FR2499882A1 - Outil pour la formation de recipients emboutis - Google Patents

Abstract

LE BUT DE L'INVENTION EST DE FOURNIR UN OUTIL PERMETTANT L'EMBOUTISSAGE ET L'AMINCISSEMENT DES PAROIS DU RECIPIENT SIMULTANES, SANS DETERIORATION D'UN PRE-REVETEMENT EVENTUEL, ET EN PROCURANT FINALEMENT UN RECIPIENT DONT LES PAROIS ONT UN AMINCISSEMENT UNIFORME. DES PREMIERS ELEMENTS, TELS QUE LES PARTIES INITIALES D'UN ENSEMBLE DE POINCON 21 ET MATRICE 22 COOPERENT POUR DEFORMER LE FLAN 20 ET DES SECONDS ELEMENTS QUI PEUVENT ETRE CONSTITUES PAR L'INTERVALLE LATERAL ENTRE POINCON ET MATRICE, COOPERENT POUR AMINCIR LA PAROI.

Description

La présente invention est relative à un outil de formage pour transformer

une tôle mince de métal pre-revêtu

en un récipient creux.

Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un outil de fabrication, par emboutissage et amincissement de métal, de corps de boites emboutis, destiné à constituer, avec un couvercle, ce qu'on appelle des bottes en deux corps. Depuis une vingtaine d'années, on fabrique des bottes à boissons par des procédés comportant de telles opérations dans lesquelles la matière est d'abord emboutie pour établir le diamètre intérieur, puis est poussée au travers d'une série d'anneaux d'amincissement qui ont simplement pour fonction d'amincir la paroi latérale sans affecter notablement le diamètre. Les opérations sont

effectuées à grande vitesse sous un écoulement de réfrigé-

rant/lubrifiant en vue de faciliter l'opération, notamment par évacuation de la chaleur. Les récipients doivent être lavés et, dans certains cas, traités chimiquement, pour éliminer les résidus de lubrifiant et pour améliorer la résistance à la corrosion des revêtements organiques et des décorations qui sont ultérieurement déposées sur le récipient. Ces 25 dernières années, on a réalisé des progrès dans la fabrication de bottes embouties pour produits alimentaires. Ces récipients ont été fabriqués à partir de matériaux tels que de l'aluminium et des aciers faiblement revenus pour faciliter l'opération d'emboutissage. En outre, on donnait eux récipients une hauteur à peu près égale ou inférieure au diametre du récipient et on réalisait les récipients en une seule ou au maximum deux opérations d'emboutissage.

L'avantage d'un récipient embouti résulte de l'elimi-

nation du joint latéral et du fond à double joint qui existent

dans un récipient traditionnel en trois pièces. Plus précisé-

ment, pour réaliser une boite en trois pieces, un flan plat de matière est roulé en forme de cylindre et est scellé le long d'un côté par soudage, collage ou brasage. On associe à ce corps cylindrique creux un fond de fermeture fixé par un double joint. Le corps cylindrique peut être pré-revêtu

et la zone du joint latéral peut être masquée par une bande.

Les opérations d'exécution du Joint latéral et du double Joint de fond sont telles que la qualité du récipient dépend

fortement de ces joints. Il est évident que le corps cylin-

drique doit être pourvu de collerettes de façon à recevoir le fond, qui est mis en place en usine, et le couvercle qui

est mis en place après remplissage du récipient. Les opera-

tions de formation de collerettes et de joints nécessitent un certain soin et peuvent poser des problèmes, notamment

dans la zone du joint latéral.

Ce n'est que récemment qu'il a été possible de fabriquer par emboutissages multiples des récipients en deux pièces pour produits alimentaires réalisés à partir d'acier exempt d'étain et pourvu d'un pré- revêtement organique de façon qu'il soit inutile d'effectuer des opérations de post-revêtement ou de post-traitement. Plus particulièrement, on a fabriqué par une double opération d'emboutissage un

récipient en acier exempt d'étain du type "24 oz.404 x 307".

Les fabricants de boites indiquent conventionnellement le diamètre du double joint terminé, exprimé en pouces et seizièmes de pouce et ensuite la hauteur exprimée en pouces et seizièmes de pouce. En conséquence, ie récipient precite a un diamètre de 4 pouces 4/16 soit!07,95 mm et une hauteur de 3 pouces 7/16 soit 87,3125 mm. Sa capacité intérieure est de 71 centilitres environ. Depuis longtemps, on souhaite fabriquer un récipient dont la hauteur soit notablement supérieure au diamètre, en utilisant une matière première pré-revêtue dans un processus d'emboutissage multiple. Il est notamment souhaitable de fabriquer un tel récipient dans les dimensions correspondant aux types courants: "16 oz. 303 x 406" (47,3 cl - 80,9625 x 111,125 mm,) "15 oz. 300 x 407" (44,4 cl - 76,2 x 112,7125 mm) ou "11 oz. 211 x 400" (32,5 cl

- 60,2625 x 101,6 mm).

La demanderesse a récemment fabriqué et vendu des

récipients emboutis des types "16 oz. 303 x 406" et "15 oz.

300 x 407" et elle a fabriqué expérimentalement des récipients du type "11 oz. 211 x 400" en utilisant une matière première

pré-revêtue. Il a été nécessaire d'effectuer une triple opé-

ration d'emboutissage pour réaliser les récipients précités et ce processus a tendance à augmenter l'épaisseur de la

zone de paroi latérale du récipient qui est proche de l'extré-

mité ouverte.

Le degré d'épaississement augmente depuis le bas jusqu'en haut du récipient et également jusqu'au bord de la collerette. Cet épaississement résulte de l'emboutissage de la matière à partir d'un flan plat en forme de disque et de la compression circonférentielle variable de la matière en fonction de sa distance par rapport au fond de la boite formée finalement. L'épaisseur supplémentaire de matière enregistrée en haut du récipient ne remplit aucune fonction utile et elle correspond à une perte de matière,en augmentant

le poids et le coût du récipient.

Dans la technologie précédemment adoptée pour emboutir des récipients, on utilise une combinaison d'un poinçon et d'une matrice et on prévoit un jeu annulaire suffisant entre la surface extérieure du poinçon et la surface intérieure de la matrice afin que le métal ne soit pas écrasé ou aminci en cours de formage. Ces jeux sont compris entre environ une et quart et deux fois l'épaisseur de la matière emboutie (pour les types d'acier et d'aluminium utilisés pour la fabrication de boîtes). En outre l'arrondi (ou la surface

sur laquelle le métal est embouti) de la matrice d'emboutis-

sage a un rayon de courbure inférieur à 3,2 mm afin de

faciliter le mouvement du métal au travers de la matrice.

L'utilisation d'un tel outillage provoque un refoulement du métal et un épaississement du haut de la paroi latérale

du récipient creux finalement formé, comme indiqué ci-dessus.

Au contraire, le procédé d'emboutissage et d'amincis-

sement de métal dit "D & 1" utilisé pour la fabrication de récipients de boissons fait intervenir un jeu inférieur à l'épaisseur initiale du métal entre l'anneau d'amincissement et le poinçon. Plus spécifiquement, l-_ différence entre ce

jeu et l'épaisseur du métal correspond au degré d'amincisse-

ment de la paroi latérale du récipient. Habituellement, un métal ne comportant aucun revêtement organique passe au travers de trois anneaux différents d' amincissement dans une opération D & I pendant laquelle la tôle a étamage électrolytique dite "ETP"' et à traitement "T-1" subit une réduction d'environ 15 % dans la première passe, une réduction d'environ 25 X de sa nouvelle épaisseur dans la seconde passe, et une réduction d'environ 40 % de sa nouvelle épaisseur dans la dernière passe, pendant que le métal et

l'outillage sont arrosés avec un réfrigérant lubrifiant.

Cette opération augmente la longueur de paroi latérale Jusqu'à plusieurs fois celle de la boite qui était formée dans une opération ordinaire à une ou deux phases d'emboutissage. La configuration de section droite de l'anneau d'amincissement comprend un chanfrein, un collet et finalement un angle de dépouille. Le processus d'amincissement commence sur le chanfrein et il est terminé par le collet, de sorte qu'aucun emboutissage ne s'effectue à ce moment. Le procédé D & I a

été jusqu'à maintenant un processus dans lequel un emboutis-

sage et un amincissement s'effectuent dans un flux de lubrifiant/réfrigérant. Des revêtements sont normalement déposés après que le récipient a été ébavuré puis nettoyé du lubrifiant par lavage. Pour améliorer un tel processus, il est souhaitable de pouvoir effectuer concurremment un emboutissage et un amincissement d'un métal à prérevêtement organique sans avoir à enlever le lubrifiant/réfrigérant et de trouver un moyen pour fabriquer un récipient avant une

épaisseur uniforme de paroi.

L'invention a en conséquence pour but de fournir un récipient qui comporte une paroi latérale relativement uniforme et d'une épaisseur minimale nécessaire pour empêcher

une formation de méplats et un écrasement du récipient emballé.

L'invention a également pour but de fournir un procédé à l'aide duquel un récipient puisse être fabriqué à partir d'une matière première prérevêtue et comporte une paroi latérale uniforme, par réduction simultanée du diamètre et

de l'épaisseur de paroi dans chacune des opérations multiples.

L'invention a également pour but de fournir un outil qui puisse être utilisé pour réduire à la fois le diamètre et l'épaisseur de paroi en une seule opération sans utiliser

les lubrifiants devant ultérieurement être enlevés.

L'invention a en outre pour but de permettre une fabrication économique et sûre du récipient, cette fabrication étant nouvelle en ce qui concerne les techniques de profilage

et de mise en oeuvre.

Le récipient préféré est fabriqué è partir d'une tôle à double réduction, et plus spécifiquement d'une tôle à traitement de type "DR8" ou "OR9" pesant 65 "livres par base box", soit environ 1,46 kg/m'. Dans le mode préféré de réalisation, le récipient est fabriqué à partir d'acier exempt d'étain "(TFS)", de tôle étamée, d'acier plaqué de nickel ou d'un matériau à base d'acier. Les désignations "DR8" ou "DR9" correspondent à une spécification concernant des produits laminés étamés et elles se rapportent au processus suivant lequel le métal subit une réduction d'épaisseur par laminage à froid en deux stades avec une phase de préformage

par recuit entre les deux opérations de laminage à froid.

L'acier subit une réduction d'épaisseur d'environ S9 % dans le premier stade de laminage, puis il est recuit, puis il subit une réduction d'épaisseur d'environ 25 à 40 % dans le second stade final de laminage à froid. La terminologie "livres par base box" utilisée pour le poids de base est

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normalisée dans l'industrie de fab'rication des bootes; elle s'est rapportée initialiement a a uanité d'acier intervenant dans une boite de base (ou:'baae box") en c-le étamée se composant de 112 feuilles d'acier de 356 x 50 mnm, (14 x 20 pouces) c'est-à-dire 20,23 m' de rtle. A l'heure actuelle, la "bolte de base" correspond une quantité

d'acier de 20,23 m' de tôle découpée ou en bobine.

Ce matériau peut être revêtu, sur ce qui sera finale-

ment la surface extérieure, d'un revêtement du type résine-

époxy ou d'un revêtement d'organosol. La surface interieure peut être revêtue d'une couche se composant d'une combinaison de résines qui s'est avérée résister à la sévère opération de formage multiple. Les revêtements intérieur et exterieur sont capables de résister aux contraintes engendrées lors des opérations d'emboutissage et d'amincissement pendant la fabrication des boîtes. En conséquence, le récipient peut être fabriqué 3 partir d'un matériau ayant subi un traitement de conditionnement relativement pousse, et il peut ne pas

nécessiter un post-revêtement.

Le procédé préféré utilisé pour fabriquer un récl-

pient désiré consiste à utiliser une quantité minimale d'acier à fort traitement de conditionnement OR8 ou DRS et 11 fait intervenir die une a trois opérations simultanees d'emboutissage qui peuvent être exécutées dans une presse telle que celle décrite dans le brevet français 8 004 256 délivré à la demanderesse. Dans le cas d'une boîte ayant subi un triple emboutissage et amincissement, le diamètre de la boîte et son épaisseur de paroi sont simultanément réduits dans chaque opération de formage. Plus spécifiquement, la première opération assure un ébauchage et un formage de la tôle de matière pré-revêtue en lui donnant une forme de cuvette peu profonde o le diamètre est supérieur à la hauteur. Pendant

cette opération, l'épaisseur de paroi est réduite par amincis-

sement en cours d'emboutissage de façon que la paroi soit finalement amenée a une épaisseur inférieure d'environ 0,025 mm à l'épaisseur du fond (épaisseur initiale de lamatière pré-revêtue). La seconde opération produit un reemboutissagc du récipient et diminue le diamètre, en amirncissant a nouveau

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simultanément la paroi, afin de maintenir une épaisseur réduite du haut jusqu'en bas. Dans cette seconde opération, le diamètre est réduit et la hauteur augmentée de manière

que ces valeurs soient à peu près égales. L'opération finale.

réduit encore le diamètre et produit à nouveau simultanément un amincissement de la paroi latérale en établissant les minceur et uniformité désirées pour le récipient dans sa configuration finale. Pendant-cette opération, le fond du récipient peut en outre être profilé comme décrit par

exemple dans le brevet français 81.02608.

Dans les opérations o le diamètre est réduit et ou la paroi latérale est amincie, l'amincissement est arrêté avant qu'il n'atteigne la collerette dans l'une quelconque des opérations multiples. En conséquence, la collerette et la zone de paroi latérale qui lui est adjacente peuvent être

laissées plus épaisses. Dans tous les cas, l'arrêt de l'opé-

ration définit jusqu'o les parois latérales sont amincies

la collerette peut ou non être maintenue.

Dans une quatrième opération, la collerette de récipient est sectionnée et le récipient est transféré dans une machine de sertissage. Il est à noter qu'un récipient

complet peut être fabriqué sans avoir à effectuer des opéra-

tions de lavage, de rétablissement, de post-revêtement ou

d'autres opérations consommant de l'énergie.

L'incorporation d'une phase d'amincissement dans le processus d'emboutissage multiple permet de donner au flan circulaire d'origine un plus petit diamètre que celui nécessaire pour réaliser un récipient de taille semblable non soumis à un amincissement. En conséquence, la quantité d'acier utilisée pour ce récipient est inférieure à celle qui est nécessaire pour des récipients emboutis de la même

taille. Cette réduction de la quantité d'acier permet d'éco-

nomiser de la matière et de réduire le poids final du réci-

pient.

L'outil ou matrice utilisé pour réaliser simultané-

ment un emboutissage et un amincissement correspond à une combinaison nouvelle de technologie d'outils d'emboutissage

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et d'amincissement. Cela signifie que les éléments intervenant dans l'outillage respectif, et en particulier le profil de

matrice considéré en coupe, sont adaptés pour produire simul-

tanément un emboutissage et un amincissement de la paroi latérale du corps de récipient. L'augmentation d'épaisseur

de la matière qui se produit pendant la compression circon-

férentielle du métal pour former un récipient cylindrique creux est réduite en cours d'emboutissage, de sorte que 1' épaisseur de la paroi latérale peut être inférieure à

l'épaisseur initiale de la matière.

La présente invention concerne une matrice d'emboutis-

sage comportant un arrondi qui est incurvé vers l'intérieur en diretion du poinçon. Les dimensions du poinçon et de la matrice sont choisies de telle sorte que le metal doive s'amincir pour passer dans l'intervalle annulaire existant entre ces éléments.Une autre modification apportée à la matrice d'emboutissage concerne un collet qui est placé en dessous de l'arrondi de matrice pour faire en sorte qu'il se

produise un amincissement de métal en même temps que l'opéra-

tion d'emboutissage. Le métal en train d'être embouti est d'abord cintré sur l'arrondi de matrice à mesure que le poinçon tire le métal à l'intérieur de la matrice. Le métal est alors tiré sur l'arrondi et il doit se redresser pour devenir une partie de la paroi latérale droite. Il est tout à fait souhaitable que le redressement à la fin de l'arrondi

de matrice s'effectue avant que l'amincissement ne commence.

Il est préférable qu'un chanfrein ou biseau de transition relie l'arrondi de matrice au collet d'amincissement. Cette zone de transition peut être axialement courte ou longue en fonction de l'opération à effectuer; cela contribue également

à rendre le processus moins sensible à des défauts d'aligne-

ment. Le collet d'amincissement a une longueur suffisante pour amincir la paroi latérale sans arracher le pré-revêtement

et pour obtenir une durée de service acceptable pour l'outil.

Il est prévu dans la matrice un angle de dépouille qui constitue un support longitudinal pour le collet. La partie

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à angle de dépouille de la matrice est également nécessaire pour absorber la contrainte circonférentielle engendrée par le récipient aminci lors de son passage. On a trouvé que, en choisissant correctement le rayon du congé de matrice, l'angle et la longueur de la zone de transition, les dimen- sions du collet et l'angle de dépouille, il était possible de mettre en oeuvre une matière pré-revêtue par emboutissage et amincissement pour former des boites dont l'intégrité du revêtement était suffisamment conservée pour satisfaire aux impératifs commerciaux. En fonction de la configuration finale (rapport hauteur/diamètre) du récipient, on le fait passer dans plusieurs outillages tels que ceux décrits ci-dessus pour lui donner la configuration préférée et lui faire subir l'amincissement nécessaire. Cette souplesse opératoire permet d'adapter le procédé à une large gamme

commerciale de tailles de bottes.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention

seront mis en évidence, dans la suite de la description,

donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - La fig. 1 est une vue en coupe latérale partielle montrant le flan en train d'être transforme en une cuvette peu profonde dans la première phase du procédé, faisant

intervenir un outil exerçant une action combinée d'emboutis-

sage et d'amincissement.

- La fig. lA est une vue en coupe partielle à échelle agrandie de la zone d' outil de la fig. 1; - La fig. 2 est une vue en coupe latérale partielle montrant la cuvette qui continue à être transformée en un

récipient dont le rapport hauteur/diamètre est approximati-

vement égal à un à l'aide d'un autre outil exerçant une action combinée d'emboutissage et d'amincissement dans la seconde phase du processus - La fig. 2A est une bue e- coupe partielle A échelle agrandie de la zone d'outil de la Ficg. 2 - La fig. 3 est une vue en coupe 13terIa.e partielle montrant le récipient continuant à etre transtormé e;-. une boite allongée dans laquelle l'épaisseur de la paroi iLatérale est légèrement inférieure i'eépa!sseur du flan initial, à l'aide d'un outil exerçant une action ca.i.. demboutissage et d'amincissoamnL dans la trosiè;ne phase du processus - La fig. 3A est une vue en coupe partielle à échelle agrandie de la zone d'outil de la fig. 3, - La fig. 4 est une vue en coupe latérale d'un récipient après terminaison de son formage par les outils et selon le

procédé de l'invention, les parois latérales étant relative-

ment uniformes et légèrement plus minces que les parties

non-profilées du fond du récipient.

Sur les figures, on a représenté un outillage utilisé dans les différentes phases d'un processus de fabrication

d'un récipient. Pour simplifier la description des figures et

de l'invention, on a désigné par des références identiques des parties semblables de l'outillage. Sur les Fig. 1 et 1A, le métal pré-rev.tu à transformer en un récipient a éeé désigné par 20, alors qu'il a été désigné par 30 sur les Fig. 2 et 2A et par 40 sur les Fig. 3 et 3A. De même, l'outillage a été désigné dans son ensemble par 25 sur la Fig. 1, par 35 sur la Fig. 2 et par 45 sur la Fig. 3. Le récipient terminé a été désigné par 50 sur la Fig. 4. Les références numériques de la série "20" sont utilisées sur les Fig. I et IA, que les références numériques de la série "30" sont utilisées sur les Fig. 2 et 2A, et que les références numériques de la série "40" sont utilisées sur les Fig. 3 et 3A. Des références numériques semblables ont été utilisées

sur les Fig. 1 et lA, 2 et 2A et 3 et 3A.

En considérant maintenant la Fig. 1, on voit qu'on a représenté un poinçon 21 utilisé pour emboutir un flan métallique 20 en tale pré- revêtue sous la forme d'une cuvette par l'intermédiaire d'une matrice d'emboutissage 22, et en

particulier sur un arrondi de matrice 22a (cf. Fig. IA).

L'arrondi de matrice 22a a un rayon de courbure ccnpris entre 0,75 et 3,2 r;. La Fig. 1l montre enaleent l'angle E du cane de r coreement qui stend vers l'intérieur depuis i'extrémité de i'arrondi de matrice _23 jusqu'C une partie il 2499882 droite ou collet de formage 22 b constituant la partie d'amincissement de la matrice 22. Le collet 22b est orienté dans l'ensemble verticalement ou parallèlement à l'axe du poinçon 21. En conséquence, l'angle E, qui définit la zone de jonction entre l'arrondi 22a et le collet 22b, correspond à une inclinaison d'environ un demi degré à 3 . Le collet 22b a une longueur verticale comprise entre 0,25 et 2,5 mm et il s'étend depuis son point de jonction avec le cône partant de l'arrondi 22a jusqu'au début d'une partie dépouillée 22c de la matrice 22, l'angle de dépouille étant désigné par F. Cette partie dépouillée 22c est inclinée vers l'extérieur à partir de la verticale d'un angle compris entre environ un demi et 150 et elle est conçue pour absorber des contraintes circonférentielles et longitudinales s'exercent dans la matrice 22 sous l'effet des forces engendrées en cours d'amincissement. Plus spécifiquement, et comme le montrent les Fig. 1 et lA, le flan initial a son épaisseur d'origine là o il est maintenu sous le serreflan 23 de l'outillage , avant qu'il soit tiré dans l'intervalle existant entre le poinçon 21 et la matrice 22. Cette épaisseur de matière augmente à mesure qu'on se rapproche de l'arrondi de matrice 22a et elle diminue légèrement juste après que la matière

a franchi le point de contact de l'arrondi de matrice 22a.

Il se produit encore un léger amincissement lorsque la matière est redressée quand elle quitte l'arrondi 22a et quand elle devient une partie de la paroi latérale. La matière est fortement amincie lorsqu'elle est aplatie dans l'intervalle

existant entre la matrice 22 et le poinçon 21.

La paroi latérale du récipient ou cuvette a en coupe une légère forme de coin. En effet, l'épaisseur augmente avec la hauteur au-dessus du fond. Cela s'explique par le fait que l'épaisseur de la matière pénétrant dans la zone d'amincissement augmente constamment sous l'effet de la compression circonférentielle. Cette plus grande épaisseur de la matière pénétrant dans la zone d'amincissement 22b exerce une plus grande charge sur l'outillage 25, qui est élastique et se déforme. En outre, comme l'élasticité du métal est un phénomène proportionnel, une augmentation d'épaisseur de la matière entrante produit une augmentation

d'épaisseur de la paroi sortante.

On a représenté sur la Fig. 2 un poinçon 31 qui est utilisé pour emboutir la cuvette formée par l'outillage 25 de la Fig. 1 afin de la transformer en un récipient plus élancé et de diamètre plus petit. L'outillage 35 de la Fig. 2 est semblable à celui de la Fig. 1. L'arrondi 32a de la matrice d'emboutissage visilbe sur la Fig. 2A, a un rayon de courbure compris entre 0,75 et 3,2 mm. La Fig. 2A montre également l'angle G du cUne qui part intérieurement de l'extrémité de l'arrondi de matrice 32A et qui s'étend jusqu'à une partie droite ou collet 32b qui constitue la

partie d'amincissement de la matrice 32. Le collet d'amin-

cissement 32b est orienté verticalement ou parallèlement à l'axe du poinçon 31. L'angle G, qui correspond à la zone de jonction entre l'arrondi de matrice 32a et le collet 32b, correspond à une inclinaison d'environ 0 à 3O. Le collet a une longueur verticale d'environ 0,25 a 2,5 mm et il s'étend depuis son point de jonction avec le eône partant de l'arrondi de matrice 32a jusqu'au début d'une partie dépouillée 32c de la matrice 32, qui présente un angle H visible sur la

Fig. 2. Cette partie dépouillée 32c est inclinée vers l'exté-

rieur à partir de la verticale d'un angle H compris entre environ un demi et 10 et elle est conçue pour absorber des contraintes circonférentielles et longitudinales s'exerçant dans la matrice 32 sous l'effet des forces engendrées au cours de la phase d'amincissement. Plus spécifiquement, et comme le montrent les Fig. 2 et 2A, la matière de cuvette possède son épaisseur d'origine quand elle est maintenue en dessous du manchon d'emboutissage 33 de l'outillage 35 et avant d'être tirée dans l'intervalle existant entre le poinçon 31 et la matrice 32. Cette épaisseur de matière augmente à mesure qu'on se rapproche de l'arrondi de matrice 32a et elle est diminuée légèrement juste après que la matière a franchi le point de contact de l'arrondi de matrice 32a. Il se produit encore un léger amincissement lorsque la

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matière est redressée quand elle quitte l'arrondi 32a et quand elle devient une partie de la paroi latérale. La matière

est fortement amincie lorsqu'elle est aplatie dans l'inter-

valle existant entre la matrice 32 et le poinçon 31.

La paroi latérale du récipient ou cuvette a en coupe une légère forme de coin. En fait, l'épaisseur augmente avec la hauteur au-dessus du fond. Cela s'explique par le fait que l'épaisseur de la matière pénétrant dans la partie d'amincissement 32b de la matrice 32 augmente constamment sous l'effet d'une compression circonférentielle. Cette plus grande épaisseur de la matière pénétrant dans la partie d'amincissement 32b de la matrice 32 exerce une plus grande

charge sur l'outillage 35, qui est élastique et se déforme.

En outre, comme l'élasticité du métal est un phénomène proportionnel, une augmentation d'épaisseur de la matière entrante produit une augmentation d'épaisseur de la paroi sortante. Sur la Fig. 3, on a représenté un poinçon 41 qui est

en train d'emboutir le récipient 30 de la Fig. 2 par l'inter-

médiaire d'une matrice d'emboutissage 42, et en particulier

par l'intermédiaire d'un arrondi de matrice 42a (cf. Fig. 3A).

L'arrondi de matrice 42a a un rayon de courbure compris entre 0,75 et 3,2 mm. La Fig. 3A montre également l'angle J du cône qui part intérieurement de l'extrémité de l'arrondi

42a juqu'à un collet 42b qui correspond à la partie d'amin-

cissement de la matrice 42. Le collet 42b est orienté verti-

calement ou parallèlement à l'axe du poinçon 41. L'angle J définissant la zone de jonction entre l'arrondi de matrice 42a et le collet 42b correspond à une inclinaison comprise entre environ 0 et 30. Le collet d'amincissement 42b-a une longueur verticale comprise approximativement entre 0,25 et 2,5 mm et il s'étend depuis la jonction avec le cône partant de l'arrondi de matrice 42a Jusqu'au début d'une partie dépouillée 42c de la matrice 42 qui présente un angle de dépouille K. Cette partie Népouillée 42c est inclinée vers l'extérieur à partir de li \erticale d'un angle d'environ un demi à 150 et elle est conçue pour absorber des contraintes

14 2499882 circonférentielles ct longitudinales se produisant dans la matrice 42 sous

l'effet de forces engendres en cours d'amincissement de 'UR matierea Plus soecifiquement. et comme le montrent les Fig. 3 et 3A, le éúeciplen rerembouti a son épaisseur initiale quand il est maintenu en dessous du manchon

d'étirage 43 de l'outillage 45 avant d'être tiré dans l'inter-

valle existant entre le poinçon 41 et la matrice 42. Cette épaisseur de matière augmente a mesure qu'on se rapproche de l'arrondi de matrice 42a et elle diminue légèrement juste après que la matière a franchi le point de tangence de

l'arrondi de matrice 42a. Elle subit encore un léger amincis-

sement lorsqu'elle quitte l'arrondi de la matrice 42a et lorsqu'elle devient une partie de la paroi latérale du récipient. La matière est amincie sensiblement lorsqu'elle est écrasée dans l'intervalle existant entre la matrice 42

et le poinçon 41.

La paroi latérale du récipient final a une section en

forme de coin qui n'est pas mesurable du fait que les opera-

tions multiples d'amincLssement ont diminue les défauts

d'uniformité imputables à l'emboutissage. Bien que l'épais-

seur de la matière pénétrant dans la partie d'amincissement de la matrice augmente constamment a cause de la compression circonférentielle, l'effet est diminué du fait que la

réduction de diamètre en pourcentage est moindre. En consé-

quence, le récipient final a une épaisseur de paroi latérale

pratiquement uniforme.

Comme le montrent les figures, la matière du récipient est un métal qui est pourvu au préalable de couches minces et uniformes de revêtement sur ce qui constituera finalement les surfaces intérieure et extérieure. Ces couches de revêtement sont agencées de manière a etre embouties a8ec le métal et à ne pas être déchirées ou endommagées de telle sorte que le recouvrement protecteur du métal soit perc bien qu'il se produise un aineissemnet au cour'S du processus

d'emboutissaqe de la mati.ère dans et sur la matrice {of.

brevet U.$. NI de série.

La 4i 4 montre le récipient termimne de fabrication,

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ce récipient comportant une collerette 51, une paroi latérale 52 et un fond, désigné dans son ensemble par 53 et pourvu d'une partie plane circonférentielle 54 tournée vers le bas et d'une partie centrale en forme de dame 55. L'épaisseur de la matière dans la paroi latérale 52 du récipient final 50 est relativement uniforme. La partie la plus épaisse du

récipient est constituée par la partie plane 54 qui a l'épais-

seur initiale du flan à partir duquel le récipient a été réalisé. Dans les autres zones de paroi, la matière a été amincie jusqu'à une épaisseur inférieure d'environ 0,025 mm à l'épaisseur initiale du flanc pré-revêtu. La réduction d'épaisseur de la paroi latérale 52 a été expliquée ci-dessus

lors de la description des opérations multiples d'emboutissage

et d'amincissement simultanées mises en évidence sur les figures. L'amincissement de la partie 55 en forme de dame du fond de récipient est effectué à proximité de la fin de course inférieure du poinçon 41 sur la Fig. 3. Le poinçon 41 comporte une zone évidée 41a qui est agencée pour recevoir une partie profilée de l'outillage (non représentée) qui entre en contact avec la zone centrale du fond du récipient pour former le dôme dans la paroi de fond 53. Lors du formage du dame 55, la matière du fond de récipient est

allongée de telle sorte qu'il se produit une légère diminu-

tion de l'épaisseur de paroi.

Le poinçon peut présenter une dépouille ou conicité périphérique afin d'augmenter l'épaisseur de la paroi latérale amincie. Si le poinçon présente un profil conique, la partie de paroi latérale proche du fond est plus épaisse, de sorte que le récipient final peut mieux résister aux déformations

dans cette zone de coin critique.

Le rayon de la matrice d'emboutissage a une influence critique sur les contraintes engendrées dans la matière lorsqu'elle est tirée par le poinçon à partir du dessous du serre-flan. Plus spécifiquement, l'arrondi de la matrice d'emboutissage et la partie conique aboutissant au collet {'amincissement doient être ajustés pour réduire au minimum je froissement qui se produit naturellement à mesure que le

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diamètre de la matière non-étirée est réduit. A mesure que la matière est tirée vers 1' intérieur en direction de l'arrondi de la matrice d'emboutissage, des lignes rayonnantes de contraintes résiduelles sont engendrées même si la matière est maintenue par un serre-flan et même s'il se produit un

épaississement. Les contraintes circonférentielles non-

uniformes produisent une déformation non-homogène dans la matière, comme cela est mis en évidence par une variation

d'écrouissage dans la paroi latérale du récipient final.

Cette déformation augmente le risque de formation de criques dans la collerette parallèlement à l'axe de la boite. Comme expliqué ci-dessus, la matière située dans la partie supérieure du récipient peut ne pas être soumise à un amincissement et

rester par conséquent plus épaisse. Cette épaisseur supplé-

mentaire augmente la résistance à la fissuration. Cependant,

dans certains processus, il est envisagé de soumettre l'ensem-

ble du récipient à un amincissement et de former ultérieure-

ment une collerette. En conséquence, l'importance de l'arrondi de la matrice et de sa partie conique est plus grande puique

la nécessité de réduire au minimum la contrainte de déforma-

tion est plus grande.

La partie conique existant entre l'arrondi de matrice et le collet d'amincissement a une influence critique sous un autre point de vue, à savoir réduire au minimum la contrainte engendrée dans la matière en train'd'être emboutie. Cela signifie que la partie conique sert à piloter ou à guider le. poinçon lorsqu'il refoule la matière en direction de la partie d'amincissement de la matrice. Plus spécifiquement,

les tolérances concernant la position du collet, la concen-

tricité du poinçon et de la matrice et les différents angles et rayons intervenant dans la configuration de section droite du profil de matrice coopèrent tous pour engendrer un certain

degré de mouvement transversal entre le poinçon et la matrice.

Une partie conique de grand angle agit de façon à centrer le mouvement du poinçon par rapport à la matrice et provoque un fluage plus uniforme de la matière dans l'intervalle annulaire existant entre le poinçon et la matrice. Il est à noter que,

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avec des opérations multiples, l'uniformité de paroi du récipient d'un côté à l'autre varie d'un certain degré en fonction des jeux et tolérances intervenant dans l'opération de mise en oeuvre. Cette non- uniformité pose un problème en ce qui concerne l'outillage intervenant dans l'opération suivante, et on a trouvé qu'une partie conique de forte inclinaison contribuait à résoudre ce problème et à réduire au minimum l'influence de la condition initiale du récipient

de manière qu'il soit correctement mis en oeuvre dans l'opé-

ration suivante. Ainsi, on a trouvé qu'il est possible d'effectuer, dans certaines conditions, la seconde et la

troisième opération d'emboutissage et d'amincissement simul-

tanées avec un angle de cane de 00.

Dans un mode préféré de réalisation d'un récipient de type "303 x 406", on forme d'abord une cuvette allongée et peu profonde à l'aide du poinçon 21 et de la matrice 22 à partir d'un flan circulaire ayant un diamètre approximatif de 201,854 mm, la cuvette résultante ayant un diamètre

intérieur de 127,178 mm et une hauteur d'environ 50,8 mm.

L'épaisseur de matière dans le fond non-aminci de la cuvette est de 0,193 mm et l'épaisseur moyenne de la paroi latérale de la cuvette est d'environ 0.178 mm. Sur la Fig. 2, la cuvette 20 de la Fig. 1 est réemboutie sous la forme d'un récipient plus élancé et de diamètre plus petit, dont la hauteur est d'environ 85,1 mm et dont le diamètre intérieur est d'environ 96,65 mm. A nouveau, l'épaisseur de matière dans le fond reste à une valeur d'environ 0,193 mm, tandis que l'épaisseur de la paroi latérale prend une valeur

moyenne de 0,170 mm.

Finalement, le récipient 30 de la Fig. 2 est ré-embouti jusqu'aux dimensions de l'article final, la hauteur étant d'environ 112,40 mm et le diamètre intérieur d'environ 77,72 mm. L'épaisseur de matière du fond reste la même mais

l'épaisseur de paroi a une valeur moyenne relativement uni-

forme de 0,162 mm.

Bien entendu, la présentt invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, qui peuvent faire

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l'objet de nombreuses variantes. Plus particulièrement, les

revendications sont destinées 1 couvrir des modifications et

des variantes qui permettent d'adapter l'outillage à des récipients de tailles différentes, à des matériaux différents, à des procédés différents ou bien à toutes combinaisons des moyens précités en vue de produire un récipient ayant une épaisseur d'ensemble relativement uniforme à l'aide d'un outillage qui effectue concurremment ua emboutissage et un

amincissemnet à un degré suffisant pour non seulement contre-

balancer l'épaississement de la paroi mais réduire légèrement

l'épaisseur de paroi du récipient.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Outil de formage d'une tôle mince de métal pré-

revêtu sous la forme d'un récipient creux, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de moyens pour définir la forme du corps de récipient, ce corps ayant une section droite de configuration prédéterminée avec une paroi latérale et une paroi de fond fermée, chacun desdits moyens comprenant des premiers éléments qui coopèrent pour établir ladite configuration de section droite et des seconds éléments qui

coopèrent pour amincir ladite paroi latérale.

2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers éléments sont les parties initiales d'un ensemble de poinçon (21,31,41) et matrice (22,32,42) alignés axialement, lesdites parties coopérant au préalable pour former par emboutissage ladite configuration de section droite.

3. Outil selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits seconds éléments sont constitués par l'intervalle latéral défini par le profil de ladite matrice et par sa position par rapport audit poinçon de manière à définir un espace annulaire variable au travers duquel ladite paroi latérale est tirée quand le poinçon déplace la matière

au travers de ladite matrice.

4. Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit récipient est cylindrique et a une seLtion droite

de configuration circulaire dans l'ensemble.

5. Outil selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit intervalle latéral radial est inférieur à

l'épaisseur de la matière à partir de laquelle ledit réci-

pient est formé.

6. Outil selon la revendication 5, caractérisé en ce que la section de la zone de matrice correspondant auxdits premiers éléments comprend un arrondi (22a, 32a, 42a) sur lequel ladite matière est préalablement emboutie et une

partie non-incurvée qui est formée par la surface immédiate-

ment adjacente audit arrondi et intervenant lorsque le

poinçon entraîne la matière au travers de ladite matrice.

7. Outil selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit profil de matrice correspondant auxdits seconds éléments comprend un collet d'amincissement (22b, 32b, 42b) qui est constitué par une section de matrice parallèle à l'axe et qui est placte le relus radiaiement vers l'intérieur

en direction dudit poi.ncn afin d'amineir ladite paroi laté-

raie quand le poinçon tire transversalement

audit collet.

8. Outil selon la r- tion araetris e ce que ledit profil de matrice loireend une partie ayant un profil conique dirigé v.ers lante.rzieur et s'étendant de

l'extrémité dudit arrondi de:î ice.usqueaudit collet.

9. 0ut-il selon la revendcationi 8, caractérisé en ce que ladite partie conique est a pente forte, faisant un angle

(E, C, 3) inférieur à 3 par rapport à l'axe du poinçon.

10. Outil selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ladite partie conique est à pente raide et facilite

l'alignement axial du poinçon par rapport au collet.