Procédé et dispositif de réglage de températures pour une machine à mettre en forme une matière plastique
Les machines à mettre en forme, soit à mouler les matières thermoplastiques par injection, extrusionsoufflage, thermoformage et autres procédés analogues ont ceci en commun que la matière plastique chaude , c'est-à-dire à l'état thermoplastique, est amenée dans un moule froid , c'est-à-dire dont la température est de plusieurs dizaines de degrés inférieure à celle de la matière, pour prendre la forme dudit moule et s'y refroidir.
La résistance et les caractéristiques mécaniques de la pièce moulée, son fini, l'aspect de sa surface, la précision de ses cotes dépendent étroitement de la température de la matière plastique, d'une part, et de la température du moule, d'autre part.
Certaines pièces moulées, qui présentent des parties sans dépouille, voire en légère contre-dépouille (bouchons à pas de vis peu prononcé, par exemple), doivent être démoulées à l'état élastique, sans ou avec une faible déformation permanente de la pièce.
Cela exige que le démoulage se fasse à une température déterminée, où la pièce présente encore assez d'élasticité. En dessous de cette température, la pièce ne se démoule que très difficilement, souvent avec cassure ; au-dessus de cette température, la pièce subit une déformation permanente inadmissible.
Pour un moulage d'une qualité constante, les températures de la matière plastique à mouler et du moule sont étroitement interdépendantes, et tous les praticiens des plastiques savent qu'un réglage correct n'est obtenu qu'après un certain temps de fonctionnement en continu de la machine. Ceci tient au fait que dans les machines actuelles, on ne dispose que de moyens de réglage indirects des températures. En effet, pour la température de la matière plastique, on règle la température du cylindre d'injection ou d'extrusion, ou celle des corps de chauffe par rayons infrarouges (thermoformage), mais il n'est pas ou mal tenu compte de la chaleur introduite par friction mécanique ni du refroidissement lors du transport d'une feuille de matière plastique chauffée.
En ce qui concerne les moules, la méthode la plus évoluée consiste à régler la température du fluide de refroidissement, la méthode la plus courante étant de régler empiriquement, au moyen d'un robinet, le débit du fluide de refroidissement en fonction des résultats obtenus.
Cette façon de procéder entraîne un gros pourcentage de pièces rebutées à la mise en route de chaque machine et lors de chaque arrêt de fabrication.
D'autre part, les causes de variation fortuites de la température étant nombreuses, le réglage et la conduite d'une machine automatique devient, dans de nombreux cas, un art plus qu'une technique. Un simple courant d'air inopportun peut, dans certains cas, obliger à modifier très sensiblement le réglage.
L'invention a pour objet un procédé de réglage de températures pour une machine à mettre en forme une matière plastique, permettant de remédier aux inconvénients précités, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'on mesure en un point de support de la machine sur laquelle s'appuie ladite matière, la température de celle-ci et la température du support en ce point, et en ce qu'on commande, à partir de cette mesure de la température les moyens de chauffage et de refroidissement dudit support et de la matière plastique.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un élément thermoélectrique disposé en un point de support de la ma chine sur lequel s'appuie ladite matière pendant sa mise en forme, cet élément thermo-électrique étant relié électriquement à des moyens de cqmmande du chauffage et du refroidissement dudit support et de la matière plastique, en fonction des températures momentanées du support et de la matière plastique, températures détectées par l'élément thermo-électrique.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution du dispositif selon l'invention.
La fig. 1 montre un détail de la fixation d'un thermocouple dans un moule.
La fig. 2 est un schéma - général d'une forme d'exécution du dispositif appliquée à une machine à thermoformer.
La fig. 3 est un schéma du dispositif appliqué dans un moule d'injection.
La fig. 4 est une autre forme d'exécution du dispositif appliquée dans une machine munie d'un moule d'extrusion et soufflage.
La fig. 5 montre la mise en place d'un élément thermocouple dans un moule de formage, et
la fig. 6 étant une vue en coupe de ce moule de formage.
Les procédé et dispositif décrits - ci-dessous permettent de mesurer, commander et régler simultanément la température de la matière plastique et celle du moule dans une machine à mettre en forme la matière plastique, et de maintenir constante ces deux températures, afin d'assurer une production de qualité uniforme.
Ce procédé consiste donc à mesurer en un point de support de la machine, sur lequel s'appuie la matière plastique, la température de celle-ci et la température du support. On commande ensuite, à partir de cette mesure de la température, les moyens de chauffage et de refroidissement dudit support et de la matière plastique.
Pour ce faire, on place dans la paroi du moule d'une machine à thermoformer un couple thermoélectrique à faible inertie thermique, de telle façon qu'une de ses faces soit en contact permanent avec- le moule et que l'autre face soit en contact direct avec la matière plastique chaude aussitôt que celle-ci est admise dans le moule.
Ce couple thermo-électrique, relié à un appareil régulateur de température à équipage galvanométrique directeur, mesure successivement la température de la matière au moment de son introduction dans le moule au début du cycle de fabrication, puis le refroidissement progressif de la matière plastique, et enfin la température de la pièce, qui est en même temps celle de la paroi du moule contiguë à la matière, au moment du démoulage.
Le régulateur de température comprend deux index réglables, l'un pour lire et afficher la température prescrite pour le moule, l'autre pour lire et afficher la température prescrite pour la matière plastique. A chacun de ces index est associé un couplage électrique permettant de déclencher les processus correcteurs de température. L'index correspondant à la température de la matière commande la coupure du chauffage de la matière et l'introduction du fluide de refroidissement dans le moule lorsque l'aiguille de mesure arrive à sa hauteur.
L'index correspondant à la température du moule commande: - Directement lorsque l'aiguille arrive à sa hauteur
l'opération de démoulage (ouverture des moules,
ou éjection de la pièce suivant le cas).
- Par un relais à temporisation réglable la cou
pure du refroidissement et l'enclenchement du
chauffage de la matière plastique. La temporisa
tion sera réglée de telle sorte que cette commande
ait lieu un temps très court avant la nouvelle
introduction de la matière plastique dans le moule.
Dans certains cas, suivant la longueur du cycle
de fabrication et les inerties thermiques, cette
temporisation pourra être supprimée, car le temps
qui s'écoule entre la fin d'un cycle (démoulage)
et l'introduction de matière plastique du début
d'un nouveau cycle est, en général, petit compare
à la longueur totale du cycle.
En procédant de cette façon, la durée de refroidissement de la pièce moulée est toujours adaptée automatiquement aux variations des conditions de température, et les températures respectives du moule et de la matière plastique ne peuvent varier séparément. Un démoulage à L'étant élastique ne présente aucune difficulté quelles que soient les variations inopinées des températures.
Il est, de plus, facile d'enregistrer les variationsde l'aiguille de mesure et d'en tirer des conclusions précises sur les conditions de transmission de chaleur dans le moule.
Le dispositif de réglage pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend tout d'abord un thermocouple 1 (voir fig. 1) à faible inertie thermique (ou tout autre élément thermo-électrique de faible inertie, par exemple thermistance) se présentant en principe comme une pastille mince, c'est-à-dire de surface grande relativement à son épaisseur. Ce thermocouple 1 est inséré dans le moule 2 de façon à faire partie intégrante du moule et à remplacer une partie de la surface du moule qui vient en contact avec la matière.
La pastille que forme le thermocouple 1 peut être fixée dans l'évidement 3 prévu à cet effet dans le moule 2 au moyen d'une couche mince de matière thermodurcissable 4, par exemple une couche d' Araldit (marque déposée). Ce dispositif de con- trôle comprend également un régulateur de température 5, (à équipage galvanométrique, par exemple), comprenant un dispositif de mesure du courant fourni par le thermocouple et deux index réglables 6 et 7 servant à la commande des processus correcteurs de température (voir fig. 2).
Ce dispositif comprend en outre des moyens d'agir sur les moyens de chauffage de la matière plastique et sur les moyens de refroidissement du moule.
Eventuellement, un enregistreur, ou encore un dispositif d'avance ou de retard de commande, peut être incorporé dans le dispositif pour tenir compte des inerties thermiques.
Un exemple de réalisation pratique, en l'occurrence l'application du dispositif à une machine à thermoformer, est illustré sous forme de schéma en fig. 2. Dans ce schéma, le moule 2 est supporté par un équipage mobile 8 comprenant un piston 9, coulissant dans un cylindre 10, porté par le bâti 11 de la machine. Ce cylindre 10 et son piston 11 constituent le vérin utilisé pour le démoulage. Les mouvements du piston 9 dans le cylindre 10 sont commandés par une conduite 12 d'amenée d'air comprimé. Cette amenée d'air comprimé est commandée par une vanne électropneumatique 13.
Le moule 2 présente des passages internes 14 permettant la circulation du fluide de refroidissement. Ce fluide arrive par une conduite 15 (à débit réglé) par une vanne 16, commandée elle-même électromagnétiquement. Avant d'être amenée au-dessus du moule 2, la feuille de matière plastique 17 passe devant des corps de chauffe, par exemple des corps de chauffe à infrarouge 18, groupés selon trois zones distinctes I, II, III.
Des moyens de réglage permettent d'influencer la zone III du corps de chauffe, c'est-à-dire d'augmenter son rendement thermique ou de le diminuer.
A cet effet, les lampes à infrarouge 19 de la zone III peuvent être alimentées à partir de deux circuits différents. L'un de ces circuits est repéré par le signe 20 et est commandé à partir de l'index 6 du dispositif régulateur de température 5 à équipage galvanométrique. Dès que l'index mobile 21 de l'équipage galvanométrique entre en contact avec l'index réglable 6, une impulsion de courant se transmet par un circuit 22 à un relais 23 enclenchant l'alimentation d'un courant à forte intensité dirigé sur les lampes 19 de la zone III du corps de chauffe.
L'index réglagle 7 est relié par un circuit 24 à un relais 25 commandant l'alimentation du courant de chauffage des lampes 19 de cette même zone III avec intercalage d'une résistance 26 fixe ou réglable.
L'incorporation de cette résistance 26 dans le circuit d'alimentation des lampes 19 permet donc d'abaisser le rendement calorifique desdites lampes 19, donc de diminuer le chauffage de la feuille 17 pendant son passage en face de la zone III,
Le fonctionnement de l'installation se fait de la manière suivante:
La feuille 17 de matière plastique chauffée préalablement par le corps de chauffe à infrarouge 18 est amenée en contact avec le moule 2. Ainsi, la matière plastique entre en contact avec le thermocouple 1 au moment du formage de la feuille de matière plastique. La température de ladite feuille, ainsi que la température du moule 2 sont détectées par le thermocouple 1 et transmises au régulateur 5.
Si l'index mobile 21 est disposé entre les index régla bles 6 et 7, le dispositif maintient le statu quo, c'està-dire l'intensité de chauffage du corps de chauffe 18 dans son réglage initial et l'intensité du refroidissement du moule 2 également dans son réglage initial.
La température de la feuille 17 peut donc être variée au moyen d'une variation d'intensité de la zone III du corps de chauffe 18. Cette variation peut être réalisée par la mise en circuit de la résistance 26 lorsqu'on désire une diminution du chauffage. Si l'index mobile 21 du régulateur 5 arrive à hauteur de l'index 7 (index température de matière), le circuit avec résistance 26 est enclenché. L'index 6 (index température du moule) est destiné à enclencher le circuit 20, c'est-à-dire le circuit sans résistance prévu pour le chauffage à intensité élevée.
Les zones I et II du corps de chauffe 18 sont toujours en action. Quant au circuit, de refroidissement 15, sa vanne de commande 16 est ouverte ou fermée suivant que le repère mobile 21 est en face de l'index température matière 7 ou de l'index température moule 6.
Le démoulage est commandé par l'index température matière 7 relié, d'une part, par un circuit 27 à la vanne de commande électromagnétique 16 et, d'autre part, par un circuit 28 à la vanne électromagnétique 13. L'envoi d'une impulsion de courant dans le circuit 28 permet donc de commander l'ouverture de la vanne 13 provoquant l'abaissement de l'équipage mobile 8, c'est-à-dire l'opération de démoulage.
La fig. 3 montre la mise en place du thermocouple 1 dans un moule d'injection composé d'une matrice 29 et d'un poinçon 30. Un évidement 31 est aménagé dans l'extrémité du poinçon 30, de même qu'un canal 32 pour le passage des fils 33 allant au régulateur 5. Dans cette disposition, le thermocouple 1 se trouve en regard du canal d'injection 34 ménagé dans la matrice 29.
La fig. 4 est un exemple d'application du dispositif à une machine extrusion et soufflage. Cette machine comprend un moule formé de deux coquilles 35, respectivement 36. Le thermocouple 1 est disposé dans la zone de la coquille 36 destinée à pincer le tube initial de matière plastique (parison) au moment de la fermeture du moule. Le thermocouple se trouve donc ainsi en contact avec une partie de matière plastique tombant ensuite sous forme de déchet. La coquille 36 est munie d'un canal 37 pour le passage des fils 38 aboutissant au régulateur 5.
Les fig. 5 et 6 sont un exemple de mise en place du thermocouple 1 dans un moule de formage 39, le thermocouple 1 étant situé entre deux empreintes 40. I1 se trouve ainsi prêt à entrer en contact avec la partie correspondante de la feuille Ide matière plastique venant en déchet. Un canal 41 permet le passage des fils 42 aboutissant au régulateur 5.
Les avantages du procédé et du dispositif décrits ci-dessus sont les suivants: a) Le thermocouple fixé dans le moule mesure en
début de cycle la température réelle de la matière
plastique au moment de son introduction dans le
moule, mesure et éventuellement enregistre la
vitesse de refroidissement, c'est-à-dire l'abaisse
ment progressif de la température et indique enfin,
en fin de cycle, la température réelle de la paroi
du moule en contact avec la matière. b) Le démoulage a toujours lieu à la même tempé
rature, c'est-à-dire qu'un démoulage à l'état élas
tique peut être facilement vérifié. c) Le temps de refroidissement de la pièce est tou
jours exactement adapté aux conditions de fabri
cation;
il ne peut être ni trop court, ni trop long,
puisque le démoulage a toujours lieu à la tempé
rature fixée. d) Le dispositif tend à maintenir constant L'écart
entre la température du moule et celle de la
matière plastique, toute variation fortuite d'une
température entraîne une variation corrélative
de l'autre. e) Un dispositif analogue, mais à plusieurs thermo
couples et plusieurs régulateurs peut être utilisé
pour commander un moulage multiple (par exem
ple, machine à plusieurs têtes de filière et plu
sieurs moules). f) Un tel dispositif permet également de mesurer les
capacités d'évacuation de la chaleur d'un moule
déterminé. g) Un tel dispositif peut éventuellement être adapté à
un processus continu comme, par exemple, extru
sion de feuille en continu, en fixant le thermo
couple dans le rouleau de réception de la matière
plastique en feuille chaude.
Il contrôlerait alors
seulement le taux de refroidissement.
Chaque fois que c'est possible, le thermocouple est placé dans une partie de la paroi du moule correspondant à un déchet de détourage sur la pièce moulée (partie pincée, déchet de feuille formée), il est cependant également possible de placer ce thermocouple à un point délicat du moulage.
REVENDICATIONS
L Procédé de réglage de températures pour une machine à mettre en forme une matière plastique (17), caractérisé en ce qu'on mesure en un point de support (2) de la machine sur lequel s'appuie ladite matière (17) la température de celle-ci et la température du support (2) en ce point, et en ce qu'on commande, à partir de cette mesure de la température, les moyens de chauffage (19), et de - refroidisse- ment (14), dudit support (2) et de la matière plastique (17).