Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 2005/051631 PCT/FR2003/003187
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Procédé de fabrication de pièces en matière synthétique à
section annulaire creuse et pièce ainsi obtenue
La présente invention concerne le domaine de la réalisation de
pièces creuses en matière synthétique, par injection, en particulier de roues,
de volants et de toutes autres pièces creuses formant un anneau circulaire ou
non, et a pour objet un procédé de fabrication d'une telle pièce annulaire de
section creuse.
L'invention a également pour objet une pièce annulaire de
section creuse obtenue par mise en oeuvre de ce procédé.
La réalisation de ce type de pièce répond à un cahier des
charges technique prenant en considération les efforts auxquels la pièce doit
pouvoir résister, ainsi que les critères esthétiques qu'elle doit respecter.
Ainsi, pour répondre à un besoin de solidité, il est généralement prévu de
réaliser une zone de forte section, qui peut ensuite être recouverte d'une
matière molle destinée à amortir les chocs et donc les bruits. La réalisation
d'une pièce de forte section épaisse impose, cependant, la fabrication de
deux demi-coquilles qui sont assemblées ultérieurement entre elles par
soudage ou par collage.
La fabrication de pièces en matière synthétique à paroi épaisse
ou très épaisse présente, toutefois, de nombreux inconvénients dus à la
particularité qu'une matière synthétique présente une mauvaise conductivité
thermique, de sorte que les pièces obtenues sont très difficiles à refroidir
sur
des épaisseurs importantes. Ceci ressort de (équation ci-après permettant de
déterminer le temps t nécessaire pour qu'une pièce soit éjectée à une
température moyenne Td
SZ 4 Ti - Tm
t = ~ [1n (- )]
a.~ ~ Td-Tm
dans laquelle : .
s = épaisseur de la pièce
a =
Cp.p
~, = conductivité thermique
Cp = chaleur spécifique
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p = masse volumique
Ti = température d'injection
Tm = température de paroi
Td = température de démoulage
En vue d'obtenir des temps de cycle économiquement rentables,
une pièce en matière synthétique doit donc présenter une épaisseur de paroi
la plus fine possible. Ainsi, par exemple, la réalisation d'une pièce
annulaire
de forte section n'est pas économiquement réaliste.
En conséquence, dans des cas où une certaine esthétique doit
être préservée, il a du être fait appel à des procédés de fabrication
différents
présentant chacun des avantages et des inconvénients propres.
A titre d'exemple, les roues creuses de tricycles d'enfants sont
généralement réalisées selon une technique de roto-moulage consistant à
introduire une poudre de .polymère dans un moule froid qui est ensuite mis
en rotation et chauffé. Il en résulte un écoulement de la matière fondue le
long de la paroi du moule de manière à former une pièce complète.
Cependant, une telle fabrication entraîne nécessairement, sur la pièce
obtenue, la subsistance d'un petit trou correspondant à (orifice
d'introduction de poudre de polymère dans le moule. Une telle existence
d'un orifice est inacceptable dans le cas de certaines applications.
Il existe encore d'autres techniques de fabrication de roues, à
savoir, par exemple pour les roues de poubelles, qui sont réalisées par
moulage dans un même moule de deux demi-coquilles, qui sont assemblées
ensuite par soudage, par friction ou par vibrations. Un tel procédé de
fabrication est à l'origine. peu onéreux, à savoir, en ce qui concerne le
moulage des deux demi-coquilles, mais l'étape de soudage consécutive
grève considérablement le prix de revient de telles roues.
Par ailleurs, la réalisation de pièces annulaires de forte section
présentant un anneau complètement creux sur toute sa circonférence risque
d'avoir pour conséquence des déformations inacceptables de cet anneau.
On connaît également pour JP-A-2002 018906 différents
procédés d'injection de gaz, qui sont uniquement applicables à la fabrication
de roues de faible diamètre.
Une différence fondamentale entre les procédés décrits dans ce
document et le procédé conforme à la présente invention réside dans
l'utilisation des rayons des pièces à réaliser pour amener le fluide, tel que
du
gaz, dans la bande de roulement.
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Cependant, dans ces modes de réalisation, l'amenée du fluide,
tel que du gaz, est effectuée par des moyens complexes à différents endroits
de la jante.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en
proposant un procédé de fabrication de roues, de volants et de toutes autres
pièces annulaires, dont l'épaisseur de paroi de la partie annulaire est
relativement faible, cette fabrication étant réalisée en une seule opération
de
moulage.
A cet effet, le procédé de fabrication de pièces en matière
synthétique à section annulaire creuse, réalisées par une injection préalable
de matière synthétique fondue dans un moule, suivie par l'injection d'un
fluide sous pression destiné à repousser la matière fondue contre les parois
du moule, tout en terminant le remplissage de l'empreinte, est caractérisé en
ce qu'il consiste essentiellement à réaliser (injection de matière synthétique
fondue, au niveau du nez ou moyeu, par (intermédiaire d'un orifice prévu à
cet effet dans le moule et en ce que l'injection d'un fluide est réalisée, à
proximité du nez ou moyeu, à travers au moins un orifice prévu dans le
noyau permettant la réalisation de la zone de guidage de l'axe de rotation.
L'invention a également pour objet une pièce de section
annulaire creuse en matière synthétique caractérisée en ce qu'elle est
monobloc et présente une épaisseur de paroi de la section annulaire creuse
constante et faible.
L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci
après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre
d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence au dessin schématique
annexé, dans lequel
la figure 1 est une vue en élévation latérale et partiellement en
coupe d'une pièce de section annulaire creuse en matière synthétique
obtenue par mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, et
la figure 2 est une vue en coupe suivant A-A de la figure 1.
Conformément à l'invention et comme le montrent plus
particulièrement, à titre d'exemple, les figures 1 et 2 du dessin annexé, le
procédé de fabrication de pièces en matière synthétique à section annulaire
creuse, réalisées par une injection préalable de matière synthétique fondue
dans un moule, suivie par l'injection d'un fluide sous pression destiné à
repousser la matière fondue contre les parois du moule, tout en terminant le
remplissage de l'empreinte, est caractérisé en ce qu'il consiste
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essentiellement à réaliser l'injection de matière synthétique fondue, au
niveau du nez ou moyeu 3, par l'intermédiaire d'un orifice prévu à cet effet
dans le moule et en ce que (injection d'un fluide est réalisée, à proximité du
nez ou moyeu 3, à travers au moins un orifice prévu dans le noyau
permettant la réalisation de la zone de guidage 10 de l'axe de rotation.
Ainsi, il est possible de réaliser une pièce 1 comportant une
section annulaire creuse 2 reliée au moyeu ou nez 3 par un ou plusieurs
rayons ou nervures 4 disposés à intervalles réguliers et intégrés ou non dans
un voile 5.
De préférence, (injection de fluide est effectuée à travers le
noyau permettant la réalisation de la zone de guidage 10 de l'axe de rotation,
le fluide se répartissant de façon équitable dans chacune des directions
préférentielles déterminées par les nervures ou rayons 4.
A cet effet, la pièce 1 est pourvue de nervures ou rayons 4 de
liaison du nez ou moyeu 3 à la section annulaire 2 disposés à intervalles
réguliers ou non.
Les bulles formées par l'injection de fluide à partir du noyau
réalisent ainsi une application intime de la matière synthétique contre les
parois correspondantes du moule, à savoir celles délimitant les nervures ou
rayons 4 et la section annulaire creuse 2, ces bulles s'expansant de manière
parfaitement équilibrée dans la partie du moule correspondant à la section
annulaire creuse 2 en formant, entre deux bulles émanant de deux nervures
ou rayons 4 différents, une paroi de séparation 7 (figure 1). En effet, il
convient de rappeler que théoriquement deux bulles ne peuvent se perforer,
de sorte qu'il se fomne obligatoirement entre deux bulles déformant une
matière visqueuse une paroi ou un matelas de matière détemninant les parois
de séparation 7 qui constituent un genre de nervures de renforcement
transversales à l'intérieur de la section annulaire creuse 2. En pratique, il
est
tout à fait possible d'obtenir une bulle unique par interpénétration d'une
bulle dans l'autre. Après solidification de la matière synthétique constituant
la pièce 1, sous forme d'une roue, d'un volant ou de toute autre pièce de ce
type, la pression du fluide est coupée et la conduite reliée au noyau
d'injection est vidée, de sorte que le fluide est évacué de la pièce 1 en ne
laissant subsister dans cette dernière que les veines formées dans la matière
la constituant.
Il est également envisageable, dans le cas de réalisation de
pièces 1, comportant un voile 5, de délimiter dans ce voile 5, à intervalles
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réguliers, un certain nombre de poches de fluide au moyen du noyau
d'injection formant la zone de guidage 10 de Taxe de rotation et donc reliées
à cette dernière. Ce mode de réalisation n'est pas représenté en détail dans
les figures 1 et 2. '
Le procédé de fabrication conforme à l'invention permet donc,
par un dosage approprié de (injection de matière synthétique et par
l'injection de fluide par finteumédiaire du noyau d'injection, de réaliser des
épaisseurs de parois des nervures ou rayons et de la section annulaire creuse
relativement faibles, tout en assurant une bonne rigidité de cette dernière,
c'est-à-dire en évitant sa déformation sous charge. Ainsi, à titre d'exemple,
une pièce d'un diamètre de 250 mm comportant une section annulaire creuse
d'une hauteur comprise entre 18 mm et 24 mm présentera un voile d'une
épaisseur de 3 mm et des nervures d'une largeur de l'ordre de 12 mm, alors
que (épaisseur de paroi de la section annulaire creuse sera de (ordre de 3 à
5 mm.
Bien entendu, le nombre de rayons ou nervures 4 prévues dans
le voile 5 et formant un support de rigidification dudit voile 5, ainsi que
(épaisseur de ce dernier sont fonction des dimensions extérieures de la
pièce et de (épaisseur souhaitée de la section annulaire creuse. De
préférence, les nervures 4 présentent une section circulaire et forment ainsi
un renfort mécaniquement très solide.
Selon une autre caractéristique de (invention, la pièce en
matière synthétique ainsi obtenue est pourvue, par surmoulage, d'une bande
de revêtement 8 en une matière synthétique molle, telle qu'un caoutchouc
synthétique ou toute autre matière pouvant remplir le même office, à savoir
former une bande de roulement dans le cas d'une roue, de manière à amortir
les chocs et bruits liés au roulement de la pièce sur un support ou bien, dans
le cas d'un volant, assurer un confort de préhension par (utilisation d'une
matière agréable au toucher. Dans le cas de la roue, l'épaisseur de cette
bande de revêtement 8 est comprise entre 3 mm et 5 mm. Dans le cas d'un
volant, elle peut être réduite.
L'invention a également pour objet une pièce en matière
synthétique de section annulaire creuse, qui est caractérisée en ce qu'elle
est
monobloc et présente une section annulaire creuse 2 munie de sections
creuses délimitées par des parois transversales 7, ces sections creuses étant
reliées chacune à une section creuse correspondante délimitée dans une
nervure ou un rayon 4 etlou dans un voile 5.
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Selon une caractéristique de l'invention, la pièce 1 peut être
munie, sur au moins un côté de son moyeu ou nez 3 d'un moyen 9 de
guidage et d'encliquetage sur un support. Ce moyen 9 peut être sous forme
d'un plot encliqueté dans un orifice 11 prévu à cet effet dans le moyeu ou
nez 3. Il est ainsi possible de réaliser le positionnement axial de la pièce 1
suivant son axe. Le moyeu ou nez 3 est ainsi retenu en translation et
simultanément guidé en rotation.
La pièce 1 conforme à l'invention est plus particulièrement
destinée à équiper des matériels déplaçables tels qüe des conteneurs urbains,
des chariots de manutention, ainsi que des petits appareils d'entretien
comme des tondeuses à gazon ou encore des roues pour vélos d'enfants ou
des roues de poussettes pour le transport d'enfants. Cette énumération n'est
cependant nullement exhaustive.
Grâce à l'invention, il est possible de réaliser, par injection
assistée par fluide, des pièces en matière synthétique dont la section
annulaire est creuse et présentent des parois d'épaisseur faible, tout en
étant
suffisamment rigide pour résister aux charges auxquelles elles sont
normalement soumises. Il en résulte, que pour un même diamètre, les pièces
ainsi obtenues sont plus légères et nécessitent donc la mise en oeuvre de
moins de matière synthétique, de sorte que leur prix de revient peut être
réduit en conséquence.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de
réalisation décrit et représenté au dessin annexé. Des modifications restent
possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments
ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du
domaine de protection de l'invention.
