EP0614711A1 - Procédé et dispositif d'emboutissage de flans métalliques pour la réalisation de pièces dites à embouti profond - Google Patents

Procédé et dispositif d'emboutissage de flans métalliques pour la réalisation de pièces dites à embouti profond Download PDF

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EP0614711A1
EP0614711A1 EP94400481A EP94400481A EP0614711A1 EP 0614711 A1 EP0614711 A1 EP 0614711A1 EP 94400481 A EP94400481 A EP 94400481A EP 94400481 A EP94400481 A EP 94400481A EP 0614711 A1 EP0614711 A1 EP 0614711A1
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EP
European Patent Office
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blank holder
force
slide
stamping
peripheral
Prior art date
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EP94400481A
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German (de)
English (en)
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EP0614711B1 (fr
Inventor
Gérard Heurteboust
Jean-François Seconde
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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Publication of EP0614711A1 publication Critical patent/EP0614711A1/fr
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Publication of EP0614711B1 publication Critical patent/EP0614711B1/fr
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20Deep-drawing
    • B21D22/22Deep-drawing with devices for holding the edge of the blanks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D24/00Special deep-drawing arrangements in, or in connection with, presses
    • B21D24/04Blank holders; Mounting means therefor
    • B21D24/06Mechanically spring-loaded blank holders

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for stamping metal blanks for the production of so-called deep-drawn parts, in particular cans.
  • a matrix is then applied to the metal blank according to a force transmitted vertically by an upper slide and a blank hold-down force is applied simultaneously under the blank holder to the force of the upper slide in order to form the metal blank over a depth called the drawing depth .
  • the invention therefore aims to remedy the aforementioned drawbacks by providing a method and a device for stamping metal blanks, particularly suitable for the production of so-called deep-drawn parts, making it possible to control the stamping operation and simple to enforce.
  • the stamping device comprises the usual constituent elements of a double-acting press and is used for the stamping of metal blanks 1, for example of steel sheets, in order to produce stampings deep and in particular cylindrical cans.
  • This device includes a matrix 2 on which acts a first slide 3 said upper slide of a press and which is intended to apply to the die 2 a drawing force to obtain a stamping.
  • the lower part of the matrix 2 intended to be applied to the metal blank 1 has an imprint 2a of section corresponding to the profile of the finished part to be obtained.
  • the device also comprises, on the one hand, a peripheral blank holder 4 intended to cooperate with the matrix 2 to clamp the peripheral part of the metal blank 1 and, on the other hand, a central punch 5 of profile corresponding to the imprint 2a of matrix 2.
  • the die 2 and the peripheral blank holder 4 are slidably mounted around the punch 5 and this punch 5 is fixed by its lower end in a base 6 of very thick thickness which is itself fixed to the frame, not shown, of the press.
  • the device comprises means 10 for transmitting to the blank holder 4 a retaining force opposite to the drawing force exerted by the first slide 3 on the die 2.
  • These means 10 for transmitting the retaining force to the blank holder are formed by a second slide 11 said lower slide disposed below the base 6 and by several vertical candles 12, for example eight in number, regularly distributed around of the punch 5 and passing through the base 6 in its thickness by cylindrical perforations 13.
  • An end 12a called the bottom of the candles 12 is intended to cooperate with the second slide 11 and an end 12b called the top of the candles 12 is intended to cooperate with the peripheral blank holder 4.
  • the device according to the invention comprises means 15 for transmitting to the blank holder 4 a reduced retaining force between the fifth and half of the retaining force exerted by the lower slide 11 on the peripheral blank holder 4 by means of the candles 12 so as to obtain a first stamping of depth P1 between the fifth and a third of the final depth P of the stamping.
  • These means 15 for transmitting the reduced retaining force to the blank holder are formed by elastic members 16, such as, for example, springs.
  • an elastic member 16 is interposed between the so-called upper end 12b of each candle 12 and the peripheral blank holder 4.
  • Each elastic member 16 is wound on a part of the corresponding candle 12 and is fixed by one of these ends 16a to the peripheral blank holder 4 and by its opposite end 16b to a shoulder 17 formed on said candle 12.
  • a cylindrical housing 18 is arranged under the peripheral blank holder 4 in alignment with each candle 12, in order to receive the upper end 12b of the candle when the elastic member 16 is compressed.
  • the device according to the first embodiment shown in Figs. 1 to 3 works as follows.
  • the metal blank 1 is placed on the peripheral blank holder 4, this metal blank 1 can also rest on the nose of the punch 5.
  • the first slide 3 of the press gradually descends, driving the die 4, which has the effect, at first, of tightening the part peripheral of the metal blank 1, as shown in FIG. 1.
  • the first slide 3 and the die 2 continue to descend, causing the blank holder 4 which slides along the punch 5.
  • the first slide 3 applies to the die 2 a drawing force.
  • the elastic members 16 compress progressively and apply to the blank holder 4 a reduced retaining force opposite to the drawing force applied to the die 2.
  • the punch 5 gradually deforms the central part of the metal blank 1 so as to obtain a first stamped 6 of depth P1 between the fifth and a third of the depth P of the final stamped to be obtained.
  • the die 2 and the blank holder 4 continue to descend to complete the forming of the metal blank 1 to the final depth P of the stamped.
  • the blank holder 4 is in contact with the upper end 12b of the candles 12 while the lower ends 12a act on the second slide 11.
  • the second slide 11 applies to the blank holder 4, by means of the jack stands 12, a retaining force which is greater than the reduced retaining force exerted by the elastic members 16 during the first step , but which is less than the drawing force applied to the die 2.
  • the force exerted on the metal blank 1 is equal to the difference of the forces opposites applied respectively to the matrix 2 and to the peripheral blank holder 4.
  • the candles 12 are integral with the peripheral blank holder 4 and the device comprises a plate 20 interposed between the base 6 and the second slide 11.
  • This plate 20 consists of two elements, respectively 20a and 20b, of substantially equal diameters.
  • the upper element 20a of the plate 20 is secured to the lower ends 12a of the candles 12 and the lower element 20b is secured to the second slide 11.
  • the lower element 20b of this plate 20 comprises, at least one housing 22.
  • the elastic members 16 also constituted by compression springs are interposed between the two elements 20a and 20b forming the plate 20.
  • One end of the elastic members 16 is supported on the underside of the upper member 20a and the other end of the elastic members 16 is supported in the bottom of the corresponding housing 22 of the lower member 20b.
  • the second slide 11 is provided with at least one substantially vertical element 11a forming a stop against the base 6, during the compression of the elastic members 16.
  • This element 11a is for example constituted by a vertical annular wall extending from the peripheral edge of the second slide 11 to the base 6.
  • This annular wall 11a has for example a generally cylindrical shape.
  • the upper element 20a of the plate 20 is in contact with the base 6 and the two elements 20a and 20b are spaced from one another, the annular wall 11a being in abutment against said base 6.
  • the first slide 3 of the press descends progressively, driving the die 4, which has the effect, at first, of clamping the peripheral part of the metal blank 1, as shown in FIG. 4.
  • the first slide 3 and the die 3 continue to descend, driving, on the one hand, the blank holder 4 which slides along the punch 5 and, on the other hand, the upper element 20a of the plate 20 via candles 12.
  • the first slide 3 applies to the die 2 a drawing force.
  • the elastic members 16 gradually compress between the two elements 20a and 20b of the plate 20 and apply to the blank holder 4 a reduced retaining force opposite to the drawing force applied to the die 2.
  • the punch 5 progressively deforms the central part of the metal blank 1 so as to obtain a first stamping of depth P1 between the fifth and a third of the depth P of the final stamping to be obtained.
  • the height of the annular wall 11a is greater than the thickness of the plate 20.
  • the second slide 11 applies to the blank holder, by means of the plate 20 and the candles 12, a retaining force which is greater than the reduced retaining force exerted by the elastic members 16 during the first step, but which is less than the drawing force applied to the die 2.
  • the reduced retaining force applied to the blank holder 4 by the elastic members 16 is between the fifth and half of the retaining force applied by the second slide 11 to said blank holder 4 during the second metal blank forming step 1.
  • the peripheral blank holder 4 consists of two parts 40 and 41 of substantially equal diameter, an upper part 40 in permanent contact by one of its so-called upper faces with the peripheral part of the metal blank 1 and a lower part 41 secured to the upper ends 12b of the candles 12.
  • the lower part 12a of the candles 12 bears on the second slide 11.
  • the two parts 40 and 41 which constitute the peripheral blank holder 4 are interconnected by at least one element 42 serving to limit the spacing maximum between these two parts 40 and 41.
  • the spacer 42 is formed by a vertical pin, one end of which is integral with the upper part 40 of the hold-down 4 and the opposite end of which crosses the lower part 41 of the said hold-down 4 and is provided with a shoulder 42a forming a stop for said lower part 41 of the blank holder 4.
  • the number of pins 42 is for example equal to eight, these pins being regularly distributed between the two parts 40 and 41 of the peripheral blank holder 4.
  • the elastic members 16 are interposed between the two parts 40 and 41 forming said peripheral blank holder 4.
  • Each elastic member 16 constituted for example by a compression spring, is wound around a pin 42 which serves as a guide for said elastic member.
  • each pin 42 makes it possible to retain the upper part 40 of the peripheral blank holder 4 which, under the effect of the force exerted by the elastic members 16, tends to move the metal blank 1 upwards. when the matrix 2 is not yet in contact with said metal blank.
  • the shoulder 42a therefore makes it possible to maintain the elastic members 16 under a determined prestress which obviously depends on the length of the pins 42.
  • the upper part 40 of the peripheral blank holder 4 has, from its edge furthest from the punch 5, a first portion 40a of small height on which the pins 42 are fixed and a second portion 40b of greater height projecting downwards towards the lower part 41 of the peripheral blank holder 4.
  • This portion 40b is arranged at the periphery of punch 5.
  • the first slide 3 of the press descends progressively, driving the die 4, which has the effect, at first, of clamping the peripheral part of the metal blank 1 as shown in FIG. 7.
  • the first slide 3 applies to the die 2 a drawing force.
  • the elastic members 16 are gradually compressed and apply to the upper part 40 of the blank holder 4 a reduced retaining force opposite to the drawing force applied to the die 2.
  • the punch 5 progressively deforms the central part of the metal blank 1 so as to obtain a first stamping of depth P1 between the fifth and a third of the depth P of the final stamping to be obtained.
  • the die 2 continues to descend to complete the forming of the metal blank 1 to the final depth P of the stamped.
  • the second slide 11 applies to the blank holder 4, by means of the jack stands 12, a retaining force which is greater than the reduced retaining force previously exerted by the elastic members 16, but which is less the drawing force applied to the die 2.
  • the reduced retaining force applied to the upper part 40 of the blank holder 4 during the first forming step is between the fifth and half of the retaining force applied to the blank holder 4 by the second slide 11 during the second forming step.
  • the diameters of the metal blank 1 and of the punch 5 are respectively equal to 150 and 82 mm, and the thickness of the metal blank 1 is equal to 0.18 mm.
  • the final depth P of the stamp is for example equal to 45mm.
  • the compression springs 16 used are precompressed to a force of 500 Kg up to approximately 1.5 T, this value being reached when the springs are at the end of compression.
  • one third of the final depth of the stamping must not be exceeded during the first forming step.
  • the retaining force or also called the conventional retaining force is the most suitable for obtaining high drawing latitudes.
  • FIG. 10 illustrates the advantages of the method and the device according to the invention over the state of the art.
  • the abscissa axis represents the ratio ⁇ between the diameter of the metal blank to be formed and the diameter of the punch and the ordinate axis represents the strength of the blank holder in tonnes.
  • a first straight line AB which extends substantially parallel to the abscissa axis and a second straight line BC which extends in the direction of the ordinate axis forming with the straight line AB a angle ⁇ .
  • This diagram also shows in dotted lines, on the one hand, a straight line A ', B' which extends substantially parallel to the axis of the abscissa and which is, over part of its length, coincident with the line AB and, on the other hand, a line B 'C' which extends in the direction of the ordinate axis and which forms with the line A ', B' an angle ⁇ equal to the angle formed by the lines AB and BC.
  • the domain I inscribed inside the contour delimited by the lines AB and BC corresponds to the stamping domain accessible for corresponding values of ⁇ according to the state of the art.
  • is equal to 1.83, which is equivalent to a drawing latitude d of the order of 250 Kg.
  • drawing latitude is understood to mean the difference in hold-down pressure allowed between the maximum hold-down force and the minimum hold-down force.
  • the domain II inscribed inside the contour delimited by the lines A'B 'and B'C' corresponds to the stamping domain accessible for corresponding values of ⁇ , with a device according to the present invention.
  • the method according to the present invention advantageously allows the drawing latitude to be increased by up to a value of 3, 25 T.
  • the maximum blank holder force that can be read on the oblique lines BC, B'C 'for a given value of ⁇ , represents the value for which the rupture of the metal blank occurs.
  • the method and the drawing device according to the invention making it possible to increase the suitability of metal blanks for severe stamping operations and more particularly for metal blanks thin.
  • stamping manufacturers can therefore in many cases reduce the initial thickness of the material which they use without this resulting in complex and costly modifications of the production chain.
  • the can thus formed has a more regular thickness than that obtained with conventional stamping methods.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Press Drives And Press Lines (AREA)

Abstract

L'invention a pour objet un procédé d'emboutissage de flans métalliques (1) pour la réalisation de pièces dites à embouti profond. Le procédé consiste à serrer la partie périphérique du flan métallique (1) entre une matrice (2) et un serre-flan (4), à appliquer à la matrice (2) une force d'emboutissage et simultanément à appliquer au serre-flan (4) une force de retenue opposée et inférieure à la force d'emboutissage pour obtenir la profondeur finale de l'embouti, à appliquer au serre-flan (4) une force réduite de retenue comprise entre le cinquième et la moitié de ladite force de retenue pour obtenir un premier embouti de profondeur comprise entre le cinquième et le tiers de la profondeur finale. L'invention a également pour objet un dispositif d'emboutissage de flans métalliques pour la mise en oeuvre du procédé. <IMAGE>

Description

  • La présente invention est relative à un procédé et un dispositif d'emboutissage de flans métalliques pour la réalisation de pièces dites à embouti profond, notamment de boîtes de conserve.
  • Dans le domaine de la mise en forme de flans métalliques par emboutissage profond, notamment pour la réalisation de boîtes de conserve, les industriels sont amenés à utiliser, d'une part, des flans métalliques de dimensions de plus en plus grandes et, d'autre part, des flans de plus en plus minces et sont alors confrontés à deux types de problèmes.
  • Pour l'emboutissage profond d'un flan métallique, on dispose par exemple le flan métallique à former sur un poinçon fixe d'une presse et sur un support formant un serre-flan périphérique qui coulisse autour dudit poinçon, on applique ensuite une matrice sur le flan métallique suivant une force transmise verticalement par un coulisseau supérieur et on applique simultanément sous le serre-flan une force de serre-flan inférieure à l'effort du coulisseau supérieur en vue de former le flan métallique sur une profondeur appelée profondeur d'emboutissage.
  • Or, lorsque l'on utilise un flan de grandes dimensions, il se produit au cours de l'emboutissage une rupture du métal qui est due à une retenue sous le serre-flan plus importante que pour un flan de petites dimensions et on constate également l'accentuation du phénomène d'apparition des plissements du métal en raison de l'agrandissement de la surface à rétreindre.
  • De même lors de l'emboutissage d'un flan métallique mince, on s'aperçoit, d'une part, d'une rupture du métal occasionnée par une moindre résistance au nez du poinçon, c'est à dire dans la zone où l'épaisseur du métal est la plus fortement sollicitée au début de l'emboutissage et, d'autre part, de plissements plus marqués du métal du fait de sa diminution d'épaisseur.
  • Ainsi, pour réaliser un embouti profond, par exemple pour obtenir une boîte de conserve cylindrique, il est nécessaire d'effectuer plusieurs opérations successives d'emboutissage.
  • Ces opérations sont longues, dispendieuses en énergie et nécessitent une modification des outils, voire de nouveaux outils ainsi que l'utilisation de plusieurs presses.
  • L'invention a donc pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant un procédé et un dispositif d'emboutissage de flans métalliques, particulièrement adaptés à la réalisation de pièces dites à embouti profond, permettant de contrôler l'opération d'emboutissage et simples à mettre en oeuvre.
  • L'invention a donc pour objet un procédé d'emboutissage d'un flan métallique pour la réalisation de pièces dites à embouti profond, procédé selon lequel:
    • on dispose le flan métallique entre une matrice et un serre-flan périphérique montés coulissant autour d'un poinçon,
    • on serre la partie périphérique du flan métallique entre la matrice et le serre-flan,
    • on applique à la matrice une force d'emboutissage et simultanément on applique au serre-flan une force de retenue opposée et inférieure à la force d'emboutissage pour obtenir la profondeur finale de l'embouti,

    caractérisé en ce que :
    • on applique au serre-flan une force réduite de retenue comprise entre le cinquième et la moitié de ladite force de retenue pour obtenir un premier embouti de profondeur comprise entre le cinquième et le tiers de la profondeur finale,
    • puis on applique au serre-flan ladite force de retenue pour obtenir ladite profondeur finale de l'embouti.
  • L'invention a également pour objet un dispositif d'emboutissage d'un flan métallique pour la réalisation de pièces dites à embouti profond, du type comprenant :
    • un poinçon fixé à une embase,
    • une matrice et un serre-flan destinés à coopérer pour serrer la partie périphérique du flan métallique et montés coulissant autour du poinçon,
    • un premier coulisseau destiné à appliquer à la matrice une force d'emboutissage pour obtenir la profondeur finale de l'embouti,
    • et des moyens de transmission au serre-flan d'une force de retenue opposée à la force d'emboutissage, lesdits moyens de transmission étant formés par plusieurs chandelles verticales régulièrement réparties et traversant l'embase, une extrémité dite inférieure des chandelles étant destinée à coopérer avec un second coulisseau disposé au-dessous de ladite embase et une extrémité dite supérieure des chandelles étant destinée à coopérer avec le serre-flan périphérique,

    caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de transmission au serre-flan d'une force réduite de retenue comprise entre le cinquième et la moitié de la force de retenue pour obtenir un premier embouti de profondeur comprise entre le cinquième et le tiers de la profondeur finale de l'embouti, ledit serre-flan coopérant, d'une part, avec lesdits moyens de transmission lors de l'application de ladite force réduite de retenue et, d'autre part, avec le second coulisseau par l'intermédiaire des chandelles lors de l'application de ladite force de retenue.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
    • les moyens de transmission au serre-flan de la force réduite de retenue sont formés par des organes élastiques,
    • un desdits organes élastiques est intercalé entre l'extrémité dite supérieure de chaque chandelle et le serre-flan périphérique, une extrémité de chaque organe élastique étant fixée sur le serre-flan et l'autre extrémité dudit organe élastique étant fixée à un epaulement ménagé sur ladite chandelle,
    • lesdits organes élastiques sont intercalés entre deux éléments d'un plateau disposé entre l'embase et le second coulisseau, l'élément inférieur du plateau étant solidaire dudit second coulisseau et l'élément supérieur dudit plateau étant solidaire des extrémités dites inférieures des chandelles,
    • le second coulisseau est pourvu d'au moins un élément sensiblement vertical formant butée contre l'embase lors de la mise en compression des organes élastiques,
    • ledit élément sensiblement vertical est formé par une paroi annulaire ménagée sur le bord périphérique du second coulisseau,
    • le serre-flan périphérique est formé par deux parties, une partie inférieure étant solidaire des extrémités dites supérieures des chandelles et une partie supérieure en contact avec le flan métallique et les organes élastiques sont intercalés entre les deux parties formant le serre-flan périphérique,
    • les deux parties formant le serre-flan périphérique sont reliées entre elles par au moins un élément d'écartement,
    • chaque élément d'écartement est formé par un pion vertical dont une extrémité est solidaire de la partie supérieure du serre-flan et dont l'extrémité opposée traverse la partie inférieure dudit serre-flan et est munie d'un épaulement formant butée pour ladite partie inférieure,
    • chaque pion forme un guide pour un organe élastique,
    • les organes élastiques sont formés par des ressorts.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
    • les Figs. 1 à 3 sont des vues schématiques en coupe d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'emboutissage selon l'invention montrant les étapes successives d'emboutissage d'un flan métallique,
    • les Figs. 4 à 6 sont des vues schématiques en coupe d'un second mode de réalisation d'un dispositif d'emboutissage selon l'invention montrant les étapes successives d'emboutissage d'un flan métallique,
    • les Figs. 7 à 9 sont des vues schématiques en coupe d'un troisième mode de réalisation d'un dispositif d'emboutissage selon l'invention montrant les étapes successives d'emboutissage d'un flan métallique,
    • la Fig. 10 est un diagramme comparatif des latitudes d'emboutissage d'un flan métallique selon l'art antérieur et selon l'invention.
  • Comme représenté sur les Fig. 1 à 9, le dispositif d'emboutissage selon l'invention comprend les éléments constitutifs habituels d'une presse à double effet et est utilisé pour l'emboutissage de flans métalliques 1, par exemple de tôles en acier, en vue de réaliser des emboutis profonds et notamment des boîtes de conserve cylindriques.
  • Ce dispositif comprend une matrice 2 sur laquelle agit un premier coulisseau 3 dit coulisseau supérieur d'une presse et qui est destiné à appliquer à la matrice 2 une force d'emboutissage pour obtenir un embouti.
  • La partie inférieure de la matrice 2 destinée à venir s'appliquer sur le flan métallique 1 comporte une empreinte 2a de section correspondant au profil de la pièce finie à obtenir.
  • Le dispositif comporte également, d'une part, un serre-flan périphérique 4 destiné à coopérer avec la matrice 2 pour serrer la partie périphérique du flan métallique 1 et, d'autre part, un poinçon central 5 de profil correspondant à l'empreinte 2a de la matrice 2.
  • La matrice 2 et le serre-flan périphérique 4 sont montés coulissant autour du poinçon 5 et ce poinçon 5 est fixé par son extrémité inférieure dans une embase 6 de forte épaisseur qui est elle même fixée au bâti, non représenté, de la presse.
  • D'autre part, le dispositif comporte des moyens 10 de transmission au serre-flan 4 d'une force de retenue opposée à la force d'emboutissage exercée par le premier coulisseau 3 sur la matrice 2.
  • Ces moyens 10 de transmission au serre-flan de la force de retenue sont formés par un second coulisseau 11 dit coulisseau inférieur disposé au-dessous de l'embase 6 et par plusieurs chandelles verticales 12, par exemple au nombre de huit, régulièrement réparties autour du poinçon 5 et traversant l'embase 6 dans son épaisseur par des perforations cylindriques 13.
  • Une extrémité 12a dite inférieure des chandelles 12 est destinée à coopérer avec le second coulisseau 11 et une extrémité 12b dite supérieure des chandelles 12 est destinée à coopérer avec le serre-flan périphérique 4.
  • Pour l'ensemble des modes de réalisation représentés aux Figs 1 à 9, le dispositif selon l'invention comporte des moyens 15 de transmission au serre-flan 4 d'une force réduite de retenue comprise entre le cinquième et la moitié de la force de retenue exercée par le coulisseau inférieur 11 sur le serre-flan périphérique 4 par l'intermédiaire des chandelles 12 de façon à obtenir un premier embouti de profondeur P1 comprise entre le cinquième et le tiers de la profondeur finale P de l'embouti.
  • Ces moyens 15 de transmission au serre-flan de la force réduite de retenue sont formés par des organes élastiques 16, comme par exemple des ressorts.
  • Selon un premier mode de réalisation représenté aux Fig. 1 à 3, un organe élastique 16 est intercalé entre l'extrémité 12b dite supérieure de chaque chandelle 12 et le serre-flan périphérique 4.
  • Chaque organe élastique 16 est enroulé sur une partie de la chandelle correspondante 12 et est fixé par une de ces extrémités 16a au serre-flan périphérique 4 et par son extrémité opposée 16b à un épaulement 17 formé sur ladite chandelle 12.
  • Un logement 18 cylindrique est aménagé sous le serre-flan périphérique 4 dans l'alignement de chaque chandelle 12, afin de recevoir l'extrémité supérieure 12b de la chandelle lorsque l'organe élastique 16 est comprimé.
  • Le dispositif selon le premier mode de réalisation représenté aux Figs. 1 à 3 fonctionne de la manière suivante.
  • Tout d'abord, le flan métallique 1 est posé sur le serre-flan périphérique 4, ce flan métallique 1 pouvant reposer également sur le nez du poinçon 5.
  • Le premier coulisseau 3 de la presse descend progressivement entraînant la matrice 4 ce qui a pour effet, dans un premier temps, de serrer la partie périphérique du flan métallique 1, comme représenté sur la Fig. 1.
  • Le premier coulisseau 3 et la matrice 2 continuent à descendre entraînant le serre-flan 4 qui coulisse le long du poinçon 5.
  • Le premier coulisseau 3 applique à la matrice 2 une force d'emboutissage.
  • Au cours de cette descente, les organes élastiques 16 se compriment progressivement et appliquent au serre-flan 4 une force réduite de retenue opposée à la force d'emboutissage appliquée à la matrice 2.
  • Lors de cette première étape représentée à la Fig. 2, le poinçon 5 déforme progressivement la partie centrale du flan métallique 1 de façon à obtenir un premier embouti 6 de profondeur P1 comprise entre le cinquième et le tiers de la profondeur P de l'embouti final à obtenir.
  • Ensuite, toujours sous l'action du premier coulisseau 3, la matrice 2 et le serre-flan 4 continuent à descendre pour achever le formage du flan métallique 1 jusqu'à la profondeur finale P de l'embouti.
  • Au cours de cette seconde étape illustrée à la Fig. 3, le serre-flan 4 est en contact avec l'extrémité supérieure 12b des chandelles 12 tandis que les extrémités inférieures 12a agissent sur le second coulisseau 11.
  • Lors de cette seconde étape, le second coulisseau 11 applique au serre-flan 4, par l'intermédiaire des chandelles 12, une force de retenue qui est supérieure à la force réduite de retenue exercée par les organes élastiques 16 au cours de la première étape, mais qui est inférieure à la force d'emboutissage appliquée sur la matrice 2.
  • Au nez du poinçon 5, l'effort exercé sur le flan métallique 1 est égal à la différence des forces opposées appliquées respectivement sur la matrice 2 et sur le serre-flan périphérique 4.
  • Selon un second mode de réalisation représenté aux Figs. 4 à 6, les chandelles 12 sont solidaires du serre-flan périphérique 4 et le dispositif comporte un plateau 20 intercalé entre l'embase 6 et le second coulisseau 11.
  • Ce plateau 20 est constitué de deux éléments, respectivement 20a et 20b, de diamètres sensiblement égaux.
  • L'élément supérieur 20a du plateau 20 est solidaire des extrémités inférieures 12a des chandelles 12 et l'élément inférieur 20b est solidaire du second coulisseau 11.
  • L'élément inférieur 20b de ce plateau 20 comporte, au moins un logement 22.
  • Dans ce mode de réalisation, les organes élastiques 16 constitués également par des ressorts de compression sont intercalés entre les deux éléments 20a et 20b formant le plateau 20.
  • Une extrémité des organes élastiques 16 est en appui sur la face inférieure de l'élément supérieur 20a et l'autre extrémité des organes élastiques 16 est en appui dans le fond du logement correspondant 22 de l'élément inférieur 20b.
  • Le second coulisseau 11 est pourvu d'au moins un élément 11a sensiblement vertical formant butée contre l'embase 6, lors de la mise en compression des organes élastiques 16.
  • Cet élément 11a est par exemple constitué par une paroi annulaire verticale s'étendant depuis le bord périphérique du second coulisseau 11 jusqu'à l'embase 6.
  • Cette paroi annulaire 11a a par exemple une forme générale cylindrique.
  • Le fonctionnement de ce second mode de réalisation représenté aux Figs. 4 à 6 est sensiblement identique au fonctionnement du dispositif selon le premier mode de réalisation.
  • Lorsque le dispositif est en position avant formage du flan métallique 1 ainsi que représenté à la Fig. 4, l'élément supérieur 20a du plateau 20 est en contact avec l'embase 6 et les deux éléments 20a et 20b sont espacés l'un de l'autre, la paroi annulaire lla étant en butée contre ladite embase 6.
  • Le premier coulisseau 3 de la presse descend progressivement entraînant la matrice 4 ce qui a pour effet, dans un premier temps, de serrer la partie périphérique du flan métallique 1, comme représenté sur la Fig. 4.
  • Le premier coulisseau 3 et la matrice 3 continuent à descendre en entraînant, d'une part, le serre-flan 4 qui coulisse le long du poinçon 5 et, d'autre part, l'élément supérieur 20a du plateau 20 par l'intermédiaire des chandelles 12.
  • Le premier coulisseau 3 applique à la matrice 2 une force d'emboutissage.
  • Au cours de cette descente, les organes élastiques 16 se compriment progressivement entre les deux éléments 20a et 20b du plateau 20 et appliquent au serre-flan 4 une force réduite de retenue opposée à la force d'emboutissage appliquée à la matrice 2.
  • Lors de cette première étape représenté à la Fig. 5, le poinçon 5 déforme progressivement la partie centrale du flan métallique 1 de façon à obtenir un premier embouti de profondeur P1 comprise entre le cinquième et le tiers de la profondeur P de l'embouti final à obtenir.
  • A la fin de cette première étape de formage, ainsi que représenté à la Fig. 5, les deux éléments 20a et 20b du plateau 20 sont accolés, l'élément supérieur 20a étant écarté de l'embase 6.
  • Comme on peut le voir sur cette Fig. 5, la hauteur de la paroi annulaire 11a est supérieure à l'épaisseur du plateau 20.
  • Ensuite, toujours sous l'action du premier coulisseau 3, la matrice 2, le serre-flan 4 et le plateau 20 par l'intermédiaire des chandelles 12 continuent à descendre pour achever le formage du flan métallique 1 jusqu'à la profondeur finale P de l'embouti.
  • Lors de cette seconde étape, le second coulisseau 11 applique au serre-flan, par l'intermédiaire du plateau 20 et des chandelles 12, une force de retenue qui est supérieure à la force réduite de retenue exercée par les organes élastiques 16 au cours de la première étape, mais qui est inférieure à la force d'emboutissage appliquée sur la matrice 2.
  • Lors de la première étape, la force réduite de retenue appliquée au serre-flan 4 par les organes élastiques 16 est comprise entre le cinquième et la moitié de la force de retenue appliquée par le second coulisseau 11 audit serre-flan 4 lors de la seconde étape de formage du flan métallique 1.
  • Selon un troisième mode de réalisation représenté aux Fig. 7 à 9, le serre-flan périphérique 4 se compose de deux parties 40 et 41 de diamètre sensiblement égaux, une partie supérieure 40 en contact permanent par une de ses faces dite supérieure avec la partie périphérique du flan métallique 1 et une partie inférieure 41 solidaire des extrémités supérieures 12b des chandelles 12.
  • La partie inférieure 12a des chandelles 12 est en appui sur le second coulisseau 11.
  • Les deux parties 40 et 41 qui constituent le serre-flan périphérique 4 sont reliées entre elles par au moins un élément 42 servant à limiter l'écartement maximal entre ces deux parties 40 et 41.
  • L'élément d'écartement 42 est formé par un pion vertical dont une extrémité est solidaire de la partie supérieure 40 du serre-flan 4 et dont l'extrémité opposée traverse la partie inférieure 41 dudit serre-flan 4 et est munie d'un épaulement 42a formant butée pour ladite partie inférieure 41 du serre-flan 4.
  • Le nombre de pions 42 est par exemple égal à huit, ces pions étant régulièrement répartis entre les deux parties 40 et 41 du serre-flan périphérique 4.
  • Les organes élastiques 16 sont intercalés entre les deux parties 40 et 41 formant ledit serre-flan périphérique 4.
  • Chaque organe élastique 16 constitué par exemple par un ressort de compression, est enroulé autour d'un pion 42 qui sert de guide pour ledit organe élastique.
  • Avantageusement, l'épaulement 42a de chaque pion 42 permet de retenir la partie supérieure 40 du serre-flan périphérique 4 qui, sous l'effet de la force exercée par les organes élastiques 16, a tendance à déplacer le flan métallique 1 vers le haut lorsque la matrice 2 n'est pas encore en contact avec ledit flan métallique.
  • L'épaulement 42a permet donc de maintenir les organes élastique 16 sous une précontrainte déterminée qui dépend évidemment de la longueur des pions 42.
  • D'autre part, la partie supérieure 40 du serre-flan périphérique 4 présente, depuis son bord le plus éloigné du poinçon 5, une première portion 40a de faible hauteur sur laquelle sont fixés les pions 42 et une seconde portion 40b de plus grande hauteur formant saillie vers le bas en direction de la partie inférieure 41 du serre-flan périphérique 4.
  • Cette portion 40b est disposée à la périphérie du poinçon 5.
  • Le fonctionnement du dispositif selon le troisième mode de réalisation représenté aux Figs. 7 à 9 est sensiblement identique au fonctionnement des précédents modes de réalisation.
  • Le premier coulisseau 3 de la presse descend progressivement entraînant la matrice 4 ce qui a pour effet, dans un premier temps, de serrer la partie périphérique du flan métallique 1 comme représenté sur la Fig. 7.
  • Ensuite, le premier coulisseau 3 et la matrice 2 continuent à descendre en entraînant la partie supérieure 40 du serre-flan 4 qui coulisse le long du poinçon 5.
  • Le premier coulisseau 3 applique à la matrice 2 une force d'emboutissage.
  • Au cours de cette descente, et comme représenté à la Fig. 6, les organes élastiques 16 se compriment progressivement et appliquent à la partie supérieure 40 du serre-flan 4 une force réduite de retenue opposée à la force d'emboutissage appliquée à la matrice 2.
  • Lors de cette première étape, le poinçon 5 déforme progressivement la partie centrale du flan métallique 1 de façon à obtenir un premier embouti de profondeur P1 comprise entre le cinquième et le tiers de la profondeur P de l'embouti final à obtenir.
  • Au cours de cette première étape, le second coulisseau 11 est en butée contre l'embase 6.
  • Ensuite, toujours sous l'action du premier coulisseau 3, la matrice 2 continue à descendre pour achever le formage du flan métallique 1 jusqu'à la profondeur finale P de l'embouti.
  • Au cours de cette seconde étape illustrée à la Fig. 9, la partie supérieure 40 du serre-flan 4 vient en contact avec la partie inférieure 41 par l'intermédiaire de la seconde portion 40b de ladite partie supérieure formant saillie.
  • Lors de cette seconde étape, le second coulisseau 11 applique au serre-flan 4, par l'intermédiaire des chandelles 12, une force de retenue qui est supérieure à la force réduite de retenue précédemment exercée par les organes élastiques 16, mais qui est inférieure à la force d'emboutissage appliquée sur la matrice 2.
  • La force réduite de retenue appliquée à la partie supérieure 40 du serre-flan 4 au cours de la première étape de formage est comprise entre le cinquième et la moitié de la force de retenue appliquée au serre-flan 4 par le second coulisseau 11 lors de la seconde étape de formage.
  • Dans les différents modes de réalisation, les diamètres du flan métalliques 1 et du poinçon 5 sont respectivement égaux à 150 et 82mm, et l'épaisseur du flan métallique 1 est égale à 0,18 mm.
  • La profondeur finale P de l'embouti est par exemple égale à 45mm.
  • Les ressorts de compression 16 utilisés sont précomprimés à une force de 500 Kg jusqu'à environ 1,5 T, cette valeur étant atteinte lorsque les ressorts sont en fin de compression.
  • D'une manière générale, le tiers de la profondeur finale de l'embouti ne doit pas être dépassé au cours de la première étape de formage.
  • En effet, au delà de cette valeur, le rétreint devient trop important et le phénomène d'apparition des plissements est trop accentué.
  • En diminuant la force exercée par le serre-flan périphérique, lorsque le bord de retenue du flan métallique est grand, les risques de rupture dudit flan métallique sont réduits étant donné que la retenue sous le serre-flan est plus faible.
  • De plus, en raison du faible rétreint exercé sur le serre-flan, le nombre de ces plis est très faible.
  • D'une manière générale, la force de retenue ou encore appelée la force de retenue conventionnelle est la plus adaptée pour obtenir des latitudes d'emboutissage élevées.
  • Le diagramme représenté à la Fig. 10 illustre les avantages du procédé et du dispositif selon l'invention par rapport à l'état de la technique.
  • L'axe des abscisses représente le rapport β entre le diamètre du flan métallique à former et le diamètre du poinçon et l'axe des ordonnées représente la force du serre-flan en tonnes.
  • Sur ce diagramme, on a représenté en trait plein une première droite AB qui s'étend sensiblement parallèlement à l'axe des abscisses et une seconde droite BC qui s'étend en direction de l'axe des ordonnées en formant avec la droite AB un angle α.
  • Sur ce diagramme, on a également représenté en traits pointillés, d'une part, une droite A', B' qui s'étend sensiblement parallèlement à l'axe des abscisses et qui est, sur une partie de sa longueur, confondue avec la droite AB et, d'autre part, une droite B' C' qui s'étend en direction de l'axe des ordonnées et qui forme avec la droite A', B' un angle α égal à l'angle formé par les droites AB et BC.
  • Le domaine I inscrit à l'intérieur du contour délimité par les droites AB et BC correspond au domaine d'emboutissage accessible pour des valeurs correspondantes de β selon l'état de la technique.
  • Ainsi, on constate que pour des diamètres de flan et de poinçon utilisés dans cet exemple, β est égal à 1,83, ce qui équivaut à une latitude d'emboutissage d de l'ordre de 250 Kg.
  • On entend par latitude d'emboutissage, la différence de pressions de serre-flan admise entre la force de serre-flan maximale et la force de serre-flan minimale.
  • Dans ce cas, quand les conditions d'emboutissage conduisent à une telle latitude d'emboutissage de l'ordre de 250 Kg, la seule solution consiste à emboutir le flan métallique en plusieurs séquences nécessitant de nouveaux outils.
  • Le domaine II inscrit à l'intérieur du contour délimité par les droites A'B' et B'C' correspond au domaine d'emboutissage accessible pour des valeurs correspondantes de β, avec un dispositif selon la présente invention.
  • Ainsi, on constate que pour les mêmes diamètres de flan et de poinçon utilisés pour β = 1,83, le procédé selon la présente invention permet de manière avantageuse d'augmenter la latitude d'emboutissage d' jusqu'à une valeur de 3,25 T.
  • La force de serre-flan minimale que l'on peut lire pour la même valeur de β sur les droites AB et A'B' représente la valeur pour laquelle les plis apparaissent à la surface du métal du flan.
  • La force de serre-flan maximale que l'on peut lire sur les droites obliques BC, B'C' pour une valeur donnée de β, représente la valeur pour laquelle la rupture du flan métallique se produit.
  • Tous les essais ont été réalisés sans lubrification et sur des flans métalliques préalablement vernis.
  • Le procédé et le dispositif d'emboutissage selon l'invention permettant d'augmenter l'aptitude des flans métalliques à des opérations d'emboutissage sévères et plus particulièrement pour des flans métalliques minces.
  • Avantageusement, les industriels de l'emboutissage peuvent donc dans de nombreux cas diminuer l'épaisseur initiale du matériau dont ils ont l'utilisation sans que cela entraîne des modifications complexes et coûteuses de la chaîne de production.
  • De plus, la boîte de conserve ainsi formée possède une épaisseur plus régulière que celle obtenue avec les méthodes conventionnelles d'emboutissage.

Claims (12)

  1. Procédé d'emboutissage de flans métalliques (1) pour la réalisation de pièces dites à embouti profond, procédé selon lequel :
    - on dispose le flan métallique (1) entre une matrice (2) et un serre-flan périphérique (4) montés coulissant autour d'un poinçon (5),
    - on serre la partie périphérique du flan métallique (1) entre la matrice (2) et le serre-flan (4),
    - on applique à la matrice (2) une force d'emboutissage et simultanément on applique au serre-flan (4) une force de retenue opposée et inférieure à la force d'emboutissage pour obtenir la profondeur finale P de l'embouti,
    caractérisé en ce que :
    - on applique au serre-flan (4) une force réduite de retenue comprise entre le cinquième et la moitié de ladite force de retenue pour obtenir un premier embouti de profondeur P1 comprise entre le cinquième et le tiers de la profondeur finale P,
    - puis on applique au serre-flan (4) ladite force de retenue pour obtenir ladite profondeur finale P de l'embouti.
  2. Dispositif d'emboutissage d'un flan métallique (1) pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, du type comprenant :
    - un poinçon (5) fixé à une embase (6),
    - une matrice (2) et un serre-flan périphérique (4) destinés à coopérer pour serrer la partie périphérique du flan métallique (1) et montés coulissant autour du poinçon (5),
    - un premier coulisseau (3) destiné à appliquer à la matrice (2) une force d'emboutissage pour obtenir la profondeur finale P de l'embouti,
    - et des moyens (10) de transmission au serre-flan (4) d'une force de retenue opposée à la force d'emboutissage, lesdits moyens de transmission étant formés par un second coulisseau (11) et par plusieurs chandelles verticales (12) régulièrement réparties et traversant l'embase (6), une extrémité (12a) dite inférieure des chandelles (12) étant destinée à coopérer avec ledit second coulisseau (11) disposé au-dessous de ladite embase (6) et une extrémité (12b) supérieure des chandelles (12) étant destinée à coopérer avec le serre-flan périphérique (4), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (15) de transmission au serre-flan (4) d'une force réduite de retenue comprise entre le cinquième et la moitié de la force de retenue pour obtenir un premier embouti de profondeur P1 comprise entre le cinquième et le tiers de la profondeur finale P de l'embouti, ledit serre-flan (4) coopérant, d'une part, avec lesdits moyens (15) de transmission lors de l'application de ladite force réduite de retenue et, d'autre part, avec le second coulisseau (11) par l'intermédiaire des chandelles (12) lors de l'application de ladite force de retenue.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (15) de transmission au serre-flan (4) de la force réduite de retenue sont formés par les organes élastiques (16).
  4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'un desdits organes élastiques (16) est intercalé entre l'extrémité (12b) dite supérieure de chaque chandelle (12) et le serre-flan (4), une extrémité de chaque organe élastique (16) étant fixée sous le serre-flan (4) et l'autre extrémité dudit organe élastique (16) étant fixée à un épaulement (17) ménagé sur ladite chandelle (12).
  5. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits organes élastiques (16) sont intercalés entre les deux éléments (20a, 20b) d'un plateau (20) disposé entre l'embase (6) et le second coulisseau (11), l'élément supérieur (20a) du plateau (20) étant solidaire des extrémités (12a) dites inférieures des chandelles (12) et l'élément inférieur (20b) dudit plateau (20) étant solidaire dudit second coulisseau (11).
  6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le second coulisseau (11) est pourvu d'au moins un élément (11a) sensiblement vertical en butée contre l'embase (6) lors de la mise en compression des organes élastiques (16).
  7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit élément (11a) sensiblement vertical est formé par une paroi annulaire ménagée sur le bord périphérique du second coulisseau (11).
  8. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le serre-flan périphérique (4) est formé de deux parties (40 et 41), une partie supérieure (40) étant en contact avec le flan métallique (1) et une partie inférieure (41) étant solidaire des extrémités (12b) dites supérieures des chandelles (12) et en ce que les organes élastiques (16) sont intercalés entre les deux parties (40, 41) formant le serre-flan périphérique (4).
  9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux parties (40, 41) formant le serre-flan périphérique (4) sont reliées entre elles par au moins un élément d'écartement (42).
  10. Dispositif selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que chaque élément d'écartement (42) est formé par un pion vertical dont une extrémité est solidaire de la partie supérieure (40) du serre-flan périphérique (4) et dont l'extrémité opposée traverse la partie inférieure (41) dudit serre-flan périphérique et est munie d'un épaulement (42a) formant butée pour ladite partie inférieure.
  11. Dispositif selon la revendication 8 et 10, caractérisé en ce que chaque pion (42) forme un guide pour un organe élastique (16).
  12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisé en ce que les organes élastiques (16) sont formés par des ressorts de compression.
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