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{Inventeur ! Herbert Frederick JURGELEIT)
La présente invention se rapporte à des sp- Pareils destinée à mouler des articles en caoutchouc ou en matière du genre du caoutchouc ou autres matières %eu- lables et elle concerne plut particulièrement une meilleur* finition pour le moule* servant à produire des articles du genre cité et exempts de bavure et d'inclusions d'air*
On a réalisé récemment des moules qui uti- lisent
des sections affaiblies destinées à fléchir ou à donner un effet de diaphragme lorsqu'elles sont soumises à la pression, pour former les cavités du moule par serra- ge lorsqu'on applique les faces de et$ moules l'une sur l'autre. Ces moulas assurant un joint positif métal sur
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métal entre lea surfaces de fermeture des portées de* ca- vités pendant le cycle de moulue (voir par exemple les breveta des Etats-Unis d'Amérique No 2.883.704 du 28 avril 1959
et No 2.962.761 du 6 décembre 1900 ainsi que la deman- de de brevet des Etats-Unis d'Amérique déposée sous le No 20.650 le 7 avril 1960.
Lorsque le mélange à mouler pénètre dans ces cavités de moules sans bavure, l'air initialement présent dans ces cavités doit trouver un passait pour s'échapper, sinon il aora emprisonné et formera des inclusions jour les pièces moulées et finies. La tendance , l'emprisonnement de l'air et à la formation d'inclusions est d'autant plus' forte que l'étanchéité est mieux assurée entre les surfa- ces de portées des cavités. L'utilisation des moules sans bavures a donc rendu le problème de l'emprisonnement de l'air plus aigu.
Afin d'éviter ces difficultés, il est devenu de pratique commune de donner par moulage (rectification) aux surfaces de portée des cavités une finition correspon- dant & des spécifications précises en ce qui concerne la planéité et la finesse sub-micrométrique. On a constaté que les tint sillons produit. sur les surfaces de portée par cette rectification donnent à l'air un moyen efficace de s'échapper des cavités du moule comme à travers un filtre pendant l'opération d'injection nana cependant entraîner la formation des bavures sur les pièces moulées.
Le fait que l'écoulement de l'air entre les deux surfaces métalli- ques en contact peut être affecté par le degré de planéité et de poli des surfaces peut être démontré en plaçant l'une contre l'autre deux cales calibrées de "Johanson". On peut suspendre une cale 4 l'autre sans autre support que le vide,
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c'est-à-dire l'absence d'un passage d'air, entre les turfs- ces on contact.
La rectification sub-micrométrique qu'on opacifiait jusqu'à présent pouvait être orientée dans le sens transversal des portion des cavités, c'est-à-dire en- tièrement en travers des cavités et non pas concentrique. ment à ces dernières afin de permettre à l'air refoulé à l'extérieur des cavités de s'échapper en passant sur la surface des portées par les fine sillons ainsi formée, ou bien on utilisait une rectification dite "radiale", ce dernier type de rectification formant des traces de moule courbes sur les surfaces des portées. Ces marques courbes étant produites par le flanc ou la face radiale d'une meule, d'une façon bien connue dans la technique.
Toutefois, la finition transversale aussi bien que la finition radiale ou circulaire engendraient sur l'une des surfaces de por- tée des traces de rectification qui croisaient les traces de rectification formées sur l'autre surface de portée.
Dans le *ne de la rectification circulaire, étant donné que la finition donnée à chaque portée était composée d'un. série de crêtes et de vallées circulaires parallèles entre elles, les deux surfaces de portée complémentaires étaient en contact entre elles par une série de pointa aux endroits où les marques circulaires de la rectification se croi- saient. Lorsque les portées étaient soumises à une forte pression, elles avaient tendance à s'entailler aux pointe de contact, en tendant ainsi à fermer les vallées et à ré- duire leur efficacité en tant que moyens d'échappement de l'air.
Avec l'avènement des machines de moulage au- tomatiques qui utilisent des pressions d'injection plus
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élevée et des durées de vulcanisation plue courtes, c'est- à-dire des vulcanisations d'une minute ou mime moins, alors que les durées classiques de vulcanisation sont de plus de trois minutes, l'emprisonnement de l'air est devenu un pro- blême critique dans le cas des moules sans bavures, mime avec la finition sub-micrométrique.
Ceci résulte du fait que la durée d'injection, c'est-à-dire la durée nécessaire pour remplir les cavités du moule, doit être notablement réduite afin de remplir les cavités avant que le mélange ne durcisse; par conséquent, l'air contenu dans les cavi- tés dispose d'un temps proportionnellement plus court pour s'échapper. Il était donc nécessaire de réaliser une fini- tion sub-micrométrique perfectionnée permettant à l'air de s'échapper plus rapidement et le but de l'invention est de réaliser une finition de cet ordre. L'invention a encore pour but de réaliser une finition de cet ordre qui fonctionne sans l'utilisation d'évents classiques constitues par des trous ou rainures et qui évite la formation de bavures ou d'inclusions d'air dans les articles moulés finis.
Suivant l'invention, considérée dans son application normale au moulage par injection sans bavures du caoutchouc et des matières analogues au caoutchouc, on rectifie les surfaces de portées complémentaires ou sur- faces de contact des éléments d'un moule pour former une finition sub-micrométrique sur au moins l'un des éléments du moule de façon que les traces de la rectification soient toutes issues du centre de la cavité du moule, afin que les crêtes et les vallées soient orientées suivant des lignes droites qui coïncident avec les rayons d'un cercle dont le centre se trouve au centre de la cavité du moule. Ce procédé de rectification donne une finition à
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orientation "polaire" et apporte une nette amélioration par rapport aux finitions sub-micrométriques de la techni- que antérieure.
Le nouveau type polaire de finition sub-micrométrique a généralement la même finesse (0,25 0,50 micron) que les types antérieurs mais, du fait que les crêtes et les vallées produites sont toutes issues du centra, c'est-à-dire du "pôle" de la cavité du moula, si les surfaces complémentaires sont ainsi traitées, on est assuré d'avoir une prédominance de contacts linéaires au lieu d'avoir des contacts ponctuels, comme c'était le cas pour les tomes de rectification droite ou circulaire, que l'on ait ou que l'on n'ait pas fait tourner l'une des sur- faces de portée complémentaires par rapport à l'autre.
Il est évident que les surfaces qui sont appliquée* l'une sur l'autre avec un contact linéaire de ce genre peuvent supporter sans entailler ni écraser les crêtes une charge beaucoup plus forte que dans le cas des rectification$ antérieures.
En outre, du fait que les traces de recti- fication dans la nouvelle rectification polaire sont toutes des lignes droites, la rectification est supérieure à la rectification radiale ou circulaire en ce qui concerne la faible longueur et la rectitude des passages par les- quels l'air peut s'échapper des cavités du moule. Cette observation est valable aussi bien si l'une ou si chacune des surfaces complémentaires est traitée de cette façon* En raison de la très faible section transversale des rai- nures, l'Air doit s'écouler à grande vitesse en s'échap- pant des cavités du moule.
Du fait que les pertes dues aux courbures ou aux coudes du trajet dans le cas d'un '.ou- lement turbulent a grande vitesse sont presque exactement
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proportionnelle au carré de la vitesses une rectification dans laquelle les trac** sont toutes des lient. droite sers supérieur* à une rectification comportant des lignes courbe..
Ceci ont particulièrement important lorsqu'on applique les techniques de moulage sans bavures aux machines de moulages par injection du type horizontal ou vertical dans lesquelles les temps d'injection sont fortement réduite afin d'éviter la vulcanisation prématurée du mélange en cours de moulage. Ainsi qu'on l'a mentionné, du fait que lois temps d'injection sont réduite, l'air contenu dans les cavités dispose d'un temps proportionnellement plus court pour s'échapper.
La nouveau type polaire de finition sub-mi- crométrique est également supérieur à la finition transver- sale décrite plus haut en ce que ce dernier type de recti- fication laisse deux côtés opposée de chaque cavité sono éventa. En outre la longueur des éventa est plut grande que dont le cas de la finition polaire, excepté aux doux points opposés de chaque cavité auxquels les traces de la finition pensent par le centra du moult.
Lorsque deux surfaces qui sont toutes deux finies par finition polaire sont appliquées l'une sur l'au- tre, on pourrait objecter que les tinta crêtes et vallées superficielles de la finition peuvent s'interpénétrer et de cette façon bloquer en fait tout échappement de l'air* .
Toutefois dans la finition suivant l'invention, les crêtes et vallées des tract* de finition ne sont pas uniformes en ce qui concerne leurs dimensions et leur pas mais elle* varient au contraire les unes par rapport aux autre..
L'invention sera décrit plus complètement par la suite, en regard du destin annexé qui illustre l'ap-
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plieation de cette invention aux moules sans bavures pour le caoutchouc ou matières analogues et dans lequel :
La figure 1 est une vue en coupe d'un moule à injection sans bavures, équipé d'une plaque de coulée mince, plate, et d'une seule pièce et d'une plaque rainu- rée formant les cavités, le moule étant approprié pour être utilisé avec une machine de moulage à transfert du type dé- crit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 2.883.704 cité plue haut.
La figure 2 est une vue prise suivant la ligne 2-2 de la figure 1 et montrant sous une dimension exagérée le nouveau type polaire de finition sub-micromé- trique suivant l'invention.
La figure 2 À est une vue analogue mais dans laquelle la finition sub-micrométrique représentée est du type obtenu par rectification circulaire mentionnée plus haut.
La figure 3 est une vue en coupe du moule par injection sans bavures équipé d'une plaque de coulé* d'une seule pièce rainure* et d'une plaque à cavités rai- nurée,
La figure 4 est une vue en coupe d'un moult sans bavures ayant des plaques de cavités et une plaque de tond rainurées et adaptées pour prendre appui sur une plaque flexible elle-même supportée par un fluide défor- mable.
La figure ? est une vue en coupe du Moule d'injection sans bavures équipé d'une plaque de coules rate nurée et présentant des pièces rapportées mobiles pour la formation des cavités.
La figure 6 est une vue en coupe d'un moule
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A injection sans bavures du type à garniture$ rapportât! de formation des cavité, et qui est appropria pour être utilité avec une machine de moulage par injection. ' ,
La figure 7 est une vue en coupe d'un moule sans bavures présentant des garnitures rapportées de for- mation des cavités et comportant une plaque Intérieure mince sur laquelle ces pièces rapportée$ sont fixées, par exemple par des via.
La figure 8 est une vue en élévation, en par- tie en coupe, montrant un appareil approprié pour obtenir par rectification la finition sub-micrométrique suivant l'invention.
La figure 9 cet une vue en élévation priée perpendiculairement à .'.elle de la figure 8.
Le* figures 1 et 2 représentent un moule 4 injection nana bavures 10 qui est équipé d'une plaque de coulée 11 mince, plate et d'une seule pièce. Le moule 10 ont également muni d'une plaque à cavités 12 qui, en combi- naison avec les plaques 11 et 17, définit plusieurs cavi- tée 13. La plaque 12 est fraisée, autour de chacune des cavités 13, en 14 et 15, de façon 4 former des portées 16 qui entourent chacune des cavités 13. La plaque 12 formant les cavités repose sur une plaque 17 formant le fond du moule.
La plaque 11 est munie de plusieurs trous de coulée 11a pour introduire la matière & mouler dans les cavités 13.
Le fonctionnement est le suivant, on place un "biscuit" de matière à mouler sur la face supérieure de la plaque 11 et on la refoule dans les cavités 13 tous l'action d'une pression de moulage à travers les trous de coulée 11a. Etant donné que la plaque à cavités 12 est
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fraisée ou rainurée comme représenté en 14 et en 15, elle peut fléchir légèrement, de aorte que les portée* 16 en- trent en contact A joint étanche avec la surface inférieu- re llb de la plaque de coulée 11 et avec la surface supé- rieure 17a de la plaque de fond 17* De cette façon, tout* flexion et/ou irrégularité normale des surfaces da portée complémentaires des plaques 11,
12 et 17 sont absorbées et on obtient une étanchéité positive de portée des cavités . du moule grâce aux flexions locales qui se produisent sous la pression appliquée sur la plaque de coulée mince et fle- xible 11 et sur la plaque à cavités flexible 12, et qui évite la formation de bavures entre ces plaques.
La figure 2 reprisent* la finition par recti- fication polaire sub-micrometrique suivant l'invention.
Si on se reports au moule décrit sur la figure 1, les sur- faces supérieurs et inférieure 16a et 16b respectivement des portées 16 sont munies d'une finition sub-micrométrique dans laquelle les Marques 21 de la finition sont toutes
Issues du centra 22 de chaque cavité 13 du Moule, ainsi que le montrent les lignes en traits-points.
Les surfaces de portée complémentaires correspondantes formées sur la face inférieure de la plaqua de coulée 11 et sur la face supé- rieure da la plaque 17 du fond du moule sur la figura 1 peuvent être muni.. d'une finition du type polaire (de pré- férence avec un degré de finition différent) ou encore Iles peuvent être polios (finition à moins de 0,125 mi- cron). La finition sur les portées 16 est maintenue, par exemple, entre 0,25 et 0,50 micron. Les traces de fini* tion 21 sont toutes des lignes droite..
Toutefois, les crêtes et les vallées sont volontairement irrégulières en et qui concerne la dimension et le pas, ainsi qu'on l'a ex-
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plique plus haut, et sont différentes les unes des autres*
Lorsque la matière moulable est refoulée dans les cavités
13,l'air peut s'échapper, ce qui évite la formation d'in- clusions d'air dans les pièces moulées finies*
A titre de comparaison, la figure 2 A est une vue analogue à la figure 2, excepté le fait que la finition sub-micrométrique représentée est du type de la rectifica- tion radiale ou circulaire décrite plus haut.
On remarque- ra que les traces 23 de la rectification sont telles que celles qui pourraient être produites par la surface radiale d'une meule d'une façon bien connue dans la technique.
La figure 3 montre un autre moule d'injection sans bavures 30 approprié pour être utilité suivant l'in- vention. Le moule 30 est muni d'une plaque de coulée 31 percée d'une série de troua de coulée 31& pour l'introduc- tion de la matière moulable dans lea cavités 12. Toute- fois, la plaque 31 est également munie des fraisages 33 afin de lui donner de la souplesse. Le moule comprend une plaque à cavités 34 qui est également fraisée, comme repré- sente en 35 pour former des portéea 36 qui entourent cha- cune des cavités 32 du moule. Les plaques 31 et 34 repo- sent sur une plaque de fond 37.
Du fait que la plaque de coulée 31 du moule
30 a été creusée pour contenir la partie élargie de la ca- vite 32, les portées ou surfaces de contact réel sur la face supérieure de la plaque 34 sont d'une superficie plus faible comme indiqué en 38. La finition polaire sub-micro- métrique est appliquée aux surfaces supérieure et inférieu- re de la plaque à cavités 34 et elle peut également être appliquée à la face inférieure de la plaque de coulée 31 et à la face supérieure de la plaque 37 du fond du moule.
Lors-
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que boule l'une des deux surfaces de portées complémentaires ou surfaces de contact reçoit une finition polaire, par exemple les surfaces de portées supérieures et inférieures de la plaque à cavités 34, on peut choisir, comme en l'a indiqué précédemment de polir les surfaces de portées cor- respondantes des plaqua 31 et 37 (finassa de oins d'envi- ron 0,125 micron).
La figure 4 montre un moult sans bavure* 40 à plusieurs plaques* Le moule comprend une plaque supé- rieure 41 percée de troua de coulée 42 et des plaques in- termédiaires 43 et 44 respectivement supérieure et infé- rieure, présentant des rainures 43a, 43b et 44a, 44b respecti- vement. Les plaques intermédiaires 43 et 44 reposent sur une plaque 45 formant le fond du moule qui forme les sur- faces intérieures des cavités du moule et dan a laquelle sont fraisées des rainures 45a comme représente. Le moule
40 est destiné à reposer sur un mince diaphragme 46 qui peut être supporté par un fluide nous pression, comme re- présenté, ou par une autre matière déformable.
Dans l'application de l'invention au moule représente sur la figure 4, les surfaces respectivement supérieure et inférieure 47a et 47b des portées 47 et les surfaces respectivement supérieure et intérieure 48a et 48b des portées 48 sont munies d'une finition sub-micromé- trique polaire. La finition donnée à la surface 47b pré- sente toutefois un état de surface différent de celui ap- pliqué à la surface 48a.
Les surfaces de portée de la face inférieure de la plaque de coulée 41 et de la face supérieure de la plaque inférieure 45 peuvent également recevoir une finition du type polaire ou bien les surfaces peuvent être polies (c'est-à-dire à moins d'environ 0,125 micron).
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La tipre 5 montre un moule 1 Injection sans bavures 50 équipé d'une plaqua de coulée flexible 51 Per.
Cet d'une série de trous de coulât 511. La plaque 51, qui forme les surfaces supérieures des cavités 57 du moule) I.t 1 r.1nur'. comme représenté un 52 pour avoir la t'lrxi.bi litè voulue. te moule 50 est muni d'une plaque de fond ?3 sur laquelle un* série de pièces rapportée$ 54 sont fixée$ par des vis 55. La surface supérieure des pièces rappor.
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tées 54 définit le fond des cavités de moulage 7. Le reste du contour des cavités 57 est formé par des pièces
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rapportée@ intermédiaires 56 qui sont maintenues en place par une plaque 58 de retenue des pièces rapportées et que des bagues de retenue 59 de type classique empêchent de tomber de la plaque de retenue 58 lors de l'ouverture du moule.
Un examen de la figure 5 montre que lea sur-. laces qui sont normalement dotées de la finition polaire suivant l'invention sont les surfaces supérieure et infé-
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rieure 56a et 36b respectivement des pièces rapportées in. temddistres 56 qui forment effectivement des portées en. tourànt les cavités des moules. Ces surfaces sont rootio fiées comme représenté schématiquement sur la figure 2.
Les surfaces complémentaires correspondantes sur la face intérieure de la plaque de coulée 51 et sur la surface supérieure des pièces rapportées 54 de formation des cavités peuvent soit recevoir une finition de type polaire (avec
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une finesse différente), soit être polies (cloot-4-dire à une finesse de moins d'environ 0,125 micron).
La figure 6 montre un autre moule à injection sans bavures 60 destiné à être utilisé avec une machine à mouler du type par injection. Le moule 60 comprend une pla-
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que supérieure 61 qui est munie d'un ,1,.t..1D nombre da ca- naux de foulée 618 Les canaux 68 Mtaaat la bière un lable aux trous de goulée 6J* U soult 60 est de plus muni d'un série de piètes rapportée* 64 et 6$ qui défi- niaient la torme dt4 cevit4i 66, Le# pièces rapport4es 64 de par leur d,..1n, pr4.ent.nt plusieurs portées 67 qui #ne tourent respectivement les OI,1t" 66.
I< <urfae t des portées 67 dei pièce* rapportées 64 sont normalement rega titi... "'0 la finition polaire .ub-m1arom'tr1qul suivant l'intention* La surface de portée correspondant* 67a de la pièce rapportée 65 peut soit recevoir la finition du type polaire (de préférence avec une tinette différente),
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soit ttre polie (o,..t-A-d1r. une finesse de moins d'envi- ron 0)125 la ; or c n),
Un autre type do moule approprié pour être utilisa suivant l'invention est celui représenté sur la figure 7.
Le moult 70 représenté sur cette figure com- prend une plaque de fond 71 de faible épaisseur. La pla- que 71 n'a pas une épaisseur suffisante pour résister à la pression exercée par un diaphragme 72. Avec ce moulai on utilise un certain nombre de pièces rapportées 73 qui sont
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fixé.. & la plaque 71 par exemple par des via 74'' La surface supérieure des pièces rapportées 73 définit la
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région intérieure des cavités de moulage 74* Le reste du contour des cavités 74 est partiellement formé par des pi tes ropportè#4 intermédiaires 75 qui Ion' moigtenues en place par une plaque 76 de retenu* des p1.c..
rapportée* et des bagues de retenue 77 du type classique les empêchent. de tomber de la plaque de retenu* 76 loris de l'ouverture du
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moule. Les pièces rapportées 78 forment les turfacaa eup<" rieur.. des cavités de moulage 74 et contiennent les trous
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de coulée 79. Les pièces rapporta 70 dont mintenuqis en plues par une plaque .up.r1tur. de coule 794 tout !*ep?<' senté.
Ici encoreg dont la mise en eewre de la pré- sont* invmttent ce seront 108 ourtades supdri4vre et intie rieurs 7'. et 75b des pièces rapport'.. 1nerm.di.ir.. 73 qui recevront la finition oub-m1oro#'triqul pol#ire porte** tionn4et Ce sont les pièces t'apportée intemédisires 73 qui forment effectivement les portées qui entourent leu on* vit<< do Nouage 74' Lot surfaces de port'.. Q*rr4pondan* t a des pièces rapportées 78 et de la surface supérieurs de la pièce rapportée 73 formant la cavité peuvent recevoir lait une finition du type polaire (de préférence avec une
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finesse différente) soit un poli (ct*4t-à-dire une tintas* de Moins de Otl25 micron).
La figure 8 représente ach4matiquement un appareil approprié pour donner la rectification m1crom'tr1- que polaire suivant l'invention aux surfaces décrites plus haut. La pièce de moule 81 qu'il s'agit de rectifier est maintenue due un mandrin approprié 82 qui est porté par un montage rotatif 83. On utilise une meule 84 et la pièce est entraînée en rotation mécaniquement ou Manuellement.
La meule 84 est amenée de la position représentée en traita pleine sur la figure 8 à la position représenté* en traits point* comme représenté ou bien, suivant une variante, la
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pièce peut itre déplacée suivant 06 aouvtmant et 1...ule maintenue fixe. La meule doit toujours Passer par le entre de la pièce, comme représenté sur la figure 9, afin que les traces de la rectification se coupent au centre de la cavité
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du moule (ofest-à-dire au contre de la pièce).
La figure 9 représente étalement une section
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appropriée pour la meule 84. La largeur de la face 85 de la meule 84, le type d'abrasif et la vitesse de rotation sont choisis en fonction du fini sub-aicrométrique désiré.
Par exemple, lorsqu'on utilise un acier trempé d'une dureté d'environ 60 à 65 Rockwell "C" pour la plaque portant les cavités ou pour les pièces rapportées formant les cavités, on utilise avantageusement une meule de 180 mm de diamètre ayant une dimension d'abrasif ou de grains de 0,177 m qui tourne & 3600 tours par minute et qui a une largeur de face de 6,35 mm, la meule étant dressée de façon à avoir une largeur de face travaillante de 0,6 mm. La pièce ou la table doit se déplacer à une vitesse de 1,80 à 4 mètres par minute pour donner une finition sub-micrométrique de 0,25 à 0,50 micron. On peut également obtenir cette fini- tion si la table ou la pièce est fixe et que la broche tournante de la meule ae déplace.
Bien que l'invention ait été décrite dans son application aux moules à injection sans bavures pour le moulage d'articles en caoutchouc ou matières analogues au caoutchouc, il va de soi qu'elle peut également s'appli- quer à diverses autres opérations de moulage et de formage qui impliquent l'utilisation d'autres types de machines.
Par ailleurs, il va de soi que la finition sub-micrométrique suivant l'invention peut être produite par des procédés autres que la rectification, par exemple par gravure, gel. vano-plastie , usinage, par des opérations manuelles ou au moyen d'abrasifs. Il va également de soi que, alors que l'on a indiqué comme satisfaisant un état de surface de 0,25 à 0,50 micron, le type.d'acier, la dureté ou la près- sion sur les portées peut nécessiter une modification de la finesse de la surface.
Finalement, il va de soi que
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l'invention n'est pas limitée à la finition polaire ayant un degré de finesse propre à pouvoir être qualifié do fini sub-micrométrique; c'est-à-dire que dans diverses applica- tions, il peut être avantageux de réaliser la finition po- laire ou les éventa polaires dans diverses autres finition.
(c'est-à-dire dans celles qui ne sont pas comprises dans la catégorie qu'on désigne dans l'industrie sous le nom de