Brevet FR2479178A1 — publié le 19811002

La présente invention concerne le domaine du façonnage d'articles en verre à partir de verre fondu, et elle vise plus particulièrement un procé- dé de façonnage par pressage d'une série de parai- sons ou ébauches molles pratiquement identiques dans lesquelles est façonnée par pressage une cavité pré- déterminée et qui s'étendent vers le bas au-dessous d'une surface de support d'ébauche, ces ébauches molles préfaçonnées étant ensuite soufflées en un article en verre creux final. Dans le passé, on savait façonner des pa- raisons pour opérations de pressage et soufflage par des moyens classiques tels que la machine I.S. Hartford, la machine de pressage et de soufflage Miller et la machine MB Lynch. La machine I.S. Hart- ford fait appel à une série de moules ébaucheurs dont chacun comporte en propre un piston plongeur, une tête de soufflage et une bague de retenue. Le moule, le piston plongeur et la bague de retenue se trouvant en position, une charge est reçue dans le moule et est soufflée vers le bas de sorte que le piston plongeur assure le finissage dans la ba- gue de retenue. Après un contre-soufflage, la parai- son est complètement façonnée et le moule ébaucheur s'ouvre cependant que la paraison de verre est rete- nue par la bague de retenue, laquelle tourne ensuite de 1800 dans un plan vertical pour venir en une posi- tion o elle se trouve au-dessus d'un moule de souffla- ge en fermeture et o elle s'ouvre pour abandonner la paraison dans le moule de soufflage avant de subir une rotation qui la ramène en position avec le moule et le piston plongeur pour effectuer un nouveau cycle. De- puis le moment o la goutte ou charge pénètre ini- tialement dans le moule ébaucheur jusqu'à celui o le moule ébaucheur s'ouvre, le verre fondu peut se trouver en contact avec le moule pendant une durée dépassant 8 secondes, ce qui réduit appréciablement la température de l'ébauche ou paraison, conduit donc à la formation d'une paraison dure, et néces- site un réchauffement de la surface de l'ébauche par la chaleur restant emmagasinée au coeur de l'ébauche pour permettre de souffler la paraison en un article fini. La machine de pressage et de soufflage Miller et la machine MB Lynch font toutes deux ap- pel à des plateaux rotatifs ou tourelles sur les- quels sont disposés une multiplicité de moules pour le f açonnage de l'ébauche ou paraison, ces plateaux étant soumis à un mouvement de rotation intermit- tent ou cyclique de sorte.,que les moules s'arrêtent à chaque station. Alors que la machine Miller met en oeuvre un plongeur unique pour façonner l'ébau- che et qu'elle transfère cette dernière à l'aide d'une bague de retenue, la machine MB Lynch fait ap- pel à des plongeurs individuels pour chaque moule et transfère la paraison d'un plateau à moules êbau- cheurs à un plateau à moules de soufflage au moyen d'un mécanisme de transfert par pivotement. Toute- fois, l'ébauche ou paraison initiale se trouve ici encore en contact avec le moule ébaucheur pendant une durée prolongée, dépassant 5 secondes pour la machine Miller et supérieure à 8 secondes pour la machine MB Lynch, ce qui donne encore lieu à la pro- duction d'une ébauche dure dont les surfaces exté- rieures doivent être réchauffées par la chaleur re- tenue à l'intérieur de l'ébauche pour permettre d'ef- fectuer le soufflage final. On trouvera un exposé plus complet du fonctionnement de la machine I.S. Hartford, de la machine de pressage et de soufflage Miller et de la machine MB Lynch aux pages 326 à 339 du "Handbook of Glass Manufacture", Vol.1, de Fay V. Tooley. Toutefois, on peut voir d'après ce qui précède que les dispositifs de la technique an- térieure font intervenir un temps de séjour pro- longé de la charge dans le moule ébaucheur, ce qui 2 479178 conduit à une perte de chaleur excessive par la pa- raison et à la formation d'une ébauche dure, ce qui nécessite un réchauffement superficiel impor- tant par la chaleur conservée au coeur ou à l'in- térieur de l'ébauche pour permettre de pratiquer le soufflage final de la paraison en un article fi- ni. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2 263 126 décrit un appareil de travail du ver- re dans lequel une goutte de verre en chute libre est interceptée par une paire de coupelles de fa- çonnage de paraison et est déposée sous forme de charge façonnée pardessus l'orifice d'une plaque perforée. Bien que le temps de séjour verre-contre- métal mis en oeuvre au cours d'un tel façonnage puisse être semblable à celui intervenant dans la présente invention lors de la formation par pressa- ge d'une cavité préfaçonnée dans la paraison, la mise à la forme d'un article à partir d'une telle charge façonnée n'est effectivement réalisée qu'a- près que la charge façonnée ait été déposée sur une plaque perforée, ce qui impose un temps de sé- jour supplémentaire. Ainsi, alors que les procédés de pressa- ge et de soufflage actuellement connus opèrent généralement par formage dans un moule ébaucheur d'une charge de verre préfaçonnée en conduisant à une ébauche dure qui doit être réchauffée avant de pénétrer dans le moule de soufflage final o la paraison se trouve transformée en un article fini, la présente invention propose un procédé de pressage d'une ébauche molle comportant une ca- vité initiale préformée, cette ébauche passant par une phase d'allongement et de développement et étant ensuite transformée par soufflage en l'ar- ticle final. L'un des buts de la présente invention est par conséquent de perfectionner la technolo- gie classique de délivrance et de façonnage du verre fondu en paraisons tout en réduisant au mi- nimum la quantité de chaleur soustraite àecelles- ci de façon à obtenir une ébauche molle qui se réchauffe bien au-dessus du point de ramollisse- ment avant d'être façonnée en un article à parois relativement minces. Sous la forme la plus simple, la présen- te invention vise un procédé de façonnage d'arti- cles en verre creux par pressage d'une ébauche molle préformée comportant une cavité initiale et ensuite par soufflage d'une telle ébauche mol- le en un article fini. L'ébauche molle est de préférence pressée avec une couronne avec un temps de contact verre-métal minimum, de sorte que la température du coeur de l'ébauche au terme du fa- çonnage par pressage soit sensiblement égale à la température de la goutte constituant la charge dé- livrée au moule de paraison. Ce procédé se prête particulièrement bien au façonnage par pressage d'ébauches molles à partir de verres durs. Les caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus amplement de la descrip- tion détaillée qui est donnée ci-après en réfé- rence aux dessins annexés, sur lesquels: les figures 1 à 6 représentent schémati- quement la mise en oeuvre du procédé de façonna- ge selon la présente invention pour réaliser un article en verre creux par pressage et soufflage; la figure 1 représente le chargement de la goutte dans un moule de paraison; la figure 2 représente le pressage avec une couronne d'une ébauche molle à l'intérieur du moule de paraison et montre la formation d'une ca- vité initiale dans l'ébauche portée par une ba- gue de retenue; la figure 3 représente le gonflement ini- tial de l'ébauche molle portée par la bague de re- tenue; * la figure 4 représente l'allongement de l'ébauche sous l'influence de la pesanteur et de l'application éventuelle d'air de saisie; la figure 5 représente le soufflage en un article de l'ébauche allongée à l'intérieur d' un moule à paroi segmentée; la figure 6 représente un article souf- flé fini, et la figure 7 est une vue schématique en plan qui représente un appareil à trajet continu pour la mise en oeuvre de l'invention et indique les diverses opérations ayant lieu le long du tra- jet de circulation. Comme on le voit sur les figures 1 à 6, le procédé de façonnage d'articles creux soufflés débute par la délivrance d'une charge ou goutte de verre fondu 20 dans la cavité 22 d'un moule de pa- raison 24. Un piston ou plongeur 26 comportant une couronne 28 traverse l'orifice Il d'une bague de retenue ou bague de col 12 pour façonner par pres- sage une ébauche molle 30 à l'intérieur de la ca- vité 22 du moule ébaucheur ou moule de paraison 24. L'ébauche molle 30 est également pressée dans l'ori- fice 11 de la bague de retenue 12 et se trouve par conséquent supportée par cette dernière, et elle comporte une cavité 32 formée par la descente du plongeur 26 dans la bague de retenue 12. Le moule de paraison 24 et le plongeur 26 sont rapidement rétractés de l'ébauche molle 30 venant d'être fa- çonnée, et cette dernière se trouve ensuite libre- ment suspendue à la bague de retenue 12, de façon à réduire au minimum le temps de contact verre- métal ou temps d'ébauchage en réduisant de ce fait au minimum la quantité de chaleur prélevée à la goutte et en formant ainsi une ébauche molle fa- çonnée comportant une cavité. Bien que divers mé- canismes à moule et plongeur puissent être mis en oeuvre pour presser l'ébauche molle, pour autant que le temps de séjour du verre y soit réduit au minimum, on fera de préférence appel à celui fai- sant l'objet de la demande de brevet français No déposée ce même jour par la demanderesse pour "Procédé et appareil de façonnage pour parai- sons de verre". On dénomme "ébauche molle" une ébauche pressée avec une couronne qui comporte une cavité formée dans celle-ci et dans laquelle, au terme du façonnage par pressage, la température dans la masse du verre formant l'ébauche est sensiblement égale à la température de la charge de verre dé- livrée au moule ébaucheur. A l'issue du façonnage par pressage, la température de l'ébauche molle est de préférence inférieure au point de ramollis- sement du verre façonné sur moins d'environ 10 % de son épaisseur comprise entre moule et plongeur, si bien que le verre reste sur environ 90 % ou plus de son épaisseur à une température supérieu- re à son point de ramollissement, à laquelle il est facile à façonner. La formation d'une ébauche molle est pra- tiquement essentielle dans le façonnage d'articles soufflés légers et à parois minces, à moins d'ef- fectuer un réchauffage additionnel afin de réchauf- fer la surface d'une ébauche dure classique. Plus précisément, la formation d'une ébauche molle est une relation entre le temps d'ébauchage et la tem- pérature du verre ou entre le temps d'ébauchage et la viscosité du-verre, dans laquelle le temps d'ébauchage est restreint au minimum pour produire ainsi une charge de verre fondu façonnée qui pré- sente en surface un gradient de température sur une faible épaisseur cependant que l'intérieur de celle-ci demeure sensiblement à la température de délivrance de la goutte. Etant donné que seu- le la portion de l'ébauche molle qui se trouve au-dessus du point de ramollissement du verre peut être aisément soumise à une nouvelle défor- mation la transformant en un article fini sans né- cessiter de réchauffement, il est impératif de faire en sorte que la couche superficielle se trou- vant à une température inférieure à ce point de ramollissement reste la plus mince possible pour pouvoir obtenir des articles soufflés à parois minces. La relation temps-température en cause est étayée par des données empiriques qui indiquent 1.5 qu'une différence de temps d'ébauchage d'une se- conde correspond à une différence d'environ 4 % pour l'épaisseur finale de l'article, et le temps de séjour maximal du verre au contact du métal ou temps d'ébauchage de la présente invention est donc de préférence limité à une fraction de secon- de. Comme on le voit sur la figure 3, une tête de soufflage 34 coopère avec la bague de re- tenue 12 pour former une paraison à gonflage ini- tial 40 par utilisation d'air de gonflage schéma- tisé par les flèches 36. Comme le montre la figu- re 4, on laisse s'allonger sous l'influence de la pesanteur la paraison à gonflage initial retenue dans l'orifice 11 et portée par la bague de rete- nue 12 pour obtenir ainsi une paraison allongée 50. La taille et la forme de l'ébauche ou parai- son sont ajustées par de l'air extérieur de re- froidissement ou de saisie schématisé par les flè- ches 38, ainsi que par l'envoi de bouffées d'air de gonflage préprogrammées par la tête de souffla- ge 34. La paraison allongée 50 est ensuite placée à l'intérieur d'un moule de soufflage segmenté 52, et on applique par la tête de soufflage 34 de l'air de soufflage schématisé par les flèches 54 pour souffler la paraison en un article soufflé creux fini 60. Enfin, on laisse refroidir l'ar- ticle et on l'extrait du moule de soufflage seg- menté 52 et de la bague de retenue 12 en obtenant ainsi un article soufflé fini léger et à parois minces 60. Un tel article peut avoir des parois relativement minces ne mesurant qu'environ 1,25 mm d'épaisseur, alors que les articles obtenus par pressage et soufflage classiques peuvent avoir une épaisseur de parois d'environ 3,8 mm d'épais- seur, soit un facteur de 3. On se reportera à présent à la figure 7, qui représente schématiquement un appareil 10 com- portant une série de bagues de retenues 12 reliées entre elles comme les maillons d'une chaîne et qui circulent le long d'un trajet continu prédétermi- né désigné par les flèches 14. Ce trajet continu comprend une portion de la circonférence d'un pla- teau à moules de soufflage ainsi que de celle d'une roue à picots d'entraînement 16 et d'une roue à picots 18, qui tournent dans le sens indiqué par les flèches. Les diverses phases opératoires repré- sentées schématiquement par les figures 1 à 6 sont indiquées en succession sur la figure 7 en asso- ciation avec l'intervalle de temps relatif néces- saire à chaque phase. Plus précisément, si l'on considère que la série de bagues de retenue 12 circule le long du trajet continu prédéterminé à une vitesse constante d'entraînement par les roues à picots 16 et 18, la distance sur laquelle chaque phase opératoire s'accomplit représente le temps relatif que celle-ci demande. Les opérations de chargement de la gout- te dans le moule de paraison et de pressage de l'ébauche molle, comme représenté par les figures 2479 178 1 et 2, sont effectuées dans l'intervalle por- tant la mention "CHARGEMENT ET PRESSAGE", tandis que le gonflement initial et l'allongement de la paraison, représentés par les-figures 3 et 4, sont effectués pendant l'intervalle désigné par la mention "DEVELOPPEMENT DE L'EBAUCHE". Le souf- flage de la paraison en un article fini, repré- senté par la figure 5, est effectué dans l'inter- valle "SOUFFLAGE" correspondant au parcours par les bagues de retenue 12 d'une portion curvili- gne de la circonférence du plateau à moules de soufflage 16. L'article est ensuite refroidi sur la portion "REFROIDISSEMENT DE L'ARTICLE" du tra- jet, et l'article 60 de la figure 6 est extrait de la bague de retenue pendant l'intervalle "SOR- TIE". Les bagues de retenue sont ensuite refroi- dies dans la section "REFROIDISSEMENT DES BAGUES DE RETENUE" cependant qu'elles poursuivent leur parcours du trajet continu prédéterminé pour re- venir à la position 11CHARGEMENT ET PRESSAGE". Comme on peut le voir en considérant la figure 7, le chargement et le pressage de la pa- raison molle ne prennent qu'un intervalle de temps relativement court comparativement au temps global occupé par le développement de l'ébauche, le souf- flage de l'article final, le refroidissement des articles et la sortie. Cet intervalle de temps re- lativement court s'écoulant entre le chargement de la goutte dans le moule de paraison et la ces- sation du contact du verre avec le moule et le plongeur de paraison conduit à l'obtention d'une ébauche préfaçonnée molle, car le verre n'a perdu qu'une quantité minimale de chaleur. Comme le temps de contact verre-métal ou temps d'ébauchage a été restreint au minimum lors du façonnage par pressa- ge de l'ébauche molle à la forme et à l'épaisseur désirées, seules des couches superficielles rela- tivement minces subissent un abaissement de tem- pérature par rapport à la température de la par- tie interne ou température dans la masse de la paraison molle, partie interne- qui demeure sen- siblement à la température de délivrance de la goutte. Si le procédé était mis en oeuvre à une cadence industriellement acceptable d'environ 100 pièces par minute, le temps de séjour total du verre au contact du métal serait d'environ 0,3 seconde, alors que si la cadence d'exécution du procédé était de la moitié de cette valeur, le temps de séjour total du4Verre au contact du mé- tal ne serait encore que de 0,6 seconde. Ainsi, le temps de séjour ou temps de contact verre-mé- tal d'une fraction de seconde que prend le façon- nage de l'ébauche molle selon la présente inven- tion est plus court de plusieurs ordres de gran- deur que les temps de séjour de 2 à 8 secondes des procédés classiques. Par conséquent, la quan- tité de chaleur perdue par l'ébauche molle façon- née par pressage selon la présente invention est inférieure de plusieurs ordres de grandeur à celle Perdue dans les procédés classiques,qui conduisent à la formation d'ébauches classiques dures devant être réchauffées pour permettre de souffler l'ar- ticle final. Le fait que la présente invention fournis- se une ébauche façonnée molle en réduisant au mi- nimum le temps de séjour du verre dans le moule de paraison et en réduisant ainsi au minimum la quantité de chaleur cédée par la charge de verre délivrée rend l'invention particulièrement appli- cable à la formation d'articles soufflés légers et à parois minces à partir de verres durs. L'Ame- rican Society for Testing Materials (ASTM) défi- nit un verre dur ("hard glass") comme étant: 1) un verre à viscosité exceptionnellement forte aux températures élevées; 2) un verre à point de ramollissement élevé; 3), ordinairement, un verre difficile à fondre. Tel qu'utilisé dans l'indus- * trie, le terme "verre tendre" désigne un verre qui est facile à fondre et possède un point de ramollissement relativement bas, comme par exem- ple les verres sodo-calciques à point de ramol- lissement d'environ 700 à 7250 C. Par-contre, les verres durs sont plus difficiles à fondre et ils présentent des points de ramollissement relative- ment plus élevés. Ainsi en va-t-il pour les ver- res de borosilicates tels que le verre de boro- silicate 7740 du code Corning, dont le point de ramollissement est d'environ 820'C. D'une façon générale, un verre relati- vement tendre, c'est-à-dire fondant à une tempé- rature relativement basse, présentera une gamme de travail relativement large, tandis qu'un ver- re plus dur tel que le verre de borosilicate 7740 du code Corning, qui possède un point de ramollis- sement assez élevé, présentera une gamme de tra- vail relativement étroite. L'ASTM donne comme dé- finition de la gamme de travail ("working range") la gamme de températures de surface dans laquelle le verre est façonné en un article dans un pro- cédé donné. Comme l'extrémité inférieure de la gamme de travail est généralement considérée com- me voisine du point de ramollissement du verre, il est impératif de former une ébauche molle afin de réduire au minimum la quantité de chaleur de- vant être prélevée dans la masse du verre pour réchauffer le verre superficiel d'une paraison à des fins de façonnage ultérieur, en particulier lorsqu'on fait appel à des verres durs. L'ébau- che molle présente une région intérieure ou coeur à température sensiblement égale à la température de délivrance de la charge et une épaisseur su- perficielle minimale à température inférieure au point de ramollissement du verre formant une tel- le paraison, une telle épaisseur superficielle étant de préférence inférieure à environ 10 % de l'épaisseur de la paraison, et la région inté- rieure de l'ébauche molle retient suffisamment de chaleur pour réchauffer facilement la surface en la portant à une température supérieure au point de ramollissement du verre. Ainsi, la vis- cosité de la paraison molle est suffisamment bas- se pour que cette dernière se prête à être souf- flée en un article final soufflé léger et à pa- rois minces. Il va de soi que les modes de réalisa- tion ne sont que des exemples et l'on pourrait les modifier notamment par substitution d'équi- valents techniques, sans sortir pour cela du ca- dre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé de façonnage d'un article en verre creux léger et à parois minces, caractéri- sé en ce qu'il comprend les opérationsconsistant à délivrer une charge de verre fondu à un moule de paraison, à façonner rapidement par pressage cette charge pour former une ébauche molle dans laquelle est formée une cavité, à réduire au mi- nimum la quantité de chaleur extraite de la char- ge de verre fondu pendant le façonnage de celle- ci par pressage de sorte qu'à l'issue du façon- nage par pressage, la température dans la masse de l'ébauche molle soit sensiblement égale à la température de délivrance de cette charge, à dé- velopper de façon contrôlée l'ébauche molle, et à souffler l'ébauche ainsi développée en un ar- ticle en verre creux léger fini présentant des parois relativement minces. 2. Procédé selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comprend l'opération con- sistant, immédiatement après façonnage et déve- loppement de l'ébauche, à supporter l'ébauche molle uniquement autour d'une région de col, et à suspendre librement les ébauches à un support de région de col. 3. Procédé selon la revendication 1e ca- ractérisé en ce qu'il comprend l'opération de pres- sage avec une couronne de la charge de verre fon- du en contact de support avec une bague de rete- nue. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à assurer un développement contrôlé de l'ébauche molle en insufflant périodiquement cet- te ébauche et en laissant l'ébauche s'allonger sous l'influence de la pesanteur. 5. Procédé selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comprend l'opération de maintien d'au moins environ 90 % de la section de l'ébauche molle à une température supérieure au point de ramollissement de la charge de ver- re au terme du façonnage par pressage de l'ébau- che molle. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de chargement et de façonnage par pressage de la charge est effectuée en un laps de temps maximal d'une frac- tion de seconde. 7. Procédé de pressage et de soufflage d'une paraison -pour former un article en verre creux en réduisant au minimum la nécessité de réchauffer la surface de la paraison pressée avant d'effectuer le soufflage, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à délivrer une charge de verre fondu dans une cavité d'un moule de paraison, à positionner une bague de retenue autour de la cavité adjacente audit moule, à fa- çonner rapidement par pressage la charge de ver- re fondu en une paraison molle dans laquelle se trouve formée une cavité, à réduire au minimum le temps de contact verre-métal pendant le charge- ment et le pressage de la paraison molle afin de réduire la quantité de chaleur extraite de la charge de verre fondu, à maintenir la températu- re régnant dans la masse de la paraison molle au terme dudit façonnage par pressage à une valeur sensiblement égale à la température de délivrance de la charge fondue, à suspendre la paraison mol-' le à la bague de retenue, à allonger la paraison, et à souffler la paraison ainsi allongée en un article en verre creux fini. &. Procédé selon la revendication 7, ca- ractérisé en ce qu'il comprend l'opération consis- tant à insuffler périodiquement la paraison ce- pendant qu'on la laisse s'allonger sous l'in- fluence de la pesanteur. 9. Procédé selon la revendication 7, ca- ractérisé en ce qu'il comprend l'opération con- sistant à empêcher l'extraction de chaleur à par- tir de la charge de verre fondu pendant le fa- çonnage par pressage et à permettre à moins d'en- viron 10 % de la section de la paraison molle d'être à une température inférieure au point de ramollissement de la charge de verre au terme du façonnage par pressage. 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération con- sistant à maintenir la charge de verre en contact avec le moule de paraison et avec un piston plon- geur de pressage lors du chargement et du pres- sage de celle-ci pendant un laps de temps maximal d'une fraction de seconde. 11. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération de pressage avec une couronne de la charge de verre fondu en une paraison molle engageant la bague de retenue et suspendue à celle-ci. 12. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération de délivrance d'une charge de verre dur fondu au moule de paraison.