L'invention a trait à la fabrication des récipients par soufflage d'ébauches en matière plastique tel que polyéthylène téréphtalate (PET).

Une technique classique de fabrication de récipients est le soufflage (éventuellement doublé d'un étirage). Cette technique consiste à introduire l'ébauche (i.e. une préforme ou un récipient intermédiaire ayant subi une opération de préformage), préalablement chauffée à une température supérieure à la température de transition vitreuse de la matière (environ 80°C dans le cas du PET), dans un moule muni d'une paroi définissant une cavité à l'empreinte du récipient, et à injecter dans l'ébauche, par le col, un fluide, tel qu'un gaz (généralement de l'air), sous pression pour plaquer la matière contre la paroi du moule.

Pour certaines applications, il est nécessaire de former sur le récipient des réserves en creux, notamment dans un but esthétique (par ex. création de galbes), fonctionnel (réalisation d'une poignée de préhension du récipient) ou structurel (par ex. réalisation de panneaux latéraux ou d'un fond surétiré, destinés à absorber la déformation du récipient lors d'un remplissage à chaud).

Lorsqu'une telle réserve atteint une certaine profondeur, le récipient ne peut être soufflé dans un moule ordinaire car, malgré la pression de soufflage élevée (généralement supérieure à 30 bars), celle-ci est insuffisante pour parfaitement appliquer la matière contre le relief du moule destiné à former la réserve, surtout dans les zones tournées à l'opposé du col du récipient à partir duquel se développe la bulle de soufflage.

Aussi, on a habituellement recours à des moules munis d'inserts mobiles initialement escamotés dans la paroi du moule et déployés en cours de soufflage pour venir repousser la paroi du récipient, comme cela est illustré dans la demande de brevet européen EP 1 922256 ou la demande de brevet américain correspondante US 2009/139996 (Sidel).

Cette technique, couramment appelée « boxage », est notamment utilisée pour le formage de récipients munis d'une poignée intégrée, ou d'un fond surétiré destiné à absorber la déformation du récipient lors d'un remplissage à chaud, cf. la demande de brevet européen EP 2 173637 (Sidel).

La technique du boxage est complexe car, suivant la forme et la profondeur des réserves à réaliser, le repoussage opéré par l'insert peut conduire à un amincissement de la matière, voire à une rupture locale de la paroi du récipient qui rend celui-ci inexploitable. C'est pourquoi le réglage des machines dédiées au boxage est délicat ; il est généralement confié à des opérateurs expérimentés dont le tour de main permet de réaliser au jugé des récipients conformes. Mais il est usuel que les paramètres de réglage (pression et débit de soufflage, vitesse de déplacement de l'insert, etc.), initialement corrects, subissent au cours de la fabrication des dérives incontrôlées qui affectent la qualité des récipients. Les opérateurs expérimentés n'étant pas toujours disponibles pour corriger les réglages, il est parfois nécessaire de stopper la ligne de production pour éviter l'accumulation de récipients non conformes.

L'invention vise à perfectionner les techniques de fabrication des récipients avec boxage, notamment pour en faciliter l'automatisation.

A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'un récipient à partir d'une ébauche en matière plastique, au sein d'un moule muni d'une paroi définissant une cavité à l'empreinte du récipient, et d'un fond de moule mobile par rapport à la paroi entre une position rétractée dans laquelle il s'étend en retrait par rapport à la cavité, et une position déployée dans laquelle il s'étend en saillie vers l'intérieur de la cavité pour former dans le récipient une réserve en creux, qui comprend :

Une opération d'introduction de l'ébauche dans le moule ;

Une opération de présoufflage consistant à injecter dans l'ébauche un fluide sous pression à une pression dite de présoufflage,

Une opération de soufflage, consécutive à l'opération de présoufflage, consistant, à injecter dans l'ébauche un fluide sous pression à une pression dite de soufflage supérieure à la pression de présoufflage ;

- Une opération de boxage, initiée avant l'opération de soufflage, et consistant à déplacer le fond de moule mobile de sa position rétractée à sa position déployée. Les récipients formés par ce procédé présentent de manière fiable et récurrente une forme acceptable et de bonnes performances mécaniques. Dans la mesure où il est possible de régler les paramètres machine pour initier le boxage avant le soufflage, l'automatisation du procédé est ainsi favorisée.

Plus précisément, une commande d'ouverture d'une électrovanne de boxage étant donnée à un instant t B 1 et une commande d'ouverture d'une électrovanne de soufflage à un instant tS1, l'intervalle At entre les instants tB 1 et tS 1 est de préférence choisi pour qu'un intervalle t1 entre un instant de début réel du déplacement du fond de moule et un instant réel de début du soufflage soit tel que t1 > 0,

où :

t1 = At - At _B + At _s

At _B est le temps de réponse de l'électrovanne de boxage ;

At _s est le temps de réponse de l'électrovanne de soufflage.

En outre, l'intervalle t1 est de préférence choisi pour que t1/t2 soit compris entre 0,05 et 0,5, où t2 est une durée de montée en pression de l'ébauche après le début réel du soufflage, à l'issue de laquelle la pression demeure sensiblement égale à la pression de soufflage.

Par ailleurs, la vitesse de déplacement du fond de moule est avantageusement réglée pendant l'intervalle t1 pour que d1/C soit compris entre 0,05 et 0,5, où d1 est la distance parcourue par le fond de moule pendant l'intervalle t1 et C la course du fond de moule, séparant sa position basse de sa position haute.

II est en outre préférable d'achever l'opération de boxage après la fin d'une montée en pression de l'ébauche, à l'issue de laquelle la pression demeure sensiblement égale à la pression de soufflage.

Plus précisément, l'opération de boxage est avantageusement achevée après une durée t3 prédéterminée suivant la fin de la montée en pression de l'ébauche.

De plus, on veillera de préférence à ce que la vitesse de déplacement du fond de moule soit réglée pendant l'intervalle t3 pour que d3/C soit compris entre 0,05 et 0,6, où d3 est la distance parcourue par le fond de moule pendant l'intervalle t3 et C la course du fond de moule, séparant sa position basse de sa position haute. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 est une vue en coupe montrant un moule dans lequel a lieu le formage d'un récipient, montré à l'instant du début d'une opération de présoufflage ;

la figure 2 est une vue similaire à la figure 1, à la fin de l'opération de présoufflage ;

la figure 3 est une vue similaire à la figure 1, à la fin de l'opération de boxage ;

la figure 4 est un diagramme sur lequel sont tracés parallèlement : la courbe de pression régnant dans le récipient,

la position du fond de moule,

les chronogrammes de commande des opérations de présoufflage, soufflage et boxage.

Sur les figures 1 à 3 on a représenté un moule 1 pour la fabrication d'un récipient 2 par étirage soufflage à partir d'une ébauche 3 (en pratique, il s'agit généralement d'une préforme, obtenue par injection) en matière plastique.

Ce moule 1 comprend une paroi 4 définissant une cavité 5 interne répartie autour d'un axe 6 principal du moule qui, lorsque les récipients à former sont symétriques de révolution, forme un axe de symétrie du moule 1.

La cavité 5 définit partiellement une empreinte pour le récipient 2. La paroi 4 présente, dans une partie inférieure, une ouverture 7 définissant un passage pour un fond 8 de moule monté mobile par rapport à la paroi 4 entre une position basse, illustrée sur les figures 1 et 2, dans laquelle le fond 8 de moule est écarté de l'ouverture 7 vers le bas, et une position haute, illustrée sur la figure 3, dans laquelle le fond 8 de moule obture l'ouverture 7. Le fond 8 de moule présente une surface 9 supérieure qui, en position haute du moule 1, ferme la cavité 5, complétant ainsi l'empreinte du récipient 2, contre laquelle est appliquée la matière lors du soufflage. On appelle « course » du fond de moule la distance, notée C, séparant sa position basse de sa position haute. La préforme 3, puis le récipient 2 formé à partir de celle-ci, reposent sur une face 10 supérieure du moule 1 par l'intermédiaire d'une collerette 11 de la préforme 3, respectivement du récipient 2, qui délimite un col 12 de la préforme 3, respectivement du récipient 2, maintenu hors du moule 1.

Sous la collerette 11, la préforme 3 (puis le récipient 2) présente un corps 13, qui s'étend globalement suivant la direction axiale, et un fond 14, qui est d'abord hémisphérique (figure 1), puis, une fois formé contre le fond 8 de moule (figure 3), s'étend globalement suivant la direction radiale à partir d'une extrémité inférieure du corps 13.

Pour fabriquer le récipient 2 à partir d'une préforme 3, on procède comme suit.

Le moule 1 étant dans sa configuration illustrée sur la figure 1, avec le fond 8 dans sa position basse, on y introduit la préforme 3 préalablement chauffée à une température supérieure à la température de transition vitreuse de la matière (environ 80°C dans le cas du PET).

On introduit alors dans la préforme 3, par le col 12, une tige 15 d'étirage mobile suivant la direction axiale ; dès que la tige 15 atteint le fond 14 de la préforme 3, on initie le présoufflage, en injectant dans la préforme 3 un fluide (notamment de l'air) à une pression de présoufflage (inférieure à 15 bars).

La vitesse d'étirage et le débit d'air sont tels que la tige 15 reste en contact avec le fond 14 de la préforme 3 tout au long du présoufflage.

Lorsque la tige 15 atteint le fond 8 de moule en y plaquant le fond

14 du récipient en formation (figure 2), le fond 8 de moule se trouve toujours dans sa position basse.

La pression de présoufflage n'est pas suffisante pour plaquer la matière intimement contre la paroi 4 du moule 1, et il est nécessaire d'injecter dans le récipient 2 en formation une pression P _s de soufflage, supérieure à la pression de présoufflage (en pratique la pression P _s de soufflage est égale ou supérieure à 15 bars).

Toutefois, initier le soufflage trop tôt peut conduire à un déploiement de la matière par l'ouverture 7, au-delà de la cavité 5, dans l'interstice entre la paroi 4 et le fond 8 de moule, et donc à un pincement de la matière. C'est pourquoi l'opération de remontée du fond 8 de moule, dénommée boxage, est initiée avec une légère anticipation sur l'opération de soufflage. Plus précisément, l'avance, notée t1, du boxage sur le soufflage, est prédéterminée en étant choisie pour que la matière du fond 14 puisse commencer à se déployer vers le bas au-delà de la cavité 5 sans risquer toutefois d'être pincée entre l'ouverture 7 et le fond 8 de moule. La matière bénéficie de la sorte d'un léger surétirage favorable à l'orientation des molécules (et donc à la rigidité), sans toutefois souffrir d'un pincement entre le fond 8 de moule et la paroi 4 du moule 1.

On a représenté sur la figure 4 les courbes représentant, en fonction du temps t :

en haut, la position axiale (ou hauteur, notée H) du fond 8 de moule,

- au milieu, la pression P régnant dans le récipient 2 en cours de formage ;

en bas, les chronogrammes d'électrovannes de commande des opérations de présoufflage, de soufflage et de boxage, c'est-à-dire de déplacement du fond 8 de moule (FDM).

Les courbes sont synchronisées sur l'axe de temps qui leur est commun, les traits pointillés verticaux permettant d'effectuer une mise en correspondance des courbes à certains instants choisis.

La commande d'ouverture de l'électrovanne de présoufflage est donnée à un instant t _P1 dénommé « top départ présoufflage ». L'électrovanne de présoufflage étant affectée d'un temps de réponse At _P , la pression P régnant dans le récipient 2 subit une montée à un instant t _P2 tel que t _P2 = t _P1 + At _P .

De même, la commande d'ouverture de l'électrovanne de soufflage est donnée à un instant t _S i dénommé « top départ soufflage ». L'électrovanne de soufflage étant affectée d'un temps de réponse At _s , la pression P régnant dans le récipient 2 subit une inflexion (croissance subite) à un instant dénommé « départ réel soufflage » t _S 2 tel que t _S 2 =

Enfin, la commande d'ouverture de l'électrovanne de boxage est donnée à un instant t _B i dénommé « top départ boxage ». L'électrovanne de boxage étant affectée d'un temps de réponse At _B , le déplacement du fond 8 de moule démarre à un instant dénommé « départ réel boxage » t _B2 tel que t _B2 = t _B i + At _B .

Comme nous l'avons déjà indiqué, et comme cela est visible sur la figure 4, le boxage est initié avant le soufflage : t _B2 < t _S 2- L'intervalle t1 entre l'instant t _B2 de départ réel boxage et l'instant t _S 2 de départ réel soufflage, ainsi que la vitesse de déplacement du fond 8 de moule, sont choisis pour que le déplacement correspondant d1 du fond 8 de moule soit, d'une part, suffisamment important pour éviter le pincement de la matière et, d'autre part, suffisamment faible à la fois pour éviter un déchirement de celle-ci et maximiser la course ultérieure du fond de moule lors de la poursuite du soufflage.

En outre, on voit sur la figure 4 que le boxage est initié alors que la pression de présoufflage est sensiblement stabilisée. De la sorte, le début de mouvement du fond 8 sur chaque poste de soufflage débute à volume de bulle sensiblement identique, ce qui permet d'assurer une bonne stabilité des opérations de boxage et de soufflage sur chaque poste.

Il n'est pas suffisant de commander le top départ boxage avant le top départ soufflage (on note At le décalage entre les tops départs boxage et soufflage : At = t _S i - t _B1 ). Il faut en effet tenir compte des temps de réponse des électrovannes de boxage et de soufflage. De fait, l'intervalle t1 se calcule à partir des paramètres prédéterminés et connus At, At _B et At _s : t1 = At - At _B + At _s .

Les temps de réponse des électrovannes At _B et At _s étant des données non réglables mais connues et fixes (à la dérive des temps de réponse près, que l'on peut compenser), il suffit par conséquent de jouer sur At pour régler t1, toute variation de At résultant en une variation identique de t1.

On note t _S 3 l'instant où la pression dans le récipient cesse de croître car ayant atteint son maximum (c'est-à-dire la pression P _s de soufflage), et t2 l'intervalle séparant cet instant t _S 3 de l'instant t _S 2 de départ réel soufflage : t2 = t _S 3 - t _S 2- L'intervalle t2 correspond à la durée de montée en pression du récipient 2 après l'instant t _S 3 de départ réel soufflage.

Le processus de soufflage est classique, la pression P _s de soufflage restant appliquée pendant une durée prédéterminée pour maintenir le récipient 2 en contact prolongé avec la paroi 4 du moule 1 afin de figer et stabiliser la matière. On voit en effet sur la figure 4 que la pression régnant dans le récipient 2 suit un palier de soufflage (c'est- à-dire qu'elle demeure sensiblement constante et égale à la pression de soufflage) après l'instant t _S 3. On note enfin t _S4 l'instant de fin du soufflage, où débute une phase de dégazage (ou de balayage) lors de laquelle l'application de la pression de soufflage cesse et le récipient 2 est mis à l'air libre.

Comme cela est visible sur la figure 4, à l'instant t _S 3, le boxage n'est pas terminé, le fond 8 de moule n'ayant parcouru qu'une partie de sa course. On note d2 la distance parcourue par le fond 8 de moule pendant l'intervalle t2.

On note t _B 3 l'instant où le fond 8 de moule atteint sa position haute, ayant parcouru toute sa course. Comme cela découle de ce qui précède, et comme cela est illustré sur la figure 4, l'instant t _B 3, qui marque la fin du boxage, est postérieur à l'instant t _S 3, c'est-à-dire que le boxage s'achève après le début du palier de soufflage (en d'autres termes après la fin de la montée en pression du récipient 2 due au soufflage). En d'autres termes, t _B 3 > t _S 3, ou t3 > 0. L'instant t _B 3 de fin de boxage peut concorder avec l'instant t _S4 de fin de soufflage, mais il est préférable que l'instant t _B3 ne soit pas postérieur à l'instant t _S4 . Ainsi, pour résumer : t _S 3 < t _B3 < t _S4 .

On note t3 l'intervalle séparant l'instant t _S 3 de début du palier de soufflage et l'instant t _B3 de fin de boxage : t3 = t _B3 - t _S 3, et d3 la distance parcourue par le fond 8 de moule pendant l'intervalle t3.

On note enfin T _B la durée totale du boxage, égale à la somme des intervalles t1, t2 et t3 : T _B = t1 + t2 + t3, pendant laquelle le fond 8 de moule a parcouru l'ensemble de sa course C, égale à la somme des déplacements d1, d2 et d3 : C = d1 + d2 + d3.

Nous avons vu (et cela est bien visible sur la figure 4) que le boxage est initié avant le soufflage, et se termine après le début du palier de soufflage, c'est-à-dire que l'intervalle t2 est strictement inclus dans la durée T _B , ce que nous avons exprimé par les inégalités suivantes : t1 > 0 et t3 > 0.

En effet, si t1 < 0, on constate un pincement de la matière du fond entre le fond 8 de moule et la paroi 4, ou à tout le moins des variations de qualité dans la formation des fonds 8 d'un poste de soufflage à l'autre. Par ailleurs, si t3 < 0, on constate que le fond 14 du récipient est mal formé.

Toutefois, si les conditions t1 > 0 et t3 > 0 sont nécessaires pour obtenir des récipients 2 acceptables d'un point de vue formel et de performance mécanique, des préconisations supplémentaires permettent d'améliorer la forme et les performances mécaniques des récipients 2. En particulier, les distances d1, d2 et d3 parcourues par le fond 8 de moule pendant le boxage sont des critères importants.

En raison de la diversité des situations rencontrées dans la production industrielle, il n'est pas utile de fournir les donnés numériques précises des tests conduits par les inventeurs pour valider le modèle. En revanche, les inventeurs ont constaté que le respect de plages de valeurs permet de satisfaire les critères de forme et de performances.

On fournit, dans le tableau suivant, des plages préférées pour le choix des paramètres liés au boxage, à savoir t1 et d1 d'une part, t3 et d3 d'autre part, en fonction des paramètres t2, C, t _S 3 et t _S4> qui sont quant à eux les paramètres liés au soufflage (pression et débit de soufflage, température de chauffe) et sont extrinsèques au boxage :

Il est à noter que l'on peut maîtriser simultanément les paramètres de déplacement et d'intervalles en jouant sur la vitesse de déplacement du fond 8 de moule, laquelle peut être contrôlée par un variateur (ou restricteur) de débit de la pression alimentant un vérin de déplacement du fond 8 de moule.

Comme cela est par ailleurs visible sur la figure 4, la vitesse de boxage n'est pas nécessairement constante au cours du boxage. En effet, s'il est important d'initier le boxage avant le début du soufflage, il est préférable que le délai d'anticipation (i.e. l'intervalle t1) soit bref, car dans cette phase du cycle la pression dans la préforme reste faible, de sorte que les efforts s'opposant à la remontée du fond 8 sont négligeables et le déplacement de celui-ci peut être est très rapide. A contrario, en maximisant l'intervalle t1 on minimiserait la course effective de boxage lors de laquelle a effectivement lieu la formation du fond 8, et celui-ci risquerait alors de présenter des défauts.

En revanche, le déplacement du fond 8 de moule lors de la montée en pression (durée t2) est naturellement freiné par l'augmentation de la pression dans la préforme 3 - ce qui revient à maximiser la distance d3. Cela favorise une bonne prise d'empreinte de la matière sur le fond 8 de moule.

Dans l'exemple illustré sur la figure 4, on voit que la courbe de déplacement du fond 8 de moule s'infléchit entre t _S 2 et t _S 3, de sorte qu'en moyenne la vitesse, notée V2, de déplacement du fond 8 de moule pendant la montée en pression est inférieure à la vitesse, notée V1, de déplacement du fond 8 de moule avant l'instant t _S 2 de début réel du soufflage. Cette inflexion de la courbe correspond à l'instant où l'effort résistant qu'oppose la tige 15 à la remontée du fond 8 devient inférieur à l'effort résistant opposé par la pression de soufflage sur la surface 9 supérieure du fond 8.

On voit par ailleurs que la vitesse est maintenue sensiblement constante après cette inflexion, de sorte qu'en moyenne la vitesse, notée V3, de déplacement du fond 8 de moule sur le palier de soufflage est inférieure à la vitesse V2 de déplacement du fond 8 de moule pendant la montée en pression. Cela améliore encore la prise d'empreinte du fond 14 du récipient 2 sur le fond 8 de moule, car le ralentissement de la remontée du fond 8, qui se combine à la pression maximale régnant dans le récipient 2, permet de finaliser la prise d'empreinte de celui-ci. Ainsi, on voit que pour obtenir des récipients 2 bien formés et aux bonnes performances mécaniques il est préférable de paramétrer le boxage de sorte à satisfaire la double inégalité suivante V1 > V2 > V3.

On notera que, bien que donnée à titre d'exemple illustratif pour le boxage d'un fond de récipient, la technique qui vient d'être décrite n'est pas limitée à cette application et peut être exploitée pour le boxage de toute partie d'un récipient, notamment pour la réalisation de poignées intégrées, ou plus généralement de réserves en creux dans la paroi du récipient.