EP0433203B1 - Procédé et dispositif d'emboutissage de récipients de forme tronçonique, et récipient ainsi embouti - Google Patents

Procédé et dispositif d'emboutissage de récipients de forme tronçonique, et récipient ainsi embouti Download PDF

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EP0433203B1
EP0433203B1 EP90470068A EP90470068A EP0433203B1 EP 0433203 B1 EP0433203 B1 EP 0433203B1 EP 90470068 A EP90470068 A EP 90470068A EP 90470068 A EP90470068 A EP 90470068A EP 0433203 B1 EP0433203 B1 EP 0433203B1
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EP
European Patent Office
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punch
blank
stamping
annular
ring
Prior art date
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EP90470068A
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German (de)
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EP0433203A1 (fr
Inventor
Jean-François Seconde
Gérard Heurteboust
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sollac SA
Original Assignee
Sollac SA
Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D24/00—Special deep-drawing arrangements in, or in connection with, presses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/26—Deep-drawing for making peculiarly, e.g. irregularly, shaped articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D51/00—Making hollow objects
    • B21D51/02—Making hollow objects characterised by the structure of the objects
    • B21D51/10—Making hollow objects characterised by the structure of the objects conically or cylindrically shaped objects

Definitions

  • the invention relates to the manufacture of containers of generally frustoconical shape, by stamping a sheet metal blank, in particular of steel and of small thickness. It relates more particularly to the manufacture of containers with a high taper, that is to say the side wall of which is largely flared on the side of the opening of the container.
  • the free strand is the annular area of the blank located between the punch and the die, which is neither in contact with the punch nor in contact with the die during stamping, that is to say , in the case of punch and frustoconical matrix and just before the end of the drawing, practically the entire side wall of the container.
  • this method has the drawback of greatly limiting, from the start of stamping, the flow of the metal constituting the blank between the die and the outer ring of the punch. Therefore, the subsequent deformations caused by the other decreasing diameter rings cause a significant stretching of the metal in the central area of the blank, which can lead to its rupture, especially in the case of a thin blank. In addition, tearing can occur by significant friction of the deformed area of the blank between the die and the outer ring of the punch.
  • the object of the present invention is to remedy these problems and to allow the manufacture of containers of generally frustoconical shape by stamping sheet blanks of thin or very thin thickness, in particular of steel.
  • the present invention relates to a method of stamping a sheet blank for the manufacture in one pass of a container of generally frustoconical shape, according to which a stamping tool is used.
  • a stamping tool comprising a male frustoconical force punch and a matrix facing it
  • the expression frustoconical shape to be understood as relating not only to containers of circular cross-section, but also to containers of cross-section of generally polygonal shape, and of which the cross-section in a plane passing through the center of the container can be generally rectilinear or curvilinear with more or less pronounced concavity or convexity.
  • this method is characterized in that the matrix comprises, facing the frustoconical surface of the punch, concentric rings movable perpendicular to the plane of the blank, the concentric annular zones of the blank are deformed successively, starting with that of smaller dimension, each annular zone, of frustoconical shape after deformation, being kept pressed towards the punch by a corresponding ring from the moment when said zone is in contact with the punch and until the end of the stamping, each annular zone being by elsewhere by pressing on a corresponding ring as long as the adjacent internal annular zone is not applied to the punch.
  • the invention it is possible to manufacture, by stamping in a single pass, containers of frustoconical shape from sheet metal of small thickness, practically without risk of breakage of the blank. Indeed, the deformation of the blank occurring first in its central part, close to the bottom of the container, the subsequent successive deformations of the zones of increasing diameter practically do not occur on the already deformed metal of the zones of smaller dimensions, and n therefore do not tend to stretch it excessively, thus avoiding the ruptures which commonly occur as close as possible to the nose of the punch in the procedures according to the prior art.
  • the metal necessary to absorb these deformations is freely, subject to the pressure exerted by the blank holder, brought from the peripheral areas of the blank. It is thus possible to easily control the deformations by stretching the metal by adapting the pressures exerted on the blank drawn by the different rings of the matrix and by the blank holder.
  • each annular zone is maintained substantially in the plane of the blank as long as the adjacent internal annular zone is not applied to the punch.
  • This particular arrangement makes it possible, in addition to permanently containing the free strand by contact of the blank on the annular rings of the die, to keep firmly pressed between punch and die each stamped annular zone before the adjacent zone towards the outside begins. to be deformed by the action of the punch and the corresponding die ring. The influence of the deformation of an annular zone on the adjacent zones towards the interior is then further reduced.
  • the rings can also move slightly, accompanying the area of the blank in free strand, under the effect of less pressure exerted on said rings, this pressure being adapted to the buckling characteristics of the material constituting the blank. It can also be assumed that, during stamping, an annular area of the blank is not fully pressed by the corresponding ring on the punch when the adjacent external annular area begins to be deformed. Even in this case, during stamping, the blank area in free strand gradually decreases, which has the effect of reducing the risks of wrinkling.
  • the punch has on its conical surface one or more circumferential recesses, and corresponding steps are formed on the wall of the container during stamping between two adjacent annular zones of said wall, successively when brought into contact. an annular zone on the punch by the corresponding ring.
  • This arrangement makes it possible to produce a container having on its conical side wall steps which, in addition to their aesthetic appearance, constitute reinforcements of the wall.
  • the formation of these steps creates at the end of the deformation of each annular zone an additional tension of the metal in said annular zone, which participates in the elimination of any wrinkling.
  • the invention also relates to a stamping device for the implementation of the method described above, comprising a punch of generally frustoconical male shape facing a matrix and a blank holder to retain the periphery of the blank while letting it slide, this device being characterized in that the matrix comprises, opposite the frustoconical surface of the punch, concentric rings movable in the direction of movement of the punch, and pressure means for exerting on each of said rings a predetermined force enough to deforming, during stamping, the corresponding annular zone of the blank in the direction of the punch, each of the front annular surfaces of said rings having a shape complementary to the annular surface of the punch which faces it axially, for, at the end of stamping, press each annular area against the punch.
  • the stamping tool shown in the different figures comprises a die 1, a frustoconical punch 2 and a blank holder 3.
  • the die 1 is linked in a manner known per se to an upper plate 4 of a stamping press.
  • the punch is linked to a lower plate 5 of said press.
  • the blank holder 3 is slidably mounted on the lower plate 5, means not shown being provided for exerting pressure on the blank holder 3 in the direction of the die 1.
  • one cutting ring 6, intended in particular to perform at the end of stamping the peripheral cutting of the edge of the container.
  • the die 1 comprises a fixed ring 7 rigidly fixed to the upper plate 4 of the press, and several concentric rings 8, 9, 10, three in the example shown.
  • the central ring 10 is, in this example, a disc, the face 11 of which faces the punch comprises a flat central zone 12 surrounded by a frustoconical zone 13, this central ring 10 being intended to form the bottom of the container and the part of the side wall thereof adjacent to said bottom.
  • this disc could be replaced by an annular ring having a conical surface identical to the surface 13, and a central counter-punch provided for forming, in collaboration with the central part of the punch, the bottom of the container. .
  • the surface of the central zone 12 or of the counter-punch could also be shaped so as to give the bottom of the box a particular relief.
  • the concentric rings 8, 9, 10 are slidably mounted relative to each other, and permanently pushed towards the punch by pressure means such as springs 14, 15, 16. These rings, including the maximum clearance is determined as a function of the stamping depth, are moreover retained by stops 17, 18, 19 limiting their displacement in the direction of the punch, so that the lower ends of these rings are all substantially in the same plane before the stamping.
  • said springs are determined for each ring so as to be able to exert sufficient force on the stamped blank to press the annular area of the blank on the punch which is found during stamping opposite said ring.
  • Each ring has a frustoconical surface 20, 21, 13 of the same conicity as the annular surfaces 20 ', 21', 13 'of the punch located respectively opposite.
  • the external sliding ring 8 that is to say the one having the largest diameter, furthermore comprises a substantially planar surface 22, adjacent to its frustoconical surface 20, situated opposite a surface 22 'of the cutting ring 6, and preferably comprising a protrusion or annular ring 23.
  • An annular cup 23 'of corresponding profile is produced in the cutting ring 6.
  • Said ring 23 and said cup 23' are in particular intended to form on the edge of the container a peripheral rib constituting a heat-sealing track for the subsequent welding of a closure cap for the container. This arrangement also ensures flatness, at the end of stamping, of said heat-sealing track, which guarantees the continuity and therefore the seal, of the weld when the container is closed.
  • the conical annular surfaces 20 ′, 21 ′, 13 ′ of the punch are also connected by recesses 24, 25, which form, with said annular surfaces, circumferential steps, said recesses being located opposite the guide surfaces between the rings of the matrix.
  • the blank 30 is placed between the die and the punch spaced apart from each other, the blank resting on the blank holder 3 and the cutting ring 6, maintained in the high position by the pressurizing means of the blank holder.
  • the sliding rings 8, 9 and 10 are pushed down by the springs 14, 15, 16, the lower ends of these rings and of the fixed ring 7 of the matrix being substantially in the same horizontal plane.
  • the upper plate 4 of the press is then pushed down, until the fixed ring 7 of the die comes into contact with the blank and presses it against the blank holder 3.
  • the rod 23 associated with the bowl 23 ′ thus participates, in addition to the pressure exerted by the blank holder, in retaining the periphery of the blank, by folding and successive unfolding of this, during the sliding of the blank between the outer ring and the cutting ring, during the following phases of the stamping.
  • the upper plate 4 continuing to be pushed down, the blank then begins to be stamped in its central part by the interaction of the central ring 10 with the punch 2.
  • the periphery of the blank has slid radially between the fixed ring 7 of the matrix and the blank holder 3, and between the outer ring 8 and the cutting ring 6, the rod 23 participating in the regularity of this sliding over the entire periphery of the blank.
  • the blank continues to be deformed, the remaining free strand being supported by the lower end of the sliding ring 9 adjacent to the central ring 10.
  • the force exerted by the springs 15 on this ring 9, hereinafter called the middle ring is sufficient to avoid its retraction from the outer ring 8, the free strand of the blank then remaining in the original horizontal plane of the blank.
  • a certain retreat from this middle ring can however be accepted insofar as, despite this decline, the deformation of the free strand remains contained by the pressure exerted by the lower end of said middle ring.
  • the fifth phase is carried out in a similar manner to the fourth phase, by continuing the descent of the upper plate 4, the continued penetration of the punch into the matrix causing the sliding of the middle ring 9 in the outer ring 8.
  • the annular zone conical 34 of larger diameter is then deformed then clamped between the conical surface 20 of the outer ring 8 and the corresponding surface 20 'of the punch, as shown in Figure 1 e , the step 36 then being formed similarly to the step 35.
  • This sixth phase is a phase of cutting the periphery of the container, this cutting being carried out, during the final penetration of the punch into the die, by the cutting ring 6 which, being in abutment on the lower plate 5, moves, relative to the fixed ring 7 of the die, simultaneously with the punch, and, in cooperation with this fixed ring 7, shears the edge 37 of the blank.
  • the forming of the steps 35, 36 makes it possible to create an additional tension of the metal of the blank which participates in the elimination of any remaining folds.
  • the steps are formed successively, at the end of the fourth and of the fifth stamping phase. It will easily be understood that the same effect would be obtained if all the steps were formed simultaneously at the end of stamping. This could result from the fact that, voluntarily or not, the pressure exerted on a ring, for example the middle ring 9, was insufficient to form the corresponding step. In this case, moreover, the annular zone 33 of the blank would not be completely pressed between the punch and the ring 9 at the end of the fourth phase. However, it would be held against the punch near the recess 25 during the fourth phase, and near the recess 24 during the fifth phase.
  • Figures 2, 3 and 4 show in the end of stamping position different variants of the device, each intended for stamping plates of different shapes.
  • the steps 35 ′, 36 ′ instead of being formed by cylindrical recesses such as those described above, are formed by planar recesses in parallel planes. It will be readily understood that the lower ends of the sliding rings are adapted accordingly, and that the method will be carried out in a similar manner to that which has been described above.
  • the shape of the container wall is not limited to the various configurations shown only by way of example.
  • the invention also applies to the manufacture of containers of non-circular horizontal section, the shape of the punch and of the various sliding rings being adapted accordingly.
  • the method and the device according to the invention are particularly suitable for stamping blanks of thin steel sheet, in particular less than 0.2 mm and with high mechanical characteristics (Re> 450 MPa), but can of course be used for stamping thicker or different metal sheets. They allow in particular the manufacture of containers of various shapes, the slope of the walls, the depth of the container, and its dimensions which can vary widely, the shape of the tools and in particular the number of rings being adapted accordingly.

Description

  • L'invention concerne la fabrication de récipients de forme générale tronconique, par emboutissage d'un flan de tôle, notamment en acier et de faible épaisseur. Elle concerne plus particulièrement la fabrication de récipients à forte conicité, c'est-à-dire dont la paroi latérale est largement évasée du côté de l'ouverture du récipient.
  • Selon des procédés classiques de fabrication de ce type de récipient, on réalise successivement plusieurs séquences d'emboutissage qui déforment progressivement le flan initial jusqu'à obtention du produit final. Ces procédés, nécessitant donc l'utilisation de plusieurs outils d'emboutissage, un par séquence, et plusieurs opérations pour réaliser un récipient, entraînent un coût de fabrication important.
  • Pour réduire ces coûts, il a déjà été proposé dans le document DE-A-1452963 d'emboutir des récipients tronconiques en une seule passe, en utilisant un dispositif selon le préambule de la revendication 6, comportant un poinçon de forme tronconique mâle, une matrice tronconique lui faisant face, et un serre-flan servant classiquement à retenir la périphérie du flan tout en la laissant glisser. De tels procédés selon le préambule de la revendication 1 ont toutefois tendance à provoquer un bombé et des plissements de la paroi latérale conique du récipient, du fait de l'important brin libre inhérent à ce type de procédé. Il est rappelé que le brin libre est la zone annulaire du flan située entre le poinçon et la matrice, qui n'est ni au contact du poinçon ni au contact de la matrice au cours de l'emboutissage, c'est-à-dire, dans le cas de poinçon et matrice tronconiques et juste avant la fin de l'emboutissage, pratiquement toute la paroi latérale du récipient.
  • Pour notamment éviter ces plissements, il a été proposé, par le document US 3302441, de réduire ce brin libre en utilisant un poinçon constitué de plusieurs bagues annulaires concentriques et coulissant les unes dans les autres. Dans ce cas l'emboutissage est conduit de manière à déformer en premier lieu par la bague annulaire externe du poinçon, une première zone annulaire du flan pour mettre en forme la partie tronconique de plus grand diamètre du récipient, c'est-à-dire la partie la plus proche de l'ouverture du récipient, puis à déformer successivement, au moyen de bagues annulaires de diamètres décroissants, des zones annulaires du flan correspondantes pour former des parties tronconiques du récipient de diamètres également décroissants, jusqu'à la fin de l'opération d'emboutissage, où toute la paroi tronconique du récipient embouti est appliqué sur la matrice par les différentes bagues annulaire du poinçon. Par ce procédé, le brin libre en cours d'emboutissage est en effet considérablement réduit, puisque constitué uniquement desdites zones annulaires dont la largeur est sensiblement divisée, par rapport au cas précédent, par le nombre de bagues annulaires du poinçon.
  • Toutefois ce procédé présente l'inconvénient de limiter fortement, dès le début de l'emboutissage, l'écoulement du métal constituant le flan entre la matrice et la bague externe du poinçon. De ce fait, les déformations ultérieures provoquées par les autres bagues de diamètre décroissant provoquent un étirement important du métal dans la zone centrale du flan, qui peut conduire à sa rupture, notamment dans le cas d'un flan de faible épaisseur. De plus des arrachements peuvent se produire par un frottement important de la zone déformée du flan entre la matrice et la bague externe du poinçon.
  • Le but de la présente invention est de remédier à ces problèmes et de permettre la fabrication de récipients de forme générale tronconique par emboutissage de flans de tôle de faible ou très faible épaisseur, notamment en acier.
  • Avec ces objectifs en vue, la présente invention a pour objet un procédé d'emboutissage d'un flan de tôle pour la fabrication en une passe d'un récipient de forme générale tronconique, selon lequel on utilise un outil d'emboutissage comprenant un poinçon de force tronconique mâle et une matrice lui faisant face, l'expression forme tronconique devant être comprise comme concernant non seulement des récipients de section circulaire, mais aussi des récipients de section de forme générale polygonale, et dont la section dans un plan passant par le centre du récipient peut être globalement rectiligne ou curviligne de concavité ou convexité plus ou moins accentuée.
  • Selon l'invention ce procédé est caractérisé en ce que la matrice comporte, en regard de la surface tronconique du poinçon, des bagues concentriques mobiles perpendiculairement au plan du flan, on déforme successivement des zones annulaires concentriques du flan en commençant par celle de plus petite dimension, chaque zone annulaire, de forme tronconique après déformation, étant maintenue pressée vers le poinçon par une bague correspondante à partir du moment où ladite zone est au contact du poinçon et jusqu'à la fin de l'emboutissage, chaque zone annulaire étant par ailleurs en appui sur une bague correspondante tant que la zone annulaire adjacente interne n'est pas appliquée sur le poinçon.
  • Grâce à l'invention, on peut fabriquer, par emboutissage en une seule passe, des récipients de forme tronconique en tôle de faible épaisseur, pratiquement sans risque de rupture du flan. En effet, la déformation du flan intervenant en premier lieu dans sa partie centrale, proche du fond du récipient, les déformations successives ultérieures des zones de diamètre croissant n'interviennent pratiquement pas sur le métal déjà déformé des zones de plus petites dimensions, et n'ont donc pas tendance à l'étirer excessivement, évitant ainsi les ruptures qui surviennent couramment au plus près du nez du poinçon dans les procédés selon l'Art Antérieur. Par contre le métal nécessaire pour absorber ces déformations est librement, sous réserve de la pression exercée par le serre-flan, amené des zones périphériques du flan. Il est ainsi possible de contrôler aisément les déformations par étirement du métal en adaptant les pressions exercées sur le flan embouti par les différentes bagues de la matrice et par le serre-flan.
  • Il en résulte de plus, par rapport à un emboutissage en plusieurs passes, un gain sur les dimensions du flan, puisque l'étirement du métal qui le constitue peut être contrôlé et donc optimisé.
  • Selon une disposition particulière de l'invention, chaque zone annulaire est maintenue sensiblement dans le plan du flan tant que la zone annulaire adjacente interne n'est pas appliquée sur le poinçon.
  • Cette disposition particulière permet, outre le fait de contenir en permanence le brin libre par contact du flan sur les bagues annulaires de la matrice, de maintenir fermement pressée entre poinçon et matrice chaque zone annulaire emboutie avant que la zone adjacente vers l'extérieur ne commence à être déformée par l'action du poinçon et la bague de matrice correspondante. L'influence de la déformation d'une zone annulaire sur les zones adjacentes vers l'intérieur est alors encore réduite.
  • Toutefois, les bagues peuvent aussi se déplacer légèrement en accompagnant la zone du flan en brin libre, sous l'effet d'une pression moindre exercée sur lesdites bagues, cette pression étant adaptée aux caractéristiques de flambage du matériau constitutif du flan. On peut d'ailleurs admettre que, en cours d'emboutissage, une zone annulaire du flan ne soit pas totalement pressée par la bague correspondante sur le poinçon lorsque la zone annulaire adjacente externe commence à être déformée. Même dans ce cas, en cours d'emboutissage, la zone du flan en brin libre diminue progressivement ce qui a pour effet de réduire les risques de plissement.
  • Cependant, le blocage séquentiel du flan sur le poinçon, provoqué par les bagues de dimension croissante, crée un étirement d'autant plus important que le brin libre diminue, et l'épaisseur des parois coniques en est d'autant plus constante.
  • Selon une autre disposition particulière le poinçon comporte sur sa surface conique un ou des décrochements circonférentiels, et des gradins correspondants sont formés sur la paroi du récipient en cours d'emboutissage entre deux zones annulaires adjacentes de ladite paroi, successivement lors de la mise en contact d'une zone annulaire sur le poinçon par la bague correspondante.
  • Cette disposition permet de réaliser un récipient présentant sur sa paroi latérale conique des gradins qui, outre leur aspect esthétique, constituent des renforts de la paroi. De plus la formation de ces gradins crée à la fin de la déformation de chaque zone annulaire une tension supplémentaire du métal dans ladite zone annulaire, qui participe à la suppression des éventuels plissements.
  • Dans le même but, il est également possible, en utilisant un poinçon comportant des gradins, d'amener en cours d'emboutissage chaque zone annulaire du flan au contact de la zone correspondante du poinçon par la bague de matrice correspondante sans former le gradin, le contact étant alors seulement linéaire sur l'angle du gradin, et de former simultanément tous les gradins en fin d'emboutissage par une augmentation simultanée de la pression exercée par les bagues de la matrice.
  • L'invention a aussi pour objet un dispositif d'emboutissage pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, comportant un poinçon de forme générale tronconique mâle faisant face à une matrice et un serre-flan pour retenir la périphérie du flan tout en la laissant glisser, ce dispositif étant caractérisé en ce que la matrice comporte, en regard de la surface tronconique du poinçon, des bagues concentriques mobiles selon la direction du déplacement du poinçon, et des moyens de pression pour exercer sur chacune desdites bagues un effort prédéterminé suffisant pour déformer, en cours d'emboutissage, la zone annulaire correspondante du flan en direction du poinçon, chacune des surfaces annulaires frontales desdites bagues ayant une forme complémentaire de la surface annulaire du poinçon qui lui fait face axialement, pour, en fin d'emboutissage, plaquer chaque zone annulaire contre le poinçon.
  • Selon des dispositions particulières :
    • les bagues sont retenues par des butées limitant leur déplacement en direction du poinçon ;
    • les extrémités des bagues faisant face au poinçon sont toutes sensiblement dans le même plan avant emboutissage ;
    • le dispositif comporte entre le serre-flan et le poinçon une bague dans laquelle est réalisée, sur sa face dirigée vers la matrice, une cuvette annulaire, une bague coulissante de la matrice lui faisant face et comportant une prohéminence de profil correspondant à celui de la cuvette annulaire ;
    • les moyens de pression comportent des éléments élastiques, tels que des ressorts, déterminés pour exercer sur chaque bague de la matrice un effort fonction de la profondeur de pénétration du poinçon dans la matrice, de manière à exercer sur le flan embouti en cours d'emboutissage, un effort suffisant pour plaquer la zone annulaire correspondante du flan sur le poinçon.
  • D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite à titre d'exemple d'un dispositif et du procédé de mise en oeuvre conforme à l'invention, pour la fabrication de récipients largement évasés tels que des assiettes, en tôle d'acier d'épaisseur inférieure à 0,21 mm, par exemple 0,18 mm.
  • On se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
    • les figures 1a à 1f représentent en demi-coupe axiale le dispositif d'emboutissage et le flan lors de différentes phases successives de l'emboutissage d'une assiette à gradins,
    • la figure 2 montre une variante du dispositif en fin d'emboutissage d'une autre forme d'assiette,
    • la figure 3 montre une autre variante appliquée à l'emboutissage d'assiettes à paroi latérale lisse,
    • la figure 4 montre une autre variante encore appliquée à l'emboutissage d'assiettes à paroi latérale de section incurvée.
  • L'outil d'emboutissage représenté sur les différentes figures comporte une matrice 1, un poinçon tronconique 2 et un serre-flan 3. La matrice 1 est liée de manière connue en soi à un plateau supérieur 4 d'une presse d'emboutissage. De même le poinçon est lié à un plateau inférieur 5 de ladite presse. Le serre-flan 3 est monté coulissant sur le plateau inférieur 5, des moyens non représentés étant prévus pour exercer une pression sur le serre-flan 3 en direction de la matrice 1. Entre le serre-flan 3 et le poinçon 2 est intercalé une bague de découpe 6, destinée notamment à effectuer en fin d'emboutissage la découpe périphérique du bord du récipient.
  • La matrice 1 comporte une bague fixe 7 fixée rigidement au plateau supérieur 4 de la presse, et plusieurs bagues concentriques 8, 9, 10, trois dans l'exemple représenté. La bague centrale 10 est, dans cet exemple, un disque dont la face 11 en regard du poinçon comporte une zone centrale 12 plane entourée d'une zone tronconique 13, cette bague centrale 10 étant destiné à former le fond du récipient et la partie de la paroi latérale de celui-ci adjacente audit fond.
  • Comme on le comprendra par la suite, ce disque pourrait être remplacé par une bague annulaire présentant une surface conique identique à la surface 13, et un contre-poinçon central prévu pour former, en collaboration avec la partie centrale du poinçon, le fond du récipient. La surface de la zone centrale 12 ou du contre-poinçon pourrait aussi être conformée de manière à donner au fond de la boîte un relief particulier.
  • Les bagues concentriques 8, 9, 10 sont montées coulissantes l'une par rapport à l'autre, et poussées en permanence vers le poinçon par des moyens de pression tels que des ressort 14, 15, 16. Ces bagues, dont le débattement maximum est déterminé en fonction de la profondeur d'emboutissage, sont par ailleurs retenues par des butées 17, 18, 19 limitant leur déplacement en direction du poinçon, de manière que les extrémités inférieurs de ces bagues soient toutes sensiblement dans le même plan avant l'emboutissage.
  • Par ailleurs lesdits ressorts sont déterminés pour chaque bague de manière à pouvoir exercer sur le flan embouti un effort suffisant pour plaquer sur le poinçon la zone annulaire du flan qui se trouve lors de l'emboutissage en regard de ladite bague.
  • Chaque bague comporte une surface tronconique 20, 21, 13 de même conicité que les surfaces annulaires 20', 21', 13' du poinçon situées respectivement en vis-à-vis. La bague coulissante externe 8, c'est-à-dire celle ayant le plus grand diamètre, comporte par ailleurs une surface sensiblement plane 22, adjacente à sa surface tronconique 20, située en vis-à-vis d'une surface 22' de la bague de découpe 6, et comprenant préférentiellement une prohéminence ou jonc annulaire 23. Une cuvette annulaire 23' de profil correspondant est réalisée dans la bague de découpe 6. Ledit jonc 23 et ladite cuvette 23' sont notamment destinés à former sur le bord du récipient une nervure périphérique constituant une piste de thermoscellage pour le soudage ultérieur d'un couvercle d'obturation du récipient. Cette disposition permet de plus d'assurer la planéité, en fin d'emboutissage, de ladite piste de thermoscellage, ce qui garantit la continuité et donc l'étanchéité, de la soudure lors de la fermeture du récipient.
  • Les surfaces annulaires coniques 20', 21',13' du poinçon sont par ailleurs reliées par des décrochements 24, 25, qui forment, avec lesdites surfaces annulaires, des gradins circonférentiels, lesdits décrochements étant situés vis-à-vis des surfaces de guidage entre les bagues de la matrice.
  • En liaison avec les figures 1a à 1f, représentant les différentes phases d'emboutissage, on va maintenant décrire le procédé d'emboutissage d'un flan 30 de tôle pour former un récipient tronconique de forte conicité tel qu'une assiette.
  • Dans la première phase, représentée à la figure 1a, le flan 30 est mis en place entre la matrice et le poinçon écartés l'un de l'autre, le flan reposant sur le serre-flan 3 et la bague de découpe 6, maintenus en position haute par les moyens de mise en pression du serre-flan. Les bagues coulissantes 8, 9 et 10 sont poussées vers le bas par les ressorts 14, 15, 16, les extrémités inférieures de ces bagues et de la bague fixe 7 de la matrice étant sensiblement dans le même plan horizontal.
  • Le plateau supérieur 4 de la presse est alors poussé vers le bas, jusqu'à ce que la bague fixe 7 de la matrice arrive au contact du flan et presse celui-ci contre le serre-flan 3.
  • Dans cette deuxième phase représentée à la figure 1b, la périphérie du flan se trouve donc serrée entre la bague fixe 7 de la matrice et le serre-flan 3, et la zone annulaire 31 du flan située entre la bague externe 8 de la matrice et la bague de découpe 6 est déformée par le jonc 23, l'effort exercée sur ladite bague externe 8 par les ressorts 14 étant suffisante pour empêcher ou limiter son recul, vers le haut. Outre la fonction relatée précédemment, de formage de la piste de thermoscellage, le jonc 23 associé à la cuvette 23' participe ainsi, en complément à la pression exercée par le serre-flan, à la retenue de la périphérie du flan, par un pliage et dépliage successifs de celle-ci, lors du glissement du flan entre la bague externe et la bague de découpe, au cours des phases suivantes de l'emboutissage.
  • Dans cette deuxième phase, les extrémités inférieures des bagues 9 et 10 sont juste au contact du flan et dès lors participent au maintien du brin libre, comme indiqué précédemment.
  • Le plateau supérieur 4 continuant à être poussé vers le bas, le flan commence alors à être embouti dans sa partie centrale par l'interaction de la bague centrale 10 avec le poinçon 2.
  • En fin de cette troisième phase, représentée la figure 1c, la zone annulaire 32 du flan adjacente au fond du récipient est emboutie et pressée entre la surface conique 13 de la bague centrale 10 et la surface correspondante 13' du poinçon par l'effort exercé sur ladite bague centrale 10 par les ressorts 16.
  • On remarquera que lors de cette déformation du flan, la périphérie du flan a glissé radialement entre la bague fixe 7 de la matrice et le serre-flan 3, et entre la bague externe 8 et la bague de découpe 6, le jonc 23 participant à la régularité de ce glissement sur toute la périphérie du flan.
  • La descente du plateau supérieur se poursuivant, le poinçon continue de pénétrer dans la matrice en repoussant, relativement à celle-ci, la bague centrale 10 vers le haut et en comprimant les ressorts 16.
  • Au cours de cette quatrième phase, le flan continue à être déformé, le brin libre restant étant soutenu par l'extrémité inférieure de la bague coulissante 9 adjacente à la bague centrale 10. L'effort exercé par les ressorts 15 sur cette bague 9, appelée par la suite bague médiane, est suffisant pour éviter son recul par rapport à la bague externe 8, le brin libre du flan restant alors dans le plan horizontal d'origine du flan. Un certain recul de cette bague médiane peut cependant être acceptée dans la mesure où, malgré ce recul, la déformation du brin libre reste contenue par la pression exercée par l'extrémité inférieure de ladite bague médiane.
  • En fin de cette quatrième phase, représentée à la figure 1d, la zone annulaire 33 du flan, adjacente à la zone annulaire 32, est emboutie et pressée, entre la surface conique 21 de la bague médiane 9 et la surface correspondante 21' du poinçon, par l'effort exercé sur ladite bague médiane 9 par les ressorts 15. Simultanément, du fait du décrochement 25 reliant les surfaces 21' et 13' du poinçon, un gradin 35 est formé entre les zones annulaires 32 et 33 du flan.
  • La cinquième phase est effectuée de manière similaire à la quatrième phase, par poursuite de la descente du plateau supérieur 4, la poursuite de la pénétration du poinçon dans la matrice provoquant le coulissement de la bague médiane 9 dans la bague externe 8. La zone annulaire conique 34 de plus grand diamètre est alors déformée puis serrée entre la surface conique 20 de la bague externe 8 et la surface correspondante 20' du poinçon, ainsi que représentée à la figure 1e, le gradin 36 étant alors formé de manière similaire au gradin 35.
  • On remarquera que, à la fin de cette cinquième phase, la bague de découpe 6 est amenée en butée sur le plateau inférieur 5 et les surfaces supérieures 8', 9', 10' des bagues 8,9 et 10 sont situées dans un même plan.
  • De ce fait, lors de la sixième et dernière phase de l'emboutissage, ces surfaces viennent simultanément en butée sur le plateau supérieur 4, ainsi que représenté à la figure 1f. Cette sixième phase est une phase de découpe de la périphérie du récipient, cette découpe étant réalisée, lors de la pénétration finale du poinçon dans la matrice, par la bague de découpe 6 qui, étant en butée sur le plateau inférieur 5, se déplace, relativement à la bague fixe 7 de la matrice, simultanément au poinçon, et, en coopération avec cette bague fixe 7, cisaille le bord 37 du flan.
  • En fin de cette sixième phase, l'emboutissage du récipient est terminé et il peut être évacué de l'outil d'emboutissage, de manière connue en soi, après remontée du plateau supérieur 4 et retour des différentes bagues dans leur position de départ représentée à la figure 1a.
  • Ainsi que cela a déjà été indiqué, le formage des gradins 35, 36 permet de créer une tension supplémentaire du métal du flan qui participe à la suppression d'éventuels plissements subsistants. Dans la description qui vient d'être faite, les gradins sont formés successivement, à la fin de la quatrième et de la cinquième phase d'emboutissage. On comprendra aisément que le même effet serait obtenu si tous les gradins étaient formés simultanément en fin d'emboutissage. Cela pourrait résulter du fait que, volontairement ou non, la pression exercée sur une bague, par exemple la bague médiane 9, était insuffisante pour former le gradin correspondant. Dans ce cas d'ailleurs la zone annulaire 33 du flan ne serait pas totalement pressée entre le poinçon et la bague 9 en fin de quatrième phase. Elle serait cependant maintenue contre le poinçon à proximité du décrochement 25 lors de la quatrième phase, et à proximité du décrochement 24 lors de la cinquième phase.
  • Les figures 2, 3 et 4 montrent en position de fin d'emboutissage différentes variantes du dispositif, destinés chacune à emboutir des assiettes de formes différentes.
  • Dans la variante représentée à la figure 2, les gradins 35', 36', au lieu d'être formés par des décrochements cylindriques tels que ceux décrits précédemment, sont formés par des décrochements plans dans des plans parallèles. On comprendra aisément que les extrémités inférieures des bagues coulissantes sont adaptées en conséquence, et que le procédé sera conduit de manière similaire à ce qui a été décrit précédemment.
  • Il en est de même pour les variantes représentées à la figure 3, où la paroi conique 38 de l'assiette est lisse, sans gradins, la génératrice de la paroi latérale étant rectiligne, et à la figure 4, où la paroi 39 est constituée de plusieurs zones tronconiques de conicité croissante vers la périphérie du récipient, la génératrice de la paroi étant alors globalement incurvée.
  • Bien entendu, la forme de la paroi du récipient n'est pas limitée aux différentes configurations représentées uniquement à titre d'exemple. En particulier, l'invention s'applique également à la fabrication de récipients de section horizontale non circulaire, la forme du poinçon et des différentes bagues coulissantes étant adaptée en conséquence.
  • Le procédé et le dispositif selon l'invention sont particulièrement adaptés à l'emboutissage de flans de tôle en acier de faible épaisseur, notamment inférieure à 0,2 mm et de caractéristiques mécaniques élevées (Re > 450 MPa), mais peuvent bien entendu être mis en oeuvre pour l'emboutissage de tôles plus épaisses ou en métal différent. Ils permettent notamment la fabrication de récipients de formes variées, la pente des parois, la profondeur du récipient, et ses dimensions pouvant varier largement, la forme des outils et notamment le nombre de bagues étant adaptés en conséquence.

Claims (11)

  1. Procédé d'emboutissage d'un flan (30) de tôle pour la fabrication en une passe d'un récipient de forme générale tronconique, selon lequel on utilise un outil d'emboutissage comprenant un poinçon de forme tronconique mâle (2) et une matrice (1) lui faisant face, caractérisé en ce que la matrice (1) comporte, en regard de la surface tronconique du poinçon, des bagues concentriques (8,9,10) mobiles perpendiculairement au plan du flan, on déforme successivement des zones annulaires (32,33,34) concentriques du flan en commençant par celle de plus petite dimension, chaque zone annulaire (32,33,34) étant maintenue pressée vers le poinçon par une bague correspondante (10,9,8) à partir du moment où ladite zone est au contact du poinçon et jusqu'à la fin de l'emboutissage, chaque zone annulaire étant par ailleurs en appui sur une bague correspondante tant que la zone annulaire adjacente interne n'est pas appliquée sur le poinçon.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque zone annulaire (32,33,34) est maintenue sensiblement dans le plan du flan (30) tant que la zone annulaire adjacente interne n'est pas appliquée sur le poinçon (2).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le poinçon (2) comporte sur sa surface conique un ou des décrochements (24,25) circonférentiels, et des gradins (35,36) correspondants sont formés sur la paroi du récipient en cours d'emboutissage entre deux zones annulaires (32,33,34) adjacentes du récipient, successivement lors de la mise en contact d'une zone annulaire sur le poinçon (2) par la bague correspondante (10,9,8).
  4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le poinçon (2) comporte sur sa surface conique des décrochements (24,25) circonférentiels et des gradins (35,36) correspondants sont formés simultanément en fin d'emboutissage sur la paroi du récipient.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que on forme sur une zone périphérique plane du flan constituant le bord du récipient embouti une nervure (31) périphérique.
  6. Dispositif d'emboutissage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendicatons 1 à 5, comportant un poinçon (2) de forme générale tronconique mâle faisant face à une matrice (1) et un serre-flan (3) pour retenir la périphérie du flan tout en la laissant glisser, caractérisé en ce que la matrice comporte, en regard de la surface tronconique du poinçon, des bagues (8,9,10) concentriques mobiles selon la direction du déplacement du poinçon, et des moyens de pression (14,15,16) pour exercer sur chacune desdites bagues un effort prédéterminé suffisant pour déformer, en cours d'emboutissage, la zone annulaire correspondante du flan en direction du poinçon, chacune des surfaces annulaires frontales (20',21',13) desdites bagues ayant une forme complémentaire de la surface annulaire (20',21',13') du poinçon qui lui fait face axialement, pour, en fin d'emboutissage, plaquer chaque zone annulaire contre le poinçon.
  7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les bagues (8,9,10) sont retenues par des butées (17,18,19) limitant leur déplacement en direction du poinçon (2).
  8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les extrémités des bagues (8,9,10) faisant face au poinçon (2) sont toutes sensiblement dans le même plan avant emboutissage.
  9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte entre le serre-flan (3) et le poinçon (2) une bague (6) dans laquelle est réalisée, sur sa face dirigée vers la matrice, une cuvette annulaire (23'), une bague coulissante (8) de la matrice faisant face à la bague (6) comportant une prohéminence (23) de profil correspondant à celui de la cuvette annulaire (23').
  10. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de pression comportent des éléments élastiques tels que des ressorts (14,15,16).
  11. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de pression sont déterminés pour chaque bague (8,9,10) de manière à exercer sur le flan embouti en cours d'emboutissage, un effort suffisant pour plaquer la zone annulaire (32,33,34) correspondante du flan (30) sur le poinçon (2).
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