MAINTENANCE DES MOULES À PNEUS
AVEC L'INGÉNIERIE DU PULVÉRISATION AU CO ₂

1.  Introduction
2.  Les aspects de la performance des systèmes de nettoyage de
     la pulvérisation de particules de CO₂
3.  Les aspects de la maintenance des moules provenant du système
     de nettoyage de particules de CO₂
4.  La technologie de pulvérisation de CO₂ — Choisir le bon Système pour
      le nettoyage et l'entretien des moules à pneus
5.  Les méthodes de nettoyage de moules à pneus avec la technologie
     de pulvérisation de particules de CO₂
6.  Les technologies émergentes pour le nettoyage de moules
7.  Autre usages de la technologie de pulvérisation de dans l'Industrie du
     pneu CO₂ — D'autres gains en productivité
8.  Sommaire

1. Introduction

Le nettoyage par pulvérisation de particules de CO₂ dans l'industrie du pneu

La possibilité de pulvériser de particules solides de CO₂ comme agent de nettoyage non-abrasif des murs de moules à pneus sans avoir à retirer ces moules de leurs presses ou sans créer un flot de résidus secondaires à intrigué l'industrie du pneu depuis le milieu des années '80. L'expérience collective des manufacturiers de pneus qui ont été les " précurseurs adoptifs " de cette technologie a conduit à une approche plus pragmatique concernant l'usage et les bénéfices de la pulvérisation des particules de CO₂ solides. Le résultat en a été le succès continu et la croissance de l'industrie de pulvérisation par le CO₂, ceci dû en large partie au soutien significatif des manufacturiers de pneus. L'acceptation générale dans le monde industriel est arrivée en particulier pour les fournisseurs de la technologie au CO₂ qui ont prêté une attention particulière à ces clients pionniers du monde de l'industrie du pneu et qui ont travaillé diligemment avec eux afin de développer pleinement des solutions durables pour les problèmes d'entretien de moules à pneus.

Aujourd'hui, la plupart des manufacturiers de pneus reconnaissent que la technologie de pulvérisation au CO₂ possède un haut potentiel de réduction de baisses de production, de coûts de main-d'œuvre et de rehaussement de l'apparence du produit final. En fait, les manufacturiers de pneus constituent un segment majeur des usagers du nettoyage par pulvérisation de particules de CO₂, de la vente de ses équipements, et de ses contrats de nettoyage. Ceci s'avèrera vrai et à u taux de plus en plus substantiel pour plusieurs années à venir. Alors qu'elle travaille à développer des solutions pour l'industrie du pneu et de ses machineries particulières, les fournisseurs de la technologie au nettoyage par pulvérisation de CO2 ont commencé à trouver des solutions aux problèmes généraux de bruit, d'ergonomie, de sécurité des opérateurs, d'accessibilité aux zones de travail difficile, de fiabilité du système et des coûts d'opération. Dans l'industrie du pneu même, l'impact économique qui a résulté de l'adoption du nettoyage des moules par le système de pulvérisation de CO₂ est incroyablement significatif. L'analyse des bénéfices montre généralement un retour financier non pas en termes d'années mais de mois. Durant le développement des relations fournisseur-clients dans l'industrie du pneu, il a été trouvé que les manufacturiers de pneus pouvaient épargner au delà d'un million de dollars par année en économie de par l'élimination des coûts reliés à la reconstruction des moules, par une augmentation des heures de moulage et de presse, par une augmentation du nombre de pneus produits et par un taux diminué de pneus manqués et éliminés. On a même trouvé une diminution substantielle des coûts reliés à l'achat de milliers de mèches à forer qui souvent, brisaient lorsqu'on tentait de nettoyer les petites et plus grandes orifices destinées à la ventilation.

La description qui suit fournira une meilleure compréhension de ce qui se fait de mieux en matière de technologie de nettoyage de particules de CO₂ pour les moules à pneus. Du point de vue des retombées au niveau des profits seulement, le système de nettoyage aux particules de CO₂ est le meilleur choix possible parmi toutes les technologies et méthodes actuellement disponibles. Cependant, dans l'industrie de nettoyage aux particules de CO₂, il existe une variété de technologies qui offrent différents niveaux de coûts et de performance de nettoyage des moules à pneus. Les différents niveaux de performance dans la variété de genre de pulvérisations par CO₂ visant au nettoyage des moules varie grandement. Une mauvaise compréhension ces différences fondamentales peut conduire au choix d'un système inapproprié, à une réduction importante de l'augmentation du potentiel de productivité et des économies.

Tout comme c'est le cas des équipements de nettoyage par abrasion, il y a deux types de système de nettoyage par pulvérisation de particules de CO₂. Un type est par alimentation directe ou le système à " un boyau. " L'autre est par alimentation inductive ou le système à " deux boyaux ". Dans les systèmes à pulvérisation d'abrasifs, il pourrait ne pas y avoir une différence significative en ce qui concerne la performance entre les deux types de système. Cependant, pour ce qui est des systèmes de pulvérisation au CO₂, il y a une différence dramatique entre les types qui doivent être bien compris et considérés avant de considérer l'adoption d'un système de nettoyage de moule. Il y a aussi deux formes de base de média de pulvérisation de CO₂ solide qui doivent être compris. Il y a le média discret de particules de glace sèche en " pastilles " et celui de glace râpée en " flocons " produit à partir d'un bloc de glace solide. L'intention de cette fiche est de fournir au lecteur une compréhension détaillée du dernier-cri en matière de technologie de pulvérisation au CO₂ comme instrument de nettoyage des moules à pneus.

Pourquoi les moules à formation doivent être nettoyés !

L'un des problèmes majeur auquel font face les manufacturiers de pneus est celui de récurer des moules le résidu qui s'accumule sur les parois lors du séchage. L'accumulation de ce dépôt est causée par la réaction chimique du sulfure et de l'oxyde de zinc sous haute et chaude pression. L'excès de dépôt dans la région du grain du moule à pneu peut causer des irrégularités de surface suffisantes sur la surface pour que le pneu ne se scelle pas adéquatement autour de la roue. Avec le temps, le pneu perdra progressivement son air ce qui aura pour résultat final, un client insatisfait ou furieux. Les fins caractères alphanumériques d'information D.O.T. sculptés sur le côté du pneu doivent par régulations gouvernementales demeurer clairs, bien détourés et complètement lisibles d'altérations en altérations. La surface des murets doit demeurer d'une texture uniforme et le niveau d'éclat doit satisfaire les critères d'esthétique du marché. La délinéation doit être claire afin d'éviter de que celle ne laisse des taches ou n'encombre les nervures de sédiments. De même, le logo identifiant le fabricant et le lettrage doivent demeurer très clairs et précis parce que c'est généralement le secteur où le client développera sa perception initiale de la qualité du produit.

Toutes les raisons précédentes sont d'excellentes raisons pour garder les moules propres. Cependant, ce ne sont pas les seules. Une vaste majorité des moules à pneus en usage aujourd'hui ont des orifices ou des mini-orifices qui ont pour fonction d'expulser l'air gardée la surface verte du pneu et la surface du moule alors que la vésicule étend la pneu vert dans la cavité du moule durant sa structuration. En règle générale, les micro-orifices ont un diamètre mesurant entre 0.020'' et 0.040'' (0.5mm et 1.0mm) et les orifices mesurent entre 0.040'' et 0.060'' (1mm et 2mm.) Les deux types peuvent s'étendre d'un pouce ou plus en profondeur dans le moule. Un moule à pneu de voiture normale contient des milliers de ces orifices. La pression d'expansion de la vésicule mêlée à la température de moulure élevée fait que certaines parties de la surface du pneu s'extrude dans ces orifices. Lorsque le cycle de formation est terminé et que le pneu est sorti du moule, la majeure partie du caoutchouc qui a pris place dans ces orifices demeure attaché au pneu et formé ces espèces de " protubérances " que l'on voit souvent sur les pneus neufs. Ce ne sont cependant pas toutes les protubérances qui sont extraites avec les pneus. Avec le temps, de plus en plus d'orifices deviennent bouchées avec du caoutchouc et cessent de remplir leur fonction. Lorsque ceci se produit, l'air enfermé dans les moules commence à causer des irrégularités de surface et d'autres manquements sur les pneus sortant de production ce qui augmentera éventuellement le taux de pneus à déclarer perdus.

Un autre secteur de préoccupation se situe dans la préoccupation de conserver les surfaces du moule qui viennent en contact, libres de résidus. Pour les moules à deux pièces, ce sont les surfaces entre les deux moitiés qui viennent en contact lorsque le moule est fermé et produit une ligne à la section médiane des nervures. Si on laisse trop de résidu s'accumuler dans ce secteur du moule, les moitiés ne se joindront plus complètement même sous une pression extrême. Le résultat en sera une remarquable extrusion dans le centre de la nervure du pneu terminé. Une accumulation excessive résulte généralement en des coûts additionnels de main-d'œuvre pour enlever cette extrusion.

Pour les pneus plus larges et plus gros, la formation se fait généralement au moyen de moules segmentés. L'ajustement entre les segments adjacents des moules, l'ajustement entre les " cerceaux " de segments fermés et les plaquettes murales ont des tolérances très limitées. Lorsqu'il s'accumule trop de résidu entre ces pièces, un vide se développe et forme une extrusion sur les pneus. Pour les pneus formés dans des moules segmentés, les extrusions sont très remarquables et source de préoccupation parce qu'elles se forment sur les côtés et au travers les rainures. Aussi, une accumulation de résidu sur les surfaces de moules d'accouplement peut causer des stress mécaniques dans les attaches des segments et les murs de la presse. Cette haute charge mécanique peu causer des manquements en ce qui concerne les attaches ce qui cause des dommages à la fois au moule et à la presse.

2. Les aspects de la performance des systèmes de nettoyage de la pulvérisation
de particules de CO₂

Les facteurs de condition de moules qui affectent les performances de nettoyage… la température

Des données accumulées au cours durant la dernière décade, depuis l'émergence du nettoyage à pulvérisation de particules de CO₂ dans l'industrie du pneu, soutiennent le fait que les moules entre 300^oF et 350^oF puissent être nettoyés 3 à 4 fois plus vite que le même moule à température ambiante. Même si les raisons et les mécanismes provoquant ce phénomène ne sont pas complètement connus, l'expérience de nettoyage des moules dans les départements de production de plusieurs producteurs de pneus s'avère établir ce fait. Dans l'étude du phénomène de dépôts des pneus, il a été déterminé que le produit chimique les produits chimiques les plus réactifs sont présents dans la polymère de base. Ces produits sont les réacteurs et les inhibiteurs qui combinés aux hautes températures de cuisson forment un matériel simili-verre sur la surface du moule. Ce matériel ressemblant au verre est différent du matériel de polymère qu'on trouve dans la cuve. Cette propriété similaire au verre du dépôt en résidu lorsque exposée aux hautes températures, s'extrait avec aisance se fracturant en petites particules si on provoque de hauts niveaux de stress thermiques ou " chocs thermiques " avec des pastilles de CO₂. Puisque la température du CO₂ solide s'établit à —109^oF, le jet de pastilles de CO₂ est la source idéale pour provoquer le choc thermique dans les couches de résidus. A des températures plus basses (à moins de 150^oF), le résidu devient plus difficile à extraire de la surface du moule parce qu'il prend la forme d'un matériel visqueux et élastique qui absorbe l'impact énergétique des pastilles de CO₂. Le mécanisme de choc thermal cesse donc de fonctionner parce que la température différentielle entre le matériel et la surface du moule sont trop basses. Le résultat en est donc un résidu très difficile à enlever lorsqu'il est à la température de la pièce ou dans des moules " à froid " et parfois même, le résidu ne répondra absolument pas à la pulvérisation de pastilles de CO₂.

Conditions de surface des moules

Les médias de pulvérisation abrasifs comme le plastique ou les grains de verre laissent typiquement une apparence de métal " à nu " après l'enlèvement des résidus et même sur les moules de pneus en acier. Cette apparence de remise à " neuf " ne doit pas être méprise car elle est réalisée aux prix de l'enlèvement d'une couche de métal de la surface du moule et par la formation d'un fini plus dur de la surface par un effet de cisèlement sur le métal par des milliers d'impacts abrasifs (plus de trous et de vallées microscopiques.) La surface ainsi devenue crée un motif de creuset qui n'existait pas dans la surface du moule original. Ceci fait que les résidus adhèreront et s'accumuleront plus aisément et plus vite que sur la surface originale. Cette érosion de la surface du moule sera discutée plus en détails subséquemment, mais il est évident que ce qui apparaît être un moule propre est plutôt un pas vers la perte de durabilité et de la viabilité d'un outil de production fort dispendieux.

La pulvérisation de particules de CO₂ n'est ni abrasive ni érosive pour le matériel de surface de la plupart des moules. Puisque la pulvérisation de particules de CO₂ n'enlève que le résidu de la surface de moules mais aucune couche de métal, toutes les taches incrustées dans le métal pourraient demeurer. Après une pulvérisation de particules de CO₂, une propreté fonctionnelle sera présente. Cependant, un moule nettoyé de ses résidus peut à première vue ne pas paraître aussi propre si on le juge à partir des standards anciens provenant de l'apparition d'un métal à nu. La preuve de la propreté du moule apparaîtra lorsque le premier pneu sera produit et que vous l'inspecterez pour percevoir la clarté des rainures, du lettrage, des détails du logo et du niveau de clarté de l'émail sur les côtés du pneu.

3. Les aspects de la maintenance des moules provenant du système de nettoyage de particules de CO₂

Les technologies de nettoyage de moules et l'érosion du moule / dommages

La méthode de nettoyage de moules à pneus la plus connue et la plus utilisée s'effectue par la pulvérisation de particules abrasives. Cette méthode est très efficace si on évalue son coût, elle est facile à installer et à maintenir et elle est relativement facile à employer. Toutes les formes de nettoyage abrasif DOIVENT être faites dans une structure fermée afin de prévenir la volatilisation dans l'air de fines particules abrasives dans l'environnement de la manufacture et de capturer et recycler le média utilisé. Les abrasifs les plus populaires utilisé pour le nettoyage de moules à pneus sont le verre, le plastique, les grains métalliques et de céramique. Ces médias ont reçu une accréditation dans l'industrie parce qu'ils sont vus comme " moyennement abrasifs. " D'autres médias abrasifs utilisés dans l'industrie du pneu incluent : le sable de silice, les plombs d'acier, les coquilles de noix, le bicarbonate de soude, et une éponge imprégnée d'abrasifs. Tous ces médias de nettoyage abrasifs peuvent typiquement être capturés et recyclés pour utilisation dans plus d'une session de nettoyage. Cependant, tous en arrivent éventuellement à briser (se pulvériser) dans une fine poussière dont on doit disposer en accord aux régulations fédérales. Le fait que chaque média précédent soit considéré " abrasif " signifie qu'éventuellement le moule à pneus sera érodé au point qu'il devra être substantiellement retravaillé ou mis au rebut. Au mieux, le nettoyage de moule à pneus par des substances abrasives est un compromis entre un nettoyage économiquement avantageux et une vie réduite du moule à pneus.

La pulvérisation abrasive ou " moyennement abrasive " cause aussi d'autres problèmes. La fine poussière, en résidu de silice incrusté ou les résidus laissés par la pulvérisation au verre ou au sable ou la poussière de sable venant de la pulvérisation PMB peuvent altérer la surface du moule à pneus, suffisamment pour empêcher une bonne liaison de certains agents relâchés. Ces agents relâchés dans les moules qui dépendent d'une surface totalement métallique à laquelle adhérer afin de bien réaliser les différents cycles de production ne peuvent s'effectuer faute d'une surface à laquelle adhérer " manque d'adhérence à la surface. " Ce résidu de grès incrusté dans la surface du moule empêche donc l'adhérence et la fusion, phases indispensables au cycle de production du pneu. Ce même blocage de fusion chimique peut s'exercer lorsqu'il y a une tentative d'appliquer différentes couches de moules pour de longues périodes de production. En général, tous les produits chimiques appliqués une surface métallique de moule réagissent plus promptement et plus efficacement lorsque toutes les surfaces de métal ne sont pas masquées par des résidus de grès.

D'autres technologies de nettoyage de moules qui existent ou émergent, incluent l'abrasion par laser, éviction par produits chimiques et fusion d'adhésif mécanique de caoutchouc résiduel. Ces méthodes sont encore au stage de développement et n'offrent pas les solutions immédiates et à court-terme comme c'est nécessaire à l'industrie du pneu. De toutes les technologies " nouvellement parues " qui sont généralement acceptées dans l'industrie et couramment disponibles, il n'y a que la pulvérisation de CO2 solide qui a été reconnue comme non-abrasive, excellent rapport prix/efficacité et ne produisant pas une traînée de résidus dans les moules qui empêche la fusion. Les Tables 1 et 2 qui suivent, présentent des données de deux études d'érosion de moules qui ont été faites par deux manufacturiers majeurs en 1991 et une fois encore en 1996. La Table 1 montre les résultats des tests de 1991 où la pulvérisation de pastilles de CO₂ a été examinée pour évaluer les effets d'érosion sur quatre types de matériaux de moules à pneus (acier, aluminium forgé, et deux types d'aluminium coulé) en utilisant trois différents types de configurations de canules pour pastilles de CO₂.

Tous les échantillons ont été pulvérisés avec des pastilles de CO2 à une pression de 300 psig. Le taux de flot de pastilles était configuré à 250 lbs à l'heure. Trois différents boyaux simples étaient utilisés. Les effets négligeables de la pulvérisation ont été constatés sur les échantillons d'acier et d'aluminium forgé alors que l'aluminium coulé a donné des signes d'érosion superficielle. Le design de la canule a eu l'effet le plus significatif sur le taux d'érosion et le cycle de l'étendue de nettoyage.

* Gain de poids attribué à la formation d'oxyde et /ou de matériau étranger

Table 1. — 1991 résultat des études sur l'érosion des matériaux de moules à pneus

co2 nettoyage de moules par abrasion 9-19-96

Pour réaliser ces essais, les paramètres suivants ont été utilisés :

• Horaire de travail de 10 jours — pastilles de CO₂

• Pression de pulvérisation à 250 psig (air comprimé) *production de 360 jours

• 3''X 5'' gravé 2618 —T6 coupons d'aluminium *36 nettoyages par année

• Cycles de nettoyage de 2 minutes

NOTE : Les cycles de nettoyages de moules segmentés sont comme suit :

Mur du haut : 5 minutes Mur du bas : 6 minutes bandes de roulement : 16.5 minutes

Table 2. — 1996 résultat des études sur l'érosion des matériaux de moules à pneus

Les études d'érosion faites en 1991 et 1996 ont été réalisées à des taux de pulvérisation supérieurs (250 à 300 psig) et à un taux de vélocité des particules supérieur à celui requis pour nettoyer les moules à pneus et leurs orifices. Ceci provient du fait que la technologie de canule de la pulvérisation au CO₂ a fait des pas significatifs en rapport à l'ère 1991-1996. Les améliorations apportées aux canules et au système de livraison permettent maintenant aux producteurs de pneus de nettoyer complètement les moules à pneus et libérer les orifices jusqu'à 0.30 pouces en diamètre à des pressions de pulvérisation ne dépassant pas 55 à 60 psig. La densité de flux des pastilles (l'impact de la distribution de particules de CO₂ par unité de surface par unité de temps) à la surface du moule est maintenant supérieure qu'elle n'a jamais été compte tenu des avances aérodynamiques dans le système de livraison à boyau unique. La capacité d'extraction des résidus dans les moules à pneus des particules de CO₂ est de loin meilleure que dans les années 1991-96 à une pression d'air inférieure et à un niveau d'énergie kinésique inférieure sur la surface du moule. Actuellement, l'érosion des moules provoquée par la pulvérisation de particules de CO₂, même pour des moules en aluminium coulé, est considérée comme négligeable et un nombre important de producteurs de pneus spécifient et achètent les particules de CO₂ pour leurs nouvelles installations tout comme ils remplacent leur système de pulvérisation d'abrasifs existants.

De plus, la pulvérisation de particules de CO₂ peut efficacement enlever les résidus que les nettoyeurs abrasifs ont laissés en dépôt suivant l'application de leur technologie de nettoyage tout comme elle peut nettoyer efficacement les orifices et micro-orifices. Ceci permet aux moules de faire un travail plus efficace et peut même permettre à la quantité d'agents relâchés de diminuer substantiellement réduisant ainsi le taux de dépôt à l'intérieur du moule.

Un autre bénéfice non négligeable est en relation à la pression d'air de pulvérisation et au volume requis aujourd'hui pour la pulvérisation de particules de CO₂. Le résultat en est que notre système a réduit les coûts associés avec l'air comprimé requis. Auparavant, le système à boyau simple des systèmes au CO₂ requérait des compresseurs puissants et dispendieux. La plupart des systèmes au CO₂ à deux boyaux présents et passés requièrent deux ou trois fois le volume d'air même à basse pression qu'un modèle récent à un seul boyau exige. Dans un système à air comprimé, la haute pression et un haut flot augmentent dramatiquement les coûts d'opération en termes d'équipement et de consommation d'énergie (électricité.) Toutes les analyses de coût et de bénéfices pour un système de pulvérisation au CO₂ devraient tenir compte du coût du système d'air comprimé et des frais inhérents à son utilisation.

Orifices et micro-orifices des moules

Les orifices et micro-orifices représentent un défi unique en matière de nettoyage et d'entretien pour l'industrie du pneu. Durant le cycle de production, comme le pneu en formation s'étend et que l'air est évacué par le système de ventilation, chaque orifice agit comme petite matrice d'extrusion qui permet à du caoutchouc non découpé à la surface du pneu de s'installer dans le l'orifice. Le caoutchouc forme alors de petites " moustaches " à la surface du pneu. La plupart de ces petites protubérances sortent de l'orifice et demeurent attachés au pneu neuf lorsqu'il est retiré du moule, mais plusieurs peuvent adhérer mécaniquement aux orifices et se séparer du pneu. Ce processus augmente le taux de congestion des trous de ventilation. À un certain moment, tellement d'orifices sont bouchés qu'ils doivent être libérés pour permettre à l'air de s'échapper lorsque le pneu prend son expansion. La façon traditionnelle de nettoyer les orifices de moules consistait à enlever le moule de la presse, pulvériser au grès les murets et rainures pour finalement forer le caoutchouc afin de l'extraire de chaque orifice avec une petite mèche et des outils à air. Un dérivé du problème des orifices bouchés se produit lorsque ces toutes petites mèches se brisent et obstruent définitivement l'orifice. Cet orifice doit alors être enlevé et remplacé par un ajout d'orifice. Les moules à pneus de camions légers et d'autos contiennent des milliers de ces orifices et micro-orifices. Le travail nécessaire pour forer ces orifices obstrués et pour les réparer lorsque les mèches à foreuses brisent en plus du coût de milliers de mèches à chaque mois constitue un investissement substantiel lorsque les manufacturiers de pneus les additionnent les uns aux autres.

Dans les dernières années, il a été trouvé que la pulvérisation aux pastilles de CO₂ est efficace pour enlever presque 100% des " petites moustaches " et autres résidus des orifices à plus petit diamètre dans les moules à pneus. De plus, le nettoyage des orifices peut se faire à la presse en même temps que le résidu de surface est à se faire accomplissant ainsi un nettoyage en une seule étape. Ceci est le résultat de la nouveauté technologique de la canule à pulvérisation de CO₂ à un seul boyau qui peut donner un haut impact d'énergie de surface et une énergie thermale avec une pression et un volume d'air minime. La plupart des adhésions mécaniques et des " moustaches " dans les orifices bouchés se produisent à la " lèvre " d'entrée de l'orifice où la pression de resserrement sur le caoutchouc est élevée et le flot de vélocité de l'extrusion du caoutchouc est bas. La majorité des " moustaches " restantes dans les orifices ont très peu d'adhésion sur les murets du trou. La pulvérisation de pastilles de CO2 possède suffisamment d'énergie pour vitement enlever le peu de caoutchouc qui est fortement adhéré à la base de la " moustache." Le flot à haute vélocité de particules et de l'air qui suit l'impact de la pastille souffle simplement la moustache non attachée hors du trou au travers l'orifice et finalement hors du moule à pneus. La capacité du système de pulvérisation des pastilles de CO2 d'accomplir ce type de libération est un pas représentant une gain de productivité dans l'industrie du pneu.

4. La technologie de pulvérisation de CO₂ — Choisir le bon Système pour le nettoyage et l'entretien des moules à pneus

Système d'accélération direct (boyau simple) vs. système inductif (venturi — " deux boyaux ")… effet d'énergie kinésique et thermique

Les systèmes de pulvérisation de CO₂ solide sont disponibles dans deux configurations de base. Le moins complexe et le moins dispendieux à produire est le système inductif à " deux boyaux " parfois aussi appelé " inductif ou système venturi." Ces systèmes fonctionnent au sable, au PMB et aux systèmes de pulvérisation de grains de verre et la plupart des systèmes à pulvérisation de CO₂ disponibles aujourd'hui utilisent cette méthode. Le média à pulvériser est tiré dans une chambre dans l'applicateur ou fusil et par l'effet venturi il est ensuite projeté hors d'une petite canule à un haut volume d'air comprimé. Parce que ces systèmes s'appuient sur la création d'une succion forte pour apporter le média à pulvériser de la trémie à la canule, la longueur du boyau à interconnexion double est typiquement limitée à 15 pieds et moins. Dans le système à deux boyaux, un boyau est le média de succion et peut être construit de matériel léger. L'autre boyau sert au transport de l'air compressé et est généralement plus lourd afin de pouvoir supporter la pression qui peut aller jusqu'à 200 psig ou plus.

Dans le système à deux boyaux, les particules du média sont transportées de la trémie vers la chambre du " fusil " par succion, où ils tombent à une très basse vélocité avec d'être induits dans le flot extérieur du boyau par un large volume d'air comprimée. Étant donné que les particules de média projetés n'ont qu'une courte distance où ils peuvent gagner une certaine motion et accélérer jusqu'à la sortie de la canule (habituellement entre 8 et 12 pouces), la vélocité de la particule moyenne est limitée à 200 à 400 pieds/secondes. Donc, en général les systèmes à deux boyaux même s'ils ne sont pas aussi dispendieux, sont limités dans leur capacité à livrer l'énergie nécessaire pour extraire le contaminant sur la surface du moule. Lorsqu'il y a un besoin accru d'énergie pour pulvériser, ces systèmes doivent être " suralimentés " aux frais d'un plus grand volume d'air requis, habituellement une pression de pulvérisation accrue est nécessaire avec aussi plus de retour de pression dans la canule, et beaucoup plus de bruit de pulvérisation produit à la sortie de la canule.

L'autre type de système de propulsion de CO₂ est similaire au système abrasif qu'on retrouve dans la pulvérisation au sable et les industries au PMB " le principe du contenant pressurisé."

Ces systèmes utilisent un seul boyau de livraison de la trémie à la " canule " dans lequel à la fois le média en particules et l'air compressé voyagent. Ces systèmes sont plus complexes et un peu plus onéreux que le système inductif à deux boyaux mais les avantages obtenus dépassent de loin la dépense initiale supplémentaire. Dans le boyau simple, le système à pulvérisation de particules de CO2 solide parfois aussi appelé " système à accélération directe ", le média est introduit de la trémie dans un boyau simple, pré-pressurisé au travers un alimentateur d'air scellé. Les particules commencent alors leur accélération, la vélocité augmente immédiatement et continuent de prendre un essor alors qu'elles voyagent au travers la longueur du boyau. À la fin du boyau, la canule à vaporiser consiste en fait en une canule convergente-divergente (à flot isentropique) qui échange la pression différentielle au travers la canule pour une augmentation substantielle en air et en vélocité pour les particules. La vélocité des particules de CO2 a été mesurée et il s'est avéré qu'elles voyagent en excès de 700 pieds par secondes jusqu'à 950 pieds par secondes à la sortie de la canule. Ceci s'accomplit en moins de 1/3 du flot requis par le plus agressif des systèmes à deux boyaux.

En plus de la légèreté et de la manœuvrabilité de l'applicateur et boyau simple, l'énergie pour extraire le contaminant des surfaces est considérablement plus grand que celui fourni par le système inductif à deux boyaux. Même avec la pulvérisation de CO2 solide, une composante significative pour obtenir de l'énergie d'extraction, il y a l'énergie kinésique par unité de secteur portée à la surface. Puisque l'énergie kinésique est une fonction de masse et de vélocité des particules dans la relation K_e=1/2mv², on peut voir une augmentation double dans la vélocité des particules, considérant que la masse égale des particules et la même surface de pulvérisation augmente effectivement une énergie d'impact livrée à la surface par un facteur de 4. Une augmentation triple de la vélocité, de 300 à 900 pieds par secondes augmente l'impact de frappe neuf fois !

La Table 3 montre la performance de nettoyage relative entre un système à un boyau et un système à deux boyaux à une pression de pulvérisation typique pour un " plant de travail." Le terme C_vbe est appelé le coefficient d'énergie de pulvérisation et représente la capacité comparative d'un système de pulvérisation de particule de CO₂ pour enlever un volume de bois de pin d'un spécimen dans un intervalle de temps contrôlé.

Table 3. — comparaison le coéfficient de frappe d'un boyau simple vs un
boyau double, Le système de pulvérisation à particules de CO₂

Comme la Table 3 le démontre, l'énergie de pulvérisation typique d'un système à un boyau comparé à un système à deux boyaux à pulvérisation égale est neuf trois fois plus grand.

Types de médias à pulvérisation de co₂

Le média à pulvérisation de dioxyde de carbone solide est couramment disponible en deux formats, des grains de riz discrets et dans le format pastilles qui sont produites par l'extrusion et le coupage de " lacets " de glace sèche. Il y a aussi le format " grains de sucre " produit mécaniquement en " râpant " la surface d'un large bloc de glace. Pour comprendre la différence dans la performance de nettoyage des moules entre les deux formes de CO₂, un discussion de l'arrière-plan technique serait appropriée. Le nettoyage traditionnel à technologie de particules abrasives et même de pulvérisation " d'abrasifs doux " s'appuie sur la rigidité de surface intrinsèque et sur la géométrie du média et le travail disponible sur la surface résulte de l'énergie kinésique du média agissant au travers la rigidité de la surface et sa géométrie.

Les particules abrasives se brisent en toutes petites pièces dures et pointues qui ‘ricochent' sur la surface du moule formant ainsi un résidu additionnel, nécessitant un nettoyage supplémentaire. L'énergie kinésique totale des particules de ce média est donc répandue avec plus d'un impact par particules. Avec le média de CO₂ solide cependant, les particules se désintègrent complètement et se subliment en une vapeur de CO₂ dès l'impact initial de façon à ce que toutes l'énergie kinésique des particules soit réalisée sur un seul impact par particules. Il n'y a pas de ricochet ou d'impact secondaire dans la pulvérisation de particules de CO₂ solide. Donc, la performance de la pulvérisation de particules de CO₂ dans les moules est déterminée par un paramètre appelée la densité du flux. La densité du flux est définie comme le nombre d'impacts d'une particule à la surface du moule par unité de secteur par unité de temps. En d'autres termes, pour deux systèmes de pulvérisation de particules de CO₂ avec des canules couvrant la même surface de frappe, assumant que les particules de chaque système possèdent la même amplitude d'énergie kinésique, le système pouvant livrer plus de particules à la surface dans la même période de temps, ou la même quantité de particules dans moins de temps, enlèvera généralement des résidus restants plus vite et plus complètement.

Les dynamiques des particules de co₂

tel que mentionné précédemment, les systèmes de pulvérisation de CO₂ utilisent deux types d'énergie pour réaliser l'enlèvement des résidus restants dans les moules. Le format des particules de CO₂ influence le niveau d'énergie kinésique (vélocité ou impact) et d'énergie thermique (gradient de température ou stress thermique) disponible à la surface. Le CO₂ qui se présente sous forme de pastilles est habituellement d'un format de 3mm en diamètre et entre 5mm et 8mm en longueur. Les particules du format d'un grain de sucre provenant d'un bloc sont plutôt sphériques et ont un diamètre entre 0.5mm et 1mm. Dans la même mesure de temps qu'il faut aux particules pour accélérer et voyager au travers le boyau et passer la canule, ils sont fracturés en monceaux équivalant approximativement à 2mm en diamètre. Puisque le CO2 solide est de même densité dans les cas des deux particules, la pastille fracturée (en sphère) possède sensiblement 4 fois la masse du flocon ou de la granule râpée. Si nous revenons à l'équation d'énergie kinésique, chaque pastille si elle voyage à la même vélocité que chaque granule, livre 4 fois son énergie d'impact à la surface. Puisque la sphère de pastille fractionnée dans le système à boyau simple voyage généralement trois fois plus vite que le granule râpé du système à deux boyaux, l'énergie kinésique s'augmente par un facteur de 4 X 3² = 36. Ceci est le facteur le plus significatif de La force du système de haute vélocité, le système à pulvérisation de pastilles de CO₂ à un boyau est le candidat idéal pour déloger et enlever les " moustaches " des orifices et micro-orifices des moules à pneus.

L'énergie thermale dépend de la masse (nombre et format des particules) de CO₂ solide livré dans un secteur donné d'une surface par unité de temps. Il y a un transfert de chaleur latent incroyable alors que le CO₂ solide se change en vapeur de CO₂ à la surface du moule (246 BTU par livres de CO₂ solide.) L'échange de chaleur qui s'effectue avec l'impact de chaque particule de CO2 arrive en un millième de seconde et la chaleur provient surtout de la couche mince de résidu et quelque peu de la surface du moule. C'est justement cette chaleur " de surface seulement " qui donne le stress thermique dans les résidus pour les fractionner de la surface du moule. Ayant déjà décrit la vélocité des particules et les caractéristiques de livraison du système à un boyau avec canule isentropique relativement au système à deux boyaux inductif, il est évident que le système à un boyau livre plus de masse thermique par unité de secteur par unité de temps. Il produit ainsi le meilleur " choc thermique " ou le meilleur effet de fractionnement des résidus. Si le système de pulvérisation au CO₂ ne peut livrer cet effet efficacement et instantanément, et si le taux de traverse de la canule sur la surface est réduit afin de " compenser " pour le plus bas taux de livraison thermique, l'effet sera perdu alors que les sections du moule commencent à perdre de la chaleur parce qu'il y a trop de CO₂ frappant trop lentement. C'est pourquoi le système inductif à deux boyaux n'arrive pas à provoquer l'effet de fracture thermique dans le nettoyage de moules à pneus. C'est qu'il y a trop peu d'énergie thermique et kinésique disponible en un instant donné sur la surface du moule pour être vraiment efficace.

La Table 4 ci bas présente les résultats d'une étude comparative dans lequel les murets du moule de chaque côté d'un moule ont été nettoyés, un côté l'a été avec un système à pastilles de CO₂ à boyau simple et l'autre avec un système à boyau double de CO2 râpée, en utilisant le même opérateur.

2 - Pièce 36x12.5/16.5 LT Moule d'acier

Notes : Un nettoyage du secteur des nervures a été tenté. Cependant, l'opérateur était incapable d'avoir accès à tous les secteurs des nervures parce que le format de la canule inductive, de son applicateur et le format inapproprié du système de boyau à deux lignes ne s'y prêtaient pas. De plus, la moyenne de décibel généré était supérieure aux limites permises par l'OSHA pour une période de 8 heures de travail continu avec une protection auditive double.

5. Les méthodes de nettoyage de moules à pneus avec la technologie de pulvérisation de particules de CO₂

Nettoyage des taches de murets et nettoyage intégral des moules — méthodes divergentes et différentes intentions

Même si le nettoyage à pulvérisation de particules de CO₂ est plus efficace dans un moule chaud, ou à des températures presque équivalentes à celle de la production, il n'est quand même pas pratique de tenter le nettoyage intégral du moules dans la presse avec des applicateurs de nettoyage à la main. L'environnement des presses et des moules est extrêmement épuisant et potentiellement dangereux pour un ouvrier qui tente de nettoyer dans un tel environnement. Les températures excédant 300^oF, des accès restreints aux endroits à nettoyer, le bruit, les vapeurs, la vision limitée, etc. font que cette tâche est difficilement réalisable manuellement par un être humain.

La pulvérisation de particules de CO₂ est une technologie de nettoyage s'effectuant tout aussi efficacement " hors vue." Comme toutes les méthodes de pulvérisation, les rainures font ombrages sur les micro-orifices dans les rainures et le secteur des grains sont un problème dans le nettoyage manuel des dans la presse à production. De plus, dans les presses s'ouvrant verticalement plutôt qu'en " coquille " ou s'ouvrant vers le haut, il est impossible de positionner la tête et le torse afin de voir et de viser le jet de particules de CO₂ dans toutes les cavités complexes qui forment la portion du pourtour de la rainure sans mentionner la difficulté qu'impose le fait de tenter de s'accroupir dans la cavité inférieure d'un four à 300^oF.

La pulvérisation de particules de CO₂ dans la presse n'est convenable que pour un nettoyage précipité des taches sur les murets du moule (lettrage D.O.T., logo et le nettoyage de quelques orifices du muret.) Le nettoyage des taches de murets dans la presse peut ajouter un certain délai au cycles de nettoyage complet du moule par un facteur de 2 à 3 fois. Le nettoyage régulier des murets avec la pulvérisation au CO₂ permet généralement au manufacturier de pneus de produire des pneus sans défauts pendant tout un cycle de production ou jusqu'à ce que la maintenance normale du four nécessite le démontage et un nettoyage complet du moule.

Les avantages inhérents avec la pulvérisation de particules de CO₂ sont dérivés de (1) l'établissement d'une routine de maintenance ‘retouche/nettoyage' manuel des murets présentant pour l'opérateur un risque et une exposition minimum et (2) l'installation d'un système robotique et automatique de pulvérisation de particules de CO2 pour un entretien complet lorsque les moules sont tirés des presses alors qu'elles sont à terme pour leur entretien complet.

Un système de nettoyage robotique au CO₂ pour moules est illustré à l'illustration 1, sur la page suivante. Cette présentation se veut un " générique " fondé sur un système actuellement en fonction. La configuration variera de façon plus ou moins significative selon les spécifications des installations d'un manufacturier à l'autre. Les éléments communs requis sont : (1) un robot logé dans un " boîtier " adéquatement ventilé et à l'épreuve du bruit, (2) une source d'air compressé propre d'au moins 200 + psig, (3) une méthode pour réchauffer le moule sorti de sa presse à 300^o F ou plus, (4) un générateur de pastilles de CO2 et un système de pulvérisation de particules avec une canule s'adaptant au robot, (5) Un façon et une méthode de placer le moule contaminé pour qu'il puisse être nettoyé, bouger le moule au travers le système, inspecter le moule pour extraction complète de tous les résidus, et la libération de toutes les orifices et micro-orifices, et reprise du moule pour réinstallation dans la presse.

Vue élevée du système robotique complet pour le nettoyage des Moules

Vue en plan du système robotique complet pour le nettoyage des Moules…

Illustration 1. Système Robotique de pulvérisation de particules de CO2
pour nettoyage complet des Moules

Bruit associé avec la pulvérisation manuelle

Le bruit créé par l'équipement de pulvérisation de CO₂ est un autre facteur devant être considéré. Tous les technologies de pulvérisation de particules à base de gaz (air) compressés sont fondamentalement bruyantes. Le niveau de puissance du bruit généré à la sortie de la canule est largement fonction du volume et de la vélocité de la sortie d'air compressée. À un moindre niveau, une autre composante du bruit est créée par l'action aérodynamique des particules ou pastilles de CO₂ et du jet d'air. Dans l'opération de nettoyage des moules à pneus, le bruit de la canule est assez fortement retourné à l'opérateur à cause de la forme ‘assiette' du moule à pneus lui-même. Le bruit, en particulier le niveau de pression du son (SPL) en décibels (dBA), est très réel sujet de préoccupation dans la pulvérisation manuelle de CO₂.

Des progrès plus que significatifs ont été réalisés dans les deux dernières années qui permettent à l'opérateur d'utiliser le système de pulvérisation de CO₂ dans les presses tout en comblant les exigences de la OSHA qui exigent moins de 84dBA SPL comme niveau d'exposition pour une période de 8 heures par jour. Dans le système du boyau simple à accélération constante le physique du flot isotopique a été amélioré par les dernières théories aérodynamiques et de design qui ont produit un nouveau média capable de livrer des systèmes (boyaux, applicateurs et canules) qui fournissent une accélération et une vélocité maximale des particules tout en minimisant la turbulence à la sortie de la canule. Ainsi, le standard de nettoyage s'en trouve rehaussé et la génération de bruit est minimale, (généralement en deçà de 98 dBA à la sortie de la canule.) Des études ont prouvé qu'en utilisant cette nouvelle canule pour boyau simple à pulvérisation de particules de CO₂, alors que l'opérateur portait un casque approuvé pour la projection ET les nouveaux bouchons protège-oreilles (une protection auditive double), le niveau de bruit (SPL) dans lequel l'opérateur est exposé est bien en-deçà des 84 dBA requis pour un travail de 8 heures de pulvérisation par jour.

La Table 5 qui suit montre les données résultant d'une étude sur le bruit effectuée durant un nettoyage de moule (dans la presse) chez un manufacturier majeur à la mi 96. Les données présentent le niveau de SPL pris aux oreilles de l'opérateur, sans casque de protection, et durant un nettoyage avec un système de boyau simple utilisé à différents niveaux de pression.

Table 5. Bruit (SPL) Généré lors du nettoyage d'un muret de Moule à Pneus avec un système de pulvérisation de CO₂ à boyau unique

La réapparition de résidus de moules

Il est assuré que le nettoyage avec du CO2 solide comme média nettoyant ne laisse pas de dépôts secondaires significatifs. Avec le temps cependant, la poussière résiduelle qui est laissée à la surface des moules peut se re-déposer sur les autres pièces de la presse, de la machinerie, le plancher et même sur les murs de la chambre de production. Même si cette accumulation peut demander des semaines et des mois pour être observable, il est dans le meilleur intérêt du manufacturier de s'en préoccuper dès le départ. Jusqu'à présent, la méthode la plus efficace et ayant fait les meilleures preuves pour empêcher un retour du dépôt de résidus consiste à fournir un espace d'évacuation suffisamment grand (CFM) ou un anti-retour tout près de la presse de manière ce que le système d'air à portée de main puisse capturer la plupart des résidus en suspension dans l'air et les ramène à la centrale de filtration. Tel que discuté précédemment, s'il n'y a qu'un nettoyage des murets du moule, la quantité de résidu s'en voit dramatiquement réduite. La majeure partie de ce résidu sera capturé par le robot de nettoyage intégral. Une autre façon moins demandante de réduire le retour des dépôts résiduels est un système de capture de résidus de pointe. Ces systèmes sont disponibles chez les fournisseurs d'agents de nettoyage au CO₂ et peut capturer le résidu durant la pulvérisation elle-même. Ils ajoutent cependant du poids et une certaine corpulence au système de canule et demandent des pièces additionnelles d'équipement (système de vacuum et module de filtre) qui doivent être déplacés dans la rangée de la presse.

6. Les technologies émergentes pour le nettoyage de moules

Les Moule en revêtement

Les travaux avec le plus de promesses qui s'effectuent actuellement pour réduire le dépôt de résidus dans les moules se trouvent au niveau du développement d'un revêtement "permanent" pour les moules d'aluminium et d'acier créant une accumulation et une formation résiduelle minime. Des tests exécutés avec des moules ayant été enduit de ces revêtements ayant à propriétés d'adhérence minimales montrent qu'ils peuvent demeurer sans dépôts plus longtemps que les moules n'étant pas équipés de ces propriétés. Lorsque les moules enduits de ces revêtements ont effectivement accumulé des résidus, le dépôt peut être enlevé facilement avec la pulvérisation de particules de CO₂ sans que cela n'endommage le revêtement. Encore une fois, avec l'arrivée des moules revêtus, le système d'accélération directe par pulvérisation à boyau unique offrira les meilleurs bénéfices parce qu'il pourra utiliser un boyau de pulvérisation avec une largeur allant jusqu'à 6 pouces de même que la basse pression et le niveau d'énergie kinésique requis par les moules revêtus. Le nettoyage des pneus de voitures, de camions légers, des gros camions commerciaux et même les pneus garnissant les équipements de ferme se fera aisément, sans trop de bruit, avec une pression d'air réduite et un flot de pastilles de CO2 moins dense et cela, parce que ce travail est fait avec la très large canule disponible avec le système à un boyau.

Des Moules sans orifices

L'un des éléments les plus déterminant dans l'industrie du pneu pour déterminer la qualité est l'esthétique, particulièrement l'apparence du produit. La tendance aujourd'hui consiste à produire des pneus dénués de " moustaches " produits par les orifices ou les micro-orifices. Bien que plusieurs clients, en particulier les Japonais, poussent l'industrie du pneu pour qu'elle débarrasse les pneus des " moustaches ", il y a encore une majorité de clients qui croient qu'à moins de voir de telles " moustaches ", ils ne sont pas à acheter des pneus neufs mais réchappés.

Alors que les moules sans orifices peuvent combler les attentes des clients de OE, ils peuvent aller dans le sens contraire des désirs et croyances des ces clients adeptes du remplacement. Peu importe ce que l'industrie fera, la technologie de pulvérisation au CO₂ demeurera toujours l'approche préférée pour nettoyer ces types de moules pour toutes les raisons précédemm