"Procédé et appareil de refroidissement de moules au moyen d'un fluide".
D'une manière générale, la présente invention concerne le refroidissement des moules en vue de dissiper la chaleur d'une masse
de matière thermoplastique chauffée. Plus spécifiquement, la présente invention concerne un moule comportant un élément d'arrêt partiel de transfert de chaleur par conduction disposé entre la matière chauffée et la partie,du moule de laquelle la chaleur est finalement dissipée. Plus particulièrement, la présente invention concerne un moule du type précité duquel la chaleur est dissipée par circulation d'un fluide de refroidissement dans des passages ménagés dans le
<EMI ID=1.1>
l'emplacement de l'élément d'arrêt partiel de transfert de chaleur
par conduction.
<EMI ID=2.1>
avec le problème que pose la dissipation de la chaleur d'un moule utilisa pour définir la forme désirée de l'article. Ce problème se pose avec une acuité particulière dans le domaine de la fabrica-
<EMI ID=3.1>
de fabrication a été l'aptitude que possède l'air sous basse pres-
<EMI ID=4.1>
sous basse pression utilisé nécessite une importante capacité volumétrique'qui a pour effet de produire des niveaux de bruits inacceptables dans l'environnement de l'usine. Antérieurement, on a procédé, sans succès, à des essais en vue de refroidir les moules par circu-
<EMI ID=5.1>
principal réside dans le fait que la dissipation de chaleur a ten-
<EMI ID=6.1>
ment, créant ainsi des points chauds et froids dans le moule avec, pour résultat, un formage défectueux des récipients en verre. La
il
Demanderesse a résolu ce problème en augmentant la résistance thermique du moule par l'utilisation d'un manchon en matière isolante relativement mince. On obtient ainsi une nouvelle répartition uniforme du flux de chaleur dans la zone des passages à fluide de refroidissement, empêchant ainsi des points chauds ou froids localisés éventuels de se propager, via le manchon isolant, jusqu'à la face de formage d'articles du moule.
La présente invention concerne un moule d'une configuration particulière, ainsi que le procédé destiné à refroidir une matière thermoplastique chauffée telle que le verre, contenue dans le moule.
Ce moule comporte trois éléments principaux, à savoir une pièce rapportée démoulage comportant une cavité destinée à recevoir la masse de matière thermoplastique et à définir la forme de l'article devant être réalisé à partir de celle-ci, un support prévu pour cette pièce rapportée et dans lequel sont formés des éléments desti-nés à faire circuler un fluide de refroidissement, ainsi qu'un
<EMI ID=7.1>
moulage.* et le support de cette dernière, de façon à entrer en contact pratiquement avec toute la surface séparant ces deux éléments. Le manchon isolant est réalisé en une matière dont la conductibilité <EMI ID=8.1>
thermique est 120 - 10 fois inférieure à celle de la pièce rapportée de moulage et du support de celle-ci, la pièce rapportée de moulage, le support de-cette- dernière et le manchon étant tous assemblés en un élément d'une seule pièce.
Dans les dessins annexés :
la figure 1 est une vue en perspective des éléments séparés d'un demi-moule suivant la présente invention;
<EMI ID=9.1>
moule de la figure 1 à l'état assemblé; la figure 3 est un schéma d'un système de commande de fluide de refroidissement pour un moule complet réalisé conformément à la présente invention; la figure 4 est une coupe transversale prise à travers l'épaisseur d'une matière composite thermiquement isolante pouvant être utilisée pour réaliser le manchon illustré à la figure 1; et la figure 5 est une vue en perspective partiellement élaguée d'un moule d'une seule pièce réalisé conformément à la présente invention.
La présente invention est illustrée par la vue des éléments séparés de la figure 1. Cette figure illustre les éléments séparés d'un demi-moule, mais on comprendra qu'un demi-moule correspondant
à ce dernier est prévu pour compléter une cavité définissant la forme des articles: Toutefois, les deux moitiés du moule sont pratiquement identiques et, à la figure 1, la présente invention est illustrée par une seule de ces moitiés. La présente invention est illustrée en se référant au formage de récipients en verre, mais on comprendra que les principes généraux, ainsi que l'appareil et le procédé en cause peuvent également s'appliquer au façonnage de n'im-�
porte quelle matière thermoplastique chauffée de laquelle il est nécessaire de dissiper la chaleur pour former un article stable d'une configuration désirée particulière. En outre, le fait que
ê les moules soient illustrés en deux parties pratiquement identiques ne signifie pas que cette forme de réalisation constitue une condition requise absolue. Le moule pourrait également être réalisé d'une seule pièce comme le montre la figure 5 ou être subdivisé en trois segments ou plus. En outre, la figure 1 illustre un moule dit à deux cavités ou à cavité double qui permet de fabriquer deux articles 3 la fois. Toutefois, la présente invention peut tout aussi bien
<EMI ID=10.1>
cavités ou plus. La description ci-après est suffisamment claire
pour que l'homme de métier soit à même de modifier les instructions données concernant le moule à cavité double et les utiliser avec
un moule à une seule cavité ou un moule à trois cavités ou plus pour obtenir les résultats désirés. L'appareil de la présente invention est constitué de trois éléments principaux, savoir une pièce rapportée de moulage 10 dans laquelle est ménagée une cavité 12 ayant la forme que l'on désire conférer à la matière thermoplastique chauffée, un manchon thermiquement isolant 14 réalisé en une matière thermiquement isolante dont la valeur de conductibilité est 120 -
10 fois inférieure à celle de la pièce rapportée de moulage 10, ainsi qu'un support 16 prévu pour la pièce rapportée 10 et dans lequel celle-ci et le manchon 14 sont placés lors de la mise en service de l'appareil. Il est préférable que le support 16 prévu pour la pièce rapportée de moulage 10 soit constitué de la même matière que celleci, de façon que la valeur d'isolation thermique relative du manchon
14 soit la même à la fois pour la pièce rapportée de moulage 10 et
le support 16 de cette dernière. Toutefois, la pièce rapportée de moulage 10 et le support 16 de cette dernière peuvent également être constitués de matières différentes, auquel cas il convient d'adapter la valeur d'isolation thermique précise du manchon 14 de la manière <EMI ID=11.1>
qui sera décrite ci-après, de telle sorte qu'elle soit rigoureusement
'1':1'
compatible avec les caractéristiques de conduction de chaleur des deux matières. Une matière utilisée actuellement pour la pièce rapportée de moulage 10 et le support 16 de cette dernière est la fonte grise dont la valeur de conductibilité thermique est d'environ
<EMI ID=12.1>
prévoit également une seconde pièce rapportée de moulage 18 comportant une cavité 20 définissant la forme des articles à réaliser, ainsi qu'un second manchon thermiquement isolant 22. Le support 16 de la pièce rapportée comporte deux cavités généralement cylindriques 24
et 26 dans lesquelles les pièces rapportées de moulage 10 et 18, ainsi que les manchons 14 et 22 sont respectivement introduits lors de l'assemblage final. La cavité 24 comporte une gorge 29 dans sa partie inférieure, tandis que la cavité 26 comporte une gorge corres- pondante 30 pratiquée dans sa partie inférieure. La gorge 28 coopère avec un rebord 32 formé dans la partie inférieure de la pièce rapportée de moulage 10, tandis qu'un rebord 34 formé dans la partie inférieure de la pièce rapportée de moulage 18 coopère avec la gorge 30, de façon que les pièces rapportées de moulage 10 et 18 prennent correctement appui dans les cavités 24 et 26 de leur support 16. On utilise plusieurs boulons filetés 36 pour fixer les pièces rapportées de moulage 10 et 18, ainsi que les manchons 14 et 22 dans le support
16 de ces pièces rapportées.
Le nombre et la configuration de ces boulons filetés 36 ne sont pas particulièrement critiques et, à
titre d'illustration, on représente, à la figure 1, deux boulons 36 utilisés pour fixer chacune des pièces rapportées 10 et 18 dans leurs cavités respectives 24 et 26. L'utilisation de boulons pour fixer
les pièces rapportées de moulage 10 et 18, ainsi que les manchons 14 et 22 est donnée à titre d'exemple et l'on peut également utiliser n'importe quel autre élément de fixation approprié, par exemple, des goujons. Des trous tels que ceux indiqués en 38 et 39, sont percés
de part en part dans le support 16. Des trous alignés correspondants tels que ceux indiqués en 40 et 41, sont_pratiqués dans les manchons isolants 14 et 22. Les boulons 36 sont alors introduits dans les trous 38, 39, 40 et 41 pour venir se visser dans des ouvertures filetées (non représentées) pratiquées dans la face arrière des pièces rapportées de moulage 10 et 18. Grâce à ce procédé d'assemblage, les manchons 14 et 22 entrent en contact pratiquement avec toute la surface comprise entre les deux pièces rapportées de moulage 10, 18 et les cavités 24, 26 du support 16 dans lesquelles ils viennent s'adapter, assurant ainsi un bon contact thermique entre le suppport
16 et les pièces rapportées de moulage 10 et 18 supportées dans ce dernier.
Le support 16 des pièces rapportées comporte également un rebord de suspension 42 servant à l'assembler à des éléments de suspension de moules classiques du type utilisé dans les machines
de formage de verre IS. La machine de formage de verre IS est bien connue de l'homme de métier spécialisé dans la technique de fabrication de récipients en verre et elle est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 1.911.119 mentionné ici à titre de référence. Dans ce brevet, on illustre également clairement le milieu ambiant dans lequel est utilisé le moule dont les éléments séparés sont représentés à la figure 1 des dessins annexés. Selon un autre aspect important de la présente invention, le support 16 comporte plusieurs passages communiquant entre eux et dans lesquels circule un fluide de refroidissement. Ce fluide de refroidissement peut être un gaz comprimé tel que l'air mais il est, de préférence, un liquide que l'on peut utiliser dans un système à recyclage.
Du point de vue économie et efficacité, l'eau s'est avérée être le fluide de refroidissement le plus pratique. Le fluide de refroidissement pénètre dans le support 16 par une admission 44 d'où il s'écoule dans un passage commun 46 qui s'étend généralement vers le bas à proximité de l'âme 47 du support 16 des pièces rapportées. Cette âme 47 est une des parties d'un moule pour récipients en verre du type à cavité double dont le refroidissement uniforme pose le plus de difficultés avec les systèmes de refroidissement par air couramment utilisés, étant donné que cette partie du support de pièces rapportées de moulage 16 est la plus éloignée du contact avec un courant d'air
d;
dans un système de refroidissement par air. Au contraire, le
système de refroidissement par fluide de la présente invention permet de localiser le passage d'admission 46 à proximité immédiate de l'âme 47, permettant ainsi un meilleur contr8le de la température de
cette partie du support de pièces rapportées 16. A sa base, le
�
passage d'admission 46 se subdivise en une série de passages de droi-
'1:
te 48 et une série correspondante de passages de gauche 50. Spécifiquement, ces passages 48 et 50 sont pratiqués par forage dans le support de pièces .apportées 16, tandis que leurs orifices d'entrée et/ou de sortie sont ensuite obturés au moyen de bouchons métalliques appropriés en vue de confiner la circulation du fluide de refroidissement à l'intérieur de ce support 16. Les détails du procédé précis adopté pour forer ces passages ne sont pas illustrés, étant donné
',
qu'ils rentrent parfaitement dans les compétences de l'homme de métier
�:i
spécialisé dans la fabrication des moules. Comme on peut le constater, les passages de droite 48 et les passages de gauche 50 comportent généralement trois boucles verticales et deux boucles horizontales reliant ces dernières. Toutefois, cette configuration précise n'est pas nécessairement critique et l'on peut envisager, pour ces passages, d'autres configurations permettant d'obtenir les résultats désirés. Le principe fondamental intervenant dans le choix du nombre et des dimensions de ces passages réside dans l'aptitude à dissiper le flux de chaleur pénétrant dans le support de pièces rapportées 16 via les manchons 14 et 22 à une vitesse précise connue.
Dès lors, pour la fabrication de récipients en verre de différentes dimensions et/ou configurations, il est nécessaire de réadapter la configuration des passages de refroidissement eux-mêmes, opération qui n'exige aucune expérience particulière et peut être effectuée
par des calculs dans lesquels on utilise les équations bien connues de transfert de chaleur par conduction radiale en tenant compte de
<EMI ID=13.1>
l'effet exercé par les manchons thermiquement isolants 14 et 22.
f
Les passages de droite 48 et les passages de gauche 50 se rejoignent
- � " à la partie arrière du support 16 où le fluide de refroidissement
w
sort par un orifice commun 52.
La figure 2 illustre un demi-moule complet 54 qui est constitué des pièces assemblées illustrées séparément à la figure 1. La figure 3 illustre un système de commande de refroidissement complet pour le formage de récipients en verre en utilisant des moules construits conformément à la forme de réalisation de la figure 1. Comme le montre cette figure, le demi-moule 54 coopère avec un demi-moule correspondant pratiquement identique 54'. A la figure 3, les demi-moules 54 et 54' sont fermés comme c'est normalement le cas lors du formage d'un récipient en verre. Les admissions prévues pour les demi-moules 54, 54' et qui sont respectivement désignées par les chiffres de référence 44 et 44', sont reliées, via des canalisations appropriées 56, à un dispositif de pompage et de refroidissement par fluide 58.
Les sorties prévues pour les demimoules 54, 54' et qui sont désignées respectivement par les chiffres
52 et 52', sont reliées à l'admission du dispositif de pompage et
de refroidissement par fluide 58. Il est à noter que des soupapes
de réglage 60 et 61 sont intercalées dans les canalisations de sortie du dispositif de pompage et de refroidissement par fluide 58 avant les admissions 44 et 44'. Ces soupapes 60 et 61 servent à régler
le débit du liquide de refroidissement, permettant ainsi un réglage précis de la vitesse de déperdition de chaleur des demi-moules 54
et 54'. Un réglage de débit ne constitue pas une condition requise absolue pour un fonctionnement correct des moules de ce type, mais
il est souhaitable du fait qu'il est souvent impossible de définir avec précision le coefficient de transfert de chaleur des manchons
14 et 22, ainsi que la configuration des passages 48 et 50 avec le degré de précision requis pour obtenir les caractéristiques de refroi- <EMI ID=14.1>
en votre au rythme désiré. Dès lors, il est nécessaire de régler le dé�it du fluide à l'aide des soupapes 60 et 61 pour obtenir la
<EMI ID=15.1>
En outre, on peut obtenir un réglage moins précis de cette vitesse de transfert de chaleur en utilisant une seule soupape de réglage
<EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1>
�ï
<EMI ID=18.1>
tré schématiquement à la figure 3 offre une souplesse "le réglage qui permet: de régler individuellement le débit de fluide pour chacun
<EMI ID=19.1>
�;,i
possible pour le degré de réglage requis du débit de fluide de refroi dissement.
La figure 4 illustre, par une coupe transversale et à une échelle agrandie, une matière qui s'est avérée particulièrement appropriée pour les manchons d'isolation thermique 14 et 22. Avant, d'-entamer une description détaillée de cette matière particulière, il convient de comprendre parfaitement la fonction primcipale des manchons isolants 14 et 22. Ainsi qu'on l'a exposé précédemment ,
un des problèmes principaux que posent les moules de verrerie à refroidissement par fluide de la technique antérieure, réside dans
<EMI ID=20.1>
<EMI ID=21.1>
moule. Etant donné qu'ils sont réalisés en une matière relativement non conductrice pour la chaleur, les manchons isolants 14 et 22 cons-
<EMI ID=22.1>
la pièce rapportée de moulage 10 dans la masse de matière dont est constitué le support de pièces rapportées 16. En entravant la conduction de chaleur, les manchons 14 et 22 ont pour fonction de répartir le flux de chaleur dégagé par le verre dans tout le support de pièces rapportées 16, permettant ainsi d'assurer une déperdition de chaleur relativement uniforme à partir du verre à façonnier. Dès lors, les manchons 14 et 22 ne constituent pas un arrêt total au transfert de chaleur, mais font plutôt office d'arrêt partiel de transfert de chaleur par conduction localisé dans le parcours du flux de chaleur à partir du verre ou de n'importe quelle matière thermdplastique à façonner, répartissant ainsi uniformément ce flux de chaleur avec, pour résultat, une déperdition efficace de la chaleur dégagée par l'assemblage de moulage complet.
Ainsi qu'on l'a souligné précédemment, une matière particulière, à savoir un élément composite en trois couches, s'est avérée des plus efficaces pour
les manchons 14 et 22. Toutefois, on peut envisager l'utilisation d'autres matières pour assurer l'effet d'arrêt de chaleur partiel, tout en agissant encore pour répartir uniformément la chaleur qui les traverse. Par exemple, on peut utiliser, à cet effet, des fibres de verre, mais cette matière présente cependant la caractéristique désavantageuse d'être relativement volumineuse ou épaisse pour un dégré d'arrêt de chaleur donné, tandis qu'elle a également tendance
à se comprimer-d'une manière non uniforme en une couche dense lorsqu'elle est amenée en contact intime avec des surfaces telles que celles de la cavité 38 et de la pièce rapportée 10. De même, on peut également envisager d'utiliser un espace d'air, mais ce dernier pose un problème du fait qu'il nécessite un espace très petit et précis pour offrir la résistance désirée. Par exemple, un espace d'air de 0,0381 mm peut opposer une résistance spécifique désirée
au flux de chaleur; cet espace est beaucoup trop petit pour que son utilisation puisse être envisagée pratiquement dans l'industrie.
La Demanderesse a constaté que la matière actuellement la mieux appropriée à cet effet était une matière composite à trois couches comportant deux couches extérieures séparées 62 et 63 d'un graphite
<EMI ID=23.1>
<EMI ID=24.1>
de feuilles en épaisseurs variant entre 0,127 et 0,381 - 0,508 mm. La troisième couche ou couche intérieure de cette matière composite est constituée d'un tissu d'amiante 64 pouvant être une matière.
<EMI ID=25.1>
Le tableau ci-après illustre clairement un certain nombre de combinaisons possibles, .de ces. trois. matières, ainsi que les va-
<EMI ID=26.1>
tre cet tableau, en choisissant différentes combinaisons d'épaisseurs
<EMI ID=27.1>
conférer, à la matière composite, les caractéristiques de transfert de chaleur désirées. Cette caractéristique est importante, car des récipients en verre de différentes dimensions nécessitent différentes vitesses d'arrêt ou d'atténuation du flux de chaleur pour assurer une répartition uniforme de ce dernier en vue de sa dissipation par le fluide de refroidissement.
TABLEAU
<EMI ID=28.1>
Ainsi qu'on l'a souligné précédemment, on peut comparer les valeurs indiquées dans le tableau ci-dessus avec les valeurs de conductibilité thermique spécifiques de la fonte brute qui atteignent 37 kcal/h/ m/[deg.]C. Bien que la plus faible valeur reprise dans ce tableau soit
<EMI ID=29.1> "illif
en éliminant des parties des manchons 14 et 22, par exemple, en y perçant un certain nombre de trous. Bien que l'on pourrait croire que cette façon de procéder a tendance à créer des zones de transfert de chaleur non uniformes, on a constaté que l'on pouvait éliminer
<EMI ID=30.1>
ment l'uniformité du transfert de chaleur dans le support de pièces rapportées 16. La conductibilité thermique du graphite seul est d'environ 2,22 kcal/h/m/[deg.]C, alors que l'amiante seule a une valeur de conductibilité thermique de 0,37 kcal/h/m/[deg.]C. Dès lors, si l'on utilisait le graphite seul pour former un manchon, ce dernier aurait
<EMI ID=31.1>
<EMI ID=32.1>
éliminer une partie du manchon en y perçant des trous, on peut réduire ce rapport à 10:1. L'utilisation de la matière composite ayant une valeur de conductibilité thermique de 0,31 permet d'obtenir un manchon dont la valeur de conductibilité thermique est à peu près
120 fois inférieure à celle de la fonte. Comme le démontre le tableau ci-dessus, il apparaît que cette modification de la matière permet de maintenir l'intervalle précité d'environ 120 - 10 fois pour des matières de moules autres que la fonte. En examinant ce
-tableau, on remarquera également que la plus forte épaisseur des ,matières composites qui y sont mentionnées, atteint seulement 1,549 mm. Cette couche de matière relativement mince joue un très grand rôle dans le fonctionnement correct de ce type de système de dissipation de chaleur.
Dès lors, il est possible de monter un système de refroidissement par eau dans un moule de formage de verre dont les caractéristiques physiques rentrent dans les limites des machines de formage industrielles existantes. La couche très mince que présentent les manchons 14 et 22, remplit en quelque sorte la même fonction qu'un volume considérable de fonte en ce qui concerne la résistance offerte au flux de chaleur et la nouvelle répartition uniforme du flux de chaleur total. Des essais entrepris antérieure-ment en vue d'utiliser un refroidissement par eau pour des moules
de forçage de verre, ont échoué en raison de l'impossibilité de localiser les passages de circulation d'eau en un point suffisamment éloigné du verre en fusion pour que le flux de chaleur puisse être réparti uniformément au point de dissipation. La construction en trois parties de l'invention permet d'atteindre ce but en utilisant
le stratifié à trois couches illustré à la figure 4. Un autre avantage qu'offre une matière de cette configuration particulière, réside dans le fait que les couches de graphite extérieures 62 et 63 sont quelque peu compressibles; dès lors, lorsque les pièces rapportées
10 et 18 sont serrées à refus dans leur support 16 avec les manchons
14 et 22 disposés entre elles, le graphite est comprimé à la fois contre la surface séparant les cavités 24 et 26 et contre les parties arrière des pièces rapportées 10 et 18 qui entrent en contact avec les manchons 14 et 22. Ce contact intime facilite le transfert uniforme de chaleur des pièces rapportées de moulage aux supports
de moule, ainsi que la répartition circonférentielle précitée de la chaleur dans ces supports, de sorte que le système de refroidissement prévu pour ces derniers permet une dissipation efficace et uniforme de la chaleur. Il importe de bien comprendre que la matière composite de la figure 4 conserve une conductibilité thermique uniforme sous des charges de compression de 7 à 105 kg/cm2. Cette caractéristique est importante du fait que les pièces rapportées 10
et 18, ainsi que leur support 16 se dilatent lorsqu'elles sont chauffées par le verre en fusion en ayant ainsi tendance à comprimer les manchons 14 et 22 entre eux, ce qui peut entraîner des changements dans la valeur de conductibilité thermique de la matière composite
des manchons 14 et 22 si cette matière n'était pas, ainsi qu'on l'a exposé, relativement insensible aux charges de compression. Cette dilatation favorise davantage le contact intime entre les différentes surfaces ainsi qu'on l'a exposé précédemment.
La figure 5 illustre un type de moule que l'on utilise parfois pour le formage de paraisons ou d'ébauches dans un procédé de fabrication de récipients en verre. Dans le brevet des Etats?
<EMI ID=33.1>
fonctionnant selon le principe du moulage d'ébauches "pleines"
ou monoblocs. A la figure 5, un support de pièce rapportée 66
est réalisé d'une seule pièce. Ce type de support 66 se déplace verticalement vers le haut jusqu'à ce que la paraison soit dégagée, après quoi il s'écarte de cette dernière, permettant ainsi son transfert. La cavité 70 de la paraison a la forme de l'intérieur d'une pièce rapportée monobloc 68 soutenue par le support 66. Tout comme dans la forme de réalisation décrite précédemment, un manchon en une matière thermiquement isolante 72 est disposé entre la pièce rapportée de moulage 68 et son support 66. De préférence, ce manchon 72 est constitué de la matière composite décrite en détail en se réfé-
<EMI ID=34.1>
moyen de plusieurs vis telles que celle indiquée en 73 à la figure 5. Les caractéristiques opératoires du moule d'ébauches monoblocs illustré à la figure 5 sont essentiellement identiques à celles décrites précédemment en se référant aux formes de.réalisation des figures 1 et 2. En d'autres termes, le manchon 72 fait office d'arrêt partiel pour le transfert de chaleur par conduction, tandis qu'il répartit uniformément la chaleur dégagée par une charge de verre contenue dans la cavité 70 de la pièce rapportée de moulage 68, permettant ainsi la dissipation de cette chaleur au moyen d'un fluide de refroidissement circulant dans le support 66.
Ce fluide de refroidissement pénètre dans le support de pièce rapportée 66 par un orifice d'admission 74 et il circule ensuite dans une série de passages 76 communiquant entre eux et qui sont ménagés ou percés dans le support de pièce rapportée 66. Le fluide de refroidissement sort ensuite de
ce support 66 par un orifice de sortie 78. Ce fluide peut être recyclé de la manière décrite en se référant à la figure 3; ce fluide peut également être à nouveau un gaz sous pression tel que l'air qui
"Method and apparatus for cooling molds by means of a fluid".
In general, the present invention relates to the cooling of molds with a view to dissipating heat from a mass.
of heated thermoplastic material. More specifically, the present invention relates to a mold including a partial conduction heat transfer stopper disposed between the heated material and the portion of the mold from which heat is ultimately dissipated. More particularly, the present invention relates to a mold of the aforementioned type from which the heat is dissipated by circulating a cooling fluid in passages formed in the
<EMI ID = 1.1>
location of partial heat transfer shut-off element
by conduction.
<EMI ID = 2.1>
with the problem of heat dissipation a mold used to define the desired shape of the article. This problem arises with particular acuity in the field of manufacturing.
<EMI ID = 3.1>
of manufacture was the ability of air under low pressure
<EMI ID = 4.1>
low pressure used requires a large volumetric capacity which has the effect of producing unacceptable noise levels in the plant environment. Previously, attempts were made to cool the molds by circulating unsuccessfully.
<EMI ID = 5.1>
the main thing is that the heat dissipation has tended to
<EMI ID = 6.1>
thereby creating hot and cold spots in the mold resulting in faulty forming of the glass containers. The
he
Applicant has solved this problem by increasing the thermal resistance of the mold by using a sleeve of relatively thin insulating material. This results in a new uniform distribution of the heat flow in the area of the coolant passages, thereby preventing any localized hot or cold spots from propagating, via the insulating sleeve, to the article forming face of the mold.
The present invention relates to a mold of a particular configuration, as well as to the method for cooling a heated thermoplastic material such as glass, contained in the mold.
This mold has three main elements, namely a demolding insert comprising a cavity intended to receive the mass of thermoplastic material and to define the shape of the article to be produced from it, a support provided for this insert. and in which are formed elements intended to circulate a cooling fluid, as well as a
<EMI ID = 7.1>
molding. * and the support of the latter, so as to come into contact with practically the entire surface separating these two elements. The insulating sleeve is made of a material whose conductivity <EMI ID = 8.1>
thermal is 120 - 10 times lower than that of the mold insert and its support, with the mold insert, the support and the sleeve all assembled as a single piece .
In the accompanying drawings:
Figure 1 is a perspective view of the separate elements of a half-mold according to the present invention;
<EMI ID = 9.1>
mold of Figure 1 in the assembled state; Figure 3 is a schematic of a coolant control system for a complete mold made in accordance with the present invention; Figure 4 is a cross section taken through the thickness of a thermally insulating composite material which may be used to make the sleeve shown in Figure 1; and Figure 5 is a partially pruned perspective view of a one-piece mold made in accordance with the present invention.
The present invention is illustrated by the view of the separate elements of Figure 1. This figure illustrates the separate elements of a half-mold, but it will be understood that a corresponding half-mold
to the latter is provided to complete a cavity defining the shape of the articles: However, the two halves of the mold are practically identical and, in Figure 1, the present invention is illustrated by only one of these halves. The present invention is illustrated with reference to the forming of glass containers, but it will be understood that the general principles, as well as the apparatus and method involved, can also be applied to the shaping of any im - �
carries which heated thermoplastic material from which it is necessary to dissipate heat to form a stable article of a particular desired configuration. Furthermore, the fact that
The molds are shown in two practically identical parts does not mean that this embodiment is an absolute requirement. The mold could also be made in one piece as shown in Figure 5 or be subdivided into three or more segments. In addition, Figure 1 illustrates a so-called two-cavity or double-cavity mold which allows two articles to be manufactured at a time. However, the present invention can just as easily
<EMI ID = 10.1>
cavities or more. The following description is sufficiently clear
so that the person skilled in the art is able to modify the instructions given concerning the double cavity mold and use them with
a single cavity mold or a three or more cavity mold to achieve the desired results. The apparatus of the present invention consists of three main elements, namely a molding insert 10 in which is formed a cavity 12 having the shape desired to impart to the heated thermoplastic material, a thermally insulating sleeve 14 made of a thermally insulating material with a conductivity value of 120 -
10 times less than that of the molding insert 10, as well as a support 16 provided for the insert 10 and in which the latter and the sleeve 14 are placed when the apparatus is put into service. It is preferable that the support 16 provided for the mold insert 10 is made of the same material as the latter, so that the relative thermal insulation value of the sleeve
14 is the same for both the molding insert 10 and
the support 16 of the latter. However, the mold insert 10 and the support 16 thereof may also be made of different materials, in which case the precise thermal insulation value of the sleeve 14 should be adjusted as <EMI ID = 11.1>
which will be described below, so that it is rigorously
'1': 1 '
compatible with the heat conduction characteristics of both materials. A material currently used for the mold insert 10 and the support 16 thereof is gray cast iron, the thermal conductivity value of which is approximately
<EMI ID = 12.1>
also provides a second molding insert 18 comprising a cavity 20 defining the shape of the articles to be produced, as well as a second thermally insulating sleeve 22. The support 16 of the insert comprises two generally cylindrical cavities 24
and 26 in which the molding inserts 10 and 18, as well as the sleeves 14 and 22 are respectively introduced during the final assembly. The cavity 24 has a groove 29 in its lower part, while the cavity 26 has a corresponding groove 30 made in its lower part. The groove 28 cooperates with a flange 32 formed in the lower part of the mold insert 10, while a flange 34 formed in the lower part of the mold insert 18 cooperates with the groove 30, so that the parts Molding inserts 10 and 18 are properly supported in the cavities 24 and 26 of their support 16. Several threaded bolts 36 are used to secure the molding inserts 10 and 18, as well as the sleeves 14 and 22 in the support.
16 of these attachments.
The number and configuration of these threaded bolts 36 are not particularly critical and, to
By way of illustration, FIG. 1 shows two bolts 36 used to secure each of the inserts 10 and 18 in their respective cavities 24 and 26. The use of bolts to secure
The molding inserts 10 and 18, as well as the sleeves 14 and 22 are given by way of example and any other suitable fasteners can also be used, for example, studs. Holes such as those indicated in 38 and 39, are drilled
right through in the support 16. Corresponding aligned holes such as those indicated at 40 and 41 are practiced in the insulating sleeves 14 and 22. The bolts 36 are then introduced into the holes 38, 39, 40 and 41 to come together. screw into threaded openings (not shown) made in the rear face of the molding inserts 10 and 18. Thanks to this assembly process, the sleeves 14 and 22 come into contact with practically the entire surface between the two inserts 10, 18 and the cavities 24, 26 of the support 16 in which they fit, thus ensuring good thermal contact between the support
16 and the molding inserts 10 and 18 supported therein.
The insert support 16 also includes a suspension flange 42 for connecting it to conventional mold suspension elements of the type used in machines.
glass forming machine IS. The IS glass forming machine is well known to those skilled in the art of manufacturing glass containers and is described in US Pat. No. 1,911,119, cited herein by reference. This patent also clearly illustrates the ambient environment in which the mold is used, the separate elements of which are shown in FIG. 1 of the accompanying drawings. According to another important aspect of the present invention, the support 16 comprises several passages communicating with one another and in which a cooling fluid circulates. This coolant can be a compressed gas such as air, but it is preferably a liquid which can be used in a recycle system.
From the point of view of economy and efficiency, water has proven to be the most practical coolant. The cooling fluid enters the support 16 through an inlet 44 from which it flows into a common passage 46 which extends generally downward near the core 47 of the support 16 of the inserts. This core 47 is one of the parts of a mold for glass containers of the double cavity type, the uniform cooling of which poses the most difficulties with the air cooling systems currently used, since this part of the support for inserts of molding 16 is furthest from contact with an air stream
d;
in an air cooling system. On the contrary, the
The fluid cooling system of the present invention allows the intake passage 46 to be located in close proximity to the core 47, thereby allowing better control of the temperature of
this part of the insert support 16. At its base, the
�
intake passage 46 is subdivided into a series of right passages
'1:
te 48 and a corresponding series of left-hand passages 50. Specifically, these passages 48 and 50 are made by drilling in the support of add-on parts 16, while their inlet and / or outlet openings are then closed by means of suitable metal plugs in order to confine the circulation of the cooling fluid inside this support 16. The details of the precise method adopted for drilling these passages are not illustrated, since
',
that they fit perfectly into the skills of the skilled person
�: i
specialized in the manufacture of molds. As can be seen, the right passages 48 and the left passages 50 generally comprise three vertical loops and two horizontal loops connecting the latter. However, this precise configuration is not necessarily critical and one can envisage, for these passages, other configurations making it possible to obtain the desired results. The fundamental principle involved in the choice of the number and dimensions of these passages lies in the ability to dissipate the flow of heat entering the insert holder 16 via the sleeves 14 and 22 at a known precise speed.
Therefore, for the manufacture of glass containers of different dimensions and / or configurations, it is necessary to readjust the configuration of the cooling passages themselves, an operation which does not require any particular experience and can be carried out.
by calculations in which the well-known equations of heat transfer by radial conduction are used taking into account
<EMI ID = 13.1>
the effect exerted by the thermally insulating sleeves 14 and 22.
f
The right passages 48 and the left passages 50 meet
- � "to the rear part of the support 16 where the coolant
w
exits through a common hole 52.
Figure 2 illustrates a complete half-mold 54 which is made up of the assembled parts shown separately in Figure 1. Figure 3 illustrates a complete cooling control system for forming glass containers using molds constructed according to the shape. embodiment of Figure 1. As shown in this figure, the half-mold 54 cooperates with a corresponding substantially identical half-mold 54 '. In FIG. 3, the half-molds 54 and 54 'are closed as is normally the case when forming a glass container. The inlets provided for the half-molds 54, 54 'and which are respectively designated by the reference numerals 44 and 44', are connected, via suitable pipes 56, to a pumping and fluid cooling device 58.
The outputs planned for the half-molds 54, 54 'and which are respectively designated by the numbers
52 and 52 ', are connected to the inlet of the pumping device and
cooling fluid 58. It should be noted that valves
adjustment 60 and 61 are interposed in the outlet pipes of the pumping device and fluid cooling 58 before the inlets 44 and 44 '. These valves 60 and 61 are used to adjust
the flow rate of the coolant, thus allowing precise adjustment of the heat loss rate of the half-molds 54
and 54 '. A flow rate adjustment is not an absolute prerequisite for correct functioning of molds of this type, but
it is desirable because it is often impossible to define precisely the heat transfer coefficient of the sleeves
14 and 22, as well as the configuration of passages 48 and 50 with the degree of precision required to obtain the cooling characteristics- <EMI ID = 14.1>
in your at the desired pace. Therefore, it is necessary to adjust the flow rate of the fluid using valves 60 and 61 to obtain the
<EMI ID = 15.1>
In addition, a less precise control of this heat transfer rate can be achieved by using a single control valve.
<EMI ID = 16.1>
<EMI ID = 17.1>
� ï
<EMI ID = 18.1>
very schematically in Figure 3 offers flexibility "the adjustment which allows: to individually adjust the fluid flow for each
<EMI ID = 19.1>
�;, i
possible for the required degree of control of the coolant flow rate.
Figure 4 illustrates, in cross section and on an enlarged scale, a material which has been found to be particularly suitable for thermal insulating sleeves 14 and 22. Before entering into a detailed description of this particular material, it the primary function of the insulating sleeves 14 and 22 should be fully understood. As explained above,
one of the main problems with prior art fluid-cooled glassware molds is
<EMI ID = 20.1>
<EMI ID = 21.1>
mold. Since they are made of a relatively non-heat conductive material, the insulating sleeves 14 and 22 are made up of
<EMI ID = 22.1>
the molding insert 10 in the mass of material of which the insert support 16 is made. By impeding heat conduction, the sleeves 14 and 22 have the function of distributing the heat flow released by the glass throughout the support inserts 16, thereby ensuring relatively uniform heat loss from the glass to be worked. Therefore, the sleeves 14 and 22 do not constitute a total stop to the heat transfer, but rather act as a partial stop of heat transfer by localized conduction in the path of the heat flow from the glass or any other source. which thermplastic material to be shaped, thereby evenly distributing this heat flow with the result of efficient heat loss from the complete mold assembly.
As noted above, one particular material, namely a three-layer composite element, has been found to be most effective in
the sleeves 14 and 22. However, one can envision the use of other materials to provide the partial heat blocking effect, while still acting to evenly distribute the heat passing through them. For example, glass fibers can be used for this purpose, but this material has the disadvantageous characteristic of being relatively bulky or thick for a given degree of heat stop, while it also tends
to compress in a non-uniform manner into a dense layer when brought into intimate contact with surfaces such as those of cavity 38 and insert 10. Likewise, it is also conceivable to use a air space, but the latter poses a problem in that it requires a very small and precise space to provide the desired resistance. For example, an air gap of 0.0381 mm may provide a specific desired resistance.
to heat flow; this space is much too small for its use to be practically considered in industry.
The Applicant has found that the material currently most suitable for this purpose is a three-layer composite material comprising two separate outer layers 62 and 63 of a graphite.
<EMI ID = 23.1>
<EMI ID = 24.1>
of sheets in thickness varying between 0.127 and 0.381 - 0.508 mm. The third or inner layer of this composite material is made of an asbestos fabric 64 which may be a material.
<EMI ID = 25.1>
The table below clearly illustrates a number of possible combinations of these. three. materials, as well as
<EMI ID = 26.1>
this table, choosing different combinations of thicknesses
<EMI ID = 27.1>
to impart the desired heat transfer characteristics to the composite material. This characteristic is important because glass containers of different sizes require different rates of stopping or attenuating the heat flow to ensure a uniform distribution of the latter for its dissipation by the cooling fluid.
BOARD
<EMI ID = 28.1>
As pointed out previously, the values indicated in the table above can be compared with the specific thermal conductivity values of pig iron which reach 37 kcal / h / m / [deg.] C. Although the lowest value shown in this table is
<EMI ID = 29.1> "illif
by removing parts of the sleeves 14 and 22, for example, by drilling a number of holes therein. While one might think that this procedure tends to create uneven heat transfer zones, it has been found that it can be eliminated.
<EMI ID = 30.1>
ment the uniformity of heat transfer in the insert support 16. The thermal conductivity of graphite alone is about 2.22 kcal / h / m / [deg.] C, while asbestos alone has a value of thermal conductivity of 0.37 kcal / h / m / [deg.] C. Therefore, if we used graphite alone to form a sleeve, the latter would have
<EMI ID = 31.1>
<EMI ID = 32.1>
remove part of the sleeve by drilling holes in it, this ratio can be reduced to 10: 1. Using the composite material having a thermal conductivity value of 0.31 results in a sleeve whose thermal conductivity value is approximately
120 times less than that of cast iron. As can be seen from the table above, it appears that this modification of the material allows the above mentioned interval to be maintained of about 120-10 times for mold materials other than cast iron. By examining this
-Table, it will also be noted that the greatest thickness of the composite materials mentioned therein is only 1.549 mm. This relatively thin layer of material plays a very large role in the correct operation of this type of heat dissipation system.
Therefore, it is possible to mount a water cooling system in a glass forming mold whose physical characteristics fall within the limits of existing industrial forming machines. The very thin layer which the sleeves 14 and 22 have, somewhat fulfills the same function as a considerable volume of cast iron with regard to the resistance offered to the heat flow and the new uniform distribution of the total heat flow. Trials undertaken earlier to use water cooling for molds
forcing glass, failed due to the inability to locate the water flow passages at a point far enough from the molten glass that the heat flow could be evenly distributed at the point of dissipation. The three-part construction of the invention achieves this goal by using
the three layer laminate shown in Figure 4. Another advantage of a material of this particular configuration is that the outer graphite layers 62 and 63 are somewhat compressible; therefore, when the attached parts
10 and 18 are tightened to refusal in their support 16 with the sleeves
14 and 22 arranged between them, the graphite is compressed both against the surface separating the cavities 24 and 26 and against the rear parts of the inserts 10 and 18 which come into contact with the sleeves 14 and 22. This intimate contact facilitates the uniform heat transfer from mold inserts to substrates
mold, as well as the aforementioned circumferential distribution of heat in these supports, so that the cooling system provided for the latter allows efficient and uniform heat dissipation. It is important to understand that the composite material of Figure 4 maintains uniform thermal conductivity under compressive loads of 7 to 105 kg / cm2. This characteristic is important because the inserts 10
and 18, as well as their support 16, expand when heated by the molten glass thereby tending to compress the sleeves 14 and 22 between them, which can lead to changes in the thermal conductivity value of the composite material
sleeves 14 and 22 if this material was not, as has been stated, relatively insensitive to compressive loads. This expansion further promotes intimate contact between the different surfaces as has been explained previously.
Figure 5 illustrates a type of mold which is sometimes used for forming parisons or blanks in a process for manufacturing glass containers. In the state patent?
<EMI ID = 33.1>
operating according to the principle of molding "solid" blanks
or monoblocks. In Figure 5, an insert support 66
is made in one piece. This type of support 66 moves vertically upwards until the parison is disengaged, after which it moves away from the latter, thus allowing its transfer. The cavity 70 of the parison has the shape of the interior of a one-piece insert 68 supported by the support 66. As in the embodiment described above, a sleeve of a thermally insulating material 72 is disposed between the insert. 68 and its support 66. Preferably, this sleeve 72 is made of the composite material described in detail with reference to
<EMI ID = 34.1>
by means of several screws such as that indicated at 73 in FIG. 5. The operating characteristics of the one-piece blank mold illustrated in FIG. 5 are essentially identical to those described previously with reference to the embodiments of FIGS. 1 and 2. In other words, the sleeve 72 acts as a partial stop for the transfer of heat by conduction, while it uniformly distributes the heat given off by a glass filler contained in the cavity 70 of the mold insert 68, thus allowing the dissipation of this heat by means of a cooling fluid circulating in the support 66.
This cooling fluid enters the insert holder 66 through an inlet port 74 and then circulates in a series of passages 76 communicating with each other and which are formed or drilled in the insert holder 66. The cooling fluid then leaves
this support 66 via an outlet orifice 78. This fluid can be recycled in the manner described with reference to FIG. 3; this fluid can also again be a pressurized gas such as air which