Procédé et appareil pour la fabrication
<EMI ID=1.1>
une feuille en matière plastique orientable La présente invention est relative à un procédé et à un appareil pour la fabrication de pièces ou objets façonnés à partir d'une feuille ou pellicule en matière plastique, cette matière plastique présentant un certain degré de cristallinité et étant, par conséquent, orientable lorsqu' elle est soumise à des forces d'étirement ou de traction.
Comme matières plastiques utilisables dans le cadre de la présente invention, on peut citer, à titre d'exemples non limitatifs, le polypropylène et les polyesters, tels que le polyéthylène téréphtalate.
Les pièces ou objets façonnés fabriqués par le procédé et à l'aide de l'appareil suivant la présente invention peuvent présenter diverses formes, par exemple la forme de cuvettes, la forme de rondelles présentant des ondulations concentriques et formant ainsi une sorte de soufflet ou, de manière générale, la forme d'objets circulaires ou polygonaux présentant une ou plusieurs parties abaissées et/ou surélevées par rapport à leur plan central.
Il est connu de fabriquer des pièces en matière plastique thermodurcissable par injection d'une telle matière plastique dans un moule. Ce procédé connu de moulage par injection ne permet cependant pas d'obtenir des pièces à parois très minces, car il est difficile, sinon impossible, de remplir le moule par injection de matière plastique même sous une pression très élevée, lorsque les parois de la cavité du moule sont proches l'une de l'autre. Le moulage par injection ne convient donc pas pour obtenir des pièces à parois minces. Or, la fabrication de ces pièces ou objets à parois minces est souvent souhaitable sur le plan économique, par exemple lorsqu'il s'agit d'obtenir des pièces ou objets à jeter après usage.
Il est également connu de fabriquer des pièces ou objets façonnés en matière plastique par thermoformage. Dans le cas où l'on désire utiliser des matières plastiques à point de fusion bien défini, telles que le polypropylène, le procédé de thermoformage requiert un contrôle très précis de la température à laquelle la matière plastique est moulée-, ce qui exige un équipement coûteux. Au surplus, des variations même minimes de la température à la surface des pièces ou objets façonnés par thermoformage entraînent des variations importantes de l'épaisseur de ces pièces ou objets, la fluidité de la matière plastique dépendant fortement de la température qui lui est appliquée.
Lorsqu'il s'agit de fabriquer des pièces ou objets façonnés à parois de faible épaisseur par thermoformage, le pourcentage de déchets, c'est-à-dire de pièces ou objets défectueux, est souvent élevé, même si l'on fait usage d'appareils de thermoformage équipés de moyens coûteux de réglage et de répartition de la température à laquelle la matière plastique, par exemple sous forme de feuille ou de bande, est soumise pendant le thermoformage.
On a découvert à présent qu'il est possible, par un procédé purement mécanique, d'obtenir à une cadence très rapide et sans aucun chauffage de la matière plastique sous forme d'une feuille ou d'une bande de très faible épaisseur, par exemple de 200 à 300 microns, des pièces ou objets façonnés de très bonne qualité.
Le procédé et l'appareil de moulage mécanique à froid (température ambiante) suivant la présente invention permettent d'obtenir des pièces ou objets façonnés à parois très minces avec un investissement moindre que celui nécessité par le procédé de thermoformage et avec des résultats plus reproductibles que par ce dernier procédé. Ceci est dû au fait que le procédé suivant la présente invention n'exige aucun chauffage de la matière plastique et que les résultats obtenus par ce procédé ne dépendent que de paramètres mécaniques plus faciles à contrôler que la température, à savoir, entre autres, la forme des matrices utilisées et la vitesse de formage.
Suivant l'invention, le procédé de fabrication de pièces ou objets façonnés à partir d'une feuille ou pellicule de matière plastique présentant un certain degré de cristallinité, par déformation locale permanente de cette feuille de matière plastique au moyen de deux matrices à profils complémentaires, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
(1) on immobilise la feuille de matière plastique en
rapprochant deux plaques qui supportent chacune une des matrices précitées et entre lesquelles s'étend la feuille de matière plastique, de façon que les surfaces opposées de cette feuille soient fermement serrées entre ces plaques, dans la ou les parties de la feuille non destinées à être déformées ;
(2) on emboutit localement la feuille de matière plastique
en permettant aux matrices entre lesquelles sont disposées les parties de la feuille immobilisée destinées à être déformées de s'interpénétrer, grâce à un déplacement d'au moins une des matrices par rapport à sa plaque de support, de manière à provoquer un étirage et une orientation de la feuille de matière plastique jusqu'au delà de sa limite élastique dans les parties de la feuille déformées par les matrices ;
(3) on éloigne les matrices et leurs plaques de support
l'une de l'autre, et
(4) on éjecte hors des matrices les parties déformées de la
feuille de matière plastique.
Selon une particularité du procédé suivant l'invention, la feuille de matière plastique est avantageusement une bande continue animée d'un mouvement d'avancement pas-à-pas à partir d'une source d'alimentation constituée d'un rouleau ou d'une bobine débitant une telle bande de matière plastique.
Selon une autre particularité du procédé, on maintient une des plaques de support d'une matrice en position fixe, tandis que l'autre plaque de support de l'autre matrice est déplaçable par rapport à la plaque de support. mentionnée en premier lieu, tandis que l'on permet à au moins une des matrices de se déplacer par rapport à sa plaque de support à l'encontre de l'action de ressorts.
L'appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'emboutissage d'une feuille ou bande de matière plastique, comprenant une première plaque mobile à laquelle est fixée une première matrice et une seconde plaque composite qui est parallèle à la première plaque et à laquelle est fixée une seconde matrice ayant un profil complémentaire de celui de la première matrice, la plaque composite comprenant une partie de base fixe à laquelle est fixée la seconde matrice et une partie mobile supportée élastiquement par la partie de base fixe, des moyens étant prévus pour rapprocher et éloigner les plaques supportant les matrices l'une par rapport à l'autre.
Chaque matrice présente, de préférence, du côté où elle est profilée, un alésage central débouchant dans la face de la matrice destinée à venir en contact avec la feuille de matière plastique, un noyau soumis à l'action d'un ressort étant monté dans cet alésage de manière à pouvoir y coulisser sur une distance limitée par une butée.
La plaque composite précitée comprend avantageusement un premier plateau de base fixe auquel est fixée une matrice et qui supporte élastiquement un plateau mobile destiné à venir en contact par une de ses faces avec une face de la feuille ou bande de matière plastique. Le plateau mobile est relié au plateau fixe par des tiges dont une extrémité est fixée au plateau mobile et dont l'autre extrémité porte une tête pouvant coulisser dans un alésage du plateau inférieur à l'encontre de l'action de ressorts. Ces ressorts peuvent être des ressorts à boudin ou des rondelles Belleville prenant appui, d'une part, sur le plateau de base fixe et, d'autre part, sur le plateau mobile.
Dans son ensemble, l'appareil suivant l'invention comporte une source d'alimentation d'une bande continue de matière plastique, une table de support sur laquelle la bande continue susdite est amenée à avancer, un dispositif d'emboutissage tel que défini plus haut, un dispositif d' avancement pas-à-pas de la bande de matière plastique et
un dispositif de découpage des pièces ou objets façonnés dans ladite bande en aval du dispositif d'emboutissage.
D'autres particularités et détails de l'invention ressortiront de la description suivante, dans laquelle il est fait référence aux dessins schématiques ci-annexés, dans lesquels : - la figure 1 montre schématiquement, en élévation latérale, un appareil de fabrication de pièces ou objets façonnés à partir d'une matière plastique ;
- la figure 2 est une vue en coupe montrant le dispositif d'emboutissage en position ouverte ;
- la figure 3 est une vue en coupe du dispositif d'emboutissage en position fermée ;
- la figure 4 est une vue en plan du dispositif d'emboutissage dans la direction de la flèche X à la figure 3 ;
- les figures 5 et 6 montrent respectivement en coupe transversale et en plan un exemple d'un objet façonné par le procédé suivant l'invention, et
- la figure 7 montre une bande en matière plastique dans laquelle ont été façonnés des objets par emboutissage, à sa sortie du dispositif d'emboutissage et avant que ces objets soient séparés de la bande par estampage.
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
L'appareil schématisé à la figure 1 comprend une source d'alimentation 1 d'une bande de matière plastique 2 présentant un certain degré de cristallinité, telle qu'une bande de polypropylène pouvant avoir, par exemple, une largeur de 75 mm et une épaisseur de 200 à 300 microns. La source d'alimentation peut être constituée d'une bobine, dont est déroulée la bande de matière plastique 2, cette bobine 1 présentant un noyau rotatif 3, dont les extrémités sont supportées par des moyens classiques non montrés. La bande de matière plastique 2 quittant la bobine 1 passe sur des cylindres 4, entre lesquels elle forme une boucle dirigée vers le bas. Cette boucle est formée grâce à un anneau 5 de grand diamètre qui est appliqué, par son propre poids, sur la bande et est maintenu, en position verticale, entre deux parois verticales parallèles non montrées.
Après son passage sur le second cylindre de renvoi 4, la bande de matière plastique passe dans le dispositif d'emboutissage désigné dans son ensemble par la notation de référence 6, après quoi la bande dans laquelle ont été formés des pièces ou objets façonnés avance sur une table longitudinale 7 de support éventuellement munie de guides latéraux non représentés. Un dispositif d'avancement pas-à-pas 8 est prévu pour faire avancer la bande de matière plastique 2 dans le sens de la flèche Y, de telle sorte que cette bande 2 reste immobilisée dans le dispositif d'emboutissage 6 pendant le temps nécessaire (quelques secondes, par exemple 4 à 5 secondes) pour y façonner un objet, tel qu'une cuvette ou un objet à plis concentriques multiples, dont il sera question plus loin.
Un dispositif d'estampage 9 sert à découper les objets façonnés dans la bande de matière plastique, ces objets étant recueillis dans un bac collecteur 10 prévu sous la table 7. La bande de matière plastique présentant des trous aux endroits où les objets en ont été séparés par estampage est recueillie dans un second bac collecteur 11.
Au lieu d'être recueillie dans le bac collecteur
11, la bande de matière plastique perforée peut être enroulée sur une bobine qui peut être entraînée en rotation par un dispositif d'enroulement animé d'un mouvement de rotation intermittent, ce dernier dispositif remplaçant alors le dispositif d'avancement pas-à-pas 8.
Comme montré aux figures 2 et 3, le dispositif d' emboutissage 6 de la bande de matière plastique 2 comprend essentiellement une plaque supérieure 12 mobile dans le sens des flèches Z. Cette plaque 12 présente avantageusement une forme rectangulaire, dont la largeur excède quelque peu la largeur de la bande de matière plastique. Cette plaque supé-rieure présente une partie centrale 13 dont l'épaisseur est inférieure à celle de sa partie périphérique 14, de telle sorte qu'une cavité ouverte vers le bas.est formée dans cette plaque 12. Dans cette cavité est logée une matrice supérieure 15 fixée à la partie centrale 13, de manière amovible, par des vis 16.
La matrice supérieure 15 peut présenter une forme cylindrique ou polygonale (par exemple carrée ou rectangulaire), selon la forme que l'on désire conférer à l'objet à façonner dans la bande de matière plastique 2.
Dans la forme de réalisation illustrée aux figures 2 et 3 de la matrice supérieure 15, celle-ci présente centralement un alésage désigné dans son ensemble par la notation de référence 17. Cet alésage 17 comprend une partie supérieure 18 de plus grand diamètre qu'une partie inférieure 19, c'est-à-dire que cet alésage présente un rebord circulaire 20. Un noyau coulissant 21 de forme cylindrique est logé dans l'alésage 17. Ce noyau 21, dont les fonctions seront expliquées plus loin, présente une tête 22 de plus grand diamètre que la partie restante ou queue 23 de ce noyau 21.
Un ressort 24 prend appui, d'une part, sur la partie centrale 13 de la plaque supérieure 12 et, d'autre part, sur la tête 22 du noyau 21, de manière à solliciter en permanence ce noyau 21 vers le bas, le coulissement du noyau
21 étant limité vers le bas par le rebord circulaire 20 contre lequel la tête 22 dudit noyau 21 prend appui, lorsque le ressort 24 est admis à exercer pleinement son action.
Comme on le voit, en particulier, à la figure 2, où les parties du dispositif d'emboutissage sont écartées l'une de l'autre (position ouverte de ce dispositif d'emboutissage), la matrice supérieure 15 présente une série de saillies 25 séparées entre elles par des creux 26 formant la partie profilée de cette matrice supérieure 15.
Le dispositif d'emboutissage 6 comprend par ailleurs une plaque composite inférieure désignée, dans son ensemble, par la notation de référence 27, qui est parallèle à la plaque supérieure 12 et possède également, de préférence, une forme rectangulaire ou carrée. Cette plaque composite inférieure 27 comprend une partie de base fixe désignée, dans son ensemble, par la notation de référence 28 et se composant de deux plateaux, à savoir un plateau inférieur 29 et un plateau supérieur 30, le plateau inférieur 29 étant appliqué par sa face plane supérieure contre la face plane inférieure du plateau supérieur 30. Des vis 31, par exemple au nombre de quatre, maintiennent les plateaux 29,
30 fixés l'un à l'autre.
Au plateau supérieur 30 est fixée, par des vis 32, une matrice inférieure 33 dont la face supérieure présente un profil complémentaire de celui de la face inférieure de la matrice supérieure 15, c'est-à-dire qu'elle présente des saillies 35 alternant avec des creux
36, dont la forme et la disposition sont telles qu'elles permettent une interpénétration des matrices supérieure 15 et inférieure 33, comme montré à la figure 3.
Tout comme la matrice supérieure 15, la matrice inférieure 33 présente un alésage central désigné dans son ensemble par la notation de référence 37. Cet alésage 37 comprend une partie inférieure 38 de plus grand diamètre qu'une partie supérieure 39, c'est-à-dire que cet alésage 37 présente un rebord circulaire 40. Un noyau coulissant 41 de forme cylindrique, coopérant avec le noyau précité 21, est logé dans l'alésage 37. Ce noyau 41 présente une tête 42 de plus grand diamètre que la partie restante ou queue 43 de ce noyau 21. Un ressort 44 prend appui, d'une part, sur une partie centrale 45 de moindre épaisseur que la partie périphérique 46 du plateau supérieur 30, et d'autre part, sur la tête 42 du noyau 41, de manière à solliciter, en permanence, cette tête 42 à s'appliquer contre le rebord 40 de l'alésage
37. Le coulissement ascendant du noyau 41 est ainsi limité par le rebord 40 de l'alésage cylindrique 37.
La plaque composite inférieure 27 comporte également un plateau mobile 47 porté par des tiges 48 qui y sont vissées en 49 et qui présentent chacune une tête cylindrique
50 pouvant coulisser dans des alésages coaxiaux 51 ménagés dans les plateaux 29, 30 formant la partie de base fixe 28 du dispositif d'emboutissage 6. Une série de rondelles Belleville 52 entoure chacune des tiges 48, cette série de rondelles 52 prenant appui, d'une part, sur la face inférieure 53 du plateau mobile 47 et, d'autre part, sur la face supérieure 54 du plateau fixe 30. Au lieu des empilages de rondelles Belleville 52, on peut prévoir des ressorts à boudin.
La course des tiges 48 est limitée par un rebord circulaire 55 ménagé dans les alésages 51, ces derniers débouchant, d'une part, par leur partie de grand diamètre 56 vers la face inférieure 57 du plateau fixe inférieur 29 et, d'autre part, dans la face supérieure 54 du plateau fixe supérieur 30.
A la figure 2, le dispositif d'emboutissage est montré dans sa position ouverte, c'est-à-dire dans la position où sa plaque supérieure 12 et la matrice supérieure 15 sont éloignées de la plaque composite inférieure 27 et de la matrice inférieure 33 pendant un pas du mouvement d'avancement intermittent dans le sens de la flèche Y de la bande de matière plastique 2.
A chaque moment où, sous la commande du dispositif d'avancement pas-à-pas 8, la bande de matière plastique 2 est arrêtée, la plaque supérieure 12 est abaissée sous l'effet d'un dispositif mécanique (tel qu'un piston ou une came) ou d'un dispositif pneumatique ou hydraulique
(tel qu'unn vérin), de façon que la bande de matière plastique 2 soit fermement serrée et immobilisée entre, d'une part, la face inférieure 59 de la plaque supérieure 12, les saillies 25 de la matrice supérieure 15 et l'extrémité libre 60 du noyau supérieur 21 et, d'autre part,. la face supérieure
61 du plateau mobile 47 de la plaque composite inférieure 2.7 et la face libre 62 du noyau inférieur 41.
Les faces 59, 60,
61 et 62 ont, de préférence, un coefficient de friction élevé, de façon à empêcher tout glissement, pendant l'emboutissage, de la feuille ou bande de matière plastique 2 serrée entre elles. Ces faces sont, par exemple, avantageusement en acier inoxydable. Lorsque la bande de matière plastique 2 est ainsi maintenue serrée entre les deux parties du dispositif d'emboutissage, le mouvement descendant de la plaque supérieure 12 se poursuit, de façon que les saillies 25 de la matrice supérieure 15 pénèttrent dans les creux 36 de la matrice inférieure 33, tandis que les saillies 35 de cette dernière pénètrent dans les creux 26 de la matrice supérieure 15, comme montré à la figure 3.
Grâce à cette interpénétration des parties saillantes et creuses des matrices 15 et 33, la bande de matière plastique subit localement, aux endroits de cette interpénétration, une déformation permanente qui se traduit par la formation de rainures circulaires concentriques 63 alternant avec des saillies circulaires concentriques 64. Les parois latérales
65 des rainures 63 et des saillies 64 subissent pendant l'interpénétration des matrices 15 et 33 un étirage qui a pour effet d'en diminuer quelque peu l'épaisseur (comme on le voit à la figure 5), cet étirage dépassant la limite élastique de la matière plastique, en sorte que celle-ci subit une orientation.
De ce fait, dans le cas où l'on utilise une matière cristalline normalement transparente, telle que le polypropylène, les parois latérales 65 des creux 63 et des saillies 64 de l'objet façonné, désigné, dans son ensemble, par la notation de référence 66 aux figures 5 à 7, sont blanches, tandis que les parties restantes de cet objet, notamment celles désignées par les notations de référence 67, 68, 70, qui n'ont pas subi d'étirage, ont conservé leur épaisseur et n'ont pas subi d'orientation.
On notera que, pendant l'interpénétration des parties saillantes et creuses des matrices 15 et 33, le plateau mobile 47 est abaissé à l'encontre de l'action des rondelles Belleville 52, de telle sorte que, dans la position complètement fermée du dispositif d'emboutissage 6, la partie de la matrice inférieure 33 qui présente les saillies
35 et les creux 36 s'étend à un niveau supérieur à celui de la face supérieure 61 dudit plateau mobile 47 (voir figure
3).
Lorsque l'emboutissage est terminé, les noyaux 21 et 41 qui avaient été repoussés dans leurs alésages respectifs 17 et 37 à l'encontre de l'action des ressorts 24 et 44 sont libérés, au moment où les matrices supérieure 15 et inférieure 33 sont écartées l'une de l'autre, de sorte que ces noyaux 21 et 41 se déplacent, sous la poussée de leurs ressorts respectifs 24, 44 vers l'extérieur de leurs alésages 17, 37 et éjectent l'objet 66 formé par emboutissage. Les noyaux 21 et 24 ont ainsi une double fonction. D'une part, ils servent à immobiliser et à centrer les objets 66 pendant leur formation par emboutissage et, d'autre part, ils font office d'éjecteurs après cet emboutissage.
Dès que les noyaux 21 et 24 ont éjecté une pièce façonnée, le dispositif de commande d'avancement 8 fait avancer la bande de matière plastique d'un pas, dont la longueur est légèrement supérieure au diamètre d'un objet façonné, après quoi un nouvel objet peut être formé par emboutissage. En aval du dispositif d'emboutissage 6, la bande de matière plastique 2 se présente comme montré à la figure 7, c'est-à-dire que cette bande présente une série d'objets façonnés qui peuvent en être séparés un à un par estampage ou découpage au poste 9.
Dans la forme de réalisation montrée aux figures 5 et 6, l'objet façonné 66 est constitué par une rondelle présentant des rainures circulaires concentriques 63 alternant avec des saillies circulaires concentriques 64 en forme d'accordéon ou de zigzag. Cette rondelle peut aisément être déformée en appliquant une pression sur sa partie centrale plane 68. Cet objet peut, par exemple, former le fond d'un récipient en matière plastique aux parois latérales duquel il peut être soudé par son bord périphérique 67. Ce récipient peut contenir lui-même un flacon contenant un produit pharmaceutique présentant un goulot perçable.
Lorsqu'on exerce une poussée sur la partie centrale 68 de la rondelle
66, on peut ainsi provoquer le déplacement dudit flacon, de telle sorte que son goulot soit percé par une aiguille ou tige creuse acérée, ce qui permet le transvasement du produit pharmaceutique dudit flacon dans un récipient, tel qu'une poche souple à laquelle l'aiguille ou tige précitée est reliée. Ce système, décrit dans la demande de brevet PCT/BE n[deg.] 85/0001 du 23 janvier 1985 au nom de la société demanderesse, permet de dissoudre ou de disperser un produit pharmaceutique dans un excipient liquide, dans des conditions de parfaite asepsie, par exemple en vue d'administrer le médicament par voie intraveineuse ou intramusculaire.
Il est évident que le procédé et l'appareil suivant la présente invention peuvent être utilisés pour fabriquer d'autres objets que celui montré aux figures 5 à 7. Ils conviennent, en effet, pour conférer une forme quelconque comportant au moins une saillie et/ou un creux à une feuille de matière plastique mince du type orientable déformable de manière permanente par emboutissage.
Dans le procédé et l'appareil suivant l'invention, les parties composantes du dispositif d'emboutissage peuvent, au lieu d'être horizontales, être montées en position verticale, auquel cas la bande de matière plastique à emboutir suit un trajet vertical en amont et en aval de ce dispositif d'emboutissage, de même que dans celui-ci.
Le dispositif d'emboutissage, dont est muni l'appareil suivant la présente invention, peut aussi comporter plus d'une paire de matrices, de façon à permettre l'emboutissage, en une seule passe, de plusieurs pièces sur la largeur et/ou la longueur de la bande de matière plastique.
L'appareil suivant la présente invention peut être utilisé pour former, par emboutissage, des pièces présentant des formes et agencements différents de ceux de la pièce montrée aux figures 5 et 6. Les matrices 15 et 33 montrées aux figures 3 et 4 peuvent, en effet, être aisément remplacées par des matrices ayant d'autres profils que ceux désignés par les notations de référence 25,26 - 35,36, en vue de l'emboutissage d'objets différents.
La mise en oeuvre du procédé et de l'appareil suivant la présente invention a permis de constater qu'avec un investissement en capital sensiblement inférieur à celui nécessaire pour le procédé de thermoformage, il est possible, en utilisant un film ou une feuille très mince de matière plastique orientable, d'obtenir des pièces façonnées dépourvues de défauts, ces pièces étant formées à des distances rigoureusement identiques (distance inter-axe A-A constante
- voir figure 7), ce qui permet un estampage correct des pièces. Le procédé et l'appareil suivant l'invention permettent ainsi la production, à cadence très rapide, d'objets peu coûteux d'une qualité supérieure à celle que l'on peut obtenir par thermoformage.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication de.pièces ou objets façonnés à partir d'une feuille ou pellicule de matière plastique présentant un certain degré de cristallinité, par déformation locale permanente de cette feuille de matière plastique au moyen de deux matrices à profils complémentaires, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
(1) on immobilise la feuille de matière plastique en
rapprochant deux plaques qui supportent chacune une des matrices précitées et entre lesquelles s'étend la feuille de matière plastique, de façon que les surfaces opposées de cette feuille soient fermement serrées entre ces plaques, dans la ou les parties de la feuille non destinées à être déformées ;
(2) on emboutit localement la feuille de matière plastique
en permettant aux matrices entre lesquelles sont disposées les parties de la feuille immobilisée destinées à être déformées de s'interpénétrer, grâce à un déplacement d'au moins une des matrices par rapport à sa plaque de support, de manière à provoquer un étirage et une orientation de la feuille de matière plastique jusqu'au delà de sa limite élastique dans les parties de la feuille déformées par les matrices ;
(3) on éloigne les matrices et leurs plaques de support
l'une de l'autre, et
(4) on éjecte hors des matrices les parties déformées de la
feuille de matière plastique.
Method and apparatus for manufacturing
<EMI ID = 1.1>
The present invention relates to a process and to an apparatus for the production of parts or shaped objects from a plastic sheet or film, this plastic material having a certain degree of crystallinity and being, therefore, orientable when subjected to stretching or tensile forces.
As plastics which can be used in the context of the present invention, there may be mentioned, by way of nonlimiting examples, polypropylene and polyesters, such as polyethylene terephthalate.
The pieces or shaped articles manufactured by the process and using the apparatus according to the present invention may have various shapes, for example the shape of bowls, the shape of washers having concentric undulations and thus forming a kind of bellows or , in general, the shape of circular or polygonal objects having one or more parts lowered and / or raised relative to their central plane.
It is known to manufacture parts from thermosetting plastic by injecting such a plastic into a mold. This known injection molding process does not however make it possible to obtain parts with very thin walls, since it is difficult, if not impossible, to fill the mold by injection of plastic material even under very high pressure, when the walls of the mold cavities are close to each other. Injection molding is therefore not suitable for obtaining parts with thin walls. However, the manufacture of these thin-walled parts or objects is often desirable from an economic point of view, for example when it is a question of obtaining parts or objects to be discarded after use.
It is also known to manufacture plastic parts or objects by thermoforming. In the case where it is desired to use plastics with a well-defined melting point, such as polypropylene, the thermoforming process requires very precise control of the temperature at which the plastic is molded, which requires equipment. expensive. In addition, even slight variations in the temperature at the surface of the parts or objects shaped by thermoforming cause significant variations in the thickness of these parts or objects, the fluidity of the plastic material being highly dependent on the temperature applied to it.
When it comes to manufacturing shaped parts or objects with thin walls by thermoforming, the percentage of waste, i.e. defective parts or objects, is often high, even if they are used thermoforming devices equipped with costly means for adjusting and distributing the temperature to which the plastic, for example in the form of a sheet or strip, is subjected during thermoforming.
It has now been discovered that it is possible, by a purely mechanical process, to obtain, at a very rapid rate and without any heating, the plastic material in the form of a very thin sheet or strip, by example of 200 to 300 microns, very good parts or shaped objects.
The process and the apparatus for mechanical molding cold (room temperature) according to the present invention make it possible to obtain parts or shaped objects with very thin walls with a lower investment than that required by the thermoforming process and with more reproducible results. only by this latter process. This is due to the fact that the process according to the present invention does not require any heating of the plastic and that the results obtained by this process depend only on mechanical parameters which are easier to control than the temperature, namely, inter alia, the form of the dies used and the speed of forming.
According to the invention, the method of manufacturing parts or shaped objects from a plastic sheet or film having a certain degree of crystallinity, by permanent local deformation of this plastic sheet by means of two matrices with complementary profiles. , is essentially characterized in that it comprises the following stages:
(1) the plastic sheet is immobilized in
bringing together two plates which each support one of the abovementioned dies and between which the plastic sheet extends, so that the opposite surfaces of this sheet are firmly clamped between these plates, in the part or parts of the sheet not intended to be distorted;
(2) the plastic sheet is stamped locally
by allowing the dies between which the parts of the immobilized sheet intended to be deformed are arranged to interpenetrate, by virtue of a displacement of at least one of the dies relative to its support plate, so as to cause a stretching and a orientation of the plastic sheet to beyond its elastic limit in the parts of the sheet deformed by the dies;
(3) the dies and their support plates are moved away
from each other, and
(4) the deformed parts of the
plastic sheet.
According to a feature of the process according to the invention, the plastic sheet is advantageously a continuous strip animated by a forward movement step by step from a power source consisting of a roller or a coil delivering such a strip of plastic.
According to another particular feature of the method, one of the support plates of a matrix is maintained in a fixed position, while the other support plate of the other matrix is movable relative to the support plate. mentioned first, while allowing at least one of the dies to move relative to its support plate against the action of springs.
The apparatus for implementing the method according to the invention is essentially characterized in that it comprises a device for stamping a sheet or strip of plastic material, comprising a first movable plate to which a first die is fixed and a second composite plate which is parallel to the first plate and to which a second matrix is fixed having a profile complementary to that of the first matrix, the composite plate comprising a fixed base part to which the second matrix is fixed and a part mobile resiliently supported by the fixed base part, means being provided for bringing the plates supporting the dies together and away from one another.
Each die preferably has, on the side where it is profiled, a central bore opening into the face of the die intended to come into contact with the plastic sheet, a core subjected to the action of a spring being mounted in this bore so as to be able to slide there over a distance limited by a stop.
The aforementioned composite plate advantageously comprises a first fixed base plate to which is fixed a matrix and which resiliently supports a movable plate intended to come into contact by one of its faces with a face of the sheet or strip of plastic material. The movable plate is connected to the fixed plate by rods, one end of which is fixed to the mobile plate and the other end of which carries a head which can slide in a bore in the lower plate against the action of springs. These springs can be coil springs or Belleville washers bearing, on the one hand, on the fixed base plate and, on the other hand, on the movable plate.
As a whole, the apparatus according to the invention comprises a supply source for a continuous strip of plastic material, a support table on which the aforesaid continuous strip is brought to move, a stamping device as defined more top, a device for advancing the plastic strip step by step and
a device for cutting the pieces or shaped objects in said strip downstream of the stamping device.
Other particularities and details of the invention will emerge from the following description, in which reference is made to the appended schematic drawings, in which: - Figure 1 shows schematically, in side elevation, an apparatus for manufacturing parts or artifacts made from plastic;
- Figure 2 is a sectional view showing the stamping device in the open position;
- Figure 3 is a sectional view of the stamping device in the closed position;
- Figure 4 is a plan view of the stamping device in the direction of arrow X in Figure 3;
FIGS. 5 and 6 show respectively in cross section and in plan an example of an object shaped by the method according to the invention, and
- Figure 7 shows a plastic strip in which objects have been shaped by stamping, at its exit from the stamping device and before these objects are separated from the strip by stamping.
In these different figures, the same reference notations designate identical elements.
The device shown diagrammatically in FIG. 1 comprises a power source 1 for a strip of plastic material 2 having a certain degree of crystallinity, such as a strip of polypropylene which may have, for example, a width of 75 mm and a thickness from 200 to 300 microns. The power source may consist of a coil, from which the plastic strip 2 is unwound, this coil 1 having a rotating core 3, the ends of which are supported by conventional means not shown. The strip of plastic 2 leaving the coil 1 passes over cylinders 4, between which it forms a loop directed downwards. This loop is formed by a ring 5 of large diameter which is applied, by its own weight, to the strip and is held, in a vertical position, between two parallel vertical walls not shown.
After passing over the second deflection cylinder 4, the strip of plastic material passes through the drawing device designated as a whole by the reference notation 6, after which the strip in which parts or shaped objects have been formed advances on a longitudinal support table 7 possibly provided with lateral guides not shown. A step-by-step advancement device 8 is provided for advancing the plastic strip 2 in the direction of the arrow Y, so that this strip 2 remains immobilized in the stamping device 6 for the necessary time (a few seconds, for example 4 to 5 seconds) to shape an object, such as a bowl or an object with multiple concentric folds, which will be discussed below.
A stamping device 9 is used to cut the shaped objects from the plastic strip, these objects being collected in a collecting bin 10 provided under the table 7. The plastic strip having holes in the places where the objects were separated by stamping is collected in a second collecting tank 11.
Instead of being collected in the collector
11, the perforated plastic strip can be wound on a reel which can be driven in rotation by a winding device animated by an intermittent rotation movement, this latter device then replacing the step-by-step advancement device 8.
As shown in Figures 2 and 3, the drawing device 6 of the plastic strip 2 essentially comprises an upper plate 12 movable in the direction of the arrows Z. This plate 12 advantageously has a rectangular shape, the width of which exceeds somewhat the width of the plastic strip. This upper plate has a central part 13 the thickness of which is less than that of its peripheral part 14, so that a cavity open towards the bottom is formed in this plate 12. In this cavity is housed a matrix upper 15 fixed to the central part 13, in a removable manner, by screws 16.
The upper die 15 can have a cylindrical or polygonal shape (for example square or rectangular), depending on the shape which it is desired to give to the object to be shaped in the plastic strip 2.
In the embodiment illustrated in FIGS. 2 and 3 of the upper die 15, the latter has a bore centrally designated as a whole by the reference notation 17. This bore 17 comprises an upper part 18 of larger diameter than a lower part 19, that is to say that this bore has a circular rim 20. A sliding core 21 of cylindrical shape is housed in the bore 17. This core 21, the functions of which will be explained later, has a head 22 of larger diameter than the remaining part or tail 23 of this core 21.
A spring 24 bears, on the one hand, on the central part 13 of the upper plate 12 and, on the other hand, on the head 22 of the core 21, so as to permanently bias this core 21 downwards, the sliding of the core
21 being limited downwards by the circular rim 20 against which the head 22 of said core 21 bears, when the spring 24 is allowed to fully exercise its action.
As can be seen, in particular, in FIG. 2, where the parts of the stamping device are spaced from one another (open position of this stamping device), the upper die 15 has a series of projections 25 separated from each other by recesses 26 forming the profiled part of this upper matrix 15.
The stamping device 6 also comprises a lower composite plate designated, as a whole, by the reference notation 27, which is parallel to the upper plate 12 and also preferably has a rectangular or square shape. This lower composite plate 27 comprises a fixed base part designated, as a whole, by the reference notation 28 and consisting of two plates, namely a lower plate 29 and an upper plate 30, the lower plate 29 being applied by its upper flat face against the lower flat face of the upper plate 30. Screws 31, for example four in number, hold the plates 29,
30 fixed to each other.
To the upper plate 30 is fixed, by screws 32, a lower die 33, the upper face of which has a profile complementary to that of the lower face of the upper die 15, that is to say that it has projections 35 alternating with hollows
36, the shape and arrangement of which are such that they allow interpenetration of the upper 15 and lower 33 dies, as shown in FIG. 3.
Like the upper die 15, the lower die 33 has a central bore designated as a whole by the reference notation 37. This bore 37 comprises a lower part 38 of larger diameter than an upper part 39, that is to say - saying that this bore 37 has a circular rim 40. A sliding core 41 of cylindrical shape, cooperating with the aforementioned core 21, is housed in the bore 37. This core 41 has a head 42 of larger diameter than the remaining part or tail 43 of this core 21. A spring 44 bears, on the one hand, on a central part 45 of less thickness than the peripheral part 46 of the upper plate 30, and on the other hand, on the head 42 of the core 41 , so as to permanently urge this head 42 to be applied against the rim 40 of the bore
37. The upward sliding of the core 41 is thus limited by the rim 40 of the cylindrical bore 37.
The lower composite plate 27 also comprises a movable plate 47 carried by rods 48 which are screwed therein at 49 and which each have a cylindrical head
50 which can slide in coaxial bores 51 formed in the plates 29, 30 forming the fixed base part 28 of the stamping device 6. A series of Belleville washers 52 surrounds each of the rods 48, this series of washers 52 being supported, d on the one hand, on the lower face 53 of the movable plate 47 and, on the other hand, on the upper face 54 of the fixed plate 30. Instead of the stacks of Belleville washers 52, it is possible to provide coil springs.
The stroke of the rods 48 is limited by a circular rim 55 formed in the bores 51, the latter opening, on the one hand, by their part of large diameter 56 towards the lower face 57 of the lower fixed plate 29 and, on the other hand , in the upper face 54 of the upper fixed plate 30.
In FIG. 2, the stamping device is shown in its open position, that is to say in the position where its upper plate 12 and the upper die 15 are distant from the lower composite plate 27 and from the lower die 33 during one step of the intermittent forward movement in the direction of arrow Y of the plastic strip 2.
At each time when, under the control of the step-by-step advancement device 8, the plastic strip 2 is stopped, the upper plate 12 is lowered under the effect of a mechanical device (such as a piston or a cam) or a pneumatic or hydraulic device
(such as a cylinder), so that the plastic strip 2 is firmly tightened and immobilized between, on the one hand, the lower face 59 of the upper plate 12, the projections 25 of the upper die 15 and the free end 60 of the upper core 21 and, on the other hand ,. the upper side
61 of the movable plate 47 of the lower composite plate 2.7 and the free face 62 of the lower core 41.
The faces 59, 60,
61 and 62 preferably have a high coefficient of friction, so as to prevent any sliding, during the drawing, of the sheet or strip of plastic material 2 clamped together. These faces are, for example, advantageously made of stainless steel. When the plastic strip 2 is thus kept clamped between the two parts of the stamping device, the downward movement of the upper plate 12 continues, so that the projections 25 of the upper die 15 penetrate into the recesses 36 of the lower die 33, while the projections 35 of the latter penetrate into the hollows 26 of the upper die 15, as shown in FIG. 3.
Thanks to this interpenetration of the protruding and hollow parts of the dies 15 and 33, the strip of plastic undergoes locally, at the places of this interpenetration, a permanent deformation which results in the formation of concentric circular grooves 63 alternating with concentric circular projections 64 The side walls
65 of the grooves 63 and the projections 64 undergo during the interpenetration of the dies 15 and 33 a stretching which has the effect of somewhat reducing the thickness (as seen in FIG. 5), this stretching exceeding the elastic limit plastic, so that it undergoes orientation.
Therefore, in the case where a normally transparent crystalline material is used, such as polypropylene, the side walls 65 of the recesses 63 and the projections 64 of the shaped object, designated, as a whole, by the notation of reference 66 in FIGS. 5 to 7, are white, while the remaining parts of this object, in particular those designated by the reference notations 67, 68, 70, which have not undergone stretching, have retained their thickness and n have not undergone orientation.
It will be noted that, during the interpenetration of the protruding and hollow parts of the dies 15 and 33, the movable plate 47 is lowered against the action of the Belleville washers 52, so that, in the fully closed position of the device stamping 6, the part of the lower die 33 which has the projections
35 and the recesses 36 extends at a level higher than that of the upper face 61 of said movable plate 47 (see figure
3).
When the drawing is finished, the cores 21 and 41 which had been pushed back into their respective bores 17 and 37 against the action of the springs 24 and 44 are released, when the upper dies 15 and lower 33 are spaced from each other, so that these cores 21 and 41 move, under the thrust of their respective springs 24, 44 towards the outside of their bores 17, 37 and eject the object 66 formed by stamping. The cores 21 and 24 thus have a double function. On the one hand, they serve to immobilize and center the objects 66 during their formation by stamping and, on the other hand, they act as ejectors after this stamping.
As soon as the cores 21 and 24 have ejected a shaped part, the advancement control device 8 advances the plastic strip by one step, the length of which is slightly greater than the diameter of a shaped object, after which a new object can be formed by stamping. Downstream of the stamping device 6, the plastic strip 2 is presented as shown in FIG. 7, that is to say that this strip presents a series of shaped objects which can be separated one by one by stamping or cutting at station 9.
In the embodiment shown in Figures 5 and 6, the shaped object 66 consists of a washer having concentric circular grooves 63 alternating with concentric circular projections 64 in the form of an accordion or zigzag. This washer can easily be deformed by applying pressure to its flat central part 68. This object can, for example, form the bottom of a plastic container with side walls from which it can be welded by its peripheral edge 67. This container may itself contain a vial containing a pharmaceutical product with a pierceable neck.
When pushing on the central part 68 of the washer
66, it is thus possible to cause the displacement of said vial, so that its neck is pierced by a needle or sharp hollow rod, which allows the transfer of the pharmaceutical product from said vial into a container, such as a flexible pocket to which the the above needle or rod is connected. This system, described in PCT / BE patent application n [deg.] 85/0001 of January 23, 1985 in the name of the applicant company, makes it possible to dissolve or disperse a pharmaceutical product in a liquid excipient, under perfect conditions asepsis, for example to administer the drug intravenously or intramuscularly.
It is obvious that the method and the apparatus according to the present invention can be used to manufacture objects other than that shown in FIGS. 5 to 7. They are, in fact, suitable for imparting any shape comprising at least one projection and / or a hollow in a thin plastic sheet of the orientable type which is permanently deformable by stamping.
In the method and the apparatus according to the invention, the component parts of the stamping device can, instead of being horizontal, be mounted in a vertical position, in which case the strip of plastic material to be stamped follows a vertical path upstream and downstream of this stamping device, as well as therein.
The stamping device, which is provided with the apparatus according to the present invention, may also comprise more than one pair of dies, so as to allow the stamping, in a single pass, of several pieces across the width and / or the length of the plastic strip.
The apparatus according to the present invention can be used to form, by stamping, parts having shapes and arrangements different from those of the part shown in Figures 5 and 6. The dies 15 and 33 shown in Figures 3 and 4 can, in Indeed, be easily replaced by dies having other profiles than those designated by the reference notations 25,26 - 35,36, for the drawing of different objects.
The implementation of the method and the apparatus according to the present invention has made it possible to note that with a capital investment substantially lower than that necessary for the thermoforming process, it is possible, using a very thin film or sheet of orientable plastic, to obtain shaped parts free from defects, these parts being formed at strictly identical distances (constant inter-axis distance AA
- see figure 7), which allows correct stamping of the parts. The method and apparatus according to the invention thus allow the production, at a very rapid rate, of inexpensive objects of a quality superior to that which can be obtained by thermoforming.
CLAIMS
1. Method for manufacturing de.parts or shaped objects from a plastic sheet or film having a certain degree of crystallinity, by permanent local deformation of this plastic sheet by means of two matrices with complementary profiles, characterized in what it includes the following steps:
(1) the plastic sheet is immobilized in
bringing together two plates which each support one of the abovementioned dies and between which the plastic sheet extends, so that the opposite surfaces of this sheet are firmly clamped between these plates, in the part or parts of the sheet not intended to be distorted;
(2) the plastic sheet is stamped locally
by allowing the dies between which the parts of the immobilized sheet intended to be deformed are arranged to interpenetrate, by virtue of a displacement of at least one of the dies relative to its support plate, so as to cause a stretching and a orientation of the plastic sheet to beyond its elastic limit in the parts of the sheet deformed by the dies;
(3) the dies and their support plates are moved away
from each other, and
(4) the deformed parts of the
plastic sheet.