CONCEPTION D’AUTOMATISATION DE L’EXTRUDUESE

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Comparaison du système monovis et bivis

Comme on a dit auparavant, l’extrudeuse bivis et monovis sont très semblable de manière générale, mais par contre, elles ont une grande différence au niveau de leur fonctionnement. Le choix entre les deux systèmes est alors primordial pour la réussite de l’opération d’extrusion.
 Extrudeuse monovis : comme l’on sait déjà, elle comprend une vis tournant dans un fourreau cylindrique. La vis est soit monobloc, à pas constant et à profondeur de filet décroissante, en allant de la zone d’alimentation à la zone d’homogénéisation, soit composée d’éléments modulaires à profondeur de filet constante et à pas variable. La vis est entraînée par
un réducteur qui assure la transmission de la puissance à partir du moteur d’entraînement. L’ensemble cinématique d’une extrudeuse monovis, c’est-à-dire, le réducteur et l’ensemble vis-fourreau, est de conception mécanique relativement simple et robuste. Sa construction moins onéreuse et son coût d’investissement est plus faible que l’extrudeuse bivis.
L’extrudeuse monovis est donc caractérisée par une section de travail quasiment unique. Par conséquent, l’extrudeuse monovis offre une flexibilité de travail limité et elle s’avère plus adapter à une production peu exigeante en terme de qualité.
Dans l’extrudeuse monovis, les filets de la vis (équivalent à une vis d’Archimède) déplacent la matière de l’amont vers l’aval, sous l’effet des forces de frottement dont l’efficacité dépend généralement de la friction au contact de la paroi du fourreau. Il en résulte un écoulement par cisaillement dont la vitesse est proportionnelle à la vitesse de rotation de la vis. Si la matière adhère parfaitement à la paroi du fourreau, le cisaillement se développe normalement et le débit est maximal. Dans le cas contraire, où il y a absence de frottement à la paroi, la matière tourne avec la vis, au détriment du cisaillement et le débit peut devenir nul. Le cisaillement dans le chenal de la vis ainsi que le débit de l’extrudeuse monovis est donc proportionnel à la vitesse de rotation de la vis.
En raison de l’unique section de travail de l’extrudeuse monovis, l’intensité de mélange est relativement faible, par conséquent, le transfert de chaleur dans l’ensemble vis-fourreau est limité, ce qui réduit le rendement de certain procédé qui exige une bonne maîtrise de la température de la matière. L’intensité de mélange ne peut être élevée que si l’ouverture de la filière est réduite, ce qui va à l’encontre d’une capacité de production élevée.
Cela signifie donc, que les rendements de l’extrudeuse monovis sont très sensibles à l’intensité de mélange et au cisaillement dans la section de travail, c’est-à-dire, plus le mélange et le cisaillement sont intenses, plus la capacité de production de l’extrudeuse est faible. Et la situation devient encore critique quand l’usure de la vis augmente, car le développement de l’usure tend à réduire l’intensité de mélange et du cisaillement. Mais en pratique, l’utilisateur cherchera à maximiser le débit de l’extrudeuse, en conséquent, l’intensité de mélange sera faible.
 Extrudeuse bivis : elle comprend deux vis interpénétrantes et autonettoyantes composées d’éléments de vis modulaires (à profondeur de filet constante et à pas variable), assemblés sur 2 arbres cannelés tournant dans un fourreau dont la section intérieure est en forme de huit. L’ensemble cinématique d’une extrudeuse bivis est de conception mécanique avancée, complexe et très fiable.
L’extrudeuse bivis est caractérisée par plusieurs sections de travail en série. Il est possible ainsi de combiner plusieurs fonctions telles que : le mélange, la compression, le dégazage, et le refroidissement car le profil de la vis permet de faire varier le taux de remplissage des vis le long du fourreau, et ainsi de générer plusieurs sous-sections indépendantes de mise en pression.
L’interpénétration des vis crée un déplacement positif de la matière, le débit et la vitesse de rotation des vis sont indépendants dans une large plage de fonctionnement ; ce qui permet de faire varier les conditions de cisaillement de la matière à débit constant.
De ce fait, la vitesse de rotation des vis est une variable opératoire précieuse qui contribue très efficacement à la flexibilité de l’extrudeuse bivis.
La différence majeure entre l’extrudeuse monovis et l’extrudeuse bivis réside dans la différence d’intensité de mélange, qui a un impact très important sur les performances des procédés mis en œuvre. À l’inverse de l’extrudeuse monovis, l’intensité de mélange dans une extrudeuse bivis est élevée, ce qui signifie que le transfert de chaleur dans l’ensemble vis-fourreau est favorisé conduisant à une bonne maîtrise de la température du matériau. Par ailleurs, l’intensité de mélange conduit à la fois à une faible dispersion des temps de séjour et à une homogénéité de traitement thermomécanique de la matière.
L’extrudeuse bivis développe un mélange intensifié sur la totalité de l’ensemble vis-fourreau, dans la zone d’interpénétration, et dans les différentes sous-sections de travail. Le mélange est d’autant plus intense que la viscosité du matériau est élevée ; quel que soit le comportement du matériau. L’intensité du mélange dans une extrudeuse bivis conduit à une bien meilleure efficacité des processus de fonctionnement de base telles que : le transfert de chaleur, la distribution des temps de séjour, l’homogénéité du traitement thermomécanique ; et enfin à des produits de qualité nettement améliorée. Grâce au découplage du débit et de la vitesse de rotation des vis, les rendements de production de l’extrudeuse bivis restent élevés quelle que soit l’intensité du mélange et l’intensité de cisaillement dans les sous-sections de travail, dans une large plage de condition de fonctionnement, y compris quand l’usure des vis se développe. Cet avantage confère à l’extrudeuse bivis une bien meilleure efficience industrielle au regard de la productivité et de la qualité des produits.

Matière première

Au cours de la seconde moitié du vingtième siècle, l’industrie des matériaux a changé avec l’apparition des matières plastiques sur le marché et notamment des matériaux composites. Le bois et les métaux ont cédé leur place à divers composites et matériaux plastiques. Encore sur l’extrusion des bois, le principal composant dans la matière première utilisée est alors le bois. La matière est alors constituée d’une proportion distincte de fraction en bois et de fraction en polymère. En fonction du type de procédé, les produits contiennent 60 à 80% de bois.

Fraction bois

La fraction bois est constituée de farine finement moulue, au départ de déchets de rabotage ou de sciage. En principe, plusieurs types de bois sont pris en compte, depuis le bois plein, jusqu’aux panneaux des fibres en passant même par les poussières de sciage. La gamme de poudre de bois, des nombreux grades et types sont des facteurs qui influencent les caractéristiques du bois extrudé, entre autre la dureté du bois, sa structure cellulaire, la granulométrie et la distribution de celle-ci. Les granulométries utilisées en extrusion de bois se situent le plus souvent entre 0,3 et 0,6 mm, bien que des matières plus fines puissent être acceptées, dans des proportions bien déterminées.

Technique d’élaboration

L’extrusion de farine de bois diffère de celle des thermoplastiques classiques à plusieurs niveaux. Le bois possède une série de propriétés spécifiques qui influencent le processus d’extrusion.
o La farine de bois est par nature très humide. Il faut donc prévoir dans le processus une étape pour éliminer cette humidité.
o Les fibres de bois sont sensibles à la température. Pour éviter leur surchauffe et donc leur dégradation, il faut trouver un compromis entre la nécessité d’opérer un bon mélange et la nécessité de limiter les forces de cisaillement et le temps de séjour dans la vis.
o Le bois est un matériau qui a des propriétés spécifiques différentes des polymères, comme le retrait ou la conductivité thermique, qui peuvent influencer fortement les paramètres de mise en œuvre (calibration, refroidissement, conception de la filière…).
Le procédé d’extrusion des bois se divise généralement en 3 étapes :
 Séchage du bois.
 Mélange bois-thermoplastique.
 Extrusion.

Système automatisé

Un système automatisé est un sous-ensemble de machine ou des dispositifs techniques susceptible de secondé l’homme, de rendre ses actions intellectuelles en terme de surveillance et de contrôle ou sa décision habituelle et prédéfinie de façon automatique. Dispositif qui permet d’exécuter, de contrôler des tâches répétitives sans avoir des erreurs (précisions) mais avec une rapidité (simplifie le travail et gagner du temps) et qui réalise une action impossible pour un être humain surtout dans ses efforts physiques (sécurité).
L’automatisation consiste donc à traiter la commande des systèmes afin d’automatisé tous les activités de production dans l’industrie sans intervention humaine ou à l’aide d’une intervention réduite (programmation et réglage du système). Quelle que soit la technologie utilisée : électromécaniques, électronique, hydraulique, pneumatique dans des différents secteurs (automobile, alimentaire, menuiserie, …) ; elles sont constamment développées dans ce but.

Les pré-actionneurs

Les pré-actionneurs sont des constituants qui, sur ordre de la partie de commande, sous forme de faible énergie, assurent la distribution de l’énergie de puissance aux actionneurs. Ils ont donc comme tâches de gérer et d’adapter l’énergie de l’ordre en une énergie compatible avec l’énergie d’alimentation de l’actionneur. En général, leurs rôles sont d’empêcher ou de faire passer l’énergie vers les actionneurs. Il y a deux types de pré-actionneurs dans le système automatisé : pré-actionneur monostable et bistable. Dans l’installation industrielle les pré-actionneurs les plus utilisés sont les distributeurs, les contacteurs et les relais.

Les actionneurs

L’actionneur est un organe moteur de la partie opérative qui transforme l’énergie en une action physique ou travail mécanique comme la rotation, la translation, …Leurs mouvements sont biens définies par le signal traiter dans la partie commande. Il existe différents types d’actionneurs en fonction de la nature de l’énergie (électrique, mécanique, ou pneumatique…) qu’ils convertissent. On peut distinguer les actionneurs suivants leur source d’énergie. Dans les industries, on utilise souvent comme actionneurs les moteurs, les vérins et les ventouses.

Les capteurs

Un capteur est un dispositif qui sert à transformer une grandeur physique de la P.O. en une grandeur normée. En général, il est électrique et peut être interprété par un dispositif de contrôle commande, il fournit à la PC des informations sur l’état du système. Il joue un très grand rôle dans le système automatisé. Le critère de choix des capteurs se fait selon la nature de la détection, le nombre de cycle de manœuvre, … On trouve comme capteur, les détecteurs de fin de course et les détecteurs de proximité.

Les éléments de pré-actionneur (organe commande)

Le distributeur est un élément de transmission de chaîne d’énergie qui se place entre la source d’énergie et les actionneurs. Il est utilisé pour commander un sens de débit, un arrêt, un démarrage ; commuter et contrôler la circulation des fluides dans les systèmes automatisés. C’est un pré-actionneur de vérin pneumatique et hydraulique, il permet d’aiguiller en dirigeant les fluides dans certaines directions. Il y a deux sortes de distributeurs : les distributeurs à tiroirs et les distributeurs à clapets mais les plus utilisés sont les distributeurs à tiroirs.
Un distributeur est caractérisé par :
 Le nombre des orifices : 2, 3, 4 ou 5 .
 Le nombre des modes de distribution ou positions : 2 ou 3 .
 Le type de commande du pilotage assurant le changement de position : simple pilotage avec rappel par ressort ou double pilotage.
 La technologie de pilotage : pneumatique, électrique ou mécanique.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
PARTIE I : GENERALITE SUR L’EXTRUDEUSE A BOIS
I.1. Introduction
I.2. Principe de fonctionnement
I.3. Les différents types de système d’extrudeuse
I.4. Comparaison du système monovis et bivis
I.5. Matière première
I.6. Technique d’élaboration
I.7. Conclusion
PARTIE II : CONCEPTION D’AUTOMATISATION DE L’EXTRUDUESE
II.1. Introduction
II.2. Système automatisé
II.3. Principaux élément d’installation
II.4. Principe de fonctionnement
II.5. Choix technologique
II.6. Elaboration de l’énergie pneumatique
II.7. Modélisation du grafcet
II.8. Dimensionnement du vérin porteur de moteur
II.9. Installation
II.10. Simulation
II.11. Conclusion
PARTIE III : IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
III.1. Introduction
III.2. Impacts environnementaux
III.3. Impacts social
III.4. Mesure d’atténuation des impactes
III.5. Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE
BIBLIOGRAPHIES ET WEBOGRAPHIES

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