FR2720028A1 - Variable volume injection mould for composite material parts - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE MOULAGE PAR INJECTION UTILISANT UN MOULE A
VOLUME VARIABLE ET OUTILLAGE DE MOULAGE UTILISABLE DANS CE
PROCEDE.INJECTION MOLDING METHOD USING A MOLD
VARIABLE VOLUME AND MOLDING TOOLS FOR USE THEREIN
PROCESS.
DESCRIPTION
L'invention concerne un procédé de moulage par injection adapté à la fabrication de pièces en matériau composite de géométrie quelconque, présentant dans la majeure partie de leur volume un taux de fibres élevé (supérieur à 55 % en volume).DESCRIPTION
The invention relates to an injection molding process suitable for manufacturing parts of composite material of any geometry, having in most of their volume a high fiber content (greater than 55% by volume).
L'invention concerne également un outillage de moulage comportant un moule à volume variable conçu spécialement pour la mise en oeuvre de ce procédé. The invention also relates to a molding tool comprising a variable volume mold specially designed for the implementation of this method.
L'invention s'applique à tous les domaines industriels dans lesquels il apparaît souhaitable de pouvoir disposer de structures légères présentant une résistance spécifique élevée. Parmi ces domaines, on citera notamment toutes les industries du transport et en particulier les industries aéronautique et spatiale ainsi que les industries automobile et ferroviaire. The invention applies to all industrial fields in which it appears desirable to be able to have light structures having a high specific resistance. These fields include, in particular, all the transport industries and in particular the aeronautical and space industries as well as the automobile and railway industries.
Un souci de légèreté combiné avec des exigences de résistance structurelle élevée conduisent de plus en plus fréquemment à remplacer les structures métalliques par des structures en matériau composite. Ces dernières structures sont formées d'une armature fibreuse constituée de fibres organiques ou minérales continues, noyée dans une matrice de résine organique. A concern for lightness combined with high structural strength requirements lead more and more frequently to replace metallic structures by structures made of composite material. These latter structures are formed of a fibrous reinforcement consisting of continuous organic or mineral fibers, embedded in an organic resin matrix.
Dans l'industrie aéronautique, la plupart des structures réalisées en matériau composite sont mises en forme par la technique du moulage à l'autoclave de pièces drapées. Selon cette technique, on drape d'abord sur une matrice présentant une forme complémentaire de celle de la pièce à réaliser différentes couches de fibres préimprégnées de résine, selon l'épaisseur désirée. On procède ensuite à la polymérisation de la résine en autoclave en maintenant l'empilement de couches sous pression, par exemple en plaçant les couches drapées sous une membrane dont le bord est raccordé de façon étanche sur la matrice, puis en faisant le vide dans l'espace ainsi délimité entre la membrane et la matrice. In the aeronautical industry, most of the structures made of composite material are shaped by the technique of autoclave molding of draped parts. According to this technique, one drapes first on a matrix having a shape complementary to that of the part to be produced different layers of fibers preimpregnated with resin, according to the desired thickness. The resin is then polymerized in an autoclave while maintaining the stack of layers under pressure, for example by placing the draped layers under a membrane, the edge of which is tightly connected to the matrix, then vacuuming the space thus delimited between the membrane and the matrix.
Cette technique du moulage à l'autoclave permet la réalisation de pièces composites de géométrie simple et de bonne qualité, notamment en ce qui concerne leur performance mécanique. Cependant, sa mise en oeuvre en est longue et coûteuse, ce qui la rend difficilement compatible avec des exigences d'industrialisation, d'automatisation et de réduction des coûts. This autoclave molding technique allows the production of composite parts of simple geometry and of good quality, particularly with regard to their mechanical performance. However, its implementation is long and costly, which makes it hardly compatible with industrialization, automation and cost reduction requirements.
Compte tenu des limites industrielles évidentes du procédé de moulage à l'autoclave de pièces drapées, ce procédé tend à être progressivement abandonné pour des pièces complexes au détriment du procédé de moulage par injection de résine basse pression. Given the obvious industrial limits of the autoclave molding process for draped parts, this process tends to be gradually abandoned for complex parts to the detriment of the low pressure resin injection molding process.
Ce dernier procédé, généralement appelé procédé RTM (de l'anglais "Resin Transfert Molding"), consiste à placer dans un moule une armature fibreuse formée de fibres organiques ou minérales continues non imprégnées de résine, puis à injecter dans le moule fermé une résine organique, à basse pression (généralement entre 3,5 et 4,5 bars absolus) . L'injection de la résine est immédiatement suivie d'un cycle de polymérisation qui dépend de la nature de la résine utilisée. This last process, generally called RTM process (from the English "Resin Transfer Molding"), consists in placing in a mold a fibrous reinforcement formed of continuous organic or mineral fibers not impregnated with resin, then in injecting in the closed mold a resin organic, at low pressure (generally between 3.5 and 4.5 bar absolute). The injection of the resin is immediately followed by a polymerization cycle which depends on the nature of the resin used.
Ce procédé RTM est particulièrement adapté à la fabrication, en moyennes séries, de pièces de faibles ou moyennes dimensions de structures géométriques complexes, en une seule étape. Les pièces peuvent être monolithiques ou sandwiches et il est possible d'intégrer des inserts. This RTM process is particularly suitable for the production, in medium series, of small or medium-sized parts of complex geometric structures, in a single step. The pieces can be monolithic or sandwiched and it is possible to integrate inserts.
L'obtention de pièces présentant des caractéristiques mécaniques élevées conduit à utiliser des résines particulières et surtout à rendre l'armature fibreuse plus performante grâce à l'utilisation de fibres tissées ou cousues et à des taux de fibres élevés (supérieurs à 55 % en volume). Obtaining parts with high mechanical characteristics leads to the use of specific resins and above all to making the fibrous reinforcement more efficient thanks to the use of woven or sewn fibers and at high fiber levels (greater than 55% by volume ).
Cependant, l'augmentation du taux volumique des fibres rend très difficile, voir impossible, l'imprégnation par la résine de l'armature fibreuse, lorsque cette dernière occupe la quasi totalité du volume du moule. Il n'est donc pratiquement pas possible de fabriquer par le procédé RTM des pièces présentant des caractéristiques de résistance spécifique élevée, lorsque les dimensions de ces pièces deviennent trop grandes. En d'autres termes. La qualité de la pièce est remise en cause dès que les dimensions de celle-ci deviennent trop importantes pour garantir un remplissage total de l'armature fibreuse compactée, par la résine. However, the increase in the volume ratio of the fibers makes it very difficult, if not impossible, to impregnate the fiber reinforcement with the resin, when the latter takes up almost the entire volume of the mold. It is therefore practically not possible to manufacture by the RTM process parts having characteristics of high specific resistance, when the dimensions of these parts become too large. In other words. The quality of the part is called into question as soon as its dimensions become too large to guarantee total filling of the compacted fibrous reinforcement with the resin.
L'invention a précisément pour objet un nouveau procédé de moulage par injection permettant de fabriquer des pièces en matériau composite à performances mécaniques élévées sans que le taux volumique de fibres élevé imposé par ces performances n'entrave l'imprégnation de l'armature fibreuse par la résine et, par conséquent, sans limiter l'utilisation de ce procédé à la fabrication de pièces hautes performances de petites dimensions. The invention specifically relates to a new injection molding process for manufacturing parts of composite material with high mechanical performance without the high fiber volume rate imposed by these performances hindering the impregnation of the fibrous reinforcement by resin and, therefore, without limiting the use of this process to the manufacture of high performance parts of small dimensions.
Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un procédé de moulage par injection d'une pièce en matériau composite comprenant une armature fibreuse noyée dans une matrice de résine, selon lequel on place l'armature fibreuse dans un moule, puis on ferme le moule et on injecte la résine dans ce dernier, de façon à obtenir une armature fibreuse imprégnée de résine, caractérisé par le fait qu'on utilise un moule à volume variable auquel on donne un premier volume, supérieur à celui de la pièce à réaliser, avant de placer l'armature fibreuse dans ce moule, puis un deuxième volume sensiblement égal à celui de la pièce à réaliser, après avoir injecté la résine, de façon à compacter l'armature fibreuse imprégnée de résine. In accordance with the invention, this result is obtained by means of an injection molding process for a piece of composite material comprising a fibrous reinforcement embedded in a resin matrix, according to which the fibrous reinforcement is placed in a mold, then the mold is closed and the resin is injected into the latter, so as to obtain a fibrous reinforcement impregnated with resin, characterized in that a variable-volume mold is used to which a first volume is given, greater than that of the part to be produced, before placing the fibrous reinforcement in this mold, then a second volume substantially equal to that of the part to be produced, after injecting the resin, so as to compact the fibrous reinforcement impregnated with resin.
L'utilisation d'un moule à volume variable permet d'injecter la résine dans le moule alors que l'armature fibreuse n'est pas fortement compactée. The use of a variable-volume mold makes it possible to inject the resin into the mold while the fibrous reinforcement is not strongly compacted.
L'imprégnation de cette armature par la résine peut donc se faire dans des conditions satisfaisantes. L'obtention d'un taux volumique de fibres élevé est assurée en réduisant ensuite le volume du moule avant que le cycle de polymérisation de la résine ne soit appliqué.The impregnation of this frame with the resin can therefore be done under satisfactory conditions. Obtaining a high fiber volume rate is ensured by then reducing the volume of the mold before the resin polymerization cycle is applied.
Dans une forme de réalisation préférentielle de l'invention, on utilise un moule équipé intérieurement d'au moins une vessie gonflable initialement dégonflée, que l'on gonfle après avoir injecté la résine, de préférence en lui appliquant une pression prédéterminée, choisie selon les dimensions que l'on désire donner à la pièce. In a preferred embodiment of the invention, a mold is used which is internally equipped with at least one initially deflated inflatable bladder, which is inflated after injecting the resin, preferably by applying a predetermined pressure, chosen according to the dimensions that we want to give to the room.
Le procédé selon l'invention est avantageusement appliqué à la fabrication d'une pièce telle qu'un panneau équipé de raidisseurs, comportant au moins une région en forme de plaque (plane ou non). Dans ce cas, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre de trois manières différentes - une première technique consiste à mouler ladite région
en forme de plaque entre une première partie
indéformable du moule et la vessie gonflable, cette
dernière prenant appui sur une deuxième partie
indéformable du moule - une autre technique consiste à mouler la région en
forme de plaque entre une première partie indéformable
du moule et un noyau indéformable, ce dernier prenant
appui contre une deuxième partie indéformable du moule
par l'intermédiaire de la vessie gonflable ; et - une troisième technique consiste à mouler la région en
forme de plaque entre une première partie indéformable
du moule et la vessie gonflable, cette dernière étant
armée et prenant appui sur une deuxième partie
indéformable du moule par l'intermédiaire d'une chambre
sous pression.The method according to the invention is advantageously applied to the manufacture of a part such as a panel equipped with stiffeners, comprising at least one region in the form of a plate (flat or not). In this case, the method according to the invention can be implemented in three different ways - a first technique consists in molding said region
in the form of a plate between a first part
non-deformable mold and inflatable bladder, this
last building on a second part
non-deformable mold - another technique is to mold the region in
form of plate between a first non-deformable part
mold and a non-deformable core, the latter taking
support against a second non-deformable part of the mold
through the inflatable bladder; and - a third technique consists in molding the region in
form of plate between a first non-deformable part
of the mold and the inflatable bladder, the latter being
army and building on a second part
non-deformable of the mold via a chamber
under pressure.
L'invention a aussi pour objet un outillage de moulage pour la fabrication d'une pièce en matériau composite selon le procédé précité. Cet outillage comprend un moule formé d'au moins deux parties indéformables aptes à être reliées fixement l'une à l'autre par des moyens de fermeture, pour délimiter un volume de moulage dans lequel est reçue ladite armature fibreuse, et des moyens d'injection de la résine dans ce volume de moulage, caractérisé par le fait qu'il comprend de plus au moins une vessie gonflable interposée entre ce volume de moulage et l'une des parties indéformables du moule. The invention also relates to a molding tool for the manufacture of a part made of composite material according to the above-mentioned method. This tool comprises a mold formed from at least two non-deformable parts capable of being fixedly connected to each other by closing means, to delimit a molding volume in which said fibrous reinforcement is received, and means for injection of the resin into this molding volume, characterized in that it further comprises at least one inflatable bladder interposed between this molding volume and one of the non-deformable parts of the mold.
On décrira à présent, à titre d'exemples non limitatifs, différentes formes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 est une vue en coupe transversale d'-un moule formant l'élément essentiel d'un outillage de moulage par injection d'une pièce en matériau composite selon une première forme de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1
- la figure 3 est une vue en coupe transversale à plus grande échelle d'une partie du moule de la figure 1
- la figure 4 est une vue en coupe transversale comparable à la figure 1 illustrant une deuxième forme de réalisation de l'invention ; et
- la figure 5 est une vue en coupe transversale comparable à la figure 1 illustrant une troisième forme de réalisation de l'invention.We will now describe, by way of nonlimiting examples, different embodiments of the invention, with reference to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 is a cross-sectional view of a mold forming the essential element of an injection molding tool for a part made of composite material according to a first embodiment of the invention;
- Figure 2 is a sectional view along line II-II of Figure 1
- Figure 3 is a cross-sectional view on a larger scale of a part of the mold of Figure 1
- Figure 4 is a cross-sectional view comparable to Figure 1 illustrating a second embodiment of the invention; and
- Figure 5 is a cross-sectional view comparable to Figure 1 illustrating a third embodiment of the invention.
Une première forme de réalisation d'un outillage de moulage conforme à l'invention va à présent être décrite en se référant aux figures 1 à 3. A first embodiment of a molding tool according to the invention will now be described with reference to FIGS. 1 to 3.
Cette forme de réalisation concerne la fabrication d'une pièce constituée par un panneau autoraidi, c'est-à-dire un panneau plan comportant des raidisseurs à angle droit sur l'une de ses faces. Il est important de noter que la fabrication de cette pièce n'est donnée qu'à titre d'illustration non limitative, le procédé selon l'invention pouvant être utilisé pour fabriquer des pièces de formes quelconques (compactes, allongées, non développables, etc.), l'outillage de moulage étant alors adapté à la forme de la pièce tout en restant conforme au principe de l'invention. This embodiment relates to the manufacture of a part constituted by an autoraidi panel, that is to say a flat panel comprising stiffeners at right angles to one of its faces. It is important to note that the manufacture of this part is given only by way of nonlimiting illustration, the method according to the invention can be used to manufacture parts of any shape (compact, elongated, non-developable, etc. .), the molding tools then being adapted to the shape of the part while remaining in accordance with the principle of the invention.
Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures 1 à 3, l'outillage de moulage comporte un moule 10 composé principalement de deux parties indéformables constituées par une partie de fond 12 et par un couvercle 14. In the embodiment illustrated in FIGS. 1 to 3, the molding tool comprises a mold 10 composed mainly of two non-deformable parts constituted by a bottom part 12 and by a cover 14.
Lorsque la pièce que l'on désire fabriquer est un panneau plan autoraidi, comme l'illustrent les figures 1 à 3, la partie de fond 12 comprend une plaque plane rectangulaire 16 ainsi qu'un cadre rectangulaire 18 fixé de façon étanche sur la face supérieure plane de la plaque 16, le long de son bord périphérique. Le couvercle 14 est constitué quant à lui par une plaque rectangulaire plane, dont les dimensions sont les mêmes que celles de la plaque 16. La partie de fond 12 et le couvercle 14 sont des pièces métalliques, par exemple en acier. When the part which it is desired to manufacture is a self-supporting flat panel, as illustrated in FIGS. 1 to 3, the bottom part 12 comprises a rectangular flat plate 16 as well as a rectangular frame 18 fixed in a sealed manner on the face upper plane of the plate 16, along its peripheral edge. The cover 14 is in turn constituted by a flat rectangular plate, the dimensions of which are the same as those of the plate 16. The bottom part 12 and the cover 14 are metal parts, for example made of steel.
Le couvercle 14 est prévu pour être fixé de façon démontable sur la partie de fond 12 par des moyens de fixation démontables (non représentés) tels que des boulons, des goujons, etc.. Lorsque le couvercle 14 est fixé sur la partie de fond 12, il est en appui étanche contre un joint d'étanchéité 20 logé dans une gorge formée sur le bord supérieur du cadre 18. Les deux parties 12 et 14 du moule 10 délimitent alors entre elle un espace clos dans lequel sont placés différents accessoires servant notamment à délimiter dans cet espace un volume de moulage
V dont la forme détermine la géométrie de la pièce à fabriquer.The cover 14 is designed to be fixed in a removable manner on the bottom part 12 by removable fixing means (not shown) such as bolts, studs, etc. When the cover 14 is fixed on the bottom part 12 , it is in leaktight abutment against a seal 20 housed in a groove formed on the upper edge of the frame 18. The two parts 12 and 14 of the mold 10 then delimit between it an enclosed space in which are placed various accessories serving in particular to define in this space a molding volume
V whose shape determines the geometry of the part to be manufactured.
Ces accessoires comprennent notamment des noyaux d'indexage 22. Plus précisément, si le panneau autoraidi que l'on désire fabriquer comporte n raidisseur, on place à l'intérieur du moule n + 1 noyaux 22. Dans la forme de réalisation représentée, tous les noyaux d'indexage 22 sont identiques et chacun d'entre eux comporte une face inférieure plane 22a et deux faces latérales planes 22b perpendiculaires à cette face inférieure plane (figure 3). These accessories include in particular indexing cores 22. More precisely, if the autoraidi panel which one wishes to manufacture comprises n stiffener, one places inside the mold n + 1 cores 22. In the embodiment shown, all the indexing cores 22 are identical and each of them has a flat lower face 22a and two flat lateral faces 22b perpendicular to this flat lower face (FIG. 3).
Lorsque les noyaux d'indexage 22 sont en place, leurs faces inférieures planes 22a sont situées dans un même plan parallèle à la face supérieure plane 16a de la plaque 16, pour ménager un espace correspondant à la partie plane du panneau à fabriquer. When the indexing cores 22 are in place, their flat lower faces 22a are located in the same plane parallel to the flat upper face 16a of the plate 16, to provide a space corresponding to the flat part of the panel to be manufactured.
Par ailleurs, les faces latérales 22b en vis-à-vis de deux noyaux d'indexage 22 consécutifs sont parallèles entre elles et espacées l'une de l'autre d'une même distance pour ménager un espace correspondant aux raidisseurs du panneau à fabriquer. Furthermore, the lateral faces 22b facing two consecutive indexing cores 22 are parallel to each other and spaced apart from each other by the same distance to provide a space corresponding to the stiffeners of the panel to be manufactured .
Comme l'illustre plus précisément la figure 2, le positionnement des noyaux d'indexage 22 dans la partie de fond 12 est assuré par deux règlettes 28, reçues sans jeu dans cette partie de fond 12, le long des extrémités des noyaux 22. Plus précisément, des doigts d'indexage 24 et 26 font saillie à chacune des extrémités des noyaux d'indexage 22 et sont reçus sans jeu dans des encoches 28a, ouvertes vers le haut, formées dans les règlettes 28. As illustrated more precisely in FIG. 2, the positioning of the indexing cores 22 in the bottom part 12 is ensured by two strips 28, received without play in this bottom part 12, along the ends of the cores 22. More specifically, indexing fingers 24 and 26 protrude at each end of the indexing cores 22 and are received without play in notches 28a, open upwards, formed in the strips 28.
Les réglettes 28 sont elles-mêmes placées sur des cales planes 30 de bordure de pièce qui reposent sur la plaque 16 et sont en appui contre la face intérieure du cadre 18.The strips 28 are themselves placed on flat wedges 30 of the part edge which rest on the plate 16 and are in abutment against the internal face of the frame 18.
Des jeux de cales 32 présentant des faces complémentaires inclinées sont également interposées entre les réglettes 28 et le cadre 18, pour faciliter le démoulage. De façon comparable et comme l'illustre la figure 1, des jeux de cales 34 présentant des faces complémentaires inclinées sont aussi interposées latéralement entre le cadre 18 et les faces latérales 22b des noyaux d'indexage 22 les plus proches de ce cadre, pour faciliter le démoulage. Les cales 34 adjacentes aux noyaux d'indexage 22 comportent des parties planes, de même épaisseur que les cales 30, qui se prolongent latéralement sous les noyaux d'indexage 22 adjacents. Avec les cales planes 30, ces parties planes des cales 34 délimitent le contour du volume de moulage V. Sets of shims 32 having complementary inclined faces are also interposed between the strips 28 and the frame 18, to facilitate demolding. In a comparable manner and as illustrated in FIG. 1, sets of shims 34 having complementary inclined faces are also interposed laterally between the frame 18 and the side faces 22b of the indexing cores 22 closest to this frame, to facilitate demolding. The shims 34 adjacent to the indexing cores 22 have flat parts, the same thickness as the shims 30, which extend laterally under the adjacent indexing cores 22. With the flat shims 30, these flat parts of the shims 34 define the outline of the molding volume V.
L'injection de la résine dans le moule 10 se fait à partir d'un appareil d'injection classique 36, sous faible pression (par exemple, environ 3,5 à 4,5 bars absolus) et à une température qui dépend de la nature de la résine (par exemple, environ 130 à 150 C). L'appareil d'injection 36 communique par un tube 37 avec un passage 38 formé au centre de l'une des branches latérales du cadre 18, comme le montre la figure 1. Ce passage 38 débouche dans des canaux de distribution 40 formés sur les faces inférieures des cales 34 adjacentes, le long de la plaque 16. La répartition de ces canaux 40 permet d'injecter la résine dans le volume de moulage V de façon uniforme sur toute la longueur du noyau d'indexage le plus proche du passage 38. The resin is injected into the mold 10 using a conventional injection device 36, under low pressure (for example, approximately 3.5 to 4.5 bars absolute) and at a temperature which depends on the nature of the resin (for example, about 130 to 150 C). The injection apparatus 36 communicates by a tube 37 with a passage 38 formed in the center of one of the lateral branches of the frame 18, as shown in FIG. 1. This passage 38 opens into distribution channels 40 formed on the lower faces of the adjacent wedges 34, along the plate 16. The distribution of these channels 40 makes it possible to inject the resin into the molding volume V uniformly over the entire length of the indexing core closest to the passage 38 .
Des canaux 42 sont réalisés de façon similaire sur les faces inférieures des cales 36 situées à l'opposé du passage 38, de façon à drainer les gaz contenus dans le volume de moulage V vers un circuit de vide 43. A cet effet, le circuit de vide 43 communique par un tube 44 avec un passage 45 formé au centre de la branche latérale du cadre 18 opposée à la branche dans laquelle est formé le passage 38. Channels 42 are produced in a similar manner on the lower faces of the shims 36 situated opposite the passage 38, so as to drain the gases contained in the molding volume V towards a vacuum circuit 43. For this purpose, the circuit vacuum 43 communicates by a tube 44 with a passage 45 formed in the center of the lateral branch of the frame 18 opposite the branch in which the passage 38 is formed.
Conformément à l'invention, le moule 10 est en outre équipé de moyens permettant d'en faire varier le volume de moulage V, compris entre la plaque 16 et les noyaux d'indexage 22 et délimité par les cales 30 et 34. A cet effet, le moule 10 est équipé intérieurement de parois mobiles permettant de faire varier l'épaisseur de l'espace formé entre les noyaux d'indexage 22 et la plaque 16 ainsi que l'épaisseur des espaces formés entre les noyaux d'indexage 22 adjacents. According to the invention, the mold 10 is further equipped with means making it possible to vary the molding volume V thereof, comprised between the plate 16 and the indexing cores 22 and delimited by the shims 30 and 34. In this case Indeed, the mold 10 is internally equipped with movable walls making it possible to vary the thickness of the space formed between the indexing cores 22 and the plate 16 as well as the thickness of the spaces formed between the adjacent indexing cores 22 .
Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures 1 à 3, ces parois mobiles sont constituées par des vessies gonflables 46. Plus précisément, une vessie 46 est associée à chacun des noyaux d'indexage 22 de façon à en recouvrir la face inférieure plane 22a ainsi que les deux faces latérales planes 22b et les deux faces d'extrémité (non référencées) . Afin que l'espace entre chacune des vessies 46 et le noyau d'indexage 22 qui la supporte soit parfaitement étanche, le bord périphérique de chaque vessie 46 est emprisonné entre la face supérieure du noyau d'indexage 22 qui la supporte et un cadre support 48. Le cadre support 48 peut notamment être fixé le long de la périphérie de la face supérieure du noyau d'indexage 22 par des vis 50, comme l'illustre plus précisément la figure 3. In the embodiment illustrated in Figures 1 to 3, these movable walls are constituted by inflatable bladders 46. More specifically, a bladder 46 is associated with each of the indexing cores 22 so as to cover the flat underside 22a as well as the two flat side faces 22b and the two end faces (not referenced). So that the space between each of the bladders 46 and the indexing core 22 which supports it is perfectly sealed, the peripheral edge of each bladder 46 is trapped between the upper face of the indexing core 22 which supports it and a support frame 48. The support frame 48 can in particular be fixed along the periphery of the upper face of the indexing core 22 by screws 50, as illustrated more precisely in FIG. 3.
Pour permettre le gonflage de chacune des vessies 46 portées par les noyaux d'indexage 22, l'outillage de moulage comporte des moyens de gonflage de ces vessies, illustrés schématiquement en 52 sur la figure 2. Ces moyens de gonflage 52 constitués par exemple par une source d'air comprimé, sont reliés par un ensemble de tuyaux 54 à des raccords pneumatiques 56 qui traversent de façon étanche le cadre 18, en face de chacun des doigts d'indexage 24. Chacun des raccords pneumatiques 56 est raccordé sur le doigt d'indexage 24 en vis-à-vis par un manchon 58 souple et étanche. To allow inflation of each of the bladders 46 carried by the indexing cores 22, the molding tool comprises means for inflating these bladders, illustrated schematically at 52 in FIG. 2. These inflation means 52 constituted for example by a source of compressed air, are connected by a set of pipes 54 to pneumatic connections 56 which pass tightly through the frame 18, opposite each of the indexing fingers 24. Each of the pneumatic connections 56 is connected to the finger indexing 24 vis-à-vis by a flexible and waterproof sleeve 58.
Chacun des doigts d'indexage 24 est tubulaire, de façon à présenter intérieurement un passage 60 faisant communiquer l'intérieur du manchon 58 avec un passage 60 formé dans le noyau d'indexage 22 correspondant. Ce passage 60 débouche sur la face inférieure du noyau d'indexage pour communiquer avec un réseau de rainures de répartition superficielles 62 (figure 3) formé sur les faces inférieure et latérales 22b du noyau d'indexage. La distribution de l'air comprimé en provenance de la source 52 est ainsi assurée entre chaque noyau d'indexage 22 et la vessie gonflable 46 qu'il supporte, de façon à permettre un gonflage de cette dernière à la fois sur les faces inférieure et latérales des noyaux d'indexage. Each of the indexing fingers 24 is tubular, so as to present internally a passage 60 communicating the interior of the sleeve 58 with a passage 60 formed in the corresponding indexing core 22. This passage 60 opens onto the underside of the indexing core to communicate with a network of surface distribution grooves 62 (FIG. 3) formed on the bottom and side faces 22b of the indexing core. The distribution of compressed air from the source 52 is thus ensured between each indexing core 22 and the inflatable bladder 46 which it supports, so as to allow inflation of the latter both on the lower faces and side of the indexing cores.
Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures 1 à 3, les noyaux d'indexage 22 sont maintenus en position lors du moulage par l'application d'une pression entre ces noyaux et le couvercle 14. A cet effet, une source d'air comprimé 64 (figure 2) est reliée par un tube 66 à un réseau de canaux de distribution 68 formé dans le couvercle 14. Ce réseau de canaux débouche au-dessus de chacun des noyaux d'indexage 22, dans un espace 80 délimité par un évidement central formé sur la face supérieure de chacun de ces noyaux. In the embodiment illustrated in Figures 1 to 3, the indexing cores 22 are held in position during molding by the application of pressure between these cores and the cover 14. For this purpose, a source of compressed air 64 (FIG. 2) is connected by a tube 66 to a network of distribution channels 68 formed in the cover 14. This network of channels opens above each of the indexing cores 22, in a space 80 delimited by a central recess formed on the upper face of each of these cores.
L'étanchéité des espaces 80 vis-à-vis du volume de moulage V est assurée par des joints d'étanchéité souples 70 logés dans chacun des cadres supports 48, qui présentent à cet effet une section en forme de U. The tightness of the spaces 80 vis-à-vis the molding volume V is ensured by flexible seals 70 housed in each of the support frames 48, which for this purpose have a U-shaped section.
Afin de compléter l'outillage de moulage selon l'invention, on voit sur la figure 3 qu'une cale 72 à section en forme de T est placée entre chaque paire de noyaux d'indexage 22 adjacents et le couvercle 14. Ces cales 72 limitent notamment la hauteur de chacun des raidisseurs du panneau autoraidi à fabriquer. Un tissu de drainage 74 dont la fonction apparaîtra ultérieurement est placé entre chacune des cales 72 et la vessie gonflable 46. In order to complete the molding tool according to the invention, it can be seen in FIG. 3 that a shim 72 with a T-shaped section is placed between each pair of adjacent indexing cores 22 and the cover 14. These shims 72 limit in particular the height of each of the stiffeners of the autoraidi panel to be manufactured. A drainage fabric 74 whose function will appear later is placed between each of the wedges 72 and the inflatable bladder 46.
La mise en oeuvre de l'outillage de moulage qui vient d'être décrite en se référant aux figures 1 à 3 va à présent être exposée. The implementation of the molding tool which has just been described with reference to Figures 1 to 3 will now be explained.
Au cours d'une étape préparatoire, le moule 10 est ouvert et les noyaux d'indexage 22 enlevés. Une armature fibreuse (non représentée) fabriquée séparément est alors mise en place dans le volume V. Cette armature fibreuse, constituée de fibres organiques ou minérales continues, non imprégnées de résine, peut notamment être obtenue par tissage et/ou par couture. En l'absence de compactage, le taux volumique de fibres de cette armature est sensiblement inférieur au taux volumique de fibres que l'on désire obtenir dans la pièce à fabriquer. During a preparatory step, the mold 10 is opened and the indexing cores 22 removed. A fibrous reinforcement (not shown) produced separately is then placed in volume V. This fibrous reinforcement, consisting of continuous organic or mineral fibers, not impregnated with resin, can in particular be obtained by weaving and / or by sewing. In the absence of compaction, the volume ratio of fibers of this reinforcement is substantially lower than the volume ratio of fibers which it is desired to obtain in the part to be manufactured.
Les noyaux d'indexage 22 sont ensuite mis en place, de même que tous les autres accessoires prévus pour être placés à l'intérieur du moule 10 conformément à la description faite précédemment. En particulier, l'opérateur place les cales 72 ainsi que les tissus 74 de la manière décrite en se référant à la figure 3. The indexing cores 22 are then put in place, as are all the other accessories intended to be placed inside the mold 10 in accordance with the description given above. In particular, the operator places the shims 72 as well as the fabrics 74 as described with reference to FIG. 3.
Le moule 10 est alors fermé en fixant le couvercle 14 de façon étanche sur la partie de fond 12 du moule. The mold 10 is then closed by fixing the cover 14 sealingly on the bottom part 12 of the mold.
A ce stade, il est important d'observer que l'armature fibreuse placée dans le volume de moulage V n'a pratiquement pas été compactée. At this stage, it is important to observe that the fibrous reinforcement placed in the molding volume V has hardly been compacted.
Le volume V est mis sous vide par la mise en oeuvre du circuit de vide 43, puis l'injection de la résine sous faible pression (par exemple 3,5 à 4,5 bars absolus) est effectuée à partir de l'appareillage d'injection 36, d'une manière uniforme sur toute la longueur du moule grâce aux canaux de distribution 40. The volume V is placed under vacuum by the implementation of the vacuum circuit 43, then the injection of the resin under low pressure (for example 3.5 to 4.5 bar absolute) is carried out from the apparatus d injection 36, uniformly over the entire length of the mold thanks to the distribution channels 40.
Etant donné que le taux volumique de fibres de l'armature fibreuse présente dans le volume de moulage V est encore relativement faible, la résine pénètre dans toute la masse de l'armature malgré la faible pression d'injection, quelle que soit la géométrie de la pièce et même si la taille de celle-ci est relativement importante.Since the volume ratio of fibers in the fibrous reinforcement present in the molding volume V is still relatively low, the resin penetrates the entire mass of the reinforcement despite the low injection pressure, whatever the geometry of the room and even if the size of it is relatively large.
Lorsque l'injection de la résine est terminée, ce qui est contrôlé par la mesure du volume de résine injecté dans le moule 10, ou par la sortie de résine par le tube 44, le volume de moulage V occupé par l'armature fibreuse imprégnée de résine est diminué en deux phases. When the resin injection is finished, which is controlled by measuring the volume of resin injected into the mold 10, or by the resin outlet through the tube 44, the molding volume V occupied by the impregnated fibrous reinforcement resin is decreased in two phases.
Dans un premier temps, la source d'air comprimé 64 est actionnée et reliée au réseau de canaux de distribution 68 afin de réaliser un positionnement précis des noyaux d'indexage 22 par la venue en butée des doigts d'indexage 24 et 26 dans le fond des encoches 28a formées dans les réglettes 28. A titre d'illustration, ce positionnement peut être assuré par une mise en pression d'environ 7 bars des espaces 80. Un compactage de la partie plane du panneau est ainsi réalisé. Firstly, the compressed air source 64 is actuated and connected to the network of distribution channels 68 in order to achieve precise positioning of the indexing cores 22 by the abutment of the indexing fingers 24 and 26 in the bottom of the notches 28a formed in the strips 28. By way of illustration, this positioning can be ensured by pressurizing approximately 7 bars of the spaces 80. Compaction of the flat part of the panel is thus achieved.
Dans un deuxième temps, le gonflement des vessies 46, sous l'effet d'une mise en oeuvre de la source d'air comprimé 52 permet de réaliser un compactage des raidisseurs, dans le sens de leur épaisseur. L'étendue de ce compactage peut notamment être contrôlée en appliquant dans les vessies gonflables 46 une pression prédéterminée, par exemple d'environ 6 bars. In a second step, the swelling of the bladders 46, under the effect of an implementation of the compressed air source 52 allows compaction of the stiffeners, in the direction of their thickness. The extent of this compaction can in particular be controlled by applying in the inflatable bladders 46 a predetermined pressure, for example around 6 bars.
Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures 1 à 3, l'excédent de résine qui doit s'échapper du volume de moulage V, lorsque celui-ci est réduit par le gonflage des vessies 46, est drainé par les tissus 74 (figure 3) dans des zones d'évent 75 formées entre les cales 72, le couvercle 14, les joints d'étanchéité 70 et les vessies 46. In the embodiment illustrated in FIGS. 1 to 3, the excess resin which must escape from the molding volume V, when the latter is reduced by the inflation of the bladders 46, is drained by the tissues 74 (FIG. 3) in vent zones 75 formed between the shims 72, the cover 14, the seals 70 and the bladders 46.
Lorsque cette étape de compactage est terminée, le taux volumique de fibres dans l'ébauche de pièce est supérieur à 55 *. Cependant, du fait que la résine a été injectée dans une armature fibreuse non compactée, la parfaite imprégnation de cette armature par la résine est assurée. When this compaction step is completed, the volume ratio of fibers in the workpiece blank is greater than 55 *. However, since the resin has been injected into a non-compacted fibrous reinforcement, perfect impregnation of this reinforcement by the resin is ensured.
La fabrication de la pièce se poursuit ensuite de façon classique par la polymérisation de la résine. The manufacture of the part then continues in a conventional manner by the polymerization of the resin.
Celle-ci est effectuée en faisant subir à l'ébauche de pièce placée dans le moule 10 un cycle de polymérisation qui dépend de la nature de la résine.This is carried out by subjecting the blank part placed in the mold 10 to a polymerization cycle which depends on the nature of the resin.
Lorsque ce cycle de polymérisation est terminé, le moule 10 est ouvert et la pièce terminée facilement démoulée grâce aux formes particulières données aux cales 32 et 34. When this polymerization cycle is finished, the mold 10 is opened and the finished part easily demolded thanks to the particular shapes given to the shims 32 and 34.
Une deuxième forme de réalisation de l'invention va à présent être décrite, toujours dans le cadre de la fabrication d'un panneau plan autoraidi, en se référant à la figure 4. A second embodiment of the invention will now be described, still in the context of the manufacture of a self-supporting flat panel, with reference to FIG. 4.
Comme dans la première forme de réalisation de l'invention, l'outillage de moulage comprend un moule 10 formé principalement d'une partie de fond 12 et d'un couvercle 14. Des noyaux d'indexage 22 sont également placés à l'intérieur du moule 10, afin de délimiter entre eux et avec la plaque 16 de la partie de fond 12 le volume de moulage V dans lequel est moulée la pièce. As in the first embodiment of the invention, the molding tool comprises a mold 10 formed mainly of a bottom part 12 and a cover 14. Indexing cores 22 are also placed inside of the mold 10, in order to delimit between them and with the plate 16 of the bottom part 12 the molding volume V in which the part is molded.
Dans cette deuxième forme de réalisation de l'invention, au lieu d'être placées entre les noyaux d'indexage 22 et le volume V, les vessies gonflables 46 sont interposées entre le couvercle 14 et les noyaux d'indexage 22 et entre les deux branches latérales du cadre 18 de la partie de fond 12 et les noyaux d'indexage 22. En outre, dans cet agencement les noyaux d'indexage 22 sont placés dans le moule de façon mobile ou flottante aussi bien dans le sens vertical que dans le sens latéral. In this second embodiment of the invention, instead of being placed between the indexing cores 22 and the volume V, the inflatable bladders 46 are interposed between the cover 14 and the indexing cores 22 and between the two lateral branches of the frame 18 of the bottom part 12 and the indexing cores 22. In addition, in this arrangement the indexing cores 22 are placed in the mold in a mobile or floating manner both vertically and in the lateral direction.
Des languettes élastiques 76, réalisées par exemple en acier, chevauchent les bords supérieurs adjacents des noyaux d'indexage 22, au-dessus des parties du volume de moulage V correspondant aux raidisseurs de la pièce à fabriquer et des évents 78 sont formés sur la face supérieure de chacun des noyaux d'indexage 22, à proximité de ces languettes 76. Elastic tabs 76, made for example of steel, overlap the adjacent upper edges of the indexing cores 22, above the parts of the molding volume V corresponding to the stiffeners of the workpiece and vents 78 are formed on the face upper of each of the indexing cores 22, near these tabs 76.
La mise en oeuvre de l'outillage de moulage qui vient d'être décrit brièvement en se référant à la figure 4 est dans l'ensemble comparable à celle de l'outillage décrit précédemment en se référant aux figures 1 à 3. The implementation of the molding tool which has just been described briefly with reference to FIG. 4 is on the whole comparable to that of the tool previously described with reference to FIGS. 1 to 3.
Ainsi, la fabrication de la pièce commence par la réalisation d'une armature fibreuse qui est mise en place dans le volume de moulage V, après ouverture du moule 10 et enlèvement des noyaux d'indexage 22. Ces derniers sont ensuite mis en place, ainsi que les languettes 76 et les vessies gonflables 46, après quoi le moule est fermé par la fixation étanche de son couvercle 14 sur sa partie de fond 12. Thus, the manufacture of the part begins with the production of a fibrous reinforcement which is placed in the molding volume V, after opening the mold 10 and removing the indexing cores 22. The latter are then put in place, as well as the tongues 76 and the inflatable bladders 46, after which the mold is closed by the tight fixing of its cover 14 on its bottom part 12.
L'injection de la résine sous basse pression et à une température qui dépend de la nature de la résine utilisée s'effectue alors par un circuit comparable à celui qui a été décrit en détail en se référant aux figures 1 à 3. L'imprégnation de l'armature fibreuse par la résine est complète, du fait que l'armature n'est pas encore comprimée. Il est à noter que la faible pression d'injection de la résine est insuffisante pour soulever les languettes souples 76, de sorte que l'étanchéité du volume de moulage V est alors préservée. The injection of the resin under low pressure and at a temperature which depends on the nature of the resin used is then carried out by a circuit comparable to that which has been described in detail with reference to FIGS. 1 to 3. The impregnation of the fibrous reinforcement by the resin is complete, because the reinforcement is not yet compressed. It should be noted that the low injection pressure of the resin is insufficient to lift the flexible tabs 76, so that the tightness of the molding volume V is then preserved.
L'opération de compactage ayant pour effet de réduire le volume de moulage V et d'accroître le taux volumique de fibres dans la pièce est ensuite réalisée par gonflement des vessies 46. Sous l'effet de ce gonflement, les noyaux d'indexage 22 se déplacent légèrement vers le bas et latéralement vers l'intérieur du moule, de façon à réduire l'épaisseur de la partie plane du panneau moulé ainsi que celle des raidisseurs. A la fin de cette opération, l'ébauche de pièce présente un taux volumique de fibres élevé, supérieur à 55 *. The compacting operation having the effect of reducing the molding volume V and of increasing the volume ratio of fibers in the part is then carried out by swelling the bladders 46. Under the effect of this swelling, the indexing cores 22 move slightly downwards and laterally towards the inside of the mold, so as to reduce the thickness of the flat part of the molded panel as well as that of the stiffeners. At the end of this operation, the workpiece blank has a high volume content of fibers, greater than 55 *.
Lors de cette opération de compactage, l'excédent de résine est évacué vers les évents 78 sous l'effet du soulèvement des languettes souples 76 provoqué par la pression plus élevée (5 à 7 bars) appliquée lors du compactage. During this compacting operation, the excess resin is evacuated to the vents 78 under the effect of the lifting of the flexible tongues 76 caused by the higher pressure (5 to 7 bars) applied during compacting.
La figure 5 illustre schématiquement une troisième forme de réalisation de l'invention, appliquée ici encore à la fabrication d'un panneau autoraidi. FIG. 5 schematically illustrates a third embodiment of the invention, applied here again to the manufacture of a self-supporting panel.
Comme dans les deux formes de réalisation déjà décrites, l'outillage de moulage comporte un moule 10 formé principalement d'une partie de fond 12 et d'un couvercle 14. Dans ce cas, les noyaux d'indexage 22 sont supprimés et le volume de moulage V correspondant à la pièce à fabriquer est délimité directement entre la plaque 16 de la partie de fond 12 et une vessie 46, armée par des raidisseurs internes de façon à présenter la forme désirée. As in the two embodiments already described, the molding tool comprises a mold 10 formed mainly of a bottom part 12 and a cover 14. In this case, the indexing cores 22 are eliminated and the volume molding V corresponding to the part to be manufactured is delimited directly between the plate 16 of the bottom part 12 and a bladder 46, armed by internal stiffeners so as to have the desired shape.
L'espace 80, délimité entre la vessie gonflable 46 et le couvercle 14 du moule 10, est alimenté en air comprimé par des canaux de distribution 68 reliés à une source d'air comprimé 64, comme dans la première forme de réalisation décrite. The space 80, delimited between the inflatable bladder 46 and the cover 14 of the mold 10, is supplied with compressed air by distribution channels 68 connected to a source of compressed air 64, as in the first embodiment described.
La mise en oeuvre de l'outillage de moulage qui vient d'être décrit en se référant à la figure 5 est comparable à celle des outillages de moulage décrits précédemment. The implementation of the molding tool which has just been described with reference to FIG. 5 is comparable to that of the molding tool described above.
Ainsi, après avoir ouvert le moule 10, l'opérateur place dans la partie correspondant au volume de moulage V l'armature fibreuse fabriquée séparément. Thus, after having opened the mold 10, the operator places in the part corresponding to the molding volume V the fibrous reinforcement produced separately.
Cette armature fibreuse est ensuite recouverte par la vessie armée 46, après quoi le couvercle 14 du moule est remis en place pour fermer ce dernier de façon étanche.This fibrous reinforcement is then covered by the reinforced bladder 46, after which the cover 14 of the mold is replaced to close the latter tightly.
L'espace 80 est alors mis en pression afin de maintenir la vessie armée 46 plaquée contre l'armature fibreuse, sans compacter cette dernière. Une pression d'environ 7 bars peut être appliquée à cet effet. Après mise sous vide du volume de moulage V, la résine est injectée sous faible pression et à la température adaptée, de façon à remplir en totalité l'armature fibreuse non compactée. The space 80 is then pressurized in order to keep the reinforced bladder 46 pressed against the fibrous reinforcement, without compacting the latter. A pressure of around 7 bar can be applied for this purpose. After evacuating the molding volume V, the resin is injected under low pressure and at the appropriate temperature, so as to completely fill the non-compacted fibrous reinforcement.
La vessie 46 est ensuite gonflée, de façon à compacter l'ébauche de pièce en réduisant le volume de moulage V dans le sens de l'épaisseur de la partie plane et des raidisseurs du panneau. Un taux volumique de fibres élevé, supérieur à 55 % est ainsi obtenu sans que l'imprégnation de l'armature fibreuse par la résine n'en soit affectée. The bladder 46 is then inflated, so as to compact the workpiece blank by reducing the molding volume V in the thickness direction of the flat part and the stiffeners of the panel. A high volume ratio of fibers, greater than 55% is thus obtained without the impregnation of the fibrous reinforcement by the resin being affected.
Au cours de l'opération de compactage, l'excédent de résine peut être évacué vers des évents par des systèmes appropriés, non illustrés sur la figure 5, placés par exemple aux extrémités de la pièce. During the compacting operation, the excess resin can be evacuated to vents by suitable systems, not illustrated in FIG. 5, placed for example at the ends of the part.
Comme on l'a déjà indiqué, l'invention n'est pas limitée à la fabrication de panneaux autoraidis, mais concerne la fabrication de toute pièce en matériau composite, quelle que soit sa géométrie et même si les dimensions de cette pièce sont relativement importantes. As already indicated, the invention is not limited to the manufacture of autoraidis panels, but relates to the manufacture of any part made of composite material, whatever its geometry and even if the dimensions of this part are relatively large .
Par ailleurs, bien que toutes les formes de réalisation décrites utilisent des vessies gonflables, il est important d'observer que la variation du volume utile du moule nécessaire au compactage peut être obtenue par l'utilisation de parois mobiles de natures différentes telles que des parois rigides coulissantes. Furthermore, although all the embodiments described use inflatable bladders, it is important to observe that the variation in the useful volume of the mold necessary for compaction can be obtained by the use of mobile walls of different natures such as walls rigid sliding.
Claims (10)
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| FR9406060A FR2720028B1 (en) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | Injection molding process using a variable volume mold and molding tools usable in this process. |
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| FR9406060A FR2720028B1 (en) | 1994-05-18 | 1994-05-18 | Injection molding process using a variable volume mold and molding tools usable in this process. |
Publications (2)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| FR2720028B1 (en) | 1996-08-02 |
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