"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
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l'emplacement de l'élément d'arrêt partiel de transfert de chaleur
par conduction.
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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-
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de fabrication a été l'aptitude que possède l'air sous basse pres-
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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-
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principal réside dans le fait que la dissipation de chaleur a ten-
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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
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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;
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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
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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
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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
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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
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passage d'admission 46 se subdivise en une série de passages de droi-
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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
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qu'ils rentrent parfaitement dans les compétences de l'homme de métier
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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
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l'effet exercé par les manchons thermiquement isolants 14 et 22.
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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
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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
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En outre, on peut obtenir un réglage moins précis de cette vitesse de transfert de chaleur en utilisant une seule soupape de réglage
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�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
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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
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moule. Etant donné qu'ils sont réalisés en une matière relativement non conductrice pour la chaleur, les manchons isolants 14 et 22 cons-
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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
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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.
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Le tableau ci-après illustre clairement un certain nombre de combinaisons possibles, .de ces. trois. matières, ainsi que les va-
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tre cet tableau, en choisissant différentes combinaisons d'épaisseurs
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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
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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
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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
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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
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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?
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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-
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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