Les principes de base de l'extrusion de tubes

Introduction à l'extrusion des tuyaux            

Le marché actuel de l'extrusion comporte des défis de type technique et économique. L'évolution du marché et la transformation subie par l'ensemble du secteur ont incité à des développements récents dans la technologie d'extrusion des tuyaux.
Les derniers progrès techniques, l'évolution des marchés internationaux, les problèmes liés à une concurrence accrue et les besoins croissants de nombreux marchés émergents sont certains des facteurs qui conditionnent la technologie d'extrusion des tuyaux.

Aperçu des tendances du secteur de l'extrusion des tuyaux

Les principales tendances du secteur de l'extrusion des tuyaux sont les suivantes:

• Réduction des coûts et augmentation de la qualité: la fabrication des tuyaux exige généralement de concilier la baisse des coûts de fabrication et une qualité supérieure. Il est toutefois possible de cumuler les deux, certaines technologies telles que celle des tuyaux trois couches utilisant des matériaux recyclés en vue de réduire les coûts de production; une qualité majeure permet également de réaliser des économies indirectes grâce au fonctionnement optimisé des lignes de production. Les arrêts de ligne sont ainsi réduits, sans compromettre pour autant l'efficacité et la qualité globales.
• Intelligence et communication: grâce aux capacités des contrôleurs API modernes et des interfaces tactiles, de nombreuses machines d'extrusion de tuyaux sont aujourd'hui équipées d'un contrôle intelligent et d'options de communication permettant la connexion des lignes d'extrusion de tuyaux et leur surveillance à distance. Le fonctionnement s'en trouve simplifié, et les machines peuvent être intégrées et fonctionner ainsi en ligne.
• Spécialisation pour les marchés verticaux: la concurrence internationale croissante a incité les fabricants de matériel d'extrusion des tuyaux à se spécialiser dans des solutions optimisées pour certains marchés verticaux.

L'objectif de ce rapport est de fournir des informations approfondies sur les types de tuyaux les plus fréquemment réalisés et les machines utilisées, ainsi que sur les nouvelles technologies correspondantes. Principaux facteurs:

• Composants pour lignes d'extrusion modernes
• Technologie trois couches
• Technologies intelligentes et connectées
• Contrôle de mouvement avancé
• Évolution de l'interface homme machine

Composants pour lignes d'extrusion modernes

Présentons tout d'abord les principaux types de tuyaux produits. Ils peuvent être réalisés via association de nombreux polymères de base et additifs tels que modificateurs d'impact, pigments colorés, craies et modificateurs de résistance aux UV.
On trouvera ci-dessous les caractéristiques des principaux types d'extrusion avec leurs avantages, leurs inconvénients et les applications industrielles.

Composants pour lignes d'extrusion modernes

Les lignes d'extrusion pour tuyaux modernes comprennent une série de machines d'extrusion fonctionnant en tandem en vue d'une production fluide, constante et haute qualité. Même si chaque produit exige une machine d'extrusion différente, les lignes d'extrusion pour tuyaux utilisent désormais le même équipement:

1. EXTRUDEUSE

L'extrudeuse est le point de départ de toute ligne de production de tuyaux. Elle se charge de la fusion des matériaux plastiques et les achemine ensuite vers la tête d'extrusion.
Les extrudeuses les plus courantes sont de type monovis et à double vis. Les premières sont utilisées pour la production de tuyaux en PE, PP et matériaux similaires. Les extrudeuses à double vis permettent de produire les tuyaux en PVC.
D'autres configurations telles que les vis coniques sont désormais obsolètes et utilisées de plus en plus rarement.

2. TÊTE CRUCIFORME

Également nommée tête de filière d'extrusion, elle assure l'extrusion du plastique selon le profil de tuyau désiré.

3. DÉPRESSION ET REFROIDISSEMENT

Les réservoirs de vide et de refroidissement sont l'étape suivante de la ligne de production. Ils accueillent les tuyaux chauds venant d'être moulés par la tête d'extrusion et les refroidissent en vue de stabiliser leur forme. Un bon réservoir de refroidissement est indispensable au processus car il garantit un tuyau à la forme homogène et un produit fini de qualité.

4. INSPECTION ÉPAISSEUR TUYAU           

Ce système en ligne effectue les mesures non destructives des caractéristiques dimensionnelles de la totalité des tuyaux produits.

5. UNITÉ DE TIRAGE

L'unité de tirage tire le tuyau refroidi à une vitesse constante proportionnelle à la puissance de l'extrudeuse, et garantit la stabilité de l'épaisseur et des dimensions des tuyaux avant de les envoyer vers l'étape de production suivante.

6. DÉCOUPEUSE DE TUYAU

Cette machine découpe le tuyau extrudé en sortie de l'unité de tirage à la longueur prévue pour la production de bobines ou de tronçons rigides, en fonction du type de matériau et de tuyau produit.

7. ENROULEUR/DÉROULEUR DE TUYAUX

Cet équipement est situé à l'extrémité des lignes d'extrusion pour tuyaux flexibles. Il accueille les tuyaux et les enroule selon la forme désirée. Les enrouleurs de type avancé peuvent également assurer la découpe, le cerclage et le revêtement plastique des bobines finies.

Technologie trois couches

La technologie trois couches permet de produire des tuyaux dont les couches interne et externe sont réalisées en matériaux vierges; la couche intercalaire est produite au moyen de matières premières plus économiques. Quelques exemples de ces matières premières:

• Rebut auto-produit obtenu à partir de produits rebroyés et réutilisés comme remplissage dans le processus.
• Matériaux recyclés ou regranulés achetés à une fraction du coût des matériaux vierges.
• Matériaux hors spécifications ou hors grade, le plastique de qualité inférieure étant vendu à un prix bien plus bas et pouvant être immédiatement utilisé dans le processus de fabrication des tuyaux en plastique via la technologie trois couches.

1. et 3. Matières premières vierges (20 % du tuyau)
2. Matériaux économiques (80 % du tuyau)

Technologies intelligentes et connectées

Les technologies intelligentes connaissent une diffusion croissante dans l'extrusion et la fabrication des tuyaux, et ont révolutionné les modes d'assistance technique des fabricants; elles facilitent également l'intégration et la communication entre les machines de la ligne de production en aval. Parmi les exemples de technologies intelligentes, citons le contrôle à distance et la surveillance opérationnelle en ligne.

Assistance technique à distance avancée

L'assistance téléphonique a été remplacée par les technologies de connectivité à distance, qui permettent une connexion immédiate avec la machine et la gestion de ses paramètres, ce qui assure ainsi une assistance technique ou une détection des pannes immédiate.

Intégration et communication facilitées

Grâce aux options d'intégration simplifiée, il est possible de connecter aisément les machines à des systèmes externes, qu'il s'agisse d'un système métrique de production ou même de communication avec les machines de la ligne de production en amont ou en aval. Ces technologies avancées permettent également l'automatisation, l'optimisation et le fonctionnement ponctuels et précis à toutes les phases de production.

Progrès de l'interface homme-machine dans l'extrusion des tuyaux

Les IHM sont conviviales et offrent un apprentissage et une utilisation simplifiés grâce à la simplicité d'intégration des écrans tactiles et panneaux de contrôle des machines.
Ces panneaux prévoient l'ajout de boutons offrant un haut niveau de fonctionnalité. Ces dernières peuvent inclure l'activation de routines complexes, intégrées et configurées - comme le passage d'un mode de fonctionnement à un autre, la configuration de la machine selon différents types et formats de tuyaux, et le démarrage de la ligne ou la suppression des arrêts d'exploitation.
Ces fonctionnalités n’exigent aucune compétence ou expérience particulière. Ces progrès se révèlent utiles à tous les fabricants de tuyaux par extrusion, et en particulier à ceux qui interviennent sur les marchés émergents et les pays en cours de développement manquant de personnel d'entretien qualifié ou spécialisé.

Technologies de contrôle qualité en ligne

Le matériel d'inspection et de qualité en ligne fonctionne aujourd'hui en boucle de rétroaction et envoie des signaux à l'équipement en aval et en amont, non seulement afin de le placer sur pause, mais également en vue de réguler le fonctionnement de la ligne d'extrusion. Cette évolution des systèmes de contrôle qualité en ligne est possible grâce à l'interconnexion des machines.

Inspection de l'épaisseur des tuyaux en ligne

L'inspection non destructive de la totalité des tuyaux produits est effectuée par les machines d'inspection en ligne et basée sur les technologies à ondes millimétriques ou ultrasoniques. Les progrès accomplis dans ce secteur permettent un contrôle qualité des tuyaux plus approfondi comme par ex. le contrôle de l'épaisseur des parois du tuyau sur la longueur et la circonférence de ce dernier - ou même sur toute la section du tuyau pour les machines spécialisées - ainsi que la mesure du diamètre interne et externe, de l'excentricité, de la stabilité et de l'ovalité du tuyau.
 
Ces lignes d'extrusion pour tuyaux sont en effet équipées d'une interface de communication entre la machine d'inspection de l'épaisseur et les machines de la ligne en amont; la machine d'inspection de l'épaisseur peut ainsi configurer les paramètres opérationnels tels que la vitesse de tirage du tuyau selon une boucle de rétroaction fermée, et obtenir des résultats importants comme le maintien de l'épaisseur du tuyau et des spécifications du matériau utilisé à l'extrémité inférieure du tuyau.

 

Développements futurs dans l'extrusion des tuyaux

Les tendances du secteur de l'extrusion des tuyaux - efficacité accrue, coûts de production réduits et qualité et stabilité supérieures du produit, peuvent être réalisées de différentes manières, par ex. avec l'utilisation d'un grand nombre de technologies, matériaux composites et technologies intelligentes.
L'utilisation de matériaux composites permet de produire des tuyaux présentant des parois plus fines, ce qui implique une baisse sensible de consommation des matériaux et étend la durabilité du tuyau et sa plage de pression d'exploitation.
 
L'intégration des technologies intelligentes aux lignes de fabrication permet de réduire les arrêts imprévus ou programmés et améliore le contrôle du fonctionnement de la ligne. Plusieurs options sont disponibles, comme par ex. des systèmes d'acquisition des données équipés de capteurs aisément intégrables à l'équipement - existant ou neuf - pour le contrôle des paramètres tels que les courbes de puissance et de courant des composants critiques, ou l'utilisation de l'IdO (Internet des objets) et de systèmes d'analyse intelligente des données basés sur des algorithmes de prévision des pannes.

 

Conclusions

Les développements technologiques ont renforcé la complexité du secteur de l'extrusion des tuyaux et compliquent le choix parmi les solutions les plus intéressantes pour une entreprise et offrant le meilleur qualité-prix et l'investissement le plus judicieux. Il est donc conseillé aux entreprises de choisir un fabricant offrant l'expérience et l'organisation nécessaires à atteindre des objectifs solides en termes de configuration machine et de détection des pannes, à amortir leurs coûts d'équipement, augmenter leurs profits et enregistrer un retour sur investissement le plus élevé possible.