OCTOBRE 2012 PHILIPPE LEGER VERSION 4 TUBES ET PROFILES OCTOBRE 2012 PHILIPPE LEGER VERSION 4

INSA OYONNAX GMPP4 APPRENTISSAGE

EXTRUSION DE TUBES

C’est toujours plus intéressant d’avoir des sondes température et pression de la matière directement et pas celle de la filière

Les lignes de flux doivent être parallèles sur tout le trajet de la matière. La température doit être homogène dans toute la masse de matière. Les vitesses de sortie doivent être égales en tout point. Un exemple d’écoulement simulé est donné ci-dessous, avec un défaut d’écoulement corrigé par une modification géométrique de l’outillage.

Les ailettes de soutien et de centrage du porte poinçon sont des obstacles que doivent contourner les flux de matières. Ces flux se referment en aval de ces ailettes en laissant dans la matière des lignes de faiblesse et des diminutions d’épaisseur. Le profil de ces ailettes n’est pas neutre quant à la géométrie et la tenue mécanique du tube fini. Une étude de l’influence de ces formes est donnée sur le graphique suivant:

14° 26° 45° 68°

Tête TPO Sortie du tube Entrée de matière Pour faire des tubes en Pehd TPO = thermoplastique polyoléphyne, n’est pas faite à la base pour le PVC (risque de brulure dans l’étranglement) mais peut être adaptée)

On met une zone d’étranglement pour effacer les lignes de soudures puis on met une zone de relaxation (décompression)

Sur les têtes « polyoléfines » présentées, les ailettes créatrices de perturbations locales d ‘écoulement sont remplacées par des grilles circulaires ou des canaux spiralés. Après chaque zone d’écoulement non parallèle , une zone d’étranglement gommant les lignes de re soudure et redistribuant la matière régulièrement sur la périphérie interne de l’outillage est disposée en aval du distributeur d’entrée. Après chaque zone d’étranglement, une zone de détente est aménagée pour permettre la relaxation des contraintes élastiques accumulées dans la matière fondue au cours de sont trajet.

Centrage de filière automatique

CO-EXTRUSION

Pour une matière semi cristalline classique (PP, PE, PA,…) on peut avoir un étirement important. Le diam de la filière = 2x le diam du tube fini (tube de diam20, filière de 40) Pour une matière chargée ou amorphe on prendra un rapport de 1,5 Pour dimensionner le conformateur, il faut prendre en compte les dimensions du tube fini + le retrait de refroidissement de la matière Il faut faire attention car en tirant sur le tube, on le rend rétractable, il risque donc de rétrécir s’il est soumis à une température lors de son utilisation. Pour limiter ca, on peut réduire le diam de la filière pour moins tirer et faire un tunnel de refroidissement avec de l’eau à 60°C plutôt qu’à 10°C, on évite la trempe

On ne peut pas mettre un calibrage intérieur et extérieur en même temps

Pour un conformateur à dépression, le rapport entre le diamètre de filière et le diamètre extérieur du tube conformé doit être de 2 pour les matériaux semi cristallins et de 1,3 à 1,5 pour les matériaux amorphes. On prendra les mêmes relations pour le rapport entre le diamètre de poinçon et le diamètre interne du tube conformé. La longueur du « land » ou partie droite est prise égale à 20 fois l’entre fer de filière. Le land est la partie avant la torpille qui permet de relaxer le matériau

Conformation sur film d’eau

Conformation par arrosage seul

Tireur à chenilles

Tireur à bandes( matières extrudées souples)

Découpe par scie circulaire montée sur chariot mobile La scie est montée sur un chariot mobile et la découpe est faire dans le mouvement

Découpe par lame

Enroulement sur touret cas des tubes souples

Ligne de co extrusion en service

Ligne de tubes d’écoulement en PVC rigide

TUBES ANNELES

Dans ce cas , le conformateur est constitué de coquilles mobiles contre lesquelles le tube est plaqué par pression intérieure( chaque coquille joue le rôle d’un moule de  thermoformage). Les coquilles mobiles remplacent les patins de tirage d’un train de chenille conventionnel pour tube lisse.

EXTRUSION DE PROFILES

Ligne « bi sortie » On double le débit, mais il faut doubler tout le matériel de sortie (tireuse, bac à eau,…) pour permettre un réglage si jamais le débit est différent entre les deux sorties Par ce procédé on conserve la même vitesse de sortie en doublant la production

Ligne de profilés

La partie de gauche est une tête d’extrusion dont l’extrêmité est la filière

Outillage ouvert Plaque porte poinçon dit plaque « pont »t Plaque de soritie Chaque plaque est une ébauche de plus en plus précise de la forme voulue et la dernière plaque supporte le poincon . IL y a une étude préliminaire sur la forme du profilé pour prendre en compte les différences de vitesses dans les différentes zones du profilé, les problèmes de contraintes et de retraits. L’ajout de petits détails dans la géométrie de la filière peut s’avérer être un gros problème à extruder et fait ralentir la vitesse de ligne

Les outillages sont constitués de plaques portant les ébauches de plus en plus précises du profilé à obtenir. Les plaques sont assemblées les unes aux autres pour constituer le chemin de passage à la matière. Les flux sont canalisés et guidés progressivement pour constituer , en final , la forme à conformer. L’outillage doit garder les lignes de flux parallèles, doit conserver une température uniforme , des temps de séjour égaux et doit permettre une vitesse de sortie égale en tout point de la section finale. L’équilibrage de l’outillage est obtenu en respectant ces conditions pour chaque plaque. Les outillages sont souvent chauffés, rarement régulés >> l’extrudeuse doit être suffisamment bien réglée pour ne pas à avoir à demander à l’outil de modifier la température du matériau.

Co extrusion deux couches rigide/souple Toutes les épaisseurs de paroi sont égales sur la filière présentée. Le flux va avancer tout droit, cela va simplifier beaucoup de chose C’est de la co-extrusion (derrière et au dessus)

Plaque de sortie montée L’ensemble des petits détails (crochets, barettes, …) vont poser beaucoup de problèmes Plaque de sortie montée

Plaque porte poinçon ou plaque « pont »

On remarque ici que l’outillage est usiné au fil et que l’ailette est profilée à la main (lime)

Outillage bi empreinte ouvert Pour augmenter les vitesses de ligne, on conserve la vitesse de sortie, mais on fait une double sortie en filière ce qui génère 2x plus de produit fini. On monte jusque 6 x . La complication se situe au niveau de l’équilibrage des différentes sorties Ces plaques sont usinées par électroérosion

Plaque de sortie Pour récupérer des vitesses désequilibrées, on peut chauffer un peu plus une plaque par rapport aux autres L’outillage est très percé pour faire passer les vis d’assemblages, ce qui provoque des irrégularités de chauffage (dans le cas d’un chauffage en plaque par opposition à un chauffage en cartouche)

EQUILIBRAGE DES FILIERES Exemple d’une goulotte électrique

Trajet de la matière fondue maillage 3D de l’outillage

sortie entrée SECTIONS DE COUPE A DIFFERENTES POSITIONS DU PARCOURS DE COULEE DE LA MATIERE FONDUE

PROFILS DE VITESSE A LA SORTIE DE PLUSIEURS SECTIONS En théorie, bleu = vitesse nulle à la parois, ce qui n’est pas vrai en réalité mais qui simplifie les calculs On remarque qu’à partir de l’avant dernière plaque, la vitesse est trop forte en certain points, on peut s’attendre à une déformation duprofilé

équilibrage Vitesses de sortie trop fortes On a un rapport de 10, la filière n’est pas équilibrée Vitesse de sortie trop faible

équilibrage Vitesses de sortie trop fortes Le serpentin n’est pas fait exprès et est du à la vitesse trop rapide localement

conformation

Les saignées sont des fentes d’aspiration pour collet le profilé contre le conformateur

Table de calibrage avec conformateurs à sec Ici c’est un conformateur en 2 sections ce qui permet d’avoir un temps de refroidissement très long sans pour autant risquer de bloquer le profilé dans le conformateur (on préfèrera avoir 3x 1m plutôt que 1x 3m)

Conformateur à sec ouvert Conformateur à sec (ouvert ici pour le démarrage). C’est le conformateur qui donne l’état de surface final du produit (d’où poli miroir du conformateur) Un conformateur va s’user au cours du temps du aux frottements importants qu’il rencontre. Souvent il est préféré de faire un outil pas trop cher, avoir un bon échange thermique qui va s’user beaucoup plus vite plutôt qu’un outil dur qui s’use moins vite mais qui est difficile à usiner, plus lourd et qui n’a pas le même échange technique

Conformateur sec fermé

Conformateur sec ouvert

Les fentes d’aspiration doivent permettre de plaquer le profilé contre le conformateur dans toutes les zones tolérancées. Ces fentes sont rapprochées en entrée, là ou la matière et la plus malléable et plus espacées en bout des conformateur. La largeur des fentes est de l’ordre de 0,5mm . Plusieurs secteurs d‘aspiration indépendants sont à aménager afin de permettre un placage plus ou moins forts selon les zones de plus fortes tolérances dimensionnelles. Attention: plus le placage est fort , plus les côtes finales seront précises mais plus le frottement de la matière sur le conformateur sera fort et plus la vitesse de ligne devra être abaissée.

Entrée de conformateur humide

Conformateur humide

Lames de calibrage sous vide Il y a moins de frottement sur ce système que sur l’autre

Refroidissement simulation du profil thermique

Le 2eme conformateur est moins efficace car la peau extérieure du profilé a durci, elle ne colle donc pas à la paroi, l’échange thermique est moins bon. Pour corriger le problème on peut pulvériser de l’eau qui a un excellent coefficient d’échange thermique

Parois déformées GEOMETRIE FINALE DU PROFILE EN SORTIE DU CALIBREUR 2

Arrosage en sortie calibreur 1 Profil thermique en sortie de calibreur 2

Forme finale du profilé avec ces nouvelles conditions de fabrication

Les parois internes fermées ne sont pas accessibles au refroidissement par conduction qui diffuse à partir de la surface du conformateur métallique sur laquelle le profilé est plaqué. Un fort gradient de température en résulte en sortie de ligne, ce qui conduit à une forte accumulation de tensions internes , voire à des déformations. Les vitesses de lignes de profilés sont étroitement liées à la lenteur du refroidissement inhérent aux matières plastiques. Pour des épaisseurs de parois de 1 mm au moins , des vitesses de 2 à 5 m/mn sont courantes. La définition des formes au moment de la conception du profilé sont déterminantes sur ces rendements de ligne; tout détail difficile à conformer ou toute tolérance trop sévèrement abaissée seront sanctionnés par une vitesse d’extrusion plus lente et un coût de revient de fabrication plus élevé.

Mise en forme des patins de tirage

On a un profilé en V, on met donc des patins en v pour ne pas faire glisserle profilé et pour avoir une traction uniforme La mise en forme des patins de tirage permet un entraînement du profilé sans glissement et en limitant les déformations

Ligne de profilé en service

CONTRÔLE EN PRODUCTION EXEMPLE TEST DE CHOC PAR MASSE TOMBANTE

Les contrôles en production permettent de détecter les défauts de géométrie et de structure qu’il est important de corriger en temps réel. Les essais de choc par masse tombante sont simples à mettre en œuvre et donnent une information rapide sur l’accumulation de tensions internes qui affaiblissent la résistance mécanique globale du profilé. Un test de laboratoire par révélation des tensions internes par trempe dans un liquide tensio -actif donne une cartographie des zones de fortes tensions internes par libération de celles-ci et déformations locales. Les tests de retrait à chaud ( un peu plus longs) donnent une information sur des conditions d’étirage en sortie filière trop accentuées.

TESTS DE CHOC produit fini

Révélation de tensions internes par trempe dans un tensio-actif