Procédé de guillochage de tubes en résine thermoplastique
On entend par guillochage dans le présent mémoire tout motif superficiel tracé en creux à la surface des éléments considérés, dans un but soit fonctionnel soit ornemental.
De tels motifs superficiels, souvent appliqués aux éléments tubulaires destinés à diverses applications, ont été obtenus à ce jour soit par gravure ou attaque chimique de la surface, soit par moulage ou coulée en coquille. Tous ces procédés présentent des inconvénients, soit parce que les types de guillochage réalisables sont limités, soit parce que leur prix de revient est élevé, soit encore par la nécessité de pro céder à des opérations s de finition telles que meulages pour l'ébarbage notamment dans le cas du moulage à l'aide des moules à éléments multiples usuels.
L'invention a pour objet un procédé de guillochage de tubes en résine thermoplastique exempts des défauts des procédés antérieurs. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on insère le tube axialement dans la cavité d'une matrice cylindrique et autour d'une membrane tubulaire dilatable, la surface de ladite cavité portant un relief complémentaire au guillochage désiré, en ce que l'on applique la pression d'un fluide à l'intérieur de la membrane tubulaire afin de la faire se dilater contre la surface intérieure du tube et refouler le tube contre la cavité de la matrice de manière que ledit relief s'imprime définitivement dans la surface extérieure du tube.
Le nouveau procédé est rapide et économique, n'exige aucune opération ultérieure de finition, permet la réalisation de motifs de forme quelconque. I1 est en outre applicable à des éléments tubulaires préalablement formés, tels que les tubes en résine synthétique extrudés vendus sur le marché, et n'altère pas les caractéristiques de ces éléments.
On va maintenant décrire à titre illustratif, non limitatif, un exemple de mise en oeuvre de l'invention, représenté au dessin annexé sur lequel:
La fig. 1 montre en élévation une bobine pour fibres ou filés textiles, munie d'une enveloppe tubulaire guillochée par le procédé objet de l'invention.
La fig. 2 est une vue en bout de la fig. 1.
La fig. 3 en est une coupe axiale.
La fig. 4 est une vue fragmentaire analogue à la fig. 1, mais montrant une autre forme de guillochage.
La fig. 5 est une vue perspective d'une matrice.
La fig. 6 est une vue en bout d'une variante de matrice.
La fig. 7 est une vue schématique en bout, avec arrachement, d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé.
La fig. 8 enfin est une vue de l'appareil en élévation et coupe.
Le mode de mise en oeuvre choisi est appliqué à la réalisation d'une bobine pour fibres ou filés textiles, d'un type bien défini; il va sans dire que ni cette application particulière, ni la forme du guillochage choisie, ne sauraient limiter la portée de l'invention.
La bobine représentée aux fig. 1-3, d'un type connu, est constituée par un corps tubulaire cylin- drique 1, par exemple en acier, muni d'embouts 2 et 3 et d'une pièce intérieure 4 de renforcement et de support de la broche. En outre, le corps 1 et en partie les embouts 2 et 3 sont recouverts d'une enveloppe tubulaire 5 en résine synthétique dont une extrémité (à gauche sur le dessin) est retournée pour s'engager dans une gorge pratiquée dans l'embout 2.
L'enveloppe 5 présente une surface guillochée 7, le guillochage étant omis d'une part le long d'une ou plusieurs bandes longitudinales 8 et d'autre part aux extrémités de l'enveloppe, ces régions restant lisses.
Dans l'exemple (fig. 1), le guillochage a la forme d'une rainure hélicoïdale ou filet de vis, mais on pourrait bien entendu choisir tout autre motif, tel que le motif quadrillé ou moleté représenté fig. 4. Le rôle essentiel du guillochage, notamment du guillochage hélicoïdal de la fig. 1, est de s'opposer aux glissements axiaux des fibres le long de la bobine sans gêner l'enlèvement des fibres. Les bandes lisses telles que 8 facilitent notamment la coupure de la fibre sur la bobine pour l'enlèvement. Le guillochage peut être très fin; c'est ainsi que la rainure hélicoïdale précitée peut avoir un pas de 2,5 au millimètre ou un pas inférieur, et que sa profondeur peut être comprise par exemple entre 2,5 et 75 microns.
La réalisation d'une telle rainura ar gravure, attaque chimique ou usinage serait evidemment très longue et coûteuse. D'autre part, sa réalisation par les procédés de moulage connus entraîne la présence inévitable de bavures aux lignes de joint entre les sections du moule, d'où la nécessité d'opérations de finition supplémentaires.
L'enveloppe tubulaire 5 est réalisée à partir d'un tronçon de tube en résine synthétique d'un genre disponible sur le marché; par exemple un tube extrudé en copolymère d' acrylonitrile-butadiène- styrène ( A.B.S. ) ou toute autre matière thermopIastique présentant les caractéristiques voulues, d'allongement et d'élasticité notamment.
Le guillochage est obtenu au moyen d'une matrice à cavité simple (fig. 5-8), dont la surface intérieure présente en relief le motif désiré, comme on l'indique en T (fig. 5). Les techniques usuelles d'usinage, d'attaque ou de moulage permettent de former aisément à la surface de la matrice le motif voulu, que celui-ci ait la forme de la rainure héli coïdale précitée ou toute autre. Dans une mise en oeuvre particulière du procédé, la matrice utilisée présente une surface intérieure cylindrique (mis à part le motif superficiel dont elle est pourvue) et elle est essentiellement en une seule pièce, ou se comporte comme telle.
Comme le montre la fig. 7, on peut, en vue de ménager les bandes longitudinales lisses 8, prévoir dans la surface intérieure de la matrice le nombre voulu de rainures longitudinales 10 dans lesquelles on rapporte des fourrures 11, dont la surface intérieure 12, cylindrique, est lisse.
Le tronçon de tube plastique 13 destiné à former l'enveloppe 5 est introduit dans la cavité de la matrice comme le montrent les fig. 7 et 8, autour d'un tube 14 constitué par une membrane dilatable, par exemple en caoutchouc, qui entoure elle-même un tube 15 relié à une source de pression telle qu'un vérin hydraulique 16 commandé au moyen d'un excentrique 17 par une source de force motrice convenable.
Le tube 15 communique par des canaux radiaux montrés en pointillés avec l'intérieur de la membrane 14 de manière à permettre d'imprimer au tube une dilatation radiale uniforme sur toute sa surface.
La matrice est de préférence chauffée au moyen d'éléments de chauffage 20 insérés dans une chemise qui l'entoure.
Quand on applique la pression hydraulique à l'intérieur de la membrane 14, celle-ci se gonfle et le tube plastique 13 se dilate, pour s'appliquer contre la surface intérieure de la matrice, dont le motif s'imprime à la surface extérieure du tube 13 pour y former le guillochage voulu, tel que celui comportant la rainure hélicoïdale 7 interrompue par les bandes lisses 8.
Dans un exemple pratique, le tube 13 étant constitué en A.B.S. comme spécifié plus haut, la matrice doit être portée à une température comprise entre 82 et 880C environ, et la pression peut être appliquée pendant 1,75 seconde environ. Dans ces conditions, dès que la pression est supprimée, le tube revient par élasticité à son diamètre d'origine, et sa surface guillochée se décolle de la matrice, permettant le démoulage ax-t;
. rependant, en raison du léger échauffement superficiel du tube 13, l'élasticité de la matière constitutive du tube au voisinage de sa surface est suffisamment faible pour que le guillochage qui y a été formé constitue une empreinte permanente ayant la profondeur prévue. I1 est évident que par un choix judicieux des paramètres dont notamment, la température, la pression et le temps d'application de celle-ci, on peut agir sur les caractéristiques de l'empreinte permanente formée sur le tube 13, entre des limites déterminées par la profondeur du motif prévu dans la cavité de la matrice.
Tous ces paramètres dépendent d'ailleurs de la nature de la matière constitutive du tube 13, et les valeurs numériques données plus haut, relatives au cas où cette matière est l'A.B.S., ne sont nullement limitatives.
I1 faut que l'élément tubulaire possède dans son ensemble une capacité d'allongement et une élasticité suffisantes pour qu'il puisse se dilater sous'pression à lui appliquer et former l'empreinte voulue à sa surface, puis se contracter quand la pression intérieure est supprimée, afin de permettre son extraction de la matrice. La température et le temps de chauffage doivent permettre d'obtenir la déformation permanente jusqu'à la profondeur voulue, sans toutefois que l'échauffement ne pénètre à une profondeur suffisante dans la paroi du tube pour affecter l'élasticité de cette paroi dans son ensemble ce qui gênerait l'extraction n une fois l'empreinte formée.
I1 faut remarquer que cette limitation du chauffage appliqué assure aussi la conservation des propriétés mécaniques du tube et évite l'établissement de contraintes locales. On trouve dans le cas de tubes d'épaisseur modérée (par exemple de 0,5 mm environ), et ayant un allongement appréciable (par exemple de l'ordre de 30 O/F), qu'il est faoile de régler les paramètres opératoires de manière à reproduire le motif désiré, correspondant au relief de la matrice, à une profondeur réglée avec précision et sans rencontrer de difficultés pour extraire le tube guilloché de la matrice, ni altérer ses propriétés physiques.
L'appareil destiné à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention peut prendre de nombreuses formes, et par exemple celle représentée à la fig. 8, qui comporte des organes coulissant entre eux pour assurer l'éjection de l'élément tubulaire fini. On observera que le tube dans son ensemble n'est soumis qu'à des efforts de dilatation et de contraction élastiques, et qu'il ne risque donc pas de s'établir de tensions internes comme il s'en produit du fait de la contrat tion des moules usuels.
L'espace annulaire compris entre la matrice et la membrane tubulaire 14 en l'absence de la pression appliquée à celle-ci, peut être prévu assez grand pour permettre facilement l'insertion et l'enlèvement des éléments tubulaires 13 malgré les fluctuations, permises par les tolérances de fabrication, dans leur diamètre, l'épaisseur de leur paroi, et leur ovalisation; ces fluctuations en effet ne sont pas augmentées du fait de l'opération de guillochage.
Il ressort de ce qui précède que le procédé objet de l'invention permet d'obtenir à peu près tout motif de guillochage voulu à la surface d'un élément tubulaire thermoplastique présentant les caractéristiques convenables d'allongement et de déformation permanente.
Comme on l'a indiqué, dans le cas de tubes en
A.B.S. d'épaisseur de paroi 0,5 mm, il est possible d'obtenir les empreintes permanentes voulues sans affecter l'élasticité ni les autres propriétés mécaniques du tube. L'invention est applicable à des tubes plus minces, à condition n que la nature de l'empreinte permette de réaliser la déformation permanente voulue sans altérer sensiblement l'élasticité du tube dans son ensemble ; elle est applicable aussi aux tubes d'épaisseur plus forte, à condition d'augmenter la pression hydraulique appliquée selon les besoins, et de prévoir une membrane dont le diamètre à l'état contracté soit plus petit, pour un diamètre donné de la cavité.