui allie les
facilités de fabrication des moules réalisés sous forme de pièce de fonderie
tout en offrant une résistance mécanique suffisante pour pouvoir permettre la
réalisation de moule métallique d'injection de grande dimension.
Un autre but de la présente invention est de proposer un moule dont la
conception des canaux permet d'optimiser le refroidissement d'un tel moule.
A cet effet, l'invention a pour objet un moule métallique de grande dimension,
en particulier moule d'injection, du type constitué d'au moins deux parties de
moule aptes à être rapprochées et écartées l'une de l'autre, généralement par
l'intermédiaire d'une presse pour former, en position fermée du moule, une
cavité de moulage, chaque partie de moule, étant une pièce de fonderie
affectant la forme d'un bloc, comportant une face de moulage et une face
opposée, dite face d'appui de la presse, et étant munie de canaux servant,
pour au moins une partie d'entre eux, à la circulation d'un fluide caloporteur,
lesdits canaux internes étant venus de moulage avec ledit bloc, caractérisé en
ce que lesdits canaux venus de moulage avec ledit bloc sont orientés dans le
sens d'ouverture/fermeture de moule et forment un réseau de canaux,
parallèles à l'axe d'ouverture/fermeture du moule pour permettre aux parois de
canaux d'encaisser les efforts résultant des opérations de moulage.
Au moins une partie des canaux remplissent une double fonction à savoir d'une
part, au niveau des parois, une fonction d'encaissement des efforts résultant
des pressions d'injection mises en oeuvre, d'autre part, au niveau de l'intérieur
desdits canaux, le rôle de conduit de circulation de fluide. L'organisation des
canaux sous forme d'un réseau de canaux parallèles permet, à l'aide d'une
extrémité de chacun des canaux, de suivre le profil de la face de moulage et
donc d'obtenir les mêmes caractéristiques en terme d'échanges de chaleur que
celles qui étaient obtenues lorsqu'un canal unique suivait le profil de la face de
moulage. Le demandeur a donc constaté que, de manière surprenante, la mise
en place d'un réseau de canaux parallèles entre eux et au sens
d'ouverture/fermeture du moule avec des extrémités de canaux suivant ainsi le
profil de la face de moulage permet d'obtenir, en terme de refroidissement, des
résultats équivalents à ceux obtenus avec un canal unique suivant le profil de la
face de moulage mais à pour effet supplémentaire de renforcer la résistance
mécanique du moule autorisant ainsi la réalisation d'un moule de grande
dimension, en particulier un moule d'injection sous forme d'une pièce de
fonderie.
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante
d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 représente une vue en coupe d'un moule dans un mode de
réalisation conforme à l'invention ; la figure 2 représente une vue en coupe d'un autre mode de réalisation
d'un moule conforme à l'invention ; la figure 3 représente une vue en perspective ¾ avant de la face d'appui
d'un moule conforme à l'invention dans lequel les canaux ont été réalisés
sous forme d'éléments débouchant et la figure 4 représente une vue en coupe d'un autre mode de réalisation
d'un moule conforme à l'invention.
Comme mentionné ci-dessus, le moule métallique, objet de l'invention, est plus
particulièrement destiné à constituer un moule de grande dimension, en
particulier un moule d'injection. Ce moule est constitué, de manière classique,
d'au moins deux parties 1 de moule aptes à être rapprochées et écartées l'une
de l'autre généralement par l'intermédiaire d'une presse pour former, en
position fermée du moule, une cavité de moulage. Dans les exemples
représentés, chaque partie 1 de moule comporte une face 2 de moulage et une
face 3 opposée, dite face d'appui de la presse. Cette partie de moule est
encore munie de canaux 4 servant, pour au moins une partie d'entre eux, à la
circulation d'un fluide caloporteur. Chaque partie 1 de moule est une pièce de
fonderie affectant la forme générale d'un bloc muni de canaux 4 internes venus
de moulage avec ledit bloc. De manière caractéristique à l'invention, ces
canaux forment un réseau de canaux parallèles à l'axe d'ouverture/fermeture
du moule et sont orientés dans le sens S d'ouverture/fermeture du moule pour
permettre aux parois de canaux 4 d'encaisser les efforts résultant des
opérations de moulage. La réalisation des canaux sous forme d'un réseau
amène à une multiplication des canaux permettant ainsi à une extrémité de
cette multiplicité de canaux de suivre la face de moulage pour faciliter les
échanges thermiques entre cavité de moulage et canaux obtenant ainsi un effet
équivalent à celui qui serait obtenu par un canal suivant le profil de la face de
moulage en s'étendant sensiblement parallèlement à cette dernière. Dans
l'exemple représenté à la figure 1, les canaux 4 forment un réseau de canaux
parallèles à l'axe d'ouverture/fermeture du moule, ces canaux prenant
naissance en arrière de la face 2 de moulage. Les canaux 4 du réseau de
canaux s'étendent jusqu'en arrière de la face 3 d'appui du moule. Cette solution
permet d'obtenir des canaux étanches au moment de la fabrication du bloc
destiné à constituer la partie 1 de moule. Il en résulte une simplification au
moment du raccordement de l'ensemble des réseaux à un fluide caloporteur. Il
suffit alors de raccorder l'entrée 7 et la sortie 8 du bloc à un circuit
d'alimentation en fluide caloporteur pour permettre l'alimentation de tout ou
partie des canaux 4 du moule sans avoir à gérer les problèmes d'étanchéité au
sein du moule.
Dans un autre mode de réalisation représenté à la figure 2, les canaux 4
forment à nouveau un réseau de canaux parallèles à l'axe
d'ouverture/fermeture du moule. Ces canaux 4 prennent naissance en arrière
de la face 2 de moulage et débouchent dans la face 3 d'appui du bloc. Il
devient alors nécessaire de fermer cette face d'appui du bloc par l'intermédiaire
d'une plaque rapportée dont la liaison étanche au bloc devra être assurée.
Indépendamment du mode de réalisation de la face 3 d'appui et des canaux 4,
les parois de canaux sont munies d'ouvertures 5 de circulation de fluide d'un
canal 4 à un autre. Dans l'exemple représenté à la figure 2, au moins une partie
des canaux 4 est compartimentée par l'intermédiaire d'une cloison 6 rapportée.
Lesdits canaux 4 comportent alors, au niveau de leur paroi débouchant dans la
face d'appui du bloc, des encoches. Ces encoches forment, à l'état fermé du
bloc au moyen d'une paroi pleine rapportée, les ouvertures 5 de circulation de
fluide d'un canal 4 à un autre, de manière à imposer une circulation forcée du
flux de fluide le long des parois desdits canaux compartimentés. Il en résulte
dans ce cas une facilité de fabrication des ouvertures des canaux. On note
que, quel que soit le mode de réalisation retenu, les extrémités des canaux 4
en arrière de la face de moulage sont positionnés le long d'une ligne dont le
tracé est identique au profil de la face 2 de moulage du moule. Ainsi, cette
solution permet des échanges thermiques optimisés au niveau de la face 2 de
moulage puisque la multiplicité des canaux résultant de leur organisation en
réseau permet de couvrir, à l'aide de l'extrémité de ces canaux, une grande
partie de la surface s'étendant sous la face de moulage.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les canaux 4 présentent
une section polygonale. Ainsi, comme l'illustre la figure 3, de préférence les
canaux du bloc présentent une structure en nid d'abeille formée ici par des
alvéoles de type hexagonal. Les canaux forment ainsi un réseau de canaux
parallèles adjacents, de préférence contigus, d'axe parallèle à l'axe d'ouverture
du moule et dont les extrémités coopèrent pour venir suivre le profil de la face
de moulage. Bien évidemment, d'autres modes de réalisation et en particulier
d'autres formes de réalisation de canaux peuvent être envisagés, l'intérêt des
sections polygonales étant de disposer de parois d'épaisseur constante limitant
les problèmes de bullage, de retassures et de déformation au moment de la
fabrication du moule.
Un tel moule est fabriqué de manière classique suivant les techniques de
fonderie bien connues à ceux versés dans cet art. A cet effet, les étapes du
procédé comportent une première étape de fabrication d'un modèle de la partie
1 de moule réalisé en un matériau fusible, tel que du polystyrène. Les éléments
creux de ce moule sont alors remplis de sable et l'ensemble est trempé dans
du sable pour réaliser un moule en sable. Le modèle initial constitue un modèle
perdu lors de l'opération du coulage de métal qui vient se substituer aux parties
occupées par le modèle maítre. Le sable est alors éliminé et le moule
métallique, obtenu par coulée, constitue le moule définitif. Cette technique ne
sera pas décrite plus en détail car elle est bien connue à ceux versés dans cet
art. Le métal utilisé lors de la coulée peut être de l'aluminium, de l'acier ou
autre.