Risques de force de serrage excessive dans la production de bouteilles en plastique

Dans le monde de la fabrication de bouteilles en plastique, que ce soit par moulage par injection de préformes ou par extrusion-soufflage, il existe une idée fausse répandue selon laquelle une force de serrage plus élevée équivaut à une meilleure étanchéité et à des produits de meilleure qualité. Cependant, la force de serrage n’est pas une variable « plus c’est mieux ». Bien qu’une force suffisante soit strictement nécessaire pour maintenir le moule fermé contre la pression d’injection ou de soufflage, le dépassement du tonnage requis crée une cascade de problèmes mécaniques et de qualité. Une force de serrage excessive peut perturber considérablement l’efficacité de la production, endommager des outils coûteux et dégrader l’intégrité structurelle de la bouteille en plastique finale.

Le rôle essentiel de la ventilation des moisissures et des pièges à gaz

L’un des effets immédiats et les plus néfastes d’une force de serrage excessive est la compression des évents du moule. Les moules sont conçus avec des canaux microscopiques (des évents) au niveau de la ligne de joint pour permettre à l'air et au gaz de s'échapper lorsque le plastique fondu remplit la cavité. Lorsque le tonnage des pinces est trop élevé, l'acier des faces du moule se comprime, fermant efficacement ces évents.

L'effet diesel et les marques de brûlure

Lorsque les évents sont écrasés par une force excessive, l’air à l’intérieur de la cavité n’a nulle part où aller. Au fur et à mesure que le plastique s’y précipite, il comprime cet air emprisonné, augmentant rapidement sa température jusqu’au point d’inflammation. Ce phénomène, connu sous le nom d'effet diesel, se traduit par des marques de brûlure ou de carbonisation visibles sur la bouteille en plastique, généralement vers la fin du remplissage. Cela rend la bouteille esthétiquement inacceptable et structurellement faible au niveau du site de brûlure.

Tirs courts dus à la contre-pression

Même si le gaz emprisonné ne s'enflamme pas, la contre-pression créée par la poche d'air peut empêcher le plastique fondu de remplir complètement la cavité du moule. Il en résulte des « plans courts » ou des bouteilles incomplètes, en particulier dans les zones complexes comme la finition du col ou la base. Les opérateurs augmentent souvent par erreur la pression d'injection pour résoudre ce problème, ce qui ne fait qu'exacerber la contrainte sur le moule, créant ainsi un cercle vicieux de défauts.

Dommages structurels au moule et à la machine

Les moules pour bouteilles en plastique sont des instruments de précision fabriqués selon des tolérances strictes. Les soumettre à un tonnage bien supérieur à leurs besoins calculés entraîne une déformation physique et une usure accélérée. Ces dommages sont souvent irréversibles et nécessitent des réparations coûteuses ou un remplacement total.

• Fraisage de la ligne de séparation : Une force excessive peut faire céder ou déformer le métal au niveau de la ligne de joint (plaque de cuisson). Une fois la ligne de joint écrasée, le moule ne fermera plus parfaitement même à des pressions normales, entraînant des problèmes de bavure permanents sur les bouteilles.
• Fatigue des barres de liaison : La machine de moulage elle-même en souffre. Un serrage excessif exerce une pression inutile sur les barres de liaison, les maillons à bascule et les plateaux. Au fil du temps, cela provoque un étirement inégal des barres de liaison, ce qui conduit à des plateaux qui ne sont plus parallèles. Les plateaux non parallèles provoquent une usure inégale du moule et une épaisseur de paroi de bouteille incohérente.
• Défaillance des composants hydrauliques : Pour les machines hydrauliques, le maintien d’une pression maximale entraîne une surchauffe constante du fluide hydraulique et dégrade les joints et les vannes beaucoup plus rapidement qu’un fonctionnement à des niveaux optimisés.

Implications sur l’efficacité énergétique et le temps de cycle

Au-delà des dommages physiques, une force de serrage excessive constitue une perte importante pour l’efficacité opérationnelle. La fabrication moderne se concentre fortement sur le coût unitaire de l’énergie, et faire fonctionner une machine au tonnage maximum gonfle inutilement cette mesure.

Générer une force de serrage élevée nécessite une énergie importante. Si un moule à bouteille nécessite 200 tonnes pour rester fermé, mais que la machine est réglée sur 350 tonnes, l'énergie utilisée pour générer ces 150 tonnes supplémentaires est purement gaspillée. De plus, les mécanismes de création et de libération de cette pression excessive peuvent ajouter des fractions de seconde à la durée du cycle de séchage. Dans la production de bouteilles en grand volume, une augmentation ne serait-ce que de 0,5 seconde par cycle peut entraîner des milliers de bouteilles en moins produites par jour.

Comparaison des impacts de force optimaux et excessifs

Pour mieux comprendre les compromis, le tableau suivant présente les différences opérationnelles entre un fonctionnement avec une force de serrage optimisée et une force de serrage excessive.

Étapes constructives pour l’optimisation

L'objectif de tout responsable de production devrait être de trouver la « dose efficace minimale » de force de serrage. Il s'agit du tonnage le plus faible requis pour produire des pièces sans bavure sans compromettre le moule.

Pour y parvenir, commencez par calculer la surface projetée des bouteilles et multipliez-la par le facteur de tonnage recommandé pour le matériau. Une fois la machine en marche, réduisez la force de serrage par petits incréments (par exemple, 5 à 10 tonnes) tout en surveillant la ligne de joint pour déceler les bavures. Lorsque le flash commence tout juste à apparaître, augmentez légèrement la force (d'environ 10 %) pour établir une marge de sécurité. Cette approche garantit que le moule respire correctement, que les évents restent ouverts et que les machines durent plus longtemps, garantissant ainsi une ligne de production de bouteilles en plastique plus rentable et plus cohérente.