DISPOSITIF POUR L'ETIRAGE DE BOITES METALLIQUES OU METALLOPLASTIQUES DEVICE FOR DRAWING METAL OR METALLOPLASTIC BOXES
L'invention concerne un dispositif pour l'étirage de boîtes métalliques o étalloplastiques.The invention relates to a device for drawing metal or etalloplastic boxes.
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Lors du formage de boîtes métalliques ou métalloplastiques pa 5 emboutissage -(réemboutissage)- étirage, on rencontre deux types d difficultés.When forming metallic or metalloplastic boxes by stamping - (re-stamping) - drawing, two types of difficulties are encountered.
La première est que les alliages d'Al contenant du Mg (série 5000 selo les désignations de l'Aluminum Association) ont une tendance à grippe 10 ("galling" en anglais) sur les outillages de formage, en particulier su les bagues ou filières d'étirage. Il est donc pratiquement impossible d former des boîtes avec un métal nu; on a donc recours, soit à de traitements de surface spécifique (voir FR-A-2627189), soit à u revêtement en matière plastique interne et/ou externe.The first is that Al alloys containing Mg (series 5000 according to the designations of the Aluminum Association) have a tendency to flu 10 ("galling" in English) on forming tools, in particular on rings or dies. stretching. It is therefore practically impossible to form boxes with bare metal; we therefore have recourse either to specific surface treatments (see FR-A-2627189) or to a coating of internal and / or external plastic.
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La première solution est relativement complexe et onéreuse; quant à l seconde, elle présente une autre difficulté, qui est l'apparition d défaut dénommé "roll-back" en langue anglaise, dont la fréquence es d'autant plus importante que le rapport hauteur (H) sur diamètre (D) esThe first solution is relatively complex and expensive; as for the second, it presents another difficulty, which is the appearance of a defect called "roll-back" in English, the frequency of which is all the more important as the ratio of height (H) to diameter (D) is
20 élevé et/ou l'épaisseur de paroi latérale (e) est plus faible.20 high and / or the side wall thickness (e) is lower.
Ce défaut se produit lors de l'extraction du récipient étiré sur l poinçon, par l'extracteur, et se présente sous la forme d'un plissage e accordéon du corps du récipient ou par un roulage de son bord libre oThis defect occurs during the extraction of the container stretched on the punch, by the extractor, and is in the form of a pleating e accordion of the body of the container or by rolling of its free edge o
25 encore, dans les cas les plus graves, par des déchirures longitudinales d corps du récipient et roulage des languettes intermédiaires en forme d "pétales"; il résulte d'un effet de frettage et/ou d'adhérence du corps d récipient sur le poinçon lors de l'étirage. Ce défaut est encore plu accentué dans le cas d'étirage de récipients revêtus intérieurement d'un25 again, in the most serious cases, by longitudinal tears in the body of the container and rolling of the intermediate tabs in the form of "petals"; it results from a hooping effect and / or adhesion of the container body on the punch during stretching. This defect is further accentuated in the case of drawing of containers coated internally with a
30 matière organique telle qu'une matière plastique, laquelle présente u retour élastique qui accentue le frettage.30 organic material such as plastic, which has an elastic return which accentuates the hooping.
On a essayé de remédier à ce défaut de diverses manières, cependant le résultats obtenus restent insuffisants et/ou aléatoires :
- en augmentant la lubrification à l ' interface récipient/poinçon ou récipient/fil ière par tout moyen connu. Cependant, cette solution présente les l imitations suivantes :We have tried to remedy this defect in various ways, however the results obtained remain insufficient and / or random: - by increasing the lubrication at the container / punch or container / die interface by any known means. However, this solution has the following limitations:
. elle ne permet pas d'obtenir des taux de réduction d'épaisseurs élevés donc l imitation du rapport (r) d' étirage (par exemple jusqu ' à une valeur maximale r= (E-e)/Exl00 =20 avec e < 0,15 mm pour des boîtes aluminium) et de la valeur de H/D obtenue; . côté fi lière, l a lubrification amél iorée entraîne une surface étirée extérieure rugueuse d 'aspect mat, plutôt que l isse et bril l ante, alors que ce dernier état de surface est le pl us souvent recherché. it does not make it possible to obtain high reduction rates of thicknesses therefore the imitation of the stretching ratio (r) (for example up to a maximum value r = (Ee) / Exl00 = 20 with e <0.15 mm for aluminum boxes) and the H / D value obtained; . on the die side, the improved lubrication results in a rough, stretched outer surface with a mat appearance, rather than smooth and shiny, while this latter surface condition is the most often desired.
- en utilisant un poinçon en métal dur (carbure de W) au lieu d' un poi nçon en acier (modul e él astique : 500 GPa au l ieu de 200 GPa)- using a hard metal punch (W carbide) instead of a steel punch (elastic module: 500 GPa instead of 200 GPa)
- en utilisant un poinçon creux déformable, sous haute pression hydraulique lors de l'étirage et en supprimant la pression avant extraction du récipient. Cependant cette solution est mécaniquement complexe, difficile à mettre en oeuvre et coûteuse- by using a deformable hollow punch, under high hydraulic pressure during drawing and by removing the pressure before extraction from the container. However, this solution is mechanically complex, difficult to implement and costly
- en assistant l'extraction par pression d'un fluide, de préférence liquide, à travers le poinçon; cependant cette pression est limitée par la tenue du fond et s'avère souvent insuffisante pour une extraction correcte.- by assisting the extraction by pressure of a fluid, preferably a liquid, through the punch; however, this pressure is limited by the holding of the bottom and often proves to be insufficient for correct extraction.
La demanderesse consciente de ces difficultés a cherché à remédier aux inconvénients reportés ci-dessus et a apporté une solution unique aux deux problèmes mentionnés.The plaintiff, aware of these difficulties, sought to remedy the drawbacks reported above and provided a unique solution to the two problems mentioned.
Nous rappelons pour mémoire qu'une machine d'étirage de récipients se compose essentiellement de plusieurs filières coaxiales de diamètres décroissants et d'un poinçon axial, généralement cylindrique, ce dernier poussant successivement l'ébauche à travers les filières dans lesquelles sa paroi latérale est amincie et étirée (allongée); sur les machines industrielles courantes, ces filières sont généralement au nombre de 3.We recall that a container stretching machine essentially consists of several coaxial dies of decreasing diameters and an axial punch, generally cylindrical, the latter successively pushing the blank through the dies in which its side wall is thinned and stretched (elongated); on common industrial machines, there are generally 3 of these channels.
Le dispositif selon l'invention est donc constitué d'au moins une enceinte
placée à l'amont d'au moins l'une des filières d'étirage, de faço semi-étanche, munie d'une ouverture d'arrivée du lubrifiant et d'un ouverture d'évacuation.The device according to the invention therefore consists of at least one enclosure placed upstream of at least one of the stretching dies, semi-sealed manner, provided with a lubricant inlet opening and a discharge opening.
La caractéristique principale de l'invention est que, dans chaqu enceinte, on ménage immédiatement à l'amont de la filière correspondante, une prëcha bre annulaire cylindro-conique longue et étroite, adjacente la surface externe de la boîte en cours d'étirage. Cette prëchambre peu être délimitée extérieurement par la filière elle-même ou par un mancho rapporté; elle est constituée d'une partie annulaire cylindriqu éventuelle, prolongée, du côté de la filière, par une partie conique d raccordement.The main characteristic of the invention is that, in each enclosure, immediately upstream of the corresponding die, a long and narrow cylindrical-conical annular precheck adjacent to the external surface of the box being stretched is arranged. This pre-room can be delimited externally by the industry itself or by an attached mancho; it consists of an optional cylindrical annular part, extended, on the side of the die, by a conical connection part.
Si lo est la longueur totale de la préchambre, à l'exclusion du rayon de raccordement amont, et jo son épaisseur cylindrique, on doit avoir de préférence :If lo is the total length of the prechamber, excluding the upstream connection radius, and jo its cylindrical thickness, we should preferably have:
251 jo S 200 nm 3 i lo 1 50 mm251 jo S 200 nm 3 i lo 1 50 mm
De façon surprenante, et dans le cas de l'étirage d'un récipient métalloplastique, avec ce dispositif placé sur la dernière filière d'étirage, le récipient étiré peut être extrait de façon aisée du poinçon. Dans ce cas, cet outillage peut être utilisé de diverses manières :Surprisingly, and in the case of drawing a metalloplastic container, with this device placed on the last drawing die, the drawn container can be easily removed from the punch. In this case, this tool can be used in various ways:
- Il peut être utilisé sur la dernière filière d'étirage, celle-ci imposant soit une réduction d'épaisseur notable comprise entre 20 et 45%, soit une faible réduction de l'épaisseur (skin-pass) avec : 1 i r% < 10.- It can be used on the last stretching die, which requires either a significant reduction in thickness between 20 and 45%, or a slight reduction in thickness (skin-pass) with: 1 ir% < 10.
- on peut aussi combiner les deux utilisations et placer un dispositif su la dernière et Tavant-dernière filière d'étirage qui sont alor contiguës, la dernière filière assurant le skin-pass- we can also combine the two uses and place a device on the last and penultimate drawing die which are then contiguous, the last die ensuring the skin-pass
- il peut être aussi utilisé sur plusieurs filières successives.- it can also be used on several successive channels.
Dans le cas de l'étirage des alliages d'Al de la série 5000, le dispositi selon l'invention doit être placé sur toutes les filières d'étirage.
Il a été observé que si :In the case of drawing of Al alloys of the 5000 series, the device according to the invention must be placed on all the drawing dies. It has been observed that if:
- jo < 25 nm et lo < 3 mm, le phénomène de grippage apparaît sur les alliages de la série 5000 nus, et qu'il est impossible d'extraire les récipients métallopl astiques étirés.- jo <25 nm and lo <3 mm, the seizing phenomenon appears on alloys of the 5000 naked series, and it is impossible to extract the stretched metalloplastic containers.
- jo > 200 »m, les surfaces externes du récipient étire sont mates, ce qui est exclus.- jo> 200 »m, the external surfaces of the stretched container are matt, which is excluded.
- si lo > 50 mm, l'efficacité n'est pas améliorée alors que cela conduit à des outillages plus chers, et surtout à un problème d'encombrement stërique dans les installations d'étirage existantes.- If lo> 50 mm, the efficiency is not improved whereas this leads to more expensive tools, and above all to a problem of steric bulk in existing drawing installations.
Le dispositif selon l'invention sera mieux compris à l'aide des exemples suivants illustrés par les figures suivantes :The device according to the invention will be better understood with the aid of the following examples illustrated by the following figures:
- la figure 1 représente une vue en coupe axiale du dispositif, pour l'étirage d'une boîte métallopl astique- Figure 1 shows an axial sectional view of the device, for the stretching of a metalloplastic box
- la figure 2 donne les résultats de l'exemple 1- Figure 2 gives the results of Example 1
- la figure 3 représente une vue en coupe du montage utilisé pour l'étirage des alliages d'Al de la série 5000 (exemple 3)- Figure 3 shows a sectional view of the assembly used for drawing Al alloys of the 5000 series (example 3)
- la figure 4 représente une vue en coupe de la filière et du porte-filière de la fig. 3- Figure 4 shows a sectional view of the die and the die holder of fig. 3
- la figure 5 représente une vue de côté de la fig. 4- Figure 5 shows a side view of fig. 4
- la figure 6 représente en vue agrandie le détail A de la fig. 4.- Figure 6 shows in enlarged view detail A of FIG. 4.
EXEMPLE 1EXAMPLE 1
Le dispositif comporte donc une enceinte 1 munie d'une ouverture 2 d'introduction du lubrifiant 9, fixée à l'amont de la filière d'étirage 3 par des vis 4 (non représentées); elle est munie d'une ouverture d'évacuation 12. Cette chambre est fermée à l'amont par une paroi 13 et contient un manchon 5 qui délimite avec la surface extérieure 14 du récipient 6 en cours d'étirage, situé sur le poinçon 7, un espace annulaire 10 d'épaisseur j et de longueur 1 ; le repère 11 schématise l'extracteur. Le dispositif est complété par exemple par un joint torique 8 situé entre l'enceinte 1 et la paroi 14 du récipient 6. La paroi 13 peut être remplacée par la bague de guidage (non représentée) située après la filière amont, et qui présente un jeu positif par rapport à la surface
externe du corps de boîte de quelques centièmes de mm.The device therefore comprises an enclosure 1 provided with an opening 2 for introducing the lubricant 9, fixed upstream of the drawing die 3 by screws 4 (not shown); it is provided with a discharge opening 12. This chamber is closed upstream by a wall 13 and contains a sleeve 5 which delimits with the external surface 14 of the container 6 during drawing, located on the punch 7 , an annular space 10 of thickness j and length 1; the reference 11 shows schematically the extractor. The device is supplemented for example by an O-ring 8 located between the enclosure 1 and the wall 14 of the container 6. The wall 13 can be replaced by the guide ring (not shown) located after the upstream die, and which has a positive clearance with respect to the surface outer of the can body of a few hundredths of a mm.
Le dispositif ci-dessus a été utilisé dans les conditions suivantes su une machine comportant 3 filières d'étirage, ce dispositif étant monté l'amont de la troisième filière.The above device was used under the following conditions on a machine comprising 3 drawing dies, this device being mounted upstream of the third die.
Le poinçon est en carbure de tungstène de rugosité Ra= 0,10 μm; l récipient à étirer est un récipient à paroi composite formée d'aluminiu 3004 à l'extérieur (épaisseur initiale: 0,335 mm) revêtu de PP l'intérieur (épaisseur initiale 0,040 mm) soit épaisseur totale 0,375 mm Le lubrifiant utilisé est de l'eau déminéralisée additionnée de 0,05% d'u produit tensioactif : F0RAFAC 1110 (Sté AT0CHEM) et dont le débit est d 0,17 1/sec.The punch is made of tungsten carbide with a roughness Ra = 0.10 μm; l container to be stretched is a container with a composite wall formed of aluminum 3004 on the outside (initial thickness: 0.335 mm) coated with PP on the inside (initial thickness 0.040 mm) or total thickness 0.375 mm The lubricant used is demineralized water added with 0.05% of a surfactant: F0RAFAC 1110 (Company AT0CHEM) and the flow rate of which is 0.17 1 / sec.
Le taux d'étirage était de 30,6% sur la première filière, de 28,8% sur l seconde et variable sur la troisième.The drawing rate was 30.6% on the first channel, 28.8% on the second and variable on the third.
Les valeurs jo et lo ont été fixées à 20 »m et 50 mm respectivement. Vitesse du poinçon : 1350 m/sec. Des essais comparatifs ont été effectués dans les mêmes conditions sau que le manchon 5 avait été éliminé.The values jo and lo were set at 20 ”m and 50 mm respectively. Punch speed: 1350 m / sec. Comparative tests were carried out under the same conditions as long as the sleeve 5 had been eliminated.
Les résultats comparatifs du nombre de boîtes (N) extraites sans dommag sur une série de 10 essais est donné à la figure 2 pour la technique selo l'invention (1) et suivant l'art antérieur (2) en fonction du tau d'étirage de la 3ème filière (r%). On constate que la proportion de boîte correctement extraites a plus que doublé par rapport à l'art antérieur.The comparative results of the number of boxes (N) extracted without damage over a series of 10 tests is given in FIG. 2 for the technique according to the invention (1) and according to the prior art (2) as a function of the size of stretching of the 3rd die (r%). It can be seen that the proportion of boxes correctly extracted has more than doubled compared to the prior art.
EXEMPLE 2EXAMPLE 2
Des essais analogues à ceux effectués ci-dessus ont été repris e utilisant un seul dispositif selon l'invention sur une quatrième filièr d'étirage, laquelle imposait une réduction d'épaisseur de 7,5% (skin-pas de 10 »m). Les taux d'étirage successifs étaient donc les suivants 30,6%; 28,8%; 30%; 7,5%. Toutes les boîtes peuvent être extraites san difficultés avec une vitesse de poinçon de 1350 ou de 2250 m/sec.
EXEMPLE 3Tests similar to those carried out above were repeated using a single device according to the invention on a fourth drawing die, which required a thickness reduction of 7.5% (skin-step of 10 "m) . The successive drawing rates were therefore as follows: 30.6%; 28.8%; 30%; 7.5%. All boxes can be extracted without difficulty with a punch speed of 1350 or 2250 m / sec. EXAMPLE 3
Cet essai est relatif à l'étirage de boîtes en 5182.This test relates to the drawing of boxes in 5182.
Le dispositif utilisé reporté à la figure 3 comporte 3 filières d'étirag 3A, 3B, 3C en carbure de tungstène supportées par les porte-filières 30AThe device used, shown in FIG. 3, comprises 3 stretching dies 3A, 3B, 3C made of tungsten carbide supported by the die holders 30A
30B, 30C et séparées par des entretoises 31, 32, 33 de longueur croissantes; en cours d'étirage, la boîte est toujours en prise avec filières successives.30B, 30C and separated by spacers 31, 32, 33 of increasing length; during drawing, the box is still engaged with successive dies.
Chaque entretoise comporte une arrivée 2 de lubrifiant 9 et un départ d lubrifiant (non représenté) 12. Le poinçon 7 est représenté en pointillé.Each spacer has a lubricant inlet 2 9 and a lubricant outlet (not shown) 12. The punch 7 is shown in dotted lines.
Le porte-filière 31 (ou 32 ou 33) comporte une couronne de distribution 3 du lubrifiant et des canaux de distribution 36, disposés sensiblemen tangentiel1ement à l'ouverture 37 de la filière 3A.The die holder 31 (or 32 or 33) comprises a ring 3 for distributing the lubricant and distribution channels 36, arranged tangentially at the opening 37 of the die 3A.
La préchambre annulaire, objet de l'invention, utilisée pour cet essai une longueur cylindrique de 12 mm (fig. ) et une épaisseur jo (fig.6) dThe annular prechamber, object of the invention, used for this test a cylindrical length of 12 mm (fig.) And a thickness jo (fig. 6) d
85 »m (pour 3A), 112 un- (pour 3B) et 120 ι»m (pour 3C).85 ”m (for 3A), 112 un- (for 3B) and 120 ι” m (for 3C).
Les essais d'étirage ont été effectués sur du métal 5182 à l'état H19 épaisseur 0,3 mm dont la composition chimique était la suivante (e poids %) :The stretching tests were carried out on metal 5182 in the H19 state, thickness 0.3 mm, the chemical composition of which was as follows (e weight%):
et les caractéristiques mécaniques de traction les suivantesand the following mechanical traction characteristics
Rm= 390 MPa R0,2= 328 MPa A= 9,8%Rm = 390 MPa R0.2 = 328 MPa A = 9.8%
Le diamètre du poinçon était de 65,760 mm et le diamètre des filière respectivement 66,290 mm (3A); 66,137 mm (3B) et 65,979 mm (30. Le débit de lubrifiant constitué d'eau additionnée de NALCO XL 174 à 3% e vol. (de la Stë NALCO) à la température de 40° C est de 96 litres/mi répartis en 321/min sur la 1ère filière, 321/min sur la 2ëme filière e 321/min sur la 3ème filière. La cadence de frappe était de 280 coups/min sur un "body maker" CMB typ B4.The diameter of the punch was 65.760 mm and the diameter of the die respectively 66.290 mm (3A); 66.137 mm (3B) and 65.979 mm (30. The lubricant flow rate consisting of water with NALCO XL 174 at 3% vol (from Stë NALCO) at a temperature of 40 ° C is 96 liters / mi distributed in 321 / min on the 1st die, 321 / min on the 2nd die and 321 / min on the 3rd die The striking rate was 280 strokes / min on a CMB typ B4 "body maker".
Des essais comparatifs ont été effectués dans les mêmes conditions, sau
que les filières classiques utilisées ne comportaient pas de zon annulaire cylindrique, mais un cône d'entrée à 8° (| angle au sommet) te que 60 (fig.6).Comparative tests were carried out under the same conditions, except that the conventional dies used did not include a cylindrical annular zone, but an 8 ° entry cone (| angle at the top) than 60 (fig.6).
Dans ces conditions, il a été possible d'étirer avec le dispositif selo l'invention décrit ci-dessus, plus de 20 000 boîtes en 3 jours (avec arrêts intermédiaires) sans grippage, alors qu'il n'est pas possibl d'étirer des boîtes en 5182 avec les filières classiques.Under these conditions, it was possible to stretch with the device selo the invention described above, more than 20,000 boxes in 3 days (with intermediate stops) without seizing, while it is not possible to stretch boxes in 5182 with conventional dies.
Le dispositif suivant l'invention présente l'avantage de pouvoir êtr aisément monté sur les machines d'étirage existantes, leur donnant l possibilité :The device according to the invention has the advantage of being able to be easily mounted on existing drawing machines, giving them the possibility:
- soit d'obtenir des récipients avec des rapports H/D plus élevés et/o des épaisseurs e plus faibles- either to obtain containers with higher H / D ratios and / o lower thicknesses
- soit l'utilisation de matériaux plus résistants et à paroi plus mince c qui conduit à une économie de matière première- or the use of more resistant and thinner-walled materials c which leads to savings in raw materials
- soit l'étirage des alliages Al-Mg tel que le 5182, réputés non étirable sur métal nu.
- or the drawing of Al-Mg alloys such as 5182, deemed non-stretchable on bare metal.