MC1469A1

MC1469A1 - Procede de reproduction de formes et de finis par enroulement de filaments impregnes de matiere plastique dans un moule comportant une feuille de demoulage

Info

Publication number: MC1469A1
Application number: MC821599A
Authority: MC
Inventors: Harold J Reikowski
Original assignee: Kelsey Hayes Co
Priority date: 1981-10-26
Filing date: 1982-07-22
Publication date: 1983-06-17
Also published as: FR2515097A1; ES515357A0; US4396569A; DE3147901A1; ES8402197A1; FR2515095A1; FR2515098A1; GB2108891A

Description

(

La présente invention concerne un moyen peu coû-teux pour reproduire des formes et des finis compliqués et3 plus particulièrement, des moyens concernant l'art de l'enroulement des filaments et le moulage des matériaux plasti-5 ques en général-

L'enroulement des filaments de formes compliquées est effectué par dépôt d'un brin sous tension dans les cavités d'un moule conçu pour maintenir le fil déposé dans la forme désirée. Le brin est entouré plusieurs fois autour 10 des mêmes cavités du moule jusqu'à obtention de l'épaisseur désirée du brin. En général, le brin est totalement inbibé d'un liant avant d'être enroulé dans les cavités du moule, mais la présente invention n'est pas limitée à cet égard. Pendant que le brin inbibé de liant est soumis à une trac-15 tion dans le moule, le liant en excès s'écoule dans les espaces séparant les enroulements du brin et vient aussi en contact avec les surfaces du moule. Le liant est alors amené à se durcir dans le moule, lie les fibres ensemble et les maintient dans la forme désirée. Les liants se colle-2CJ ront généralement contre la surface du moules et l'homme de l'art a pendant longtemps atténué le problème du collage contre le moule en incorporant au liant des agents de démoulage. Il semble que les agents de démoulage agissent en

s'élevant jusqu'aux surfaces externes du liant pendant qu'il s'agglomère, de façon à revêtir ensuite la surface du moule. •

Un autre problème soulevé dans l'art de l'en-5 roulement des filaments est qu'il est impraticable, dans sa majeure partie, lorsqu'on veut incorporer des fibres en travers des enroulements dans le but de lier ensemble ces enroulements. Par conséquent, la séparation des enroulements est empêchée presque entièrement par le liant, et son 10 attachement aux filaments du brin. C'est pour cette raison que la résistance mécanique du liant peut être davantage critique dans les pièces à filaments enroulés que dans d'autres types de pièces armées par des fibres-

Un autre problème existe dans le processus d'en-15 roulement des filaments, en ce sens que les moules sont généralement mis en rotation, alors qu'un "doigt" positionne le brin dans l'emplacement approprié par rapport aux cavités du moule. La tension exercée sur le brin imbibé de liant, en conjonction avec la rotation du moule, provoque 20 la sortie du liant en excès hors des cavités du moule et son écoulement sur les autres surfaces du moule, y compris les surfaces de séparation et de fixation. Il s'est avéré coûteux d'enlever cet excès de résine.

De plus, dans la fabrication industrielle des 25 pièces obtenues par enroulement de filaments, un temps considérable est consacré à l'enroulement du brin dans les cavités du moule. Par conséquent, pour augmenter le volume de production, il est nécessaire de disposer d'un grand nombre de moules non seulement pour l'opération d1enroule-30 ment, mais également pour supporter la pièce enroulée pendant le durcissement du liant. Dans le cas où le liant est une résine thermodurcissable, le moule comportant une pièce enroulée est acheminé dans un four et chauffé à une température d'environ 175°C pour permettre le durcissement 35 du liant. Pendant cette période, un autre moule aura été placé dans la machine d'enroulement et une autre pièce formée. Les moules sont généralement en aluminium coulé, ou

k-

en autre métal, de façon à supporter la température et les manutentions, et le coût de la fabrication et de l'usinage des formes compliquées du.moule sont appréciables.

La présente invention sera bien comprise lors de 5 la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels :

La figure 1 est un schéma sous forme de blocs représentant les diverses étapes impliquées dans un mode recommandé de réalisation de la présente invention pour 10 la fabrication et l'utilisation de moules d'enroulement de filaments ;

La figure 2 est une vue éclatée d'une feuille de démoulage de la présente invention, telle qu'elle est placée de façon à se monter dans un moule construit selon 15 d'autres aspects de la présente invention;

La figure 3 est une vue éclatée oblique de l'ensemble réalisé de la manière indiquée en figure 2avec certains segments de maintien dans la position permettant de compléter le moule d'enroulement de filaments; 20 La figure 4 est une vue partielle en coupe prise approximativement le long de la ligne 4-4 de la figure 3;

et

La figure 5 est une vue partielle en coupe prise approximativement le long de la ligne 5-5 de la figure 3* 25 Selon certains aspects de la présente invention,

l'agent de démoulage incorporé au liant peut être réduit ou éliminé en plaçant une feuille d'agent de démoulage sur les surfaces du moule. Cette feuille peut être formée in situ, mais cela demande un certain temps, et elle a de préfé-30 rence une épaisseur suffisante pour être formée au cours d'une opération séparée et être placée dans le moule. On a trouvé que non seulement cela est pratique, mais qu'on peut obtenir un fini pour les pièces ainsi fabriquées plus lisse que dans le cas où les pièces sont fabriquées directe-35 ment sur les surfaces du moule. Cela permet à son tour de réaliser certaines économies dans la fabrication des moules, pourvu que des mesures soient prises pour corriger

£

les variations de dimensions se produisant pendant le processus de fabrication de la feuille d'agent de démoulage. Certains aspects généraux du processus de la présente in-

l vention sont décrits schématiquement en figure 1, et cer-5 taines de ses étapes représentées avec davantage de détail dans les figures 2 à 5 dans le cas de l'enroulement des filaments d'un volant pour véhicule automobile.

Dans le mode de réalisation de la présente invention décrit en figure 1, on utilise du polypropylène 10 comme feuille de séparation - démoulage, et de l'aluminium coulé pour les moules de production. Des feuilles de polypropylène après avoir été extraites du moule de formation sous vide se rétrécissent de 0,05 mm par 25 mm„ L'aluminium fondu, pendant son refroidissement à par tir de la tempéra-15 ture de coulage à l'état fondu, se rétrécit d'environ 3,2 mm par 30 cm. La valeur précise du rétrécissement de l'aluminium coulé peut être maîtrisée dans une certaine mesure par l'alliage particulier utilisé, la température de coulage etc. La feuille de polypropylène qui doit être utili-20 sée a une épaisseur de 0,06 mm, et on a déterminé qu'elle s'étirait jusqu'à une épaisseur de 0,38 mm pendant la formation sous vide. Compte tenu de ce qui précède, un moule de modèle initial 10 est réalisé en bois ou autre matériau facilement mis en forme, avec ses cavités d'enroulement de 25 filament plus larges de 0,75 mm et plus profondes de 0 3 8 mm que la pièce désirée. Les dimensions hors-tout des cavités d'enroulementcfe filaments sont de 6,4 mm par 30 cm plus larges que la pièce de fabrication souhaitée, étant donné que le polypropylène se rétrécit, ou peut être arae-30 né à se rétrécir de cette valeur»

Le moule de formation sous vide 12 peut être réalisé de différentes façons. Dans le processus représenté schématiquement en figure 1, un moule au sable précis 14 est constitué du modèle initial 10. Des tubes sous vide 35 sont placés dans la cavité du moule au sable, et la cavité est rempli d'un matériau plastique, chargé de poudre métallique, qui a un très petit rétrécissement pendant sa

solidification„ Le,moule de formation sous vide 12 sera seulement très légèrement plus petit que le modèle 10. Des trous sont percés à partir des surfaces appropriées du matériau plastique jusqu'aux tubes sous vide, et on donne aux 5 surfaces un poli élevé.

Le modèle initial 10 sert également à la fabrication des moules de production. Dans lé processus, représenté schématiquement, un moule au sable précis 16 est d'abord construit et de l'aluminium à l'état fondu y est 10 coulé de façon à obtenir un modèle en aluminium coulé 18. Après refroidissements le modèle 18 se sera rétréci d;en-viron la moitié de la valeur permettant de tenir compte du rétrécissement du polypropylène. On procède au contrôle de la surface et des dimensions du modèle 18. Si elles 15 sont acceptables, un moule précis au sable 20 est fabriqué à partir du modèle, et de .l'aluminium coulé y est versé - cette fois dans des conditions destinées à obtenir un rétrécissement donnant un moule sur lequel se montera la feuille de séparation de formation sous vide. Pour toute 20 production à grande échelle des pièces à filaments enroulés, un grand nombre des moules de production 22 sont nécessaires; l'objectif est qu'un grand nombre de moules au sable 20 soient d'abord réalisés à partir du modèle en métal coulé 18, et que les moules de production 22 soient 25 obtenus à partir de ce dernier.

Un avantage du procédé de moulage, de la présen-. te invention est que les feuilles de séparation 24 permettront le maintien du haut degré de fini du moule de formation sous vide 12. Les moules métalliques de production 30 22, lorsqu'ils sont enlevés des moules au sable 20s comporteront des irrégularités de surface dues aux cavités entre grains de sable. On a trouvé que dans l'enroulement des filaments les feuilles de séparation 24 ne sont pas amenées à s'introduire dans ces irrégularités de surface 35 et que par conséquent aucune opération coûteuse d'usinage ou de polissage n'a besoin d'être exécutée sur les moules de production 22.

f-

Les pièces a Filaments enroulés sont fabriquées en plaçant une feuille de séparation 24 formée sous vide sur un moule de production 22 comme indiqué en 26 et en installant les plaques de maintien de filament sur le bord 5 supérieur des cavités de maintien des filaments du moule. Un brin humidifié avec un prépolymère de polyester catalysé, ou autre prépolymère approprié, est placé par un doigt situé à l'opposé des cavités de maintien de filament du moule; et. soit le moule est mis en rotation de façon à ap-10 pliquer le brin dans la cavité, soit le doigt est déplacé pour mettre le brin dans la cavité. Cette opération est indiquée en 28 et expliquée en détail dans les brevets de l'art antérieur de sorte qu'il est inutile de la développer ici davantage, sauf lorsqu'un tel procédé est utilisé en 15 même temps que la feuille de démoulage 24 de la présente invention. Le moule comportant les enroulements de filament est placé dans un four à une température d'environ 175°C de façon à durcir le liant comme indiqué en 30; ensuite, le moule est ouvert pour dégager la pièce fabriquée, comme in-20 diqué en 32.

En liaison avec les figures 2 à 5, on a représen-té une feuille de démoulage et des parties de moule appariées pour la fabrication d'un volant en filaments enroulés de véhicule automobile. La figure 2 représents un moule 25 d'enroulement de filaments 22 comportant une rainure annulai re 34 de formation de pourtour, s'ouvrant vers l'extérieur de sa périphérie. Quatre paires de guides verticaux 36, 38, 40 et 42 s'étendent généralement radialement à partir d'un plateau 44 de support de moyeu jusqu'à la rainure 34 pour 30 constituer des canaux respectifs permettant la construction des bras de support du pourtour du volant. Six boulons 46 sont verticalement en saillie sur la base du moule juste radialement vers l'intérieur de la rainure 34, afin de retenir des plaques en forme de segments 48, 50, 52 et 54 qui 35 fournissent la paroi supérieure de la rainure 34» Des boulons à oreilles 56 sont vissés sur les boulons 46 de façon à maintenir en place les plaques 48 à 54. Cependant, avant

«•

de mettre les plaques en place, une feuille de démoulage 24 en polypropylène formée sous vide est placée sur les boulons 46 et mise en correspondance avec les surfaces du mou-

t le 22. En liaison avec les vues en coupe 4 et 5, on verra 5 que la feuille de démoulage 24 est maintenue par les plaques 48 à 54, et qu'elle est étroitement appliquée aux surfaces du moule 22. On verra également que la feuille de démoulage 24 comporte une gorge périphérique 34 de maintien de résine destinée à recueillir toute résine en excès pouvant 10 provenir de la rainure pendant la rotation du moule 22,

pendant la formation sous vide dans une partie appropriée du moule de formation sous vide 12;qui a été ajoutée à la forme de bas 6 produite par le moule au sable 14 à partir 15 duquel le moule de formation sous vide a été obtenu. Un espace périphérique 60 existe entre la surface du moule 22 et les plaques de couverture 48 à 54 de façon à recevoir un brin de verre imprégné de résine provenant d1 un doigt (non représenté), qui est placé à l'extérieur de la gorge 20 58 pendant la rotation du moule 22. La rotation du moule

22 s'arrête aux moments appropriés, le doigt étant en regard de la gorge entre une paire de guides verticaux 36-42,à la suite de quoi le doigt se déplace vers l'intérieur entre les guides dans la direction du centre. Lorsque le centre 25 est atteint, le moule 22 tourne de nouveau de façon à enrouler le brin autour d'un moyeu (non représenté), puis le doigt se déplace radialement vers l'extérieur entre une autre paire de guides verticaux. Ce fonctionnement se poursuit jusqu'à ce que la cavité 34 de formation de pourtour 30 et les cavités de formation de bras entre les plaques verticales de guidage, représentées dans les vues en coupe 4 et 5 soient remplies de brins. Le moule avec les filaments enroulés, saturés de résine, est alors placé dans un four à une température d'environ 175°C pour y être maintenu pen-35 dant 20 minutes de façon à durcir le liant dans l'armature 32 du volant. Le moule chaud est ouvert, et la feuille de démoulage avec l'armature 32 est extraite des surfaces du

Une gorge de maintien de résine 58 est réalisée'

%■

moule chaud 22, et laissée se refroidir,.

Alors que la figure 1 décrit une suite recommandée d'étapes de fabrication des feuilles de démoulage pour t

moules de production, d'autres suites peuvent être emplo-5 yées.Dans le cas où le rétrécissement des feuilles de démoulage est le double de celui des moules de fabrication pendant leur refroidissement, il est possible de construire un moule de formation sous vide totalement indépendant, plus grand que le modèle initial à partir duquel ont été 10 construits les moules de production. Dans le cas de feuilles de démoulage en polypropylène, on pourrait fabriquer un moule de formation sous vide plus grand de 6,4 mm par 30 cm que la pièce de production désirée, alors que le modèle pour les moules de production n'a que 3,2 mm de plus 15 par 30 cm que la pièce à fabriquer. Cependant, au lieu d'aménager chaque moule indépendamment des autres, un moule de production peut être découpé en un certain nombre de pièces, par exemple 16, qui sont alors disposées à une certaine distance les unes des autres, de façon à donner des 20 dimensions hors-tout qui sont supérieures de 6,4 mm par

30 cm au moule de production. Les pièces peuvent être goujonnées ensemble avec un matériau plas tique rempli de poudre métallique de façon à remplir les espaces, et les cavités de moule sont alors usinées aux dimensions correctes, 25 Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, le matériau constituant les feuilles sous vide est composé ou sélectionné de façon à avoir le même rétrécissement que le matériau à partir duquel le moule de production est construit. Dans ce cas, seul un modèle initial 30 doit être fait, et les moules de production peuvent être réalisés à partir de moules au sable dont les cavités proviennent du modèle initial lui-même.

Alors que la présente invention a été décrite comme présentant des avantages particuliers dans la fabri-35 cation de moules pour l'enroulement de filaments, elle n'est pas limitée à cette seule fabrication et ne l'est pas non plus à l'utilisation d'une seule feuille de démoulage.

\0.

L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques,

5 La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art.

Claims

M-

■REVENDICATIONS

1 - Procédé peu coûteux de reproduction de formes, caractérisé en ce qu''il comprend les étapes suivantes : la fabrication d'un modèle initial, la fabrication

5 d'un moule au sable négatif du modèle initial, le coulage d'une réplique du modèle initial à partir du moule au sable, la fabrication d'un modèle de formation sous vide,, la fabrication d'une feuille de séparation formée sous vide sur le modèle de formation sous vide,, la couverture des sur 10 faces de la réplique avec une feuille de séparation formée sous vide,le bourrage d'un mélange plastique contre la feuille de séparation formée sous vide dans le moule et le durcissement du mélange plastique.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractéri-15 sé en ce que le matériau plastique comporte un liant ther-

modurcissable, et en ce qu'il est durci contre la feuille formée sous vide pendant la couverture des sur fa ces de la réplique.

3 - Procédé selon la revendication 2, caractéri-20 sé en ce que le matériau plastique est une résine polyester armée de fibres.

4 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fibres d'armement comprennent de longs

. tronçons de fibres parallèles placées côte à côte. 25 5 - Procédé selon la revendication 2, caractéri-

sé en ce que la feuille de séparation est amenée à avoir des surfaces plus lisses que la réplique sur laquelle elle est placée, et en ce que le mélange plastique durci est amené à prendre sur la surface lisse de la feuille de s é-30 paration.

6 - Procédé de fabrication d'articles armés de fibres parallèles,caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: la fabrication d'une feuille de séparation formée sous vide se montant sur un moule de façon à 35 retenir les fibres parallèles,le montage de la feuille de séparation sur les surfaces du moule, le placement des fibres placées parallèlement et incorporant un liant sur r

IV.

les surfaces de la feuille de séparation et le durcissement du liant contre la feuille de séparation.

7 - Procédé selon la revendication 6,caractéri-

I

sé en ce que les- fibres parallèles sont enroulées in situ 5 sur les surfaces de la feuille de séparation formée sous vide.

8 - Procédé selon la, revendication 6, caractérisé en ce que le liant est un liant thermodurcissable.

9 - Procédé de fabrication de pièces moulées en 10 matériau plastique,nécessitant un agent de démoulage pour

éviter que les pièces ne collent contre-le-moule,caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : la formation sous vide d'une feuille d'agent de démoulage épousant la forme du moule, le montage de la feuille formée sous vide sur les 15 surfaces de moulage du moule le moulage du mélange plastique contre la feuille de séparation, et le durcissement du mélange plastique-

10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le matériau plastique contient un liant ther-

20 modurcissable.

11 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la feuille de séparation est amenée à avoir un fini qui est plus lisse que celui de la surface de moulage du moule, et en ce que les pièces moulées sont amenées 25 à avoir le fini de la feuille de séparation.

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PROCEDE DE REPRODUCTION DE FORMES ET DE FINIS PAR ENROULEMENT DE FILAMENTS IMPREGNES DE MATIERE PLASTIQUE DANS UN MOULE COMPORTANT UNE FEUILLE DE DEMOULAGE - Société dite : KELSEY-HAYES COMPANY, Pr. ; E,U,A,, n°- 314,540 du 26 octobre 19 81 au nom-de Harold JP REIKOWSKI,

Le procédé peu coûteux de reproduction de formes de la présente invention comprend les étapes suivantes ; la fabrication d'un modèle initial (10) , la fabrication d'un moule en sable négatif du modèle initial (14), le coulage d'une réplique du modèle initial à partir du moule en sable (18) , 1$ fabrication d'un modèle de formation sous vide (12) f la fabrication d'une feuille de séparation formée sous vide •

(24) sur le modèle de formation sous vide, la couverture des surfaces de la réplique avec une feuille de séparation formée sous vide (26), le bourrage d'un mélange plastique contre la feuille de séparation formée sous vide dans le moule (28) et le durcissement du mélange plastique (30).

FIGURE 1.

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