Brevet FR2638117A1 — publié le 19900427

I PROCEDE ET DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DE PIECES OBTENUES PAR THERMOFORMAGE La présente invention est relative à la technique d'obtention de pièces à partir du thermoformage d'une feuille, d'une plaque, plus généralement dénommée un fLan, de matière première répondant au caractère de thermoplasticité généralement réversible. La technique de fabrication de pièces ou objets divers, à partir d'un flan de matière thermoplastique, consiste à chauffer un tel flan jusqu'à un seuil de température correspondant à un certain degré de thermoplasticité compatible avec La forme devant être obtenue. Un fois un tel flan chauffé jusqu'au seuil souhaité, ce flan est appliqué contre une matrice présentant une conformation positive et/ou négative, constituant le modèle de la pièce ou objet à reproduire. Une telle application peut intervenir par l'intermédiaire d'un poinçon complémentaire ou, encore, par aspiration sous vide. L'application est maintenue pendant un temps déterminé au cours duquel intervient une phase de refroidissement visant à ramener La température du flan conformé en-dessous du seuil de thermoplasticité permettant l'éjection ou le dégagement. La phase de refroidissement apparait donc importante dans un processus de fabrication en continu car, de sa durée, dépend la cadence de production de l'installation. Il convient de considérer que, par refroidissement, il importe de retenir également celui nécessaire de la matrice qui, au fur et à mesure des cycles de travail, reçoit, de la part des flans successifs, des calories qu'elle emmagasine. Si un refroidissement spécifique de la matrice n'est pas prévu, cette dernière se comporte alors comme un retardateur de refroidissement en cédant elle-même au'flan conformé un certain nombre de calories, au fur et à mesure du refroidissement de ce dernier. Actuellement, pour procéder au refroidissement d'un flan conformé, on procède par distribution d'un fluide, généralement de L'air, avec, préférentiellement, pulvérisation d'eau. Cette technique permet de réaliser, à titre d'exemple, six pièces à l'heure en fabrication de bacs thermoformés à partir de flans d'épaisseur et de masse égales, respectivement, à 8 mm et à 8 kg, réalisés en une matière telle que l'acrylonitrile butadiène styrène exigeant une montée en température au moins égaLe à 170 C pour atteindre un seuil de thermoplasticité convenable. Pour tenter d'accroître le rendement d'une installation travaillant dans des conditions telles que ci-dessus, l'examen du cycle de fabrication permet de constater qu'il n'apparaÂt pas possible de jouer sur les phases de chauffage, de formage et de montage-démontage qui sont régies par la nature de la matière première et par les caractéristiques dimensionnelles du flan. La seule possibilité consiste à tenter un gain de temps sur la phase de refroidissement, mais, jusqu'à présent, les tentatives, effectuées pour modifier les conditions de circulation d'air ou de pulvérisation d'eau, n'ont pas fourni de résultats significatifs. La présente invention vise à remédier à cette lacune, en proposant un nouveau procédé et un nouveau dispositif de refroidissement de pièces Qbtenues par thermoformage. Le procédé et le dispositif de l'invention, conçus pour éviter de modifier fondamentalement les matériels actuellement existants, permettent un gain de productivité important en réduisant le temps de refroidissement de chaque flan conformé, mais aussi, celui de refroidissement propre de la matrice. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, le procédé de refroidissement, est caractérisé en ce qu'il consiste: - à recouvrir Le flan conformé avec un capot délimitant un volume de confinement relié à l'air libre, - à injecter dans Le volume de confinement un fluide frigorigène amené à se détendre avant de s'échapper naturellement à L'air libre, 2638 1 17 - à interrompre l'injection dès qu'une sonde thermométrique, placée en relation avec Le volume, détecte un seuil de température de consigne basse réglabLe, - puis à déplacer le capot pour découvrir le flan. L'invention vise, également, un dispositif pour La mise en oeuvre du procédé ci-dessus, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte, en vis-àvis de la matrice et à l'opposé de ceLle-ci par rapport à un flan bridé sur le bâti par le serre-flan, un capot mobile, délimitant un volume de confinement, relié à l'air libre et raccordé à une source de fourniture d'un fluide frigorigène. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexes qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe-éLévation schématique d'une installation comprenant le dispositif de l'invention. La fig. 2 est une vue schématique illustrant un développement possible du dispositif selon l'invention. La fig. 3 est une vue schématique montrant une variante de réalisation de l'invention. La fig. 1 montre une installation de thermoformage comprenant un bâti I délimitant une fenêtre 2 en face de laquelle un flan 3 à thermoformer peut être bridé et immobilisé par un serre-flan 4. L'installation comprend, en vis-à-vis de la fenêtre 2 et généralement endessous du bâti 1, une matrice 5 présentant, sur sa face supérieure orientée en direction de la fenêtre 2, une empreinte 6 correspondant au modèle à reproduire. La matrice 5 est rendue mobile relativement en étant, par exemple, adaptée en bout de la tige 7 d'un organe moteur 8, du type vérin, de préférence rectiligne, pouvant être à simple ou doble effet. Il doit, bien entendu, être considéré que le déplacement relatif de la matrice 5 pourrait faire intervenir une mise en mouvement du bâti 1. 2638 1 17 La matrice 5 est réalisée pour présenter, de place en place, des canaux d'aspiration 9 débouchant sur la surface supérieure de L'empreinte 6. Les canaux 9 sont réalisés sous La forme d'un réseau et sont raccordés à un circuit 10 par s05 l'intermédiaire d'une canalisation souple 11. Le circuit 10 est raccordé à une unité d'aspiration 12, ainsi qu'à une unité de soufflage 13 dont les fonctionnements sont placés sous la dépendance, par exemple, d'un automate gérant Le cycle de fonctionnement de l'installation. Outre les moyens ci-dessus, l'installation comprend des moyens de chauffage, désignés dans leur ensemble sous la référence 14. Ces moyens 14 sont destinés à assurer la montée en température du flan 3 jusqu'à un seuil de thermopLasticité compatible avec la conformation devant lui être imposée. Les moyens 14 sont, par exemple, constitués par des panneaux radiants, utilisant toute énergie appropriée et susceptibles d'être disposés en regard du flan 3, à l'opposé de ce dernier par rapport à la matrice 5. Les moyens 14 sont aussi associés à des moyens d'effacement et, à ce titre, il peut être envisagé, par exemple, de placer les panneaux 14 en relation avec une voie de support et de guidage rectiligne et d'en assurer le déplacement relatif dans l'un ou l'autre sens de la flèche f1 au moyen d'un organe moteur 16, tel qu'un vérin rectiligne à double effet. L'installation décrite ci-dessus comprend un dispositif de refroidissement désigné dans son ensemble par la référence 17. Ce dispositif est composé d'un capot 18 disposé en vis-à-vis de la fenêtre 2, à l'opposé de la matrice 5 par rapport au flan 3. Le capot 18 est monté mobile, selon une direction telle que la flèche f2, de manière à pouvoir occuper une position d'effacement, représentée à la fig. 1, ou une position dans laquelle sa collerette 19 prend appui sur le serre-flan 4. A cette fin, Le capot 18 est associé à un organe moteur 20, par exemple formé par un vérin. Le capot 18 délimite un volume de confinement qui est en relation avec l'air libre par l'intermédiaire d'une conduite 21, 2638 1 17 dite d'évacuation. Le capot 18 est, par ailleurs, raccordé à une source 22 de fLuide frigorigène par une canalisation 23 contrôlée par une vanne 24. De préférence, La vanne 24 est commandée par une électrovanne 25 placée sous La dépendance d'une sonde thermométrique 26 chargée d'apprécier un seuil de température basse, de préférence réglable. La canalisation 23 est prolongée, au-delà de la vanne 24, par des dérivations 27 menant à des rampes ou des gicleurs 28 portés par le capot 18 pour être situés à l'intérieur du volume de confinement que ce dernier délimite. De préférence, le fluide frigorigène est constitué par du dioxyde de carbone liquide, stocké dans la source 22, à une pression voisine de 20. 105 Pa et à une température de 255 K. Les gicleurs 28 sont réalisés sous La forme d'ajutages calibrés destinés à produire une détente du fluide frigorigène distribué à l'intérieur du volume de confinement. A titre d'exemple, de tels gicleurs sont pourvus d'ajutages calibrés de diamètres compris entre 0,5 mm et 1,5 mm. L'installation décrite ci-dessus fonctionne de la façon suivante. Apres la mise en place du flan 3 sur La fenêtre 2, Les panneaux radiants 14 sont déplacés pour être disposés en vis-à-vis du flan. L'alimentation des panneaux 14, de façon continue ou discontinue, permet d'assurer La montée en température du flan 3 jusqu'au seuil de plasticité recherché. Lorsque ce seuil est atteint, L'organe moteur 8 est alimenté pour élever la matrice 5 qui est ainsi amenée en contact avec le flan 3 à qui elle fait subir une déformation d'application rendue possible par la plasticité de la matière constitutive. L'application pour épouser, au plus près et justement, toute la forme du modèle 6 à reproduire, est complétée par la mise en fonctionnement de la source d'aspiration 12 chargée d'établir un vide reLtatif dans l'intervalle existant entre Le flan 3 et le modèle 6. Lorsque l'application convenable a été obtenue, les moyens 14 sont retirés par commande de fonctionnement du moteur 16. Le capot 18 est alors descendu pour assurer l'application de la collerette 19 sur le serre-fLan 4, afin de délimiter un volume de confinement superposé au flan 3, uniquement en relation avec le milieu ambiant, par l'intermédiaire de La conduite 21. Dans cet état, l'électrovanne 25 est alors commandée pour distribuer du fluide frigorigène par les gicleurs 28 et contribuer au refroidissement rapide du flan 3 dans son état préconformé en application sur le modèle 6. Le fluide frigorigène distribué est détendu dans le volume de confinement et s'échappe naturellement par la canalisation 21 en prélevant des calories à partir du flan 3 et du serre-flan 4. Au fur et à mesure du refroidissement, la température, à l'intérieur du volume de confinement, tend à s'abaisser et, lorsqu'elle atteint le seuil préréglé de consigne, la sonde 26 commande la fermeture de l'électrovanne 25. Apres échappement à l'air libre de tout le fluide frigorigène détendu, le capot 18 peut être relevé pour dégager le flan 3 préconformé et rigidifié ou figé dans la conformation qui lui a été imposée par contact et application avec le modèle 6 de la matrice 5. Le serre-flan 4 peut être dégagé pour provoquer l'éjection, l'évacuation ou l'extraction du flan 3 préconformé, soit par des moyens de préhension, soit, encore, uniquement ou en combinaison par la distribution d'un fluide sous pression, tel que de l'air fourni aux canaux 9 par l'intermédiaire de la pompe 13. En réglant un seuil de température basse, compris entre - 70 et - 10 C à l'intérieur-du volume de confinement, et en gardant les mêmes conditions de fonctionnement que celles indiquées précédemment, la mise en oeuvre des moyens décrits ci-dessus permet un gain de productivité de deux pièces à l'heure, c'est-à-dire une production accrue de près de 30 %. IL doit être considéré que le procédé de l'invention et le matériel pour sa mise en oeuvre permettent, également, d'améliorer le refroidissement de la matrice 5 par prélèvement de calories par l'intermédiaire du refroidissement du flan 3 conformé. Le fluide frigorigène utilisé peut être différent de 26381 17 celui précisé ci-avant et, notamment, être constitué par de L'azote liquide. Dans un tel cas, les conditions de pression et de température, données précédemment, diffèrent de façon spécifique. La fig. Z représente une variante de réalisation dans laquelle le capot 18 est organisé de manière à permettre la mise en oeuvre de moyens de refroidissement complémentaires, intervenant en combinaison avec le refroidissement cryogénique assuré par le fluide frigorigène. Par intervention en combinaison, il convient de retenir Les possibilités de prérefroidissement ou de post- refroidissement par rapport au refroidissement cryogénique. A cette fin, le capot 18, par exemple suspendu à deux vérins 20, supporte un groupe moto-ventilateur 29 qui est, de préférence, placé pour que son aspiration soit en relation avec la conduite d'évacuation 21. Dans un tel cas, iL apparait préférable, mais non obligatoire, de disposer la conduite 21 au centre de la paroi supérieure constitutive du capot 18. Les moyens de refroidissement complémentaires peuvent aussi faire intervenir des buses 30 implantées de façon répartie sur la paroi interne du capot 18 et raccordées à un ou plusieurs circuits 31 de fourniture d'eau sous pression. Les buses 30 se conduisent comme des pulvérisateurs distribuant, sur toute la surface du flan préconformé, une pluie ou un brouillard de gouttelettes chargées, par contact, de prélever les calories du flan 3 préconformé et de contribuer à son refroidissement. La fig. 3 montre une variante de réalisation selon laquelle le capot 18 comporte, raccordé à deux opposés de ses côtés, un circuit de recirculation 40 comprenant une canalisation d'aspiration 41, une turbine 42 et une canalisation de refoulement 43. La canalisation d'aspiration comporte, d'une part, une branche 41a raccordée au capot 18 et contrôlée par un volet ou analogue 44 et, d'autre part, une branche de dérivation 41b s'ouvrant dans le milieu ambiant et contrôlée par un volet 45. La canalisation de refoulement 43 est connectée, à proximité de la sortie de la turbine 42, à la ligne d'alimentation 23 en fluide frigorigène délivre à l'intérieur de La canalisation par au moins un gicleur 28. 2638 1 17 Par une telle installation, Le réglage du volet 45 permet L'apport d'air extérieur et donc un dosage de La proportion du mélange cryogénique entrainé en recirculation à partir du volume de confinement en fonction de L'ouverture du volet 44. Cette disposition permet la production d'un mélange gaz-agent frigorigéne sous forme d'aérosol. L'invention n'est pas Limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. 2638 1 17 REVENDICATIONS: 1 - Procédé de refroidissement de pièces obtenues par thermoformage en immobilisant un flan de matière première, en soumettant ce flan à une montée en température jusqu'à un seuil de thermoptasticité désiré, en appliquant, par déplacement relatif, le flan contre une matrice de conformation, en établissant un vide relatif entre la matrice et le flan, en refroidissant le flan jusqu'à une température inférieure à celle de thermoplasticité, puis en éjectant la pièce conformée ainsi obtenue, caractérisé en ce qu'il consiste: - à recouvrir le flan conformé avec un capot délimitant un volume de confinement relié à l'air libre, - à injecter dans le volume de confinement un fluide frigorigène amené à se détendre avant de s'échapper naturellement à l'air libre, - à interrompre l'injection dès qu'une sonde thermométrique, placée en relation avec le volume, détecte une température de consigne basse réglable, - puis à déplacer le capot pour découvrir le flan. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il fait intervenir, en combinaison avec le refroidissement par fluide frigorigène, un refroidissement par circulation d'air. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il fait intervenir, en combinaison, un refroidissement avec projection d'eau. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fluide frigorigène est du dioxyde de carbone liquide. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dioxyde de carbone liquide est extrait d'un réservoir de stockage sous une pression de 20.105 Pa et à une température de 255 K et se trouve injecté dans le volume de confinement o règne sensiblement la pression atmosphérique. 2638 1 17 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température basse de consigne est comprise entre - 70 et - 10 C. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, OS caractérisé en ce qu'il consiste à prélever une partie au moins du mélange frigorigène occupant le volume de confinement, à Le mélanger avec une partie complémentaire de fluide gazeux et à le recycler dans le volume de confinement sous forme d'aérosol. 8 - Dispositif pour le refroidissement de pièces obtenues par thermoformage à partir d'une installation comprenant un bâti (1), une matrice de conformation (5), un serre-flan (4), un appareil de chauffage mobile (14), caractérisé en ce qu'il comporte, en vis-à-vis de la matrice et à l'opposé de celle-ci, par rapport à un flan (3) bridé sur le bâti par le serre-flan, un capot mobile (18), délimitant un volume de confinement, relié à l'air libre et portant intérieurement des gicleurs (28) raccordés à une source de fourniture d'un fluide frigorigène (22). 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le capot (18) est raccordé à la source (22) par une canalisation (23) contrôlée par une vanne (24) commandée par une sonde thermométrique (25) disposée à l'intérieur du capot. - Dispositif selon La revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le capot (18) supporte des buses (30) d'injection d'eau. 11 - Dispositif selon la revendication 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que le capot (18) supporte un groupe moto-ventilateur (29) dont l'aspiration est en relation avec la mise à l'air libre. 12 - Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le capot est raccordé à un circuit de recirculation (40) comprenant une canalisation de refoulement (43) pourvue d'au moins un gicleur (28), une turbine (42) et une canalisation d'aspiration (41) se divisant en une branche (41a) raccordée au capot (18) et contrôlée par un volet (44) et en une branche de dérivation débouchant dans le milieu ambiant et contrôlée par un volet (45).