Augmentation de la durée de vie des moules pour la mise en forme du verre creux

Improvement of hollow glass moulds life time

BSN Glass Pack, DRD, Saint-Romain-en-Gier

Résumé

La fabrication des bouteilles et pots en verre pour l’emballage alimentaire se fait par moulage. Les moules et accessoires utilisés ont une double fonction : donner la forme finale à l’article (fonction géométrique) et extraire les calories (fonction thermique). Malheureusement, l’usure des moules par l’abrasion du verre chaud lors du chargement ainsi que par l’érosion lors du nettoyage par grenaillage se traduit par une augmentation du volume de la cavité et un affaissement des arêtes. De plus, la fissuration due à la fatigue thermique et à l’oxydation réduit la durée de vie. Afin de réduire les coûts globaux de moulerie et d’améliorer les qualités des articles fabriqués, la durée de vie des moules a été augmentée.

Trois matériaux, une fonte à graphite lamellaire, une fonte à graphite sphéroïdal et un alliage base nickel sont comparés en termes de résistance à l’usure et de tenue à la fatigue thermique.

En ce qui concerne la fonte à graphite lamellaire, de grandes lamelles de graphite offrent une meilleure tenue à la résistance à la fatigue thermique que de petites lamelles. Mais l’oxydation en surface moulante étant plus importante avec de grandes lamelles, la fonte à graphite lamellaire avec de petites lamelles lui est préférée.

Une première étape pour augmenter la durée de vie des moules de verrerie est l’utilisation de la fonte à graphite sphéroïdal. La résistance à la fatigue thermique est très largement supérieure à la fonte à graphite lamellaire. Mais à cause d’une conductivité thermique moindre, cette fonte est utilisée pour de petits contenants avec une ventilation axiale.

Enfin, une deuxième étape est l’utilisation d’un alliage de nickel. Grâce à une dureté élevée aussi bien à température ambiante qu’à la température de fonctionnement, une durée de vie multipliée par deux ou trois par rapport à la fonte à graphite sphéroïdal est obtenue. Les propriétés thermiques particulièrement défavorables doivent être compensées par une conception originale. Néanmoins, un point faible de l’alliage de nickel brut de fonderie reste la résistance à la fatigue thermique qui bien que supérieure à celle de la fonte à graphite lamellaire reste inférieure à celle de la fonte à graphite sphéroïdal.

Abstract

During manufacturing of glass bottles and jars, wear of moulds occurs by abrasion (due to sliding of hot glass inside mould on the machine) and erosion (due to cleaning by sandblasting in the mouldshop). Therefore, volume and edges of moulds are modified. Furthermore, cracks due to thermal fatigue and oxidation reduce life time.

Improvement of moulds life time is possible. Three materials are compared. For gray cast iron, large flakes of graphite give a better thermal fatigue resistance than small flakes of graphite. Unfortunately, oxidation with large flakes is more damaging than small flakes. In practice, glass moulds made of gray cast iron with small flakes at the glass contacting surface are preferred.

A first step to improve moulds life time is the use of ductile iron. Internal oxidation is good and thermal fatigue resistance is extremely higher than gray cast iron. But, due to a low thermal conductivity, this grade is used for small items and/or with axial cooling.

A second step is the use of nickel alloy. Due to a high hardness both at room and working temperatures, life time is multiplied by two or three compared to ductile iron. Thermal conductivity of this material is low and special design of moulds is necessary. A weakness of nickel alloy as cast is thermal fatigue resistance. The level is higher than gray cast iron but lower than ductile iron.