EP0451013B1 - Procédé et dispositif de formage d'une partie en relief sur un flanc de tôle et produit obtenu selon ce procédé - Google Patents

Procédé et dispositif de formage d'une partie en relief sur un flanc de tôle et produit obtenu selon ce procédé Download PDF

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EP0451013B1
EP0451013B1 EP91400795A EP91400795A EP0451013B1 EP 0451013 B1 EP0451013 B1 EP 0451013B1 EP 91400795 A EP91400795 A EP 91400795A EP 91400795 A EP91400795 A EP 91400795A EP 0451013 B1 EP0451013 B1 EP 0451013B1
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punch
zone
preforming
embossed part
sheet metal
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Gérard Heurteboust
Jean-François Seconde
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Sollac SA
Original Assignee
Sollac SA
Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
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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
    • B21D51/00—Making hollow objects
    • B21D51/16—Making hollow objects characterised by the use of the objects
    • B21D51/38—Making inlet or outlet arrangements of cans, tins, baths, bottles, or other vessels; Making can ends; Making closures
    • B21D51/383—Making inlet or outlet arrangements of cans, tins, baths, bottles, or other vessels; Making can ends; Making closures scoring lines, tear strips or pulling tabs

Definitions

  • the subject of the present invention is a method and a device for forming a raised part on a sheet blank, for example a rivet of a so-called easy opening lid for metal boxes or various containers.
  • the present invention also relates to a product comprising a raised part obtained by the method according to the invention.
  • the processes for forming a raised part on a sheet blank, used up to now, consist in carrying out a succession of stamping operations using several sets of die and punch in order to gradually form blanks. until the final obtaining of said raised part.
  • a flat sheet metal blank 1 is placed in a first set of matrix 2 and punch 3 so as to achieve, by bringing together said matrix 2 and said punch 3, an expansion of said sheet blank on a zone located in forming a first bubble-shaped blank 1a (Fig. 1a).
  • this first blank 1a is placed in a second set of matrix 4 and punch 5 (Fig. 1b) to produce a first neck forming a second blank 1b
  • this second blank 1b thus formed is placed in a third set of matrix 6 and punch 7 (Fig. 1c) to make a second neck forming a third blank 1c
  • this third blank 1c is finally placed in a fourth die set 8 and punch 9 (Fig. 1d) in order to obtain the raised part final 1d, said punch 9 having dimensions substantially equivalent to said part in relief.
  • This thinning is due to a concentration of the deformations in a limited area of the sheet blank during the successive forming phases.
  • thin irons which are generally very hardened, are characterized by their stiffness and their low ability to deform so that expanding forming proves to be very difficult to carry out, since the metal at the periphery of the part relief does not participate in the deformations, and there is generally a rupture of the metal at the top of said raised part.
  • the object of the present invention is in particular to remedy these drawbacks by proposing a method and a drawing device according to claims 1 and 6.
  • the surface of the localized preformed zone is substantially equivalent to that of said localized zone after final forming.
  • the present invention also relates to the application of the method to the production of a rivet of a so-called easy opening cover.
  • the device for forming, according to the invention, a part in relief on a sheet blank 10, such as a rivet of a cover said to be easy opening, consists of a die set and preforming punch respectively 20 and 25 (Fig. 2) and a die set and shaping punch respectively 30 and 35 (Fig. 3).
  • the die 20 and the punch 25 for preforming have imprints of complementary shape to produce, as will be seen later, on a localized area of the sheet blank (10) a succession of undulations.
  • the imprints of the preforming matrix 20 are constituted by a series of projections 21a, 21b and 21c and of recesses 22a, 22b and 22c for example three in number and whose height increases from the center towards the periphery of said matrix 20 .
  • the imprints of the preforming punch 25 consist of a series of projections 26a, 26b and 26c and of recesses 27a, 27b and 27c, the height of which decreases from the center towards the periphery of said punch 25.
  • the projection 26a of the punch 25 and the hollow 22a of the preforming die 20 have a shape substantially equivalent to the shape of the raised part which it is desired to obtain on the sheet blank 10.
  • the projecting part 26a of the punch 25 and the hollow 22a of the die 20 have a cylindrical shape and the projections 21a, 21b, 21c and 26a, 26b, 26c respectively of the die 20 and the punch 25 are constituted by radial rings.
  • the shaping matrix 30 has an imprint 31 and the shaping punch 35 has a projection 36 of shape complementary to said imprint 31 and also identical to the shape of the raised part which it is desired to obtain on the blank 10.
  • the forming method according to the invention consists of two successive operations, a preforming operation using the die 20 and the punch 25 and a shaping operation using the die 30 and the punch 35.
  • the flat sheet blank 10 is placed between the die 20 and the preform punch 25, said sheet blank being held, for example, by peripheral blank clamps not shown.
  • the die 20 descends and at the start of the stamping, the projection 21c comes into contact with the blank 10 which is itself in contact with the projection 26a of the punch 25 (FIG. 4a).
  • This first phase makes it possible to determine on the blank 10 a localized zone A (FIG. 6) on which the stresses will be uniformly distributed, while the peripheral zone of the blank surrounding the localized zone A, kept pressed by the blank holder, is not stretched and does not undergo deformations.
  • the matrix 20 continues to descend so that the projections 21b, 26b and 21a, 26c come into contact with the blank 10 (Fig. 4b), then gradually interpenetrate (Fig. 4c) until the moment when the the highest projection, that is to say the projection 21c, comes to bear in the hollow 27c of the punch 25.
  • This preforming operation therefore causes the material to deform in several places and allows the surface to be deformed to be divided into several annular sections.
  • the material thins at the level of the support of the projection (s) and, during the formation of the step corrugations, the initial deformations are kept blocked under the contact effect of said projections.
  • the surface of the preformed localized zone A is substantially equivalent to said localized zone after final shaping of the raised part.
  • the punch 35 of conformation comprises means for controlling the constriction of the blank 10 during the unfolding of the corrugations 10d and the conformation of the raised part 10a.
  • control means are formed by rings 37 arranged either at the level of the reliefs or at the level of the hollows of the corrugations 10d, and pressurized for example by springs 38.
  • the method and the device according to the invention therefore make it possible to form a raised part on a sheet metal blank in two operations.
  • the invention applies to all types of material and allows the use of strongly hardened thin irons with a thickness of between 0.10 and 0.20 mm, in particular for lids with easy opening of metal boxes or various containers.
  • the covers have a smaller thickness which leads to a gain in weight, a lower cost and a lower opening effort of these covers.
  • the invention applies not only to the forming of raised parts of circular section, such as rivets for covers, but also to the forming of raised parts of any section and possibly variable depending on the height of said raised part. .

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Description

  • La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de formage d'une partie en relief sur un flan de tôle, par exemple d'un rivet d'un couvercle dit à ouverture facile pour boîtes métalliques ou récipients divers.
  • La présente invention a également pour objet un produit comportant une partie en relief obtenue par le procédé selon l'invention.
  • Les procédés de formage d'une partie en relief sur un flan de tôle, utilisés jusqu'à présent, consistent à réaliser une succession d'opérations d'emboutissage à l'aide de plusieurs jeux de matrice et poinçon afin de former progressivement des ébauches jusqu'à l'obtention finale de ladite partie en relief.
  • Sur la figure 1 ci-jointe, on a représenté schématiquement les différentes étapes d'un procédé de formage classique.
  • Tout d'abord, on place un flan de tôle 1 plan dans un premier jeu de matrice 2 et poinçon 3 de façon à réaliser, par rapprochement de ladite matrice 2 et dudit poinçon 3, une expansion dudit flan de tôle sur une zone localisée en formant une première ébauche 1a en forme de bulle (Fig. 1a).
  • Ensuite, cette première ébauche 1a est placée dans un second jeu de matrice 4 et poinçon 5 (Fig. 1b) pour réaliser un premier rétreint formant une deuxième ébauche 1b, puis cette deuxième ébauche 1b ainsi formée est placée dans un troisième jeu de matrice 6 et poinçon 7 (Fig. 1c) pour réaliser un second rétreint formant une troisième ébauche 1c, et cette troisième ébauche 1c est enfin placée dans un quatrième jeu de matrice 8 et poinçon 9 (Fig. 1d) afin d'obtenir la partie en relief finale 1d, ledit poinçon 9 possédant des dimensions sensiblement équivalentes à ladite partie en relief.
  • On voit donc que ce procédé connu nécessite quatre phases successives ce qui multiplie les opérations de manipulation et de transfert des flans de tôle entre chaque phase et augmente ainsi le prix de revient du produit fini.
  • De plus, avec ce procédé connu, il se crée, au cours des différentes phases de formage, un amincissement localisé du métal, plus particulièrement au sommet de la partie en relief, qui peut se traduire, après formage, par une rupture du métal notamment dans le cas d'un martelage de ladite partie en relief pour le rivetage d'un anneau d'arrachement d'un couvercle à ouverture facile.
  • Cet amincissement est dû à une concentration des déformations sur une zone limitée du flan de tôle au cours des phases successives de formage.
  • Compte-tenu de cet inconvénient, le procédé utilisé jusqu'à présent ne permet pas l'emploi de matériaux de faibles épaisseurs et plus particulièrement de fers minces et fortement écrouis.
  • En effet, les fers minces, qui sont généralement très écrouis, se caractérisent par leur raideur et leur faible aptitude à se déformer si bien que le formage en expansion s'avère très difficile à réaliser, car le métal à la périphérie de la partie en relief ne participe pas aux déformations, et il se crée généralement une rupture du métal au sommet de ladite partie en relief.
  • Or, on sait que l'emploi de fers minces et fortement écrouis, par exemple dans le cas des couvercles à ouverture facile, offre de nombreux avantages qui sont notamment une épaisseur plus faible des couvercles et donc un gain de poids, une diminution des efforts d'ouverture et une amélioration de la faisabilité des lignes de moindre résistance sur le couvercle.
  • Il a déjà été proposé, dans le document FR 2 164 703, de résoudre ce problème en réalisant, dans la zone entourant le rivet, une moulure annulaire en forme d'ondulation de manière à étirer le métal dans cette zone, pour rendre du métal disponible pour la formation ultérieure du rivet. Toutefois ce procédé ne peut s'appliquer à des fers très minces et fortement écrouis car l'ondulation formée de part et d'autre du plan du flan ne suffit pas pour créer la surface supplémentaire nécessaire au formage du rivet, et si on accentue l'amplitude de l'ondulation pour tendre à l'obtention de cette surface, on risque une rupture du flan par étirage excessif localisé vers les sommets de l'ondulation. De plus, l'ondulation ainsi formée de part et d'autre du plan du flan ne peut être correctement remise en forme lors de l'opération de formage définitif du rivet sans risque d'étirage supplémentaire du fer déjà écroui à la limite de la rupture.
  • La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé et un dispositif d'emboutissage selon les revendications 1 et 6.
  • Selon une autre caractéristique du procédé, la surface de la zone localisée préformée est sensiblement équivalente à celle de ladite zone localisée après formage définitif.
  • Selon d'autres caractéristiques du dispositif :
    • le poinçon de conformation comporte des moyens de contrôle du rétreint du flan de tôle lors du dépliage des ondulations en gradins et de la conformation de la partie en relief,
    • les moyens de contrôle du rétreint sont formés par des bagues mobiles mises sous pression, par exemple par des ressorts.
  • La présente invention a encore pour objet l'application du procédé à la réalisation d'un rivet d'un couvercle dit à ouverture facile.
  • Selon d'autres caractéristiques :
    • le rivet est formé à partir d'un flan de tôle en fer mince fortement écroui,
    • le flan de tôle a une épaisseur comprise entre 0,10 et 0,20mm.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • la Fig. 1 représente les différentes phases de formage d'une partie en relief avec un dispositif selon l'art antérieur,
    • la Fig. 2 représente schématiquement en coupe le jeu de matrice et poinçon de préformage du dispositif selon l'invention,
    • la Fig. 3 représente schématiquement en coupe le jeu de matrice et poinçon de conformation du dispositif selon l'invention,
    • les Figs. 4a à 4d sont des demi-vues schématiques en coupe montrant les phases successives de préformage avec le dispositif selon l'invention,
    • les Figs. 5a à 5d sont des demi-vues schématiques en coupe montrant les phases successives de conformation avec le dispositif selon l'invention,
    • la Fig. 6 est un diagramme montrant la répartition des contraintes sur le flan de tôle, d'une part avec le procédé selon l'art antérieur, et d'autre part, avec le procédé selon l'invention,
    • la Fig. 7 représente schématiquement en coupe une variante du jeu de matrice et poinçon de conformation du dispositif selon l'invention.
  • En se reportant tout d'abord aux Figs 2 et 3, on voit que le dispositif de formage, selon l'invention, d'une partie en relief sur un flan de tôle 10, tel qu'un rivet d'un couvercle dit à ouverture facile, se compose d'un jeu de matrice et poinçon de préformage respectivement 20 et 25 (Fig. 2) et d'un jeu de matrice et poinçon de conformation respectivement 30 et 35 (Fig. 3).
  • La matrice 20 et le poinçon 25 de préformage comportent des empreintes de forme complémentaire pour réaliser, comme on le verra ultérieurement, sur une zone localisée du flan de tôle (10) une succession d'ondulations.
  • Ainsi, les empreintes de la matrice 20 de préformage sont constituées par une série de saillies 21a, 21b et 21c et de creux 22a, 22b et 22c par exemple au nombre de trois et dont la hauteur croît du centre vers la périphérie de ladite matrice 20.
  • Les empreintes du poinçon 25 de préformage sont constituées par une série de saillies 26a, 26b et 26c et de creux 27a, 27b et 27c dont la hauteur décroît du centre vers la périphérie dudit poinçon 25.
  • La saillie 26a du poinçon 25 et le creux 22a de la matrice 20 de préformage ont une forme sensiblement équivalente à la forme de la partie en relief que l'on désire obtenir sur le flan de tôle 10.
  • Par exemple et dans le cas du formage d'un rivet sur le flan de tôle 10, la partie en saillie 26a du poinçon 25 et le creux 22a de la matrice 20 ont une forme cylindrique et les saillies 21a, 21b, 21c et 26a, 26b, 26c respectivement de la matrice 20 et du poinçon 25 sont constituées par des anneaux radiaux.
  • La matrice 30 de conformation comporte une empreinte 31 et le poinçon 35 de conformation comporte une saillie 36 de forme complémentaire à ladite empreinte 31 et également identique à la forme de la partie en relief que l'on désire obtenir sur le flan 10.
  • Le procédé de formage, selon l'invention, consiste en deux opérations successives, une opération de préformage à l'aide de la matrice 20 et du poinçon 25 et une opération de conformation à l'aide de la matrice 30 et du poinçon 35.
  • En se reportant aux Figs 4 et 5 on va maintenant décrire ces deux opérations.
  • Tout d'abord, on place le flan de tôle 10 plan entre la matrice 20 et le poinçon 25 de préformage, ledit flan de tôle étant maintenu, par exemple, par des serre-flans périphériques non représentés.
  • La matrice 20 descend et au début de l'emboutisssage, la saillie 21c entre en contact avec le flan 10 qui est lui même en contact avec la saillie 26a du poinçon 25 (Fig.4a).
  • Cette première phase permet de déterminer sur le flan 10 une zone localisée A (Fig. 6) sur laquelle les contraintes seront uniformément ré-parties, alors que la zone périphérique du flan entourant la zone localisée A, maintenue pressée par le serre-flan, n'est pas étirée et ne subit pas de déformations.
  • Ensuite, la matrice 20 continue à descendre de telle sorte que les saillies 21b, 26b et 21a, 26c entrent en contact avec le flan 10 (Fig. 4b), puis s'interpénètrent progressivement (Fig. 4c) jusqu'au moment où la saillie la plus haute, c'est à dire la saillie 21c, vienne en appui dans le creux 27c du poinçon 25.
  • Ainsi, on forme sur une zone intermédiaire B de la zone localisée A du flan 10 et située entre la future partie haute 10b de la partie en relief 10a à former et la périphérie de la zone localisée A, une succession d'ondulations 10d réparties en gradins (Fig. 6).
  • Cette opération de préformage conduit donc le matériau à se déformer en plusieurs endroits et permet de partager la surface à déformer en plusieurs tranches annulaires.
  • Au début de l'emboutissage, le matériau s'amincit au niveau de l'appui de la ou des saillies et, lors du formage des ondulations en gradins, les déformations initiales sont maintenues bloquées sous l'effet de contact desdites saillies.
  • En fin d'opération, les déformations se développent le long des rayons, puis dans les parties laissées libre entre les saillies.
  • De plus, la surface de la zone localisée A préformée est sensiblement équivalente à ladite zone localisée après formage définitif de la partie en relief.
  • Grâce à cette disposition, et comme on peut le voir sur la Fig. 6, les contraintes sont uniformément réparties sur la zone A du flan 10.
  • Lors de la deuxième opération représentée sur les Figs. 5a à 5b, on pratique, après positionnement de la préforme du flan 10 entre la matrice 30 et le poinçon 35 de conformation (Fig. 5a), un rétreint selon la forme donnée par la saillie 36 dudit poinçon 35.
  • A cet effet, on descend progressivement la matrice 30 de façon à réaliser un dépliage successif des ondulations 10d (Fig. 5b et 5c), jusqu'au formage définitif de la partie en relief 10a (Fig. 5d), le métal de ladite zone intermédiaire, à l'exclusion de celui utilisé pour constituer la surface latérale de la partie en relief, se trouvant alors ramené sensiblement dans le plan du flan.
  • Grâce au dépliage successif des ondulations 10d, il se crée une retenue suffisante pour faciliter le passage de la matière dans l'empreinte 31 de la matrice 30.
  • Selon une variante représentée à Fig. 7, le poinçon 35 de conformation comporte des moyens de contrôle du rétreint du flan 10 lors du dépliage des ondulations 10d et de la conformation de la partie en relief 10a.
  • Ces moyens de contrôle sont formés par des bagues 37 disposées, soit au niveau des reliefs ou soit au niveau des creux des ondulations 10d, et mises sous pression par exemple par des ressorts 38.
  • Le procédé et le dispositif selon l'invention permettent donc de former sur un flan de tôle une partie en relief en deux opérations.
  • L'invention s'applique à tous typés de matériau et permet l'emploi de fers minces fortement écrouis d'une épaisseur comprise entre 0,10 et 0,20 mm, notamment pour des couvercles à ouverture facile de boîtes métalliques ou récipients divers.
  • Grâce à l'emploi de ce type de matériau, les couvercles ont une plus faible épaisseur ce qui entraine un gain de poids, un coût inférieur et- un moindre effort d'ouverture de ces couvercles.
  • Par ailleurs, il permet également une amélioration de la faisabilité des lignes de moindre résistance prévues sur ces couvercles et une diminution de la profondeur de ces lignes.
  • L'invention s'applique non seulement au formage de parties en relief de section circulaire, telles que des rivets pour couvercles, mais aussi, au formage de parties en relief de section quelconque et éventuellement variable en fonction de la hauteur de ladite partie en relief.

Claims (8)

  1. Procédé d'emboutissage d'une partie en relief (10a) sur un flan de tôle (10) à l'aide d'une matrice et d'un poinçon, procédé dans lequel on effectue sur au moins une zone localisée A du flan de tôle (10), de dimension supérieure à celle de ladite partie en relief (10a), une opération de préformage consistant à réaliser sur une zone intermédiaire B de ladite zone A et située entre la future partie haute (10b) de ladite partie en relief (10a) et la périphérie de ladite zone A, une ondulation, puis on effectue une opération de conformation pour former ladite partie en relief (10a), au cours de laquelle on déplie l'ondulation de ladite zone intermédiaire (B) et on forme ladite partie en relief (10a), caractérisé en ce que au cours de l'opération de préformage, on réalise une succession d'ondulations en gradins (10d), situées d'un même côté du flan de tôle (10) et, au cours de l'opération de conformation, on déplie successivement lesdites ondulations en gradins (10d) du centre vers la périphérie.
  2. Procédé d'emboutissage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de la zone localisée préformée est sensiblement équivalente à celle de ladite zone localisée après formage définitif.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la réalisation d'un rivet de couvercles dits à ouverture facile.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rivet est formé à partir d'un flan de tôle (10) en fer mince fortement écroui.
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le flan de tôle (10) a une épaisseur comprise entre 0,10 et 0,20mm.
  6. Dispositif d'emboutissage d'une partie en relief (10a) sur un flan de tôle (10) comportant un jeu de matrice (20) et poinçon (25) de préformage et un jeu de matrice (30) et poinçon (35) de conformation, la matrice (20) et le poinçon (25) de préformage étant munis chacun d'empreintes de forme complémentaire pour former sur une zone localisée A dudit flan de tôle (10), de dimension supérieure à celle de ladite partie en relief (10a) à former, une ondulation, caractérisé en ce que les empreintes du jeu de matrice (20) et du poinçon (25) de préformage sont formées par une série de saillies (21a, 21b,... et 26a, 26b...) et de creux (22a, 22b...et 27a, 27b...) concentriques, lesdites saillies (21a, 21b...) et lesdits creux (22a, 22b...) de la matrice de préformage ayant une hauteur croissante du centre vers la périphérie de ladite matrice, et lesdites saillies (26a, 26b...) et lesdits creux (27a, 27b...) du poinçon (25) de préformage ayant une hauteur décroissante du centre vers la périphérie dudit poinçon.
  7. Dispositif d'emboutissage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le poinçon (35) de conformation comporte des moyens de contrôle du rétreint du flan de tôle (10) lors du dépliage des ondulations en gradins (10d) et de la conformation de la partie en relief (10a).
  8. Dispositif d'emboutissage selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de contrôle du rétreint sont formés par des bagues mobiles (37) mises sous pression par exemple par des ressorts (38).
EP91400795A 1990-04-03 1991-03-25 Procédé et dispositif de formage d'une partie en relief sur un flanc de tôle et produit obtenu selon ce procédé Expired - Lifetime EP0451013B1 (fr)

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