La conception et les rôles des pièces

La fenêtre

La fenêtre est transparente et permet de visualiser les phénomènes qui se passent à l’intérieur de l’ensemble de vis-fourreau, grâce à un système de visualisation par méthode PIV (Cf. Chapitre « Caméras et le système de visualisation »). Elle est faite en BK7 avec une excellente transparence. La fenêtre est tenue dans le fourreau principal dans un emplacement conçu spécialement pour elle. Elle est ensuite bloquée par l’ensemble des pièces intercalaires (le socles, les joints et les cales). La fenêtre est taillée suivant la forme montrée dans la figure 31. Une face est taillée en forme cylindrique pour le passage de la vis de diamètre 40 mm. Le diamètre de cette forme est de 20,05 mm pour éviter que la vis ne touche la surface en verre lors de sa déformation due à la température et par flexion. La fenêtre en verre fait 120 mm en longueur, 80 mm en largeur, et 40 mm en épaisseur, dont les trois faces qui assureront l’observation dans le système vis-fourreau ont les mêmes dimensions : 20 mm x 120 mm. Nous avons la visualisation sur les trois chenaux de la vis pour chaque fenêtre. Sur la longueur de 610 mm du fourreau, nous mettons trois fenêtres en verre BK7 pour assurer l’observation sur les trois zones de la vis.

Le fourreau 

Le fourreau normal avec la vis d’injection a pour office d’emmener la matière de la trémie jusqu’au moule. En plus de ce rôle, notre fourreau, qui sera usiné en acier 41CrAlMo7.10TR, a des parties transparentes, les fenêtres en verre BK7, qui permettent d’observer les phénomènes dans matière. Il faut donc protéger les fenêtres en verre. Suivant le plan d’un fourreau normal pour une vis d’injection de diamètre 40 mm (Cf. Figure 32), nous adaptons le fourreau par rapport aux fenêtres en verre. L’extrême gauche (partie trémie) et l’extrême droite (partie clapet) ne sont pas changés. Ils gardent leur taille, leur forme, le passage de la matière depuis la trémie, les accroches, les trous taraudés pour les vis. Le diamètre de ces deux parties inchangées fait 115 mm. La longueur totale du fourreau fait 1145 mm (1,145m). Nous avons décidé de placer les fenêtres en verre sur une longueur de 610 mm au milieu du fourreau principal. Sur cette partie, le fourreau contient une forme cylindrique sur une grande partie, puis une surface plate qui permet de mettre les barres pour fixer les colliers chauffants (Cf. Figure 33). Le diamètre du fourreau sur cette partie est de 200 mm (presque le double de diamètre d’un fourreau normal), ceci afin de garantir la protection des pièces en verre, car nous avons besoin d’ajouter plusieurs pièces intercalaires pour les tenir.Dans le bloc « hors norme » du fourreau, nous avons créé un emplacement pour le verre. Ce dernier sera usiné exactement à la même forme que la partie supérieure de la pièce transparente (Cf. Figure 34). Le verre sera en appui sur le fourreau par deux faces inclinées, et emboîté dans le fourreau par les deux côtés. Les trois emplacements pour les verres sont arrangés successivement. Entre chacun, les blocs d’acier ont la même longueur que les verres (120 mm). Ils assurent la symétrie sur la longueur totale du fourreau, et ont pour but de bien tenir les fenêtres en verres. En plus, ces blocs en acier nous donnent de la place pour ajouter les capteurs des colliers chauffants, afin de pouvoir contrôler la température pendant l’injection. L’usinage de ces emplacements sera fait avec une méthode spéciale pour assurer un contact parfait entre l’acier et le verre, et pour ne pas casser le verre. Nous l’expliquerons plus en détail dans le chapitre « Usinage » qui lui est consacré. 

Les socles et les joints 

Tout au début de la conception, les joints n’existaient pas. Le verre n’était tenu que par le socle. Les résultats de déformation de l’assemblage nous montre qu’il y a un jour entre le verre et le socle, malgré tous les systèmes de renforcement possible que nous avons pu imaginés (mesure, simulation). La raison est que la pression exercée normale à la surface est en même temps sur le socle en acier et la fenêtre en verre, et comme ces deux pièces ne font pas un seul bloc, elles se déforment par compression dans les deux directions opposées. Même si on diminue la valeur de pression, la réponse du système reste toujours la même, avec moins de déformation bien sûr, mais il y a toujours un espace entre la fenêtre et le socle, ce qui produirait des fuites de matière pendant l’injection. Nous pensons donc qu’il faut une pièce insérée pour pouvoir empêcher l’existance de ces fuites. Les joints sont créés pour ce rôle très important : bloquer la fuite de polymère en phase plastification. Le schéma suivant (Cf. Figure 36) explique le principe de ce système. Les joints sont en effet une partie du socle initial, au lieu de faire une seule pièce, nous décidons de tailler dans le socle deux petites pièces de forme identique. La pression appliquée sur l’ensemble des surface va pousser les deux languettes très fines, et les parties des joint exposées au polymère. Ces deux languettes se déforment et poussent les joints verticalement. Les joints viennent plaquer contre la fenêtre en verre, et boucher l’écart entre le verre et le socle, ce qui empêche les fuites de matière.

Les cales et les vis M8 

Les cales complètent les contacts entre le fourreau et l’assemblage socles – joints – verres. Les socles sont en appui sur les cales, et ces dernières sont vissées sur le fourreau pour renforcer tout le système qui retient la pièce en verre. Les vis M8 servent à fixer tout l’ensemble des pièces intercalaires avec le fourreau principal. Elles ne sont pas serrées quand les pièces sont froides (25 °C). Les pièces sont justes en contact l’une avec l’autre à température ambiante. Une fois que tout l’ensemble est chauffé à la température nécessaire, nous serrons les vis en contrôlant les concentrations de contrainte dans les fenêtres par biréfringence. À ce moment-là, toutes les pièces sont bien serrées, et le dispositif est prêt à être utilisé. 

Les colliers chauffants et les barres de fixations 

Dans l’ensemble de vis-fourreau, les colliers chauffants servent à chauffer par conduction et réguler l’ensemble du système à la température de travail du polymère utilisé. Ils ont des formes circulaires, qui permettent d’entourer le fourreau cylindrique. Pour fonctionner, ils sont reliés directement au système électrique de la presse. Il existe plusieurs types de colliers chauffants correspondant aux puissances demandées. En général, pour les fourreaux des presses à injecter, on utilise souvent les colliers de type céramique, ou bien de type mica. Cette thèse est accessible à l’adresse : http://theses.insalyon.fr/publication/2013ISAL0093/these.pdf © [T.L. Pham], [2013], INSA de Lyon, tous droits réservés Thuy Linh PHAM 63 Pour la longueur totale du fourreau, nous avons besoin de cinq colliers chauffant. À part les colliers chauffants standards pour la partie non modifiée du fourreau (partie clapet) et pour la buse, les autres devront être conçus par nous même pour s’adapter aux parties contenant les fenêtres en verre BK7. Les colliers doivent comprendre quatre ouvertures : – 2 ouvertures pour que nous puissions observer à travers les fenêtres transparentes – 2 ouvertures pour que nous puissions accéder aux vis afin de serrer les cales (pour serrer l’ensemble des pièces) Les fabricants spécialisés en colliers chauffants, indiquent qu’il n’y aura pas de danger à faire des ouvertures sur les colliers. Nous décidons de faire un collier pour chaque fenêtre. Nous gardons la forme cylindrique des colliers normaux, tout en modifiant des accroches pour pouvoir les fixer sur l’ensemble. Sur chaque collier, il y a donc quatre ouvertures pour accéder aux fenêtres en verre et aux vis. Figure 37 représente un exemple de notre collier chauffant, spécialement conçu pour le fourreau à fenêtre. Ces trois colliers seront montés sur l’ensemble du fourreau en les attachant à deux barres en acier, fixées sur la surface plate du fourreau (Cf. Figure 38).