Brevet FR2520658A1 — publié le 19830805

L'invention a pour objet un procédé de moulage de corps thermoplastiques creux, tels que globes de lampes, dotés d'une ouverture relativement petite par rapport aux dimensions de corps creux, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les stades suivants: matriçage d'une préforme en forme de godet, dont l'extrémité ouverte est dotée d'une bride; raccordement étanche de ladite préforme à une tête de soufflage apte à se fixer sur ladite bride et à en assu- rer le blocage; introduction dans une matrice de moulage de de la préforme raccordée à la tête de soufflage jusqu'à atteindre la position opératoire dans laquelle ladite bride est à proximité mais non au contact de la surface extérieure de la matrice; soumission au moulage de ladite préforme pour obtenir le corps creux fini par soufflage d'air à une pression croissant progressivement à partir d'une valeur initiale proche de zéro et à une température prédéterminée. L'invention a aussi pour objet un appareillage pro- pre à la mise en oeuvre dudit procédé. On sait fabriquer des corps thermoplastiques creux dotés d'ouvertures de dimensions réduites par rapport à celles des corps creux, principalement par moulage par ro- tation ou bien par moulage par injection et soufflage. Le moulage par rotation peut être utilisé pour la fabrication de corps sphériques tels, par exemple, que des globes propres à constituer l'enveloppe extérieure d'une lampe; dans un moule en acier ou en aluminium, com- posé de deux coques de forme hémisphérique, on dose une matière thermoplastique, on place le moule dans un four et on le met en rotation autour de deux de ses axes normaux,en pro- voquant ainsi la distribution uniforme de la matière qui, en se gélifiant, adhère aux parois intérieures du moule. Après refroidissement, on extrait du moule un globe creux d'une épaisseur partout uniforme, caractéristique qui cons- titue la Principale qualité de l'article ainsi produit. Mais les longues durées du traitement, le coût du procédé et des moules, la nécessité d'une manutention continue de ceux-ci, rendent le moulage par rotation industriellement très mal adapté en particulier pour la fabrication de globes pour lampes. Le moulage par injection et soufflage est, d'autre part, largement répandu pour la fabrication de corps thermoplastiques creux, tels que de récipients, en parti- culier de bouteilles. Selon ce procédé, on procède à deux opérations suc- cessives: on moule par injection une préforme ou paraison qui est soufflée, à une température préétablie, avec un étirage mécanique simultané selon deux axes, en vue d'ob- tenir la forme finale désirée L'orientation biaxiale est une opération très délicate; de son exécution correcte dépendent les caractéristiques physiques déterminées du produit manufacturé fini, telles que la résistance méca- nique, le module d'élasticité, etc. Dans le moulage par injection et soufflage, on peut procéder, selon les caractéristiques mécaniques dé- sirées et les matières utilisées, en deux stades séparés ou bien en un seul stade; plus précisément, le procédé à deux stades prévoit séparément dans une première machine le formage par injection de la préforme finie et ensuite dans un second appareillage le chauffage de la préforme jusqu'à une température préétablie, à laquelle sont exé- cutés le soufflage et l'étirage biaxial Par exemple, en cas d'emploi du téréphtalate de polyéthylène, l'étirage biaxial est exécuté à la température de transition vi- treuse du polymère qui cristallise à l'étirage, ce qui fait que le corps creux fini acquiert de très hautes ca- ractéristiques mécaniques. En revanche, dans le cas du procédé à un seul sta- de, on moule la préforme et on réalise le corps creux fini au moment o pendant le refroidissement de la préforme la température préétablie est obtenue. Dans tous les cas, les complications liées à ce type de technologie sont évidentes, complications dues principalement à la nécessité d'exécuter l'étirage mécani- que biaxial nécessitant des appareillages complexes. Un tel procédé est, par suite, impr Qpre à l'obten- tion de corps creux sphériques, tels que des globes de lampe, ayant des caractéristiques satisfaisantes, surtout en ce qui concerne l'uniformité de l'épaisseur de l'article fini. L'invention vise principalement à produire des corps creux en matière thermoplastique d'une manière essentielle- ment rapide, simple et directe, évitant les complications de la technique connue rappelée ci-dessus, par un procédé qui fasse appel, au contraire, à des opérations qui n'exi- gent pas d'appareillages co Cteux et compliqués, et qui convienne à la production industrielle même en petite série de produits manufacturés. L'invention vise enoutre à permettre une production de précision en particulier de corps sphériques propres à constituer des globes de lampes, dotés de hautes caracté- ristiques physiques en relation spécialement avec l'unifor- mité de l'épaisseur du globe fini. Pour la réalisation des buts ci-dessus énoncés, la présente invention propose un procédé pour le moulage Ce corps thermoplastiques creux, tels que des globes de lampes, dotés d'une ouverture relativement petite par rapport aux dimensions du corps creux, caractérisé en ce qu'il com prend au moins les stades suivants: moulage d'une pré- forme en forme de godet, dont l'extrémité ouverte est dotée d'une bride; raccordement étanche de ladite pré- forme à une tête de soufflage apte à se fixer sur ladite bride et à en effectuer le blocage; introduction dans un moule de la préforme raccordée à la tête soufflante jus- qu'à atteindre la position opératoire dans laquelle ladite bride est à proximité mais non au contact de la surface extérieure du moule; soumission au moulage de ladite pré- forme pour obtenir le corps creux fini par soufflage d'air à une pression croissant progressivement à partir d'une valeur initiale proche de zéro et à une température pré- déterminée. L'invention a aussi pour objet un appareillage propre à la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus. Afin de mieux décrire les caractéristiques et avan- tages du procédé défini ci-dessus dans ses grandes lignes, on en donnera dans ce qui va suivre un exemple de réalisa- tion pratique, étant entendu que cet exemple n'est pas limitatif, en se référant aux figures des dessins annexés. Ces figures montrent trois différents stades opé- ratoires du procédé sous la forme de vues en coupe axiale; en particulier: la Fig 1 montre la préforme et la tête de souffla- ge au moment de leur raccordement, la Fig 2 représente la préforme et la tête de soufflage raccordées de façon étanche et insérées dans le moule en position opératoire, et la Fig 3 montre le stade de moulage final par soufflage. En se référant à ces figures, une préforme 1 en forme-de godet en matière thermoplastique, telle qu'un polycarbonate, un méthacrylate ou un corps analogues, a été préparée initialement, par exemple par moulage par injection. Cette préforme est dotée sur son pourtour, à son extrémité ouverte, d'une bride 2, tandis qu'à son extré- mité opposée 3 elle est profilée en calotte sphérique, dont l'épaisseur est légèrement inférieure à celle de la partie restante de la préforme Même dans cette dernière partie, on peut faire varier l'épaisseur d'une façon quel- conque appropriée en fonction de la forme et des caracté- ristiques de la pièce finale que l'on désire obtenir. Après refroidissement de la préforme matricée jusqu'à la température ambiante, celle-ci est positionnée pour être acccoupléeà une tête soufflante 4 suivant la disposition montrée sur la Fig 1. Cette tête de soufflage 4 comprend un arbre 9 dans la zone inférieure duquel est montée une chemise 10. L'arbre 9, relié à un moteur, se termine dans sa partie inférieure par un bord en forme de bride 30 apte à se fixer sur la bride de la mréforme et peut être mis en rotation indépendamment de la chemise 10, qui reste fixe; à cet effet, des roulements à billes 11 sont prévus entre l'arbre et la chemise; dans la partie supérieure de la chemise 10 est prévu un collecteur annulaire 12, muni de garnitures 13, dans lequel débouche une conduite 14 pour l'entrée de l'air de soufflage; une conduite 15 est prévue pour la sortie de l'air soufflé A l'extrémité inférieure de l'arbre 9 sont montées des pinces 16 pour le blocage de la préforme; ces pinces sont articulées de manière à osciller au moyen d'axes 17 sur la tête de souf- flage à laquelle elles sont aussi rattachées au moyen de ressorts 18; sur la tête des pinces sont montés des rou- lements 26 pour en permettre la rotation par rapport à la chemise fixe 10; pour permettre le mouvement d'ouverture et de fermeture des pinces, la chemise 10 est munie d'un vérin à double effet 19, dont l'extrémité inférieure est tronconique; le cylindre du vérin peut exécuter un mouve- ment de translation le long de la chemise 10, tandis qu'à l'intérieur du cylindre est prévu un piston 21 fixé à demeure à la chemise et muni d'un joint torique 22 pour réaliser l'étanchéité pneumatique. Dans les parois du cylindre 19 du vérin sont ména- gés un orifice inférieur 23 et un orifice supérieur 24 pour l'entrée de l'air du circuit pneumatique qui action- ne le mouvement du cylindre. Chaque pince 16 se termine à sa partie inférieure par un crochet 25 destiné à s'accoupler à la bride 2 de la préforme 1. Pour le blocage de la préforme sur la tête de souf- flage, on dispose les pièces comme le montre la figure 1, les pinces 16 étant en position d'ouverture On introduit ensuite l'air par l'orifice 23 dans le cylindre du vérin 1 a, en provoquant ainsi la descente du cylindre jusqu'à ce que l'extrémité tronconique 20 entre en contact avec la tête des pinces 16, lesquelles se ferment autour de la bride de la préforme de façon à prendre la position acti- ve montrée sur la Fig 2. Inversement, pour l'ouverture des pinces, on ali- mente l'air en 24, en provoquant ainsi la montée du cylin- dre du vérin 19 et le dégagement de celui-ci des pinces. Dans la position de fermeture montrée sur la Fig 2, l'étanchéité pneumatique entre la tête de soufflage et la préforme est assurée grâce à une garniture du type joint torique 27 insérée dans un siège constitué par une rainure annulaire 28 prévue sur l'arbre 9 de la tête de souffla- ge 4. Dans la position de blocage des pinces autour de la bride de la préforme, on peut procéder au chauffage de la préforme pour obtenir la température préfixée propre à l'exécution du moulage final par soufflage A cet effet, il peut être prévu de doter l'appareillage de moulage d'une chambre cylindrique à rayons infrarouges, de type connu, qui par un mouvement ascendant s'élève jusqu'à contenir complètement la préforme bloquée sur la tête soufflante. On met ensuite celle-ci en rotation à une vitesse cons- tante, de sorte que la chaleur émise par la chambre chauf- fante se répartit uniformément sur toute la surface de la préforme. La température voulue étant atteinte, on interrompt la rotation de la préforme, tandis que la chambre chauf- fante, par un mouvement descendant, s'éloigne de celle-ci. A ce point, on procède aussitôt à la fermeture du moule de formage final autour de la préforme jusqu'à ce que la position opératoire montrée sur la Fig 2 soit atteinte. Ce moule est constitué par deux demi-coquilles 5 et 6 qui, accouplées forment une cavité sphérique pour le moulage de la pièce finale La fermeture du moule étant effectuée par accouplement des deux demicoquilles par translation convergente le long de leur axe horizontal, on abaisse d'un mouvement rapide la tête de soufflage jusqu'à ce que la préforme soit placée à l'intérieur du moule dans la position opératoire montrée sur la Fig 2 il est important,à cet égard, que la bride de la préforme bloquée par les pinces de la tête de soufflage se trouve finalement à proximité immédiate mais non au contact de la surface extérieure supérieure 7 du moule; de cette ma- nière, il existe un petit jeu entre l'embouchure du moule et le col de la préforme à proximité de la bride. Dans la position montrée sur la Fig 2, on exécute ensuite le soufflage de la préforme, qui se trouve à la température préfixée propre à l'exécution du soufflage proprement dit. De l'air comprimé est donc introduit dans la pré- forme à travers la conduite d'admission à un débit crois- sant progressivement à partir d'une valeur initiale très basse, proche de zéro, selon une fonction pression- temps du type exponentiel A cet égard, la tête de soufflage peut opportunément être reliée à un temporisa- teur de pression commandé automatiquement au moyen d'un régulateur de débit inséré dans un circuit pneumatique auxiliaire en aval d'un réducteur de pression. L'introduction de l'air comprimé engendre une dé- formation progressive de la préforme ramollie, jusqu'à ce que celle-ci s'étende d'une manière uniforme sur toute la surface intérieure du moule pour former, le soufflage étant achevé, une sphère 8, comme le montre la figure 3, d'une épaisseur uniforme, exempte de défauts quelconques. Le soufflage terminé, les deux demi-coquilles constituant le moule sont éloignés, toujours par transla- tion le long de leur axe horizontal; à ce point, le corps sphérique 8, désormais durci par refroidissement dans sa configuration définitives est toujours retenu par la tête de soufflage par l'intermédiaire des pinces qui agissent sur la bride. On ouvre ensuite les pinces par le mouvement pneu- matique précédemment décrit, jusqu'à ce qu'elles prennent la position de déblocage déjà montré sur la figure 1 Le corps fini est ainsi récupré et dirigé vers le stockage. Dans l'exemple qui suit, on décrit une seconde for- me de réalisation du procédé de l'invention: la préforme étant obtenue par moulage par injection, on la raccorde dès que possible à la tête de soufflage et on contrôle son refroidissement dans la position opératoire montrée sur la figure 2. La température préfixée convenant à l'exécution du thermoformage final étant atteinte, on procède au souffla- ge suivant ce qui a été décrit précédemment et montré sur la figure 3. Cette seconde forme de réalisation est, de ce fait, plus simple et plus rapide encore,même si les carac- téristiques physico-mécaniques de la pièce finie peuvent ne pas être aussi satisfaisantes, quant à la distension de la matière, qui est complète dans la première forme de réalisation, auquel cas elle est interrompue avant que la température ambiante soit atteinte quand on exécute le soufflage, ce qui produit une légère tension dans le corps fini Il est d'ailleurs évident que lorsque la température de soufflage est atteinte par simple retenue de la chaleur de moulage de la préforme, on obtient l'avantage d'une économie d'énergie thermique. Dans chaque cas, à la lumière de ce qui a été dé- crit précédemment, on peut comprendre comment l'invention permet d'atteindre pleinement les buts proposés, à savoir réaliser des corps thermoplastiques creux à petite ouver- ture ayant de hautes caractéristiques physico-mécaniques, telles que résistance mécanique, uniformité de l'épaisseur, etc, d'une manière essentiellement rapide, simple et directe, avec un appareillage sans aucun doute simpli- fié et peu coûteux, par rapport à ce qui est enseigné par la technique connue. En particulier, l'idée de la solution qui consiste à raccorder en réalisant l'étanchéité mécanique et pneuma- tique la tête de soufflage à la préforme et à souffler à une pression croissant progressivement la préforme fixée de manière stable mais indépendamment du moule, permet d'éviter la nécessité d'étirer mécaniquement la pièce pen- dant le soufflage, tout en obtenant de très hautes carac- téristiques d'uniformité de l'épaisseur. Par la simplicité et la rapidité des opérations nécessaire s, il est évident que le procédé de l'inven- tion se prête aussi à la production de petites séries de pièces dotées de caractéristiques physiques et mécaniques appréciées. De nombreuses variantes peuvent être adoptées par rapport à ce qui a été décrit et représenté. Parmi les matières propres à être utilisées dans le procédé de l'invention figurent théoriquement toutes les matières thermoplastiques, en particulier les polycar- bonates, les méthacrylates et le polypropylène. La préparation de la préforme peut aussi être réa- lisée par un formage autre que par injection et avec un type quelconque de bride non nécessairement du type cylin- dre plan. REVENDICATIONS 1 Procédé pour le moulage de corps thermoplastiques ques creux, tels que des globes de lampes, dotés d'une ouverture relativement petite par rapport aux dimensions du corps creux, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les stades suivants: formage d'une préforme ( 1) en forme de godet, dont l'extrémité ouverte est dotée d'une bride ( 2); raccordement étanche de la préforme à une tête de soufflage ( 4) apte à se fixer sur la bride et à en ef- fectuer le blocage; introduction dans un moule ( 5,6) de la préforme raccordée à la tête de soufflage jusqu'à atteindre la position opératoire dans laquelle la bride est à proximité mais non au contact de la surface extérieu- re ( 7) du moule; soumission au moulage de la préforme pour obtenir le corps creux fini ( 8) par soufflage d'air à une pression croissant progressivement à partir d'une valeur initiale proche de zéro et à une température pré- fixée. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les stades suivants: formage de la préforme ( 1); son refroidissement à la température am- biante; son chauffage jusqu'à la température préfixée pour l'exécution du soufflage; exécution du moulage par soufflage. 3 Procédé suivant la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'il comprend les stades suivants: formage de la préforme ( 1); attente de son refroidissement jusqu'à la température préfixée pour l'exécution du soufflage exécution du moulage par soufflage. 4 Appareillage destiné à la mise en oeuvre du procédé suivant une ou plusieurs des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une tête de soufflage ( 4) se terminant par un bord en forme de bride ( 30) apte à se fixer sur la bride ( 2) de la préforme ( 1) et un moule ( 5,6). il Appareillage suivant lç revendication 4, caracté- risé en ce que dans le bord ( 3 Q O en forme de bride de la tête de soufflage ( 4) est prévu un siège annulaire ( 28) apte à recevoir une garniture 27 pour réaliser l'étan- chéité pneumatique entre la tête de soufflage ( 4) et la préforme ( 1). 6 Appareillage suivant la revendication 4, caracté- risé en ce que la tête de soufflage ( 4) comprend un arbre ( 9) à l'extrémité inférieure duquel sont montées des pinces ( 16) de blocage de la bride ( 2) de la préforme ( 1). 7 Appareillage suivant la revendication 6, caractéri- sé en ce que les pinces ( 16) de blocage sont commandées dans leur mouvement de blocage et de déblocage par un vérin à double effet ( 19). 8 Appareillage suivant la revendication 7, carac- térisé en ce que le vérin à double effet ( 19) se termine par une extrémité cunéiforme ( 20) apte à actionner le mouvement des pinces 16. 9 Appareillage suivant la revendication 6, carac- térisé en ce que l'arbre ( 9) de la tête de soufflage ( 4) peut être mû par rotation. Appareillage suivant la revendication 9, carac- térisé en ce qu'il comprend une chambre de chauffage apte à contenir la préforme ( 1) quand celle-ci est raccordée à la tête de soufflage ( 4).