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L’intégration du programmateur d’épaisseur de paroi sur la machine de soufflage de corps creux a fortement accéléré son développement. À partir d’une analyse de l’évolution des programmateurs d’épaisseur en Chine, nous résumons les pistes de développement.
Il existe de nombreux procédés de fabrication de contenants plastiques : soufflage de corps creux, injection, rotomoulage, compression, formage à froid après extrusion à chaud, etc. Parmi eux, le soufflage de corps creux et l’injection sont les deux plus utilisés. Selon les données disponibles, 80% à 90% des corps creux dans le monde sont fabriqués par soufflage. Cette technologie consiste à plaquer par pression d’air la paraison plastifiée contre la paroi intérieure du moule.
La paraison est produite par extrusion : la matière fondue est extrudée à travers l’entrefer filière-noyau pour former des paraisons cylindriques de formes diverses, qui pendent verticalement sous leur propre poids. Les corps creux doivent respecter une épaisseur de paroi minimale pour leur résistance, or les premières souffleuses ne disposaient pas de programmateur d’épaisseur de paraison. Pour que la partie la plus mince atteigne le minimum requis, il fallait épaissir d’autant le reste du produit.
D’où un gaspillage de matière. Pour réduire les coûts, raccourcir le refroidissement et accélérer le cycle, il est plus économique de piloter l’épaisseur de la paraison. Par exemple, pour un fût à large ouverture 501, le poids net nécessaire pour atteindre l’épaisseur minimale est de 3.5kg sur une souffleuse classique, contre 2.4kg avec un programmateur de paraison, qui satisfait pleinement l’exigence : on économise 20 % à 30% de matière, et les produits sont réguliers et plus minces.
Exigences techniques du système de contrôle d’épaisseur de paroi
Le système de contrôle d’épaisseur de paroi pilote l’ouverture et la fermeture de l’entrefer : c’est un asservissement de position. Pour garantir la qualité des corps creux, la grandeur pilotée doit suivre précisément la consigne, avec un temps de réponse aussi court que possible. Prenons un programmateur simple à 10 points : en extrusion continue, une paraison est extrudée en un temps minimal d’environ 5 s, et la courbe doit être réalisée en 5 s, divisée en 10 segments sur l’axe du temps, soit environ 0.5s par segment.
Selon la théorie du suivi, le temps de transition d’une impulsion du programmateur d’épaisseur doit représenter 1/5 à 1/10 du temps de passage, soit 0.05 à 0.1 s : le système doit donc répondre très vite. Avec une réponse aussi rapide, la position pilotée doit en outre suivre précisément la consigne, faute de quoi le contrôle d’épaisseur perd son intérêt. Satisfaire ces deux exigences à la fois est la difficulté de conception d’un système de contrôle d’épaisseur pour les fortes charges.
De plus, la courbe étant tracée à partir de 10 points pris sur le profil de la paraison, il faut interpoler entre les points pour obtenir une courbe aussi lisse que possible.
Principe de fonctionnement du système de contrôle d’épaisseur de paroi
Le système de contrôle d’épaisseur de paroi fonctionne en boucle fermée ; il comprend le programmateur, une servovalve électro-hydraulique, un actionneur et une règle électronique servant de capteur de retour. L’utilisateur définit sur le panneau du programmateur la courbe axiale d’épaisseur de la paraison ; le programmateur envoie à la servovalve un signal en tension ou en courant selon la courbe, et la servovalve actionne le vérin qui déplace le noyau vers le haut ou le bas, modifiant l’entrefer. La règle électronique mesure l’entrefer et renvoie la tension correspondante au programmateur : on obtient ainsi un système de contrôle d’épaisseur en boucle fermée.
État des programmateurs d’épaisseur de paroi
Le niveau des machines de transformation des plastiques dépend largement de celui de la mesure et du contrôle.
Les systèmes de commande des machines pour plastiques avancées à l’étranger reposent généralement sur un automate programmable (PLC), et certaines machines de haute précision utilisent la commande floue, le contrôle statistique des procédés (SPC) et des systèmes de télésurveillance, de diagnostic et de commande en réseau. L’américain Moog (M00G) est leader mondial de la conception et de la fabrication de composants et systèmes servo électro-hydrauliques. Dans le soufflage, son système autonome de contrôle d’épaisseur propose un programmateur à 30 points et 100 points (DIGIPACK) pour piloter l’épaisseur de la paraison sur les machines à accumulation et en continu.
Les machines à accumulation servent souvent aux grands contenants. Le DIGIPACK pilote l’ouverture de la filière selon le retour de la règle électronique du vérin d’accumulation ; sur l’écran LCD, l’ordonnée indique la position de l’accumulateur et l’abscisse l’ouverture de la filière. Les machines en continu comportent souvent plusieurs filières ; le DIGIPACK pilote alors l’ouverture selon le cycle, l’ordonnée indiquant le temps de cycle, le mouvement du couteau marquant généralement le début d’un cycle.
Aujourd’hui, la tendance à l’étranger pour les souffleuses de corps creux est à la commande globale de la machine, avec un automate maître et des esclaves, le contrôle d’épaisseur étant intégré à cette commande globale. Toujours chez M00G, une solution de commande machine complète (TMC) est proposée. Les programmateurs utilisés en Chine sont ceux de Moog (M00G), B&R (B&R) et Siemens (SIEMENS) : les marques étrangères tiennent fermement le marché chinois, ce qui reflète directement le faible niveau de la transformation des plastiques en Chine.
En 2003, la Chine a produit 3 405 souffleuses de corps creux. Sur ces plus de 3 000 machines, la plupart ont été assemblées par des fabricants chinois avec des systèmes de commande importés, d’où un coût élevé, une faible valeur ajoutée et des bénéfices limités. Équipées de programmateurs chinois, ces machines feraient naturellement passer l’industrie chinoise du soufflage à un niveau supérieur.
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