La présente invention concerne le domaine technique de la fabrication par moulage de pièce en matière plastique, notamment par compression.

En particulier, l'invention concerne un équipement pour préformer une feuille de matière plastique thermodurcissable ou thermoplastique.

Pour réaliser une pièce en matière plastique, il est connu d'utiliser un procédé de moulage par compression à chaud sous pression dans un moule fermé, en général par déplacement d'un élément mobile du moule (mis en mouvement par une presse) par rapport à un élément fixe du moule, ces éléments étant typiquement en acier.

Généralement, on pose dans un moule de compression un plan de chargement constitué de feuilles de matière plastique, typiquement un matériau composite dit «SMC». Ce sigle provient de l'appellation en langue anglaise «sheet moulding compound» (moulage d'un composé en feuille) ou «sheet moulding composite» (moulage d'un composite en feuille). Il s'agit par exemple d'une feuille constituée de résine thermodurcissable, généralement de type polyester, vinylester, ou époxy, mais éventuellement d'un autre type de résine thermodurcissable, qui imprègne par exemple des fibres de verre ou d'un autre renfort (par exemple avec 20% à 30% poids de renfort), avec souvent des charges et/ou un catalyseur (durcisseur).

Puis on actionne le vérin de la presse pour fermer le moule puis transmettre une pression de moulage à la matière plastique.

La matière plastique peut alors fluer et prendre la forme de l'empreinte du moule. Lors de ce fluage, les fibres de renfort s'orientent préférentiellement en fonction des directions de fluage. On ne maîtrise donc plus l'orientation des fibres.

Il s'ensuit une orientation privilégiée des fibres de renfort, ce qui peut conduire à une anisotropie de la pièce, qui aura donc un comportement mécanique différent selon les directions des efforts subis, pouvant induire une robustesse inférieure au besoin dans certaines zones de la pièce finie.

Pour limiter ce phénomène, il est connu de préformer les feuilles de matières plastiques (SMC) avant de les introduire dans le moule pour moulage de la pièce finie. Le préformage consiste à poser dans une empreinte de préformage un plan de chargement constitué de feuilles de matière plastique, typiquement un matériau composite dit «SMC», puis à plaquer ou draper les feuilles de matière plastique sur la préforme du moule.

Bien que la forme intermédiaire issue du procédé de préformage soit plus proche de celle de la pièce finale que la forme initiale de la feuille, elle ne correspond pas exactement à la forme finale issue du moulage. En particulier, il existe une surépaisseur dans la direction de l'épaisseur de la feuille entre la feuille préformée et les parois de la chambre de moulage lorsque la feuille préformée est disposée dans le moule. La forme finale de la pièce, qui correspond à la forme de la chambre de moulage, n'est obtenue qu'à l'issue du moulage. En d'autres termes, l'épaisseur de l'ébauche préformée est de façon générale supérieure à l'entrefer généré (au niveau de la cavité ou se formera la pièce) par les deux parties du moule en position fermée de moulage.

Les moyens de préformage utilisés actuellement sont soit manuel (opérateur), mécanique (contre poids, barre de maintien...) ou pneumatique (vérins).

Ces moyens de préformage ne permettent pas d'adapter parfaitement la feuille de matière plastique à la préforme, comme l'illustre la figure 1 qui montre une feuille de matière plastique (MP) plaqué contre une préforme (PF). En effet, ces moyens ne permettent pas de préformer toute la surface de la pièce (figure 1 en haut), car certaines zones, indiquées par des flèches sur la figure 1 , ont des profils compliqués (surfaces non développables, fortes variations de formes, creux profonds en regard de leur ouverture, par exemple). Un bon préformage correspondrait au schéma du bas de la figure 1.

De plus, lorsque l'on utilise une feuille de matière plastique thermodurcissable, telle qu'une feuille de SMC classique, pour mouler des pièces automobiles de carrosserie, telles qu'un hayon, on constate généralement un taux de recouvrement de seulement 50 % du moule par la feuille de plastique.

Enfin, ces moyens de préformage ne sont pas adaptés à des cadences de production haute série. En effet, ils nécessitent, selon les cas, des opérations manuelles telles que la dépose de la feuille de matière plastique, le décollement après mise sous vide...

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un équipement de préformage permettant un préformage précis, automatique, répétable et à cadence élevée d'une feuille de matière plastique. L'équipement selon l'invention permet entre autre, dans un procédé de fabrication de pièce automobile par moulage par compression d'une feuille de matière plastique thermodurcissable, telle qu'une feuille de SMC, d'atteindre des taux de recouvrement supérieur à 70%, de préférence supérieur à 80% du moule par la feuille de matière plastique, grâce à la forme obtenue par le préformage, évitant ainsi un fluage trop important, incompatible avec des pièces de structure notamment.

Pour ce faire, le système de préformage selon l'invention utilise un ensemble de moyens de plaquage, tels que des vessies gonflables, actionnables séquentiellement pour appliquer localement une pression sur la feuille de matière plastique. Ainsi, un objet de l'invention concerne un système pour préformer une feuille de matière plastique thermodurcissable, comprenant un premier élément formant une empreinte de préformage. Le système comporte également :

un second élément adapté à venir se positionner en vis-à-vis du premier élément ; - un ensemble de moyens de plaquage, actionnables séquentiellement et portés par le second élément, pour appliquer localement une pression sur la feuille de matière plastique , de façon à plaquer cette feuille contre le premier élément ;

au moins un moyen de pilotage pour l'actionnement séquentiel des moyens de plaquage.

Grâce à ce système, il est possible de préformer entièrement la forme souhaitée en profitant de l'actionnement séquentiel des moyens de plaquage. Il est ainsi possible de recopier de façon automatique, et de façon répétable, une séquence de drapage qui serait réalisée manuellement par un opérateur, et donc sans être répétable au cours d'une campagne de production.

Selon un mode de réalisation, au moins un des moyens de plaquage est adapté à se déformer sous l'effet d'une pression d'application du moyen de plaquage. Il peut être fabriqué dans un matériau élastomère ou poreux, ou il peut comprendre un mécanisme de déformation tel qu'un ressort.

Selon un mode de réalisation, au moins un des moyens de plaquages comporte une peau élastique adaptée à se gonfler sous l'effet des moyens d'actionnement séquentiel. Cette peau élastique peut être en silicone.

Selon un mode de réalisation préféré, au moins un des moyens de plaquages est une vessie gonflable.

Selon l'invention, au moins un des moyens de plaquages peut être un organe formant appui de référence. Cet organe comporte préférentiellement une surface adaptée à être en contact avec la feuille de matière plastique comportant du téflon® et/ou du silicone.

Selon un mode de réalisation, le système comporte une première membrane en silicone destinée à être positionnée entre les moyens de plaquages et ladite feuille de matière plastique. Cette première membrane en silicone peut être avantageusement préformée.

Selon un mode de réalisation, le système comporte une seconde membrane élastique positionnée au-dessus dudit premier élément et adaptée à soutenir une feuille de matière plastique. Cette seconde membrane peut être avantageusement en silicone.

Enfin, la matière plastique peut être une matière plastique thermodurcissable.

L'invention concerne également un procédé pour préformer une feuille de matière plastique, dans lequel on réalise les étapes suivantes : on positionne une feuille de matière plastique dans un système selon l'une des revendications précédentes ;

on détermine une séquence d'actionnement desdits moyens de plaquage ; et on active ledit moyen d'actionnement séquentiel des moyens de plaquage en fonction de ladite séquence d'actionnement.

L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures annexées, qui sont fournies à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles :

La figure 1 illustre la difficulté pour les moyens de préformage actuels de draper correctement la feuille de SMC sur une empreinte de préformage.

La figure 2 est un schéma d'un exemple de réalisation du système de préformage selon l'invention. Le schéma du haut montre le système lorsqu'aucun moyen de plaquage n'est actionné, et le schéma du bas montre le système lorsque tous les moyens de plaquage ont été actionnés.

La figure 3 illustre l'avantage d'utiliser deux membranes en silicone prenant en sandwich la feuille de matière plastique.

Le système (1 ) selon l'invention, pour préformer une feuille de matière plastique (MP), par exemple thermodurcissable, comprend :

un premier élément (2), formant une empreinte de préformage, et un second élément (3) adapté à venir se positionner en vis-à-vis du premier élément ;

un ensemble de moyens de plaquage (4), actionnables séquentiellement et portés par le second élément (3), pour appliquer localement une pression sur la feuille de matière plastique (MP), de façon à plaquer cette feuille (MP) contre l'empreinte de préformage(2) ;

- au moins un moyen d'actionnement séquentiel (5) des moyens de plaquage (4).

L'empreinte de préformage (2) est un élément, de préférence rigide, ayant les formes de la pièce à mouler. Cette pièce peut être réalisée en usinage d'acier, de bois, de mousse, en résine coulée...

Le second élément (3) peut être lui-même un poinçon portant les moyens de plaquage (4), c'est-à-dire qu'il peut être lui aussi rigide, et adapté à appliquer une pression sur la feuille de matière plastique thermodurcissable (MP). Selon ce mode de réalisation le second élément (3) est adapté à venir se fermer contre le premier élément (2) selon une direction de fermeture.

Mais de façon préférentielle, le second élément (3) n'est pas un poinçon. Il s'agît d'un élément léger et préhensible par un robot. Son rôle est alors de positionner les moyens de plaquage (4) en vis-à-vis de l'empreinte de préformage (2), et de rapprocher les moyens de plaquage (4) de la feuille de matière plastique (MP). Le second élément (3) et/ou le robot sont de préférence adaptés à reprendre les réactions d'effort exercées par les moyens de plaquage (4) activés. Selon un exemple de réalisation, le premier élément (2) et le second élément (3) comportent des moyens de verrouillage des deux éléments (2, 3) entre eux.

Le nombre, la taille et la position des moyens de plaquage (4) sont définis, en fonction de l'empreinte de préformage (2). De tels paramètres sont aisément définis par l'homme du métier qui pourra, au moins par essai-erreur ou par simulation numérique, définir ces paramètres. De la même façon, on déterminera la séquence d'actionnement (ordre, pression exercée) des différents moyens de plaquages (4).

La préforme est une ébauche, constitué d'une ou plusieurs couches de SMC superposées, et il peut exister des variations de formes, des décalages de forme, des variations d'épaisseurs par exemple. En effet, la pièce finie prend sa forme définitive, et notamment des épaisseurs finales, seulement après l'opération de moulage. Ainsi, on définit et on utilise des moyens de plaquage (4) permettant d'obtenir une préforme, dont l'épaisseur, entre autre, est généralement supérieure à celle de la pièce finie du fait de l'empilage des couches qui ne sont posées les unes sur les autres et légèrement pressées les unes contre les autres pour leur donner leur ébauche de forme et non encore soumises aux fortes pressions de l'opération de moulage. Cette épaisseur étant ensuite modifiée par compression et/ou fluage lors de l'opération de moulage, après mise en place de la préforme dans le moule.

Selon un exemple de réalisation, le moyen de plaquage (4) peut être déformable sous l'effet d'une pression d'application du moyen de plaquage (4). Ce moyen (4) peut par exemple être fabriqué dans un matériau élastomère ou poreux, ou encore, ce moyen (4) peut comprendre un mécanisme de déformation tel qu'un ressort, qui peut se déformer en fonction de la variation de la pression appliquée par le moyen de plaquage (4) sur la feuille de matière plastique à préformer. Ainsi, dans la limite de la déformation possible du matériau ou des composants du mécanisme, le moyen de plaquage (4) peut épouser ou se rapprocher de la géométrie de la forme pour mieux draper la feuille dans une zone complexe.

On se réfère maintenant à la figure 2 qui illustre un exemple avantageux de réalisation du système (1 ) selon l'invention.

Selon cet exemple, le système (1 ) comporte en sus un cadre (6), porté par l'empreinte de préformage (2), et intercalé entre les deux éléments (2, 3) pour maintenir la feuille de matière plastique (MP) au-dessus de l'empreinte de préformage (2), avant actionnement des moyens de plaquages (4).

De façon avantageuse, au moins un des moyens de plaquages (4) comporte une peau élastique adaptée à se gonfler sous l'effet des moyens d'actionnement séquentiel (5). De façon avantageuse, la peau est en silicone de façon à ne pas coller sur la feuille de matière plastique (MP). Le gonflement de cette peau induit un appui sur la feuille (MP), puis l'application d'une pression sur cette feuille (MP). Ainsi, plus la peau est gonflée, plus la pression appliquée sur la feuille (MP) est élevée et force la feuille à épouser les formes de l'empreinte. Ce système permet ainsi un contrôle précis, et il permet l'application progressive et continue d'une pression à la feuille (MP).

De plus, l'élasticité d'une telle peau lui offre une déformabilité lui permettant d'épouser des formes complexes sur l'empreinte de préformage (2) et donc de donner plus précisément à la feuille la forme correspondante, permettant un drapage correct de la feuille (MP) sur l'empreinte de préformage (2).

Le moyen d'actionnement séquentiel (5) peut, selon cette configuration, comporter une pompe reliée aux moyens de plaquage (4) par des organes, tels que des tuyaux. La pompe étant adaptée à envoyer un gaz sous pression indépendamment dans chaque tuyau, de façon à gonfler séquentiellement les moyens de plaquages (4). Ces moyens de plaquage (4) peuvent ainsi être gonflés à l'aide de l'air comprimé du réseau industriel (5-7 bars). La séquence d'actionnement est pilotée par un dispositif tel qu'un ordinateur et des vannes faisant partie intégrante du moyen d'actionnement séquentiel (5).

Selon un exemple de réalisation comportant une telle peau, un ensemble de moyens de plaquages (4) constituent un ensemble de vessie gonflable, tel que représenté sur la figure 2. Ces vessies, supportées par le deuxième élément (3), sont positionnées en regard du premier élément (2). La feuille de matière plastique (MP) étant positionnée entre les deux éléments (2 et 3). Les vessies sont positionnées en des endroits particuliers, définis préalablement. Il s'agît de positions où une pression doit être appliquée à un moment donné pour plaquer et draper la feuille (MP) contre l'empreinte de préformage (2).

Comme l'illustre la figure 2, les vessies peuvent avoir des formes variées. Ces formes sont de préférence adaptées à la forme de la zone de l'empreinte de préformage (2) sur laquelle les vessies doivent plaquer la feuille (MP). En particulier, la figure 2 illustre un mode de réalisation où des vessies ont des formes différentes. Sur le schéma du bas de la figure 2, et contrairement au schéma du haut, les vessies sont gonflées et plaquent la feuille (MP) sur l'empreinte (2). Les vessies de forme arrondie permettent d'épouser des formes complexes.

Selon un autre exemple, mais selon un même mode de fonctionnement, l'ensemble de vessies est remplacé par une unique membrane recouvrant la surface à préformer, et comportant un ensemble de poches, chaque poche étant séparée hermétiquement des autres, de façon à être actionnable indépendamment des autres, et en particulier, séquentiellement. Il peut également s'agir de deux membranes soudées ou collées par endroit pour former lesdites poches.

Selon un autre mode de réalisation, au moins un des moyens de plaquages (4) comporte un moyen mécanique, tel qu'un patin, adapté à se plaquer contre la feuille (MP) sous l'effet des moyens d'actionnement séquentiel (5).

De façon avantageuse, le système comporte, parmi les moyens de plaquage (4), au moins un organe (7) formant appui de référence. On appelle appui de référence, un appui sur la feuille de matière plastique (MP) contre l'empreinte de préformage (2) empêchant un déplacement de la feuille (MP) au niveau de cet appui, permettant ainsi de fixer la position de la feuille (MP). Cet appui permet ainsi d'assurer la répétabilité de l'opération en «bloquant», avant préformage, certaines zones de la pièce. Puis, par actionnement séquentiel des autres moyens de plaquages (4) la feuille (MP) est plaquée, étalée, autours de cet appui de référence contre l'empreinte de préformage (2). Un tel appui assure un effort de plaquage supérieur à celui provoqué par une vessie, de façon à ce que la feuille (MP) ne soit pas entraînée, ne glisse de sa position de référence quand les pressions séquentielles suivantes sont exercées et tirent alors sur la feuille (MP) pour la placer correctement sur l'empreinte de préformage (2). Il peut bien évidemment y avoir plusieurs appuis de références.

De façon avantageuse, l'organe (7) formant appui de référence comporte du téflon® et/ou du silicone.au niveau de sa surface d'appui sur la feuille (MP) de façon à ne pas coller sur la feuille (MP).

Selon un mode de réalisation, également illustré sur la figure 2, le système comporte une première membrane (8) en silicone formant une couche séparatrice, dont la fonction est d'éviter que les vessies (4) ne collent à la feuille de matière plastique (MP) si elles ne sont pas constituées elles-mêmes de matériau antiadhésif. En effet, le silicone possède des propriétés lui permettant de ne pas adhérer à une feuille de matière plastique thermodurcissable de type SMC.

Cette première membrane (8) peut permettre également de maintenir les vessies au- dessus de la préforme avant le préformage.

De façon avantageuse, cette première membrane (8) en silicone possède une forme adaptée à l'empreinte de préformage comme l'illustre la figure 2, permettant ainsi de limiter la pression nécessaire à appliquer via les vessies (4) pour qu'elles puissent plaquer la feuille (MP) sur la préforme (2).

Selon un mode de réalisation, également illustré sur la figure 2, le système comporte une seconde membrane (9) élastique dont la fonction est de porter la feuille de matière plastique (MP) au-dessus de l'empreinte de préformage (2) avant la mise en œuvre des moyens de plaquage (4), favorisant ainsi le préformage en accompagnant le déplacement et par glissement de la feuille sur les formes de l'empreinte.

Afin d'éviter que la feuille de matière plastique (MP) ne colle à l'empreinte de préformage (2), la seconde membrane (9) est de préférence en silicone. Cette membrane (9) peut être portée par le cadre (6).

Enfin, cette seconde membrane (9) peut être avantageusement utilisée pour éjecter la pièce préformée. Pour ce faire on utilise la grande élasticité de la membrane (9) : en revenant à sa forme plane, la membrane (9) éjecte la pièce préformée de l'empreinte de préformage (2).

L'avantage des deux membranes (8 et 9) en silicone est également de permettre le glissement de la feuille de matière plastique thermodurcissable (MP) le long de la surface de l'empreinte de préformage (2). Ce glissement ne signifie pas nécessairement un mouvement global de la feuille (MP), car si un appui de référence est appliqué, la feuille (MP) reste localement sous cet appui dans une position fixée. Mais le reste de la feuille (MP), non en prise avec l'appui de référence glisse et se déforme pour être drapé par plaquage et glissement sur l'empreinte de préformage (2). Ce glissement permet ainsi un recouvrement de la feuille (MP) sur l'empreinte de préformage (2) sans déchirure, car la feuille peut suivre la préforme. La figure 3 illustre cet avantage : les schémas du haut illustrent un préformage sans membrane en silicone, alors que les schémas du bas illustrent un préformage avec utilisation de membrane en silicone (non représentée) entre la feuille (MP) et les premier et second éléments (2, 3). On note l'apparition possible de déchirure (DE) au niveau des angles droits de la préforme, lorsqu'il n'y pas de silicone, mais un glissement (GL) en présence de silicone.

L'invention concerne également un procédé de préformage de feuille en matières plastique thermodurcissable de type SMC, utilisant le système (1 ) selon l'invention. Le procédé comporte alors les étapes suivantes :

on positionne une feuille de matière plastique thermodurcissable (MP) dans un système (1 ) selon l'invention ;

on détermine une séquence d'actionnement desdits moyens de plaquage (4) ; et

on active ledit moyen d'actionnement séquentiel (5) des moyens de plaquage (4) en fonction de ladite séquence d'actionnement.

La feuille de matière plastique ainsi préformée a alors une forme intermédiaire entre la forme initiale de la feuille, généralement plane, et la forme finale de la pièce une fois moulée. On peut déterminer la séquence d'actionnement desdits moyens de plaquage (4), en réalisant une simulation numérique au moyen d'un logiciel connu des spécialistes et permettant de modéliser le drapage d'une feuille de matière plastique thermodurcissable (MP), de type SMC.

On peut déterminer la séquence d'actionnement desdits moyens de plaquage (4), en réalisant un ensemble de tests de type essai-erreur, en se basant par exemple, sur ce que ferait manuellement un opérateur.

Selon un mode de réalisation préféré, on actionne en premier le ou les appuis de référence du système (1 ).