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Les processus de fabrication des emballages verres
CRITT Matériaux Alsace Les contaminants et défaillances dans l’industrie pharmaceutique, cosmétique et agroalimentaire 17 et 18 novembre 2014 Procédés de fabrication verre creux en agroalimentaire, pharmacie et cosmétique Richard PASCAL PROFEVER Procédé de fabrication verre creux Dans les domaines agroalimentaire, cosmétique et pharmacie, les procédés de fabrication d’emballage en verre creux sont variés : • Verre moulé : – Soufflé soufflé pour les flacons cosmétiques et les bouteilles – Pressé soufflé pour les bouteilles et flacons pharmaceutiques légers • Verre étiré : – Fabrication du tube par les procédés Danner et Vello – Transformation du tube en ampoules et seringues Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 3 Verre moulé Procédé soufflé soufflé et pressé soufflé Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 4 Rôle de la machine de fabrication Sortie Entrée Goutte de verre Profever RP11-14 Machine CRITT Matériaux Alsace Article fini 5 Coupe quadruple gobs Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 6 Rôle de la machine de fabrication • Quelque soit le procédé de fabrication, la machine a toujours deux fonctions simultanées : – Mise en forme Passage d’une forme pleine cylindrique à la forme définitive de l’article fini. Ce formage se fait soit en une seule étape (cas du pressage), soit en 2 étapes, l’article étant formé à partir d’une ébauche (cas du soufflé soufflé et du pressé soufflé). – Echange thermique Passage d’un verre liquide visqueux à un verre « solide ». Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 7 Procédés soufflé soufflé et pressé soufflé • Les machines de fabrication utilisant les procédés soufflé soufflé et pressé soufflé sont actuellement des machines IS (machines Ingel et Smith), machines fixes à sections individuelles. • Ces machines sont caractérisées par le nombre de sections, le nombre de gouttes et l’entraxe entre les 2 gouttes extrêmes. • Ces machines peuvent être unitaires ou assemblées par 2 (machines tandem). Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 8 Système de chargement (delivery) Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 9 Système « delivery » des machines IS Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 10 Système delivery Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 11 Machine IS10DG Bottero Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 12 Paramètres fondamentaux pour la fabrication des bouteilles et flacons • Choix du procédé – Soufflé soufflé – Pressé soufflé • Caractéristique du verre – Viscosité – Température – Transmission énergétique • Type de machine – – – – – Fournisseur (Owens, Emhart, BDF, Heye…) Machine unitaire ou tandem Nombre de sections Entraxe Nombre de gouttes Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 13 Paramètres fondamentaux pour la fabrication des bouteilles et flacons • Mécanisme machine – Cycle de fabrication (début et fin des mouvements) – Réglage (mécanique, amortissement, pression) • Conception moulerie – Conception et géométrie des moules ébaucheurs – Choix des matériaux (acier, fonte, cupro, alliage nickel, cobalt…) • Ventilation – Conception (radiale, axiale, ailettes…) – Réglage (pression d’air, temps de ventilation) • Maintenance – Mécanique machine (usure) – Qualité fluide (air comprimé, air ventilé, vide) Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 14 Procédé soufflé soufflé 1 – Chargement Entrée de la goutte dans l’ébaucheur 2 – Compression Formation de la bague 3 – Perçage (soufflé) Formation de l’ébauche 4 – Transfert De l’ébaucheur au finisseur 5 – Allongement Déformation de l’ébauche 6 – Gonflage (soufflé) Formation de l’article fini 7 – Extraction Du finisseur à la plaque d’attente Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 15 Procédé soufflé soufflé (fond plat) Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 16 Procédé soufflé soufflé (fond avec piqûre) Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 17 Procédé soufflé soufflé Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 18 Chargement Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 19 Compression Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 20 « Réchauffage » empreinte Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 21 Perçage Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 22 Procédé soufflé soufflé 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 t = 1,50 s t = 1,83 s t = 3,19 s Compression Perçage Contact ébaucheur Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 23 Procédé soufflé soufflé « Réchauffement » Allongement Transfert t = 3,92 s Profever RP11-14 t = 4,67 à 6,50 s CRITT Matériaux Alsace 24 Transfert Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 25 Avant allongement Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 26 Procédé soufflé soufflé « Réchauffement » Allongement Transfert t = 3,92 s Profever RP11-14 t = 4,67 à 6,50 s CRITT Matériaux Alsace 27 Soufflage (gonflage) Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 28 Procédé soufflé soufflé Soufflage t = 6,50 à 6,52 s Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 29 Répartition du verre en procédé Soufflé Soufflé Variation de l'épaisseur due au gradient thermique axial de l’ébauche engendré pendant la compression 0 Profever RP11-14 1 2 3 CRITT Matériaux Alsace 4 5 6 épaisseur (mm) 30 Main de ripage (de poussée) Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 31 Procédé pressé soufflé large ouverture 1 – Chargement Entrée de la paraison dans l’ébaucheur 2 – Pressage (pressé) Formation de l’ébauche 3 – Transfert De l’ébauche au finisseur 4 – Réchauffement Peu de déformation de l’ébauche 5 – Gonflage ou vide (soufflé) Formation de l’article fini 6 – Extraction Du finisseur à la plaque d’attente Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 32 Procédé pressé soufflé large ouverture 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 33 Procédé pressé soufflé large ouverture Pressage 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 34 Procédé pressé soufflé large ouverture Transfert Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 35 Procédé pressé soufflé large ouverture Soufflage Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 36 Pressé soufflé étroite ouverture Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 37 Pressé soufflé étroite ouverture 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 38 Attente pressage Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 39 Fin de pressage Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 40 Pressé soufflé étroite ouverture Pressage Température (°C) 800 850 900 950 1000 1050 1100 t = 0,00 s Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace t = 1,12 s 41 Pressé soufflé étroite ouverture Début de pressage Fin de pressage t = 1,67 s t = 0,00 s Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 42 Pressé soufflé étroite ouverture Transfert t = 1,80 s Profever RP11-14 t = 2,60 s CRITT Matériaux Alsace 43 Pressé soufflé étroite ouverture « Réchauffage » avant transfert Transfert Allongement Après transfert t = 2,42 s Profever RP11-14 t = 3,27 à 6,50 s CRITT Matériaux Alsace 44 Transfert Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 45 Pressé soufflé étroite ouverture Allongement t = 3,18 s Profever RP11-14 t = 3,76 s CRITT Matériaux Alsace t = 4,34 s 46 Pressé soufflé étroite ouverture Soufflage (gonflage) Allongement après transfert t = 3,27 à 6,50 s Profever RP11-14 t = 6,50 à 6,52 s CRITT Matériaux Alsace 47 Analyse de déplacement du verre 10 10 Pointage du moule ébaucheur tous les 10 mm Position des points visibles sur l'article : écarts entre deux pointages successifs 10 10 10 Profever RP11-14 joint fond ébaucheur CRITT Matériaux Alsace 48 Répartition moyenne du verre obtenue en procédé Pressé Soufflé étroite ouverture Répartition régressive due au fort étirement du col de l'ébauche Diminution brutale de l'épaisseur due à l'augmentation de la surface à recouvrir Répartition progressive expliquée par le fort taux d’allongement de l ’ébauche 0 Profever RP11-14 1 2 CRITT Matériaux Alsace 3 4 5 épaisseur (mm) 49 Répartition des épaisseurs sur la bouteille Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 50 Fabrication du tube Procédé Danner et Vello Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 51 Procédé Danner Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 52 Procédé Danner Profever 11-14 Verre et pharmacie 53 Procédé Danner Profever 11-14 Verre et pharmacie 54 Procédé Vello Profever RP11-14 CRITT Matériaux Alsace 55 Profever 11-14 Verre et pharmacie 56 Machine d’étirage du tube Profever 11-14 Verre et pharmacie 57 Rebrûlage des bords • Mise de la canne à dimension • Rebrûlage des bords bruts de coupe – Coupe sur une extrémité – Mise en butée – Coupe sur la deuxième extrémité Profever 11-14 Verre et pharmacie 58 Transformation du tube Transformation du tube • Quel que soit le procédé, à l’horizontal ou à la vertical, l’opération s’opère par ramollissement de la matière sur une zone localisée plus ou moins ponctuelle. • Le formage nécessite des températures entre 750 et 1150 °C selon l’opération effectuée et le type de verre • Il faut composer avec les forces de tension de surface et la gravité, selon la forme souhaitée • Mis à part le four de recuisson qui peut être électrique, la chauffe est réalisée par flamme • Les chalumeaux utilisés sont des petites rampes dont le nombre de dards et la forme de la flamme varient selon les opérations effectuées et peuvent être fixes ou en mouvement pour suivre les articles selon le procédé Profever 11-14 Verre et pharmacie 60 Transformation du tube Profever 11-14 Verre et pharmacie 61 Transformation du tube • Exemples d’opérations : – Coupe par choc thermique puis rebrûlage – Étirage – Rétreint – Formage d’un col ou moletage – Formage de la collerette et de la pointe (seringue) Profever 11-14 Verre et pharmacie 62 Transformation du tube Profever 11-14 Verre et pharmacie 63 Transformation du tube Profever 11-14 Verre et pharmacie 64 Transformation du tube • Incision pour fiole auto-cassante Profever 11-14 Verre et pharmacie 65 Travail du verre avant conditionnement • Profever 11-14 Nettoyage interne par soufflage et fermeture d’une ampoule scellée Verre et pharmacie 66
