Brevet FR3005464A1 — publié le 20141114

MOULE EBAUCHEUR ET MOULE DE BAGUE A FROTTEMENT RELATIF REDUIT La présente invention a trait à la fabrication industrielle d'articles en verre creux tels que bouteilles, pots, flacons... Les articles en verre creux sont fabriqués en deux étapes : - la réalisation d'une ébauche ; - la transformation de cette ébauche en produit fini (bouteille, pot, flacon,...). L'étape de réalisation de l'ébauche est effectuée à l'aide de différents éléments de moulerie, en particulier un moule ébaucheur et un moule de bague. A la fin de l'étape de réalisation de l'ébauche, lors de l'ouverture du moule ébaucheur qui libère l'ébauche tenue par le moule de bague, des frottements se produisent entre l'ébaucheur et le moule de bague. Ces frottements peuvent engendrer indirectement des défauts sur les articles produits. Ces défauts, du type « glaçure sous bague » rendent l'article impropre et celui-ci est rejeté, entraînant des pertes de rendements. Jusqu'ici, afin de limiter le frottement entre l'ébaucheur et le moule de bague, on utilise une « graisse » (mélange d'hydrocarbures, de graphite et de soufre le plus souvent). A la réalisation de l'ébauche, le moule de bague est positionné en-dessous du moule ébaucheur, qui présente une surface concave appelée enclavure et constituant une mâchoire vis-à-vis de la surface périphérique convexe correspondante du moule de bague. Les moyens auxiliaires associés au moule de bague par le dessous, notamment le bloc poinçon comprenant le poinçon et le fourreau (servant à percer la bague de l'ébauche et en amorcer ainsi la formation de la cavité) appliquent sur le moule de bague une pression ascendante le poussant contre le moule ébaucheur. C'est une partie de la surface supérieure du moule de bague, généralement une partie relativement éloignée de l'axe de l'ébauche, qui est soumise au frottement avec le moule ébaucheur à l'ouverture de celui-ci. La partie de cette surface supérieure du moule de bague la plus proche de l'axe de l'ébauche présente une arête à quelques centièmes de millimètre, de l'ordre de quatre centièmes de millimètre par exemple, en vis-à-vis en-dessous d'une arête présentée par la surface inférieure du moule ébaucheur. Cette arête du moule ébaucheur constitue aussi la partie de sa surface inférieure la plus proche de l'axe de l'ébauche. En d'autres termes, ces arêtes, qui ne se touchent pas en théorie -même si cela peut se produire en certaines circonstances-, sont destinées à entrer en contact avec le verre fondu. Elles peuvent être constituées en un alliage base nickel. L'objectif de l'apport de cet alliage est dans ce cas un renforcement mécanique de l'arête afin d'améliorer sa résistance aux chocs. Ce sont donc les parties relativement éloignées de l'axe de l'ébauche de la surface supérieure du moule de bague d'une part, de la surface inférieure du moule ébaucheur d'autre part, qui frottent l'une sur l'autre. Pour réduire ce frottement, on badigeonne de graisse la surface supérieure du moule de bague ; on comprend donc qu'il faut surtout en privilégier à cet égard la partie la plus périphérique, la plus éloignée de l'axe de l'ébauche. L'utilisation de graisse pose de nombreux problèmes : - environnement, hygiène et sécurité : exposition de l'opérateur qui réalise l'opération de graissage aux brouillards d'huile, au bruit et à la chaleur dans l'environnement machine ; - sécurité : exposition de l'opérateur à la machine ; - perte de rendement : les sections de fabrication sont arrêtées pendant l'opération de graissage ; de plus, les premières bouteilles fabriquées après graissage sont rebutées ; - articles tachés par la graisse. L'invention a eu pour objectif de diminuer la fréquence du graissage des moules de bague, voire le supprimer. Le frottement entre le moule ébaucheur et le moule de bague a pu être réduit, ainsi que leur usure, à un degré tel que l'objectif a pu être atteint. A cet effet l'invention a pour objet un moule ébaucheur, respectivement moule de bague pour le formage d'une ébauche en vue de la réalisation d'un article en verre creux, caractérisé en ce qu'une partie au moins de sa surface soumise au frottement contre la surface d'un moule de bague, respectivement moule ébaucheur, a une composition réduisant le frottement entre les deux moules, et leur usure. La surface frottante de l'un des deux moules, ou celle des deux moules, peut avoir une telle composition. Selon d'autres caractéristiques préférées du moule selon l'invention : - ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement est sensiblement perpendiculaire à l'axe de ladite ébauche, et relativement éloignée de cet axe; - ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement comprend un alliage base nickel contenant, en % en masse : - Cr : 0 - 25 - C : 0,01 - 1 - VV : 0 - 30 - Fe : 0 - 6 - Si : 0 - 6 - B : 0 - 5 - Co : 0 - 10 - Mn : 0 - 2 - Mo : 0 -35 - Cu : 0 - 4 - Nb : 0 - 5 - Ta : 0 - 5 - Ni : solde - ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement comprend un alliage base cobalt contenant, en % en masse : - Ni : 0 - 20 - Cr : 0 - 35 - C : 0 - 3 - VV : 0 - 15 - Fe : 0 - 5 - Si : 0 - 6 - B : 0 - 5 - Mn : 0 - 2 - Mo : 0-35 - Cu : 0 - 6 - Co : solde - ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement comprend au moins l'un des lubrifiants solides suivants, ou un mélange de plusieurs d'entre eux : - graphite, - XF2 où X est choisi parmi Ca, Mg, Sr, Ba, notamment CaF2, MgF2 et BaF2, - XF3 où X est choisi parmi Sc, Y, La et les terres rares, - BN à structure hexagonale, - MoS2 (molybdénite), VVS2 (tungsténite), CrS, - X2Mo0S3 où X est Co ou Ni, - MaSib où M = Mo, VV, Ni, ou Cr, par exemple MoSi2, - XaBb où X est Mo, Cr, Co, Ni, Fe, Mn, V, Ti ou Zr, notamment TiB2, ZrB2, - XaYb13, où X et Y sont choisis parmi Mo, Cr, Co, Ni, Fe, Mn, V, Ti et Zr, notamment MoCoB ou Mo2NiB2, - XSiB où X est Mo, Cr, Co, Ni, Fe, Mn, V, Ti ou Zr; - ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement comprend au moins une première phase d'alliage base nickel ou base cobalt et une seconde phase constituée d'un lubrifiant solide ou d'un mélange de plusieurs d'entre eux ; la proportion massique est alors avantageusement de 60 - 100% pour la première phase et de 0-40% pour la seconde phase ; - ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement est constituée d'un revêtement comprenant un alliage base nickel ; - ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement est constituée d'un revêtement comprenant un alliage base cobalt ; - ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement comporte une incrustation de lubrifiant solide. Différentes techniques de dépôt sont utilisées dans le cadre de l'invention pour former les revêtements d'alliage base nickel ou base cobalt. Citons la projection thermique à la flamme, la projection thermique au plasma (en anglais « plasma spray »), HVOF (« High Velocity Oxy-Fuel » en anglais), notamment mis en oeuvre au moyen de dispositifs sous la marque enregistrée Jet Kote®, plasma d'arc transféré (PTA pour « Plasma Transferred Arc » en anglais), et projection à froid (« cold spray » en anglais). L'épaisseur des revêtements d'alliage base nickel ou base cobalt est comprise entre 10 pm et 10 mm, par exemple entre 30 et 500 pm par HVOF, entre 50 pm et 1 mm par projection thermique au plasma, et jusqu'à 5 mm par PTA. D'autres objets de l'invention consistent en : - une machine I.S. (Individual Section) dont une section au moins comporte au moins un moule ébaucheur ou un moule de bague tel que décrit précédemment ; - un procédé de fabrication d'un article en verre creux mettant en oeuvre au moins un moule ébaucheur ou un moule de bague tel que décrit précédemment. L'invention est maintenant illustrée par l'exemple de réalisation suivant, décrit en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique partielle en coupe d'un moule ébaucheur conforme à l'invention, en position d'ouverture, et d'un moule de bague correspondant, également conforme à l'invention ; - les figures 2 et 3 décrivent les coefficients de frottement et le volume usé pour différents couples de surfaces de frottement, au cours d'un essai à sec ; - les figures 4 et 5 décrivent les coefficients de frottement et le volume usé pour différents couples de surfaces de frottement, au cours d'un essai lubrifié. En référence à la figure 1, un moule ébaucheur 1 essentiellement constitué de fonte est représenté en position d'ouverture. On y voit l'empreinte 2 du corps de l'ébauche, une surface inférieure concave 3 appelée enclavure 3 et destinée à l'emboîtement, maintien et blocage du moule de bague 11, essentiellement constitué de fonte ou bronze. De celui-ci, on voit le plans de joint 10, l'empreinte de la bague 12. On distingue aussi les arêtes 4 du moule ébaucheur et 14 du moule de bague, destinées à un contact avec le verre fondu. Les arêtes 4, 14 sont fréquemment constituées d'un alliage base nickel pour leur renforcement mécanique, afin d'en améliorer la résistance aux chocs. Lorsque le moule ébaucheur 1 se ferme sur le moule de bague 11, avant de recevoir une nouvelle paraison de verre fondu, l'outillage associé au moule de bague 11, notamment le bloc poinçon constitué du poinçon et du fourreau, pousse le moule de bague 11 vers le haut, contre le moule ébaucheur 1. Les deux moules se touchent alors au niveau de la surface supérieure périphérique de l'enclavure 3, c'est-à-dire la plus éloignée de l'axe vertical médian de la figure (axe de symétrie, axe de l'ébauche). Les arêtes 4, 14 sont presque jointives, mais néanmoins distantes de 4 centièmes de millimètres. Les surfaces de contact 5, 15 des deux moules 1, 11 sont constituées d'un alliage base nickel contenant, en % en masse : - C : 0,3 - B : 1,2 - Si : 3,7 - Fe: 3,0 - Cr : 7,0 - Ni : solde. A l'ouverture du moule ébaucheur 1, les deux moules 1, 11 ne sont en contact que par leurs surfaces 5, 15. L'alliage base nickel dont celles-ci sont constituées réduit leur frottement et leur usure, permettant de réduire la fréquence de graissage du moule de bague, voire de le supprimer. On effectue des essais tribologiques en reproduisant les frottements du moule ébaucheur vis-à-vis du moule de bague. La surface frottante du moule ébaucheur peut être constituée de fonte ou d'une composition réduisant les frottements, représentée ici par l'alliage base nickel précité. Celle du moule de bague peut être constituée des mêmes matériaux plus le bronze. On étudie cinq couples de surfaces frottantes ébaucheur - moule de bague: nickel - nickel, nickel - bronze, nickel - fonte, fonte - fonte et fonte - bronze. « Nickel » désigne ici un « alliage base Nickel » tel que décrit ci-dessus. Alors que la définition classique du bronze est : alliage de cuivre (Cu) et d'étain (Sn), on désigne ici par « bronze » un alliage cupro-nickel-aluminium dans les proportions suivantes concernant les moules de bague : - Ni 10 - 16 - Al7 - 10 - Zn 9 - 12 - Fe Quand une lubrification est effectuée, on emploie un lubrifiant commercialisé par le groupe Total sous la marque enregistrée Kleenmold® 170, contenant, en % en masse, 70 - 80 % de pétrole, 5 - 6 % de carbone graphitique, 4 - 5 % de soufre et 20 - 30 % d'additifs. La force appliquée varie entre 100 et 500 N. La plupart des essais ont utilisé une pression de référence de 170 MPa qui permet de comparer les résultats. Les figures 2 et 3 présentent les résultats des essais à sec à la pression de référence de 170 MPa. La figure 2 présente les coefficients de frottement moyens pour tous les couples de surfaces frottantes à la pression de référence de 170 MPa. Cette pression de référence correspond à des forces appliquées différentes selon les couples de surfaces frottantes, forces indiquées sur le graphe de la figure. Des coefficients de frottement moyens, celui du couple Ni - Ni est toujours le plus bas et le plus favorable. Pour le couple Ni - bronze, le coefficient initial (entre 0 et 600 s, 0 et 135 m de translation va-et-vient du cylindre) est le plus élevé, puis décroit. Le coefficient de frottement des autres couples n'évolue pas beaucoup avec le temps. Le graphe en figure 3 donne le taux d'usure sur le cylindre. Les essais fonte - fonte et fonte - bronze donnent l'usure la plus importante sur le cylindre, l'essai Ni - Ni l'usure la plus faible. Le pourcentage de l'essai où le coefficient de frottement est supérieur à 0,2 pour chaque essai lubrifié est présenté sur la figure 4. Deux essais lubrifiés à 100 N ont été effectués pour le couple fonte-bronze pour lequel cette force semblait être pertinente à sec. Les autres essais sont réalisés avec une lubrification à une fréquence simulant un graissage toutes les deux heures, respectivement toutes les trente minutes, en conditions industrielles, et à la pression de référence de 170 MPa. Pour le couple Ni - Ni à la fréquence 30 min, le coefficient de frottement est monté plus haut que 0,2 très brièvement pour un essai et jamais pour l'autre. Les valeurs pour Ni - Ni à la fréquence 2 h sont les plus basses de tous les essais. Malgré son frottement sévère à sec, le coefficient de frottement en lubrifié pour le couple Ni - bronze est le deuxième plus faible. Pour le couple fonte - fonte, le coefficient de frottement est supérieur à 0,2 pour la majorité de la durée de l'essai. Fonte - bronze est le seul autre couple qui a vu des essais où le coefficient de frottement est supérieur à 0,2 pour plus que la moitié de l'essai. Le taux d'usure sur les cylindres pour les essais lubrifiés est représenté en figure 5. Le taux d'usure sur le cylindre pour le couple Ni - Ni est presque nul, tandis que le couple fonte - fonte présente l'usure maximale. L'usure est variable, selon les résultats pour fonte - bronze lubrifié à la fréquence 2 h, et pour fonte - fonte lubrifié à la fréquence 30 min. La quantité de graisse reste un facteur important. La diminution de la pression de contact semble réduire l'usure sur le cylindre pour le couple fonte - bronze lubrifié. Le couple Ni - bronze possède un taux d'usure relativement haut sur le cylindre à sec, mais en lubrifié, son taux d'usure est inférieur à tous les autres, sauf celui du couple Ni - Ni. Dans un autre essai, on dépose sur un cylindre comme décrit précédemment un revêtement de 100 pm d'épaisseur de Tribaloy® T-400 par HVOF au moyen d'un dispositif Jet Kote®. La composition en % en masse du Tribaloy® T-400 est la suivante : - Ni : au plus 1,5 - Cr : 8,5 - C : au plus 0,08 - Fe : au plus 5 - Si : 2,6 - Mo : 29 - Co : solde. On utilise un tribomètre Cameron - Plint comme expliqué ci-dessus. La pression de contact avec la pastille est constamment de 170 MPa. On lubrifie à une fréquence simulant un graissage toutes les deux heures. Vis-à-vis d'une pastille en alliage base nickel de composition précisée plus haut dans l'exemple, le coefficient de frottement p et l'usure (volume usé du cylindre/distance) sont encore un peu plus faibles que pour le couple Ni-Ni (Fig 5), précisément constamment inférieur à 0,25, respectivement à 0,04 pm2. REVENDICATIONS1. Moule ébaucheur, respectivement moule de bague pour le formage d'une ébauche en vue de la réalisation d'un article en verre creux, caractérisé en ce qu'une partie au moins de sa surface soumise au frottement contre la surface d'un moule de bague, respectivement moule ébaucheur, a une composition réduisant le frottement entre les deux moules, et leur usure. 2. Moule ébaucheur, respectivement moule de bague selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement est sensiblement perpendiculaire à l'axe de ladite ébauche, et relativement éloignée de cet axe. 3. Moule ébaucheur, respectivement moule de bague selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement comprend un alliage base nickel contenant, en c/o en masse : - Cr : 0 -25 - C : 0,01 - 1 - VV : 0 - 30 - Fe : 0 - 6 - Si : 0- 6 - B : 0- 5 - Co : 0 - 10 - Mn : 0 - 2 - Mo : 0-35 - Cu : 0 - 4 - Nb : 0 - 5 - Ta : 0 - 5 - Ni : solde. 4. Moule ébaucheur, respectivement moule de bague selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite une partie au moins desa surface soumise au frottement comprend un alliage base cobalt contenant, en % en masse: - Ni : 0 - 20 - Cr : 0 -35 - C : 0 - 3 - VV : 0 - 15 - Fe : 0 - 5 - Si : 0 - 6 - B : 0 - 5 - Mn : 0 - 2 - Mo : 0-35 - Cu : 0 - 6 - Co: solde. 5. Moule ébaucheur, respectivement moule de bague selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement comprend au moins l'un des lubrifiants solides suivants, ou un mélange de plusieurs d'entre eux : - graphite, - XF2 où X est choisi parmi Ca, Mg, Sr, Ba, notamment CaF2, MgF2 et BaF2, - XF3 où X est choisi parmi Sc, Y, La et les terres rares, - BN à structure hexagonale, - MoS2 (molybdénite), VVS2 (tungsténite), CrS, - X2Mo0S3 où X est Co ou Ni, - MaSib où M = Mo, VV, Ni, ou Cr, par exemple MoSi2, - XaBb où X est Mo, Cr, Co, Ni, Fe, Mn, V, Ti ou Zr, notamment TiB2, ZrB2, - XaYb13, où X et Y sont choisis parmi Mo, Cr, Co, Ni, Fe, Mn, V, Ti et Zr, notamment MoCoB ou Mo2NiB2, - XSiB où X est Mo, Cr, Co, Ni, Fe, Mn, V, Ti ou Zr. 6. Moule ébaucheur, respectivement moule de bague selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement comprend au moins une première phase d'alliage base nickel ou base cobalt et une seconde phase constituée d'un lubrifiant solide ou d'un mélange de lubrifiants solides. 7 Moule ébaucheur, respectivement moule de bague selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement est constituée d'un revêtement comprenant un alliage base nickel. 8. Moule ébaucheur, respectivement moule de bague selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement est constituée d'un revêtement comprenant un alliage base cobalt. 9. Moule ébaucheur, respectivement moule de bague selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite une partie au moins de sa surface soumise au frottement comporte une incrustation de lubrifiant solide. 10. Machine I.S. dont une section au moins comporte au moins un moule ébaucheur ou un moule de bague selon l'une des revendications précédentes. 11. Procédé de fabrication d'un article en verre creux mettant en oeuvre au moins un moule ébaucheur ou un moule de bague selon l'une des revendications 1 à 9.