EP0733415A1 - Procédé de fabrication d'une boîte métallique de forme - Google Patents

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EP0733415A1
EP0733415A1 EP96400559A EP96400559A EP0733415A1 EP 0733415 A1 EP0733415 A1 EP 0733415A1 EP 96400559 A EP96400559 A EP 96400559A EP 96400559 A EP96400559 A EP 96400559A EP 0733415 A1 EP0733415 A1 EP 0733415A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
diameter
peripheral skirt
zone
blank
box
Prior art date
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Granted
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EP96400559A
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German (de)
English (en)
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EP0733415B1 (fr
Inventor
Michel D'amore
Patrick Erhard
François Muia
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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Filing date
Publication date
Application filed by Sollac SA, Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC filed Critical Sollac SA
Publication of EP0733415A1 publication Critical patent/EP0733415A1/fr
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Publication of EP0733415B1 publication Critical patent/EP0733415B1/fr
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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
    • B21D51/26—Making hollow objects characterised by the use of the objects cans or tins; Closing same in a permanent manner
    • B21D51/2646—Of particular non cylindrical shape, e.g. conical, rectangular, polygonal, bulged
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • 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
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/02—Punching blanks or articles with or without obtaining scrap; Notching

Definitions

  • the subject of the present invention is a method of manufacturing a shaped canister, of the beverage can type, and more particularly a shaped canister comprising, on the one hand, a bottom and a peripheral skirt comprising a succession of zones. of different diameters and, on the other hand, a cover crimped on the peripheral skirt.
  • shaped metal boxes consisting of a peripheral skirt comprising a succession of zones of different diameters, a bottom crimped at one end of the peripheral skirt, and a cover crimped at the other end of said peripheral skirt.
  • This cover is provided for example with an easy opening device by breaking a line of least resistance or a threaded neck intended to receive a screw cap.
  • peripheral skirt of this type of metal box consists of a cylindrical shell welded longitudinally and expanded to provide the succession of zones of different diameters.
  • the peripheral skirt is produced from a metal blank of mild steel with low carbon content and having an elastic limit approximately equal to 250 MPa.
  • Such a steel allows an expansion of the welded shell without great difficulty with an expansion rate calculated according to the formula: D final - D initial D initial x 100 up to 20%, initial D being the diameter initial of the welded shell and final D being the diameter of the welded shell after expansion.
  • the welded shell is produced, the said shell is expanded to obtain a peripheral skirt comprising a succession of zones of different diameters, and a bottom and a cover are respectively crimped at each end of the shell.
  • the expansion of the shell is generally carried out according to a method of forming in air or nitrogen under pressure or a method of forming by incompressible fluid.
  • the bottom and the peripheral skirt formed integrally with said bottom are produced in particular by stamping-ironing from a cup cut from a metal blank or a strip.
  • the cup is first subjected to a relatively severe necking stamping on a press which conventionally comprises, on the one hand, a fixed punch and a support forming a peripheral blank holder sliding around said punch and on which rests the cup and, on the other hand, a matrix intended to be applied to the cup according to a force transmitted vertically by an upper slide.
  • a press which conventionally comprises, on the one hand, a fixed punch and a support forming a peripheral blank holder sliding around said punch and on which rests the cup and, on the other hand, a matrix intended to be applied to the cup according to a force transmitted vertically by an upper slide.
  • the cup having a bottom and an edge formed during stamping is then either calibrated by a slight stamping without the use of a blank holder, or re-stamped with a blank holder, then is subjected to an ironing operation which consists to stretch by means of a drawing machine, by successive reductions, the edge to gradually form the skirt device out of the box.
  • the bottom is formed on the drawing machine to give it a determined geometry and the neck of the peripheral skirt is formed, either according to a technique of shrinking with a matrix, or according to a technique of shrinking with a thumbwheel.
  • the die shrinking technique involves forcing the neck into a die having a conical entry profile and a cylindrical exit profile.
  • a cylindrical piece guides the wall formed at the outlet of the die.
  • the force required to allow the metal to deform comes from the thrust applied to the bottom of the box and transmitted axially by its peripheral skirt.
  • the wheel shrinking technique consists in driving the rotating box which is held between a pusher and a centering ring.
  • the profile of the neck is obtained by the simultaneous movements of the rollers, the centering ring and the pusher.
  • This type of box is generally made from a steel blank with very low carbon content.
  • the metal After stretching the edges of the peripheral skirt, the metal is strongly hardened so that its elastic limit in the walls of the peripheral skirt is around 700 MPa and even sometimes exceeds this value, which gives it an ability to expand. practically zero.
  • the overall possible expansion rate of the peripheral skirt is less than 1%, or even for very small thicknesses, less than 0.5%.
  • the advantage of such a box is that it allows very small thicknesses, since the constituent metal is a very stiff metal having high mechanical characteristics, which induces a low weight and low material cost.
  • such a box is made in two parts, the bottom and the peripheral skirt having come in one piece, which gives it an advantage from an aesthetic point of view.
  • the object of the invention is to propose a method of manufacturing a metal can of shape obtained for example by stamping-ironing, of the beverage can type, comprising a bottom and a peripheral skirt made integrally with said bottom, which allows '' obtain an expansion rate of more than 2% at the peripheral skirt.
  • the shape box of the beverage box type comprises a bottom 1 and a peripheral skirt 2 made integrally with said bottom 1.
  • the method according to the invention consists, in a first step shown in FIG. 2, to be produced for example by stamping-ironing from a metal blank, steel, or aluminum or aluminum alloy, a cylindrical blank 3 of diameter equal to the diameter D of the zone 2A of the peripheral skirt 2 of the box formed, adjacent to the bottom 1 in this exemplary embodiment.
  • the cylindrical blank 3 is produced by stamping a metal blank to form a cup and drawing the edges of said cup.
  • the cylindrical blank 3 can be produced by stamping a metal blank to form a cup, deep-drawing the bottom of the cup to reduce the diameter of the bottom and drawing the edges of the re-stamped cup.
  • the zone of diameter D is no longer adjacent to the bottom.
  • a shrinking operation is carried out on the part of the peripheral skirt of the blank 3 located above the zone 2A of the peripheral skirt 2 of the box formed to bring it to a determined diameter D1 less than the diameter D of zone 2A.
  • the diameter D1 is equal to the diameter of the area 2C of the peripheral skirt 2 of the box formed.
  • This shrinking operation is carried out in one or more passes by means of a known type of tool consisting of a matrix having a conical entry profile and a cylindrical exit profile, associated with a cylindrical part which ensures the guiding of the wall formed at the outlet of the matrix.
  • the force required to allow the metal to deform comes from the thrust applied to the bottom of the box and transmitted axially by its peripheral skirt.
  • an air pressure of between 1 and 6 bars is applied to the inside of the blank 3, during the shrinking operation.
  • the geometry of the different dies used in each forming step is a function of the desired profile in the intermediate portion 2B in order to obtain the desired profile in said intermediate portion 2B.
  • the method according to the invention consists in carrying out at least one operation of expanding the part of the peripheral skirt of the blank 3, located above the zone of diameter D to carry out the succession of zones of different diameters of the peripheral skirt 2 of the box formed.
  • the third step consists, as shown in FIG. 4, to carry out an expansion of the part of the peripheral skirt of the blank 3 situated above the zone 2C previously constricted of the peripheral skirt 2 of the box formed, to bring it to the diameter D2.
  • This expansion operation can be carried out using different techniques.
  • the matrix expansion technique consists in forcing the free edge of the peripheral skirt of the blank 3 into a matrix having a cylindrical entry profile and a conical exit profile, associated with a part ensuring the guiding of the wall. formed at the outlet of the matrix.
  • the geometry of the different matrices used in each type of forming is a function of the desired profile in the 2D intermediate portion.
  • the expansion technique can also be a mechanical expansion forming technique using a sector tool or an expansion technique using an incompressible fluid such as air, nitrogen or an oil.
  • the fourth step shown in FIG. 5, consists in carrying out a new operation of shrinking the part of the peripheral skirt of the blank 3, located above the zone 2E, previously expanded, to bring it to the diameter D3 taking care to conform the intermediate portion 2F according to the desired profile.
  • the fifth step shown in FIG. 6, consists in carrying out a new operation of expansion of the part of the peripheral skirt of the blank 3, located above the zone 2G, previously constricted, to bring it to the diameter D4, taking care to conform the 2H intermediate portion according to the desired profile.
  • the sixth step consists in carrying out a final operation of shrinking the part of the peripheral skirt of the blank 3, located above the zone 2I, previously expanded, to bring it to the diameter D5, taking care to conform the intermediate portion 2J according to the desired profile, and to make the planking used for crimping the cover.
  • the various shrinkage and expansion operations as described for carrying out the operations from the third to the sixth stage are for example the same techniques as those described for carrying out the operations of the first and second stage.
  • the form box according to a second embodiment comprises a bottom 10 and a peripheral skirt 11 formed integrally with the bottom 10.
  • the manufacturing method according to the invention of such a shaped box consists, in a first step, to be produced for example by stamping-ironing from a metal blank in steel, or in aluminum or aluminum alloy, a cylindrical blank of diameter equal to the diameter D of the zone 11A of the peripheral skirt 11 adjacent to the bottom 10, then, in a second step, to carry out an operation of constriction of the part of the peripheral skirt of the blank for the bring to the determined diameter less than the diameter D of the zone 11A.
  • this diameter may be equal to the diameter of the zone of the peripheral skirt 11 of the box formed from the smallest diameter, i.e. the diameter D8 in FIG. 7.
  • the diameter D8 will be chosen less than this diameter D, because it is absolutely essential to start with an operation shrinking in order to be able to produce a shaped box with expansion rates greater than 1% from a blank obtained for example by stamping-ironing a metal blank.
  • the third step of the process of the invention consists in carrying out the expansion, in one or more operations, of the zones 11C and 11E of the peripheral skirt of the blank to give each of these zones the desired profile.
  • the first step consisted in producing, by stamping-ironing, a cylindrical blank with a diameter equal to the diameter D.
  • the second step consisting in carrying out the shrinking operation is in this case carried out from the area 11C of diameter D6.
  • the expansion is carried out using an incompressible fluid, it is preferable to perform a shrinking operation up to the minimum diameter, to form the neck when the box requires the presence of a neck and then to carry out the expansion of the different zones to be expanded.
  • the important characteristic of the method according to the invention lies in the fact of starting the forming of the blank produced by stamping-ironing by a shrinking operation.
  • the Applicant has realized that the prior constriction facilitates the subsequent expansion of the peripheral skirt, and makes it possible, for example for very low carbon steel, very hardened, accept expansion rates relative to the diameter of the pre-shrunk blank greater than 2%, whereas if direct expansion is carried out without prior shrinkage, the expansion rate remains less than 1%.
  • This increase in the expansion capacity of the box after prior shrinking is due to the increase in thickness in the walls of the peripheral skirt, due to this preliminary shrinking, as well as to slight metallurgical and / or rheological transformations. that the metal undergoes during the shrinking operation.
  • Tests were carried out on bodies of boxes with a diameter equal to 66mm, by varying the shrinkage rate of the first operation and then achieving maximum overall expansion.
  • the process for manufacturing shaped boxes according to the invention makes it possible to produce shaped boxes with more marked curves and this process is easy to implement industrially, since the tools for carrying out the necking and expansion operations are known and used by manufacturers of metal packaging.
  • the method according to the invention is not limited to stamped-ironed boxes, but can also be applied for the production of shaped boxes from a blank obtained by stamping-re-stamping a metal blank of steel, or aluminum or aluminum alloy.
  • the expansion rate goes from 3% to around 6%.

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une boîte métallique de forme comprenant, d'une part, un fond (1) et une jupe périphérique (2) comportant une succession de zones de différents diamètres et, d'autre part, un couvercle serti sur la jupe périphérique (2). Le procédé consiste à réaliser, à partir d'un flan métallique, une ébauche cylindrique constituée d'un fond et d'une jupe périphérique de diamètre égal au diamètre D de la zone (2A) de la jupe périphérique (2) de la boîte, à effectuer une opération de rétreint de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche située au-dessus de la zone (2A) de diamètre D de la jupe périphérique (2) de la boîte formée pour l'amener à un diamètre D1 déterminé inférieur au diamètre D et à effectuer au moins une opération d'expansion de la partie de la jupe périphérique située au-dessus de la zone (2A) de diamètre D. <IMAGE>

Description

  • La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une boîte métallique de forme, du type boîte-boisson, et plus particulièrement une boîte métallique de forme comprenant, d'une part, un fond et une jupe périphérique comportant une succession de zones de différents diamètres et, d'autre part, un couvercle serti sur la jupe périphérique.
  • Il est connu de réaliser des boîtes métallique de forme constituées d'une jupe périphérique comportant une succession de zones de différents diamètres, d'un fond serti à une extrémité de la jupe périphérique, et d'un couvercle serti à l'autre extrémité de ladite jupe périphérique. Ce couvercle est muni par exemple d'un dispositif à ouverture facile par rupture d'une ligne de moindre résistance ou d'un col taraudé destiné à recevoir un bouchon à vis.
  • La jupe périphérique de ce type de boîte métallique est constituée d'une virole cylindrique soudée longitudinalement et expansée pour ménager la succession de zones de différents diamètres.
  • Généralement, la jupe périphérique est réalisée à partir d'un flan métallique en acier doux à basse teneur en carbone et ayant une limite d'élasticité environ égale à 250 MPa.
  • Un tel acier permet de réaliser sans grande difficulté une expansion de la virole soudée avec un taux d'expansion calculé selon la formule : D final - D initial D initial x 100
    Figure imgb0001
     pouvant aller jusqu'à 20%, D initial étant le diamètre initial de la virole soudée et D final étant le diamètre de la virole soudée après expansion.
  • Pour fabriquer ce type de boîte, on réalise la virole soudée, on expanse ladite virole pour obtenir une jupe périphérique comportant une succession de zones de différents diamètres, et on sertit un fond et un couvercle respectivement à chaque extrémité de la virole.
  • L'expansion de la virole s'effectue généralement selon un procédé de formage à l'air ou à l'azote sous pression ou un procédé de formage par fluide incompressible.
  • Il est également connu de réaliser une boîte métallique, du type boîte-boisson, constituée, d'une part, d'un fond et d'une jupe périphérique venue de matière avec le fond et, d'autre part, d'un couvercle serti sur la jupe périphérique.
  • Le fond et la jupe périphérique venue de matière avec ledit fond sont fabriqués notamment par emboutissage-repassage à partir d'une coupelle découpée dans un flan métallique ou une bande.
  • A cet effet, la coupelle subit d'abord un emboutissage par rétreint relativement sévère sur une presse qui comporte de manière classique, d'une part, un poinçon fixe et un support formant un serre-flan périphérique coulissant autour dudit poinçon et sur lesquels repose la coupelle et, d'autre part, une matrice destinée à être appliquée sur la coupelle suivant une force transmise verticalement par un coulisseau supérieur .
  • La coupelle comportant un fond et un bord formé lors de l'emboutissage, est ensuite soit calibrée par un léger emboutissage sans utilisation d'un serre-flan, soit réemboutie avec un serre-flan, puis est soumise à une opération de repassage qui consiste à étirer au moyen d'une étireuse, par des réductions successives, le bord pour former progressivement la jupe périphérique de la boîte.
  • Ensuite, le fond est formé sur l'étireuse pour lui conférer une géométrie déterminée et le col de la jupe périphérique est formé, soit selon une technique de rétreint avec matrice, soit selon une technique de rétreint à la molette.
  • La technique de rétreint avec matrice consiste à forcer le col dans une matrice possédant un profil d'entrée conique et un profil de sortie cylindrique. Une pièce cylindrique assure le guidage de la paroi formée en sortie de matrice.
  • La force requise pour permettre la déformation du métal provient de la poussée appliquée sur le fond de la boîte et transmise axialement par sa jupe périphérique.
  • La technique de rétreint à la molette consiste à entraîner la boîte en rotation qui est maintenue entre un poussoir et un anneau de centrage. Le profil du col est obtenu par les déplacements simultanés des molettes, de l'anneau de centrage et du poussoir.
  • Ce type de boîte est généralement réalisé à partir d'un flan en acier à très basse teneur en carbone.
  • Après étirage des bords de la jupe périphérique, le métal est fortement écroui de sorte que sa limite d'élasticité dans les parois de la jupe périphérique avoisine les 700 MPa et même dépasse parfois cette valeur, ce qui lui confère une aptitude à l'expansion pratiquement nulle.
  • Le taux d'expansion global possible de la jupe périphérique est inférieur à 1%, voire pour les très faibles épaisseurs, inférieur à 0,5%.
  • En revanche, l'avantage d'une telle boîte est qu'elle permet de très faibles épaisseurs, car le métal constitutif est un métal très raide possédant des caractéristiques mécaniques élevées, ce qui induit un faible poids et un faible coût de matière.
  • De plus, une telle boîte est réalisée en deux pièces, le fond et la jupe périphérique étant venue de matière, ce qui lui confère un avantage du point de vue esthétique.
  • L'invention a pour but de proposer un procédé de fabrication d'une boîte métallique de forme obtenue par exemple par emboutissage-repassage, du type boîte-boisson, comprenant un fond et une jupe périphérique venue de matière avec ledit fond, qui permet d'obtenir au niveau de la jupe périphérique un taux d'expansion supérieur à 2%.
  • L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication d'une boîte métallique de forme, comprenant, d'une part, un fond et une jupe périphérique comportant une succession de zones de différents diamètres et, d'autre part, un couvercle serti sur la jupe périphérique, caractérisé en ce que :
    • on réalise à partir d'un flan métallique une ébauche cylindrique constituée d'un fond et d'une jupe périphérique de diamètre égal au diamètre D de la zone de la jupe périphérique de la boîte,
    • on effectue une opération de rétreint de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche située au-dessus de la zone de diamètre D de la jupe périphérique de la boîte formée pour l'amener à un diamètre D1, D8 déterminé inférieur au diamètre D,
    • et on effectue au moins une opération d'expansion de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche située au dessus de la zone de diamètre D pour réaliser la succession de zones de différents diamètres de ladite jupe périphérique.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
    • après avoir effectué l'opération de rétreint de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche située au-dessus de la zone de diamètre D, on effectue une seule opération d'expansion pour réaliser la succession des zones de différents diamètres de ladite jupe périphérique.
    • le diamètre D1, D8 de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche, située au dessus de la zone de diamètre D est égal au diamètre de la zone de la jupe périphérique de plus faible diamètre de la boîte formée,
    • après avoir effectué l'opération de rétreint de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche, située au-dessus de la zone de diamètre D, on effectue une succession d'opérations, d'expansion et de rétreint sur toute la partie de la jupe périphérique de l'ébauche située au-dessus de la zone précédemment rétreinte ou expansée,
    • l'ébauche est réalisée par emboutissage-repassage d'un flan métallique en acier, ou en aluminium ou en alliage d'aluminium,
    • l'ébauche est réalisée par emboutissage - réemboutissage d'un flan métallique en acier ou en aluminium ou en alliage d'aluminium.
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
    • la Fig. 1 est une vue en demi-coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation d'une boîte de forme obtenue par le procédé selon l'invention,
    • les Figs. 2 à 6 sont des vues en demi-coupe longitudinale montrant les diverses étapes du procédé de fabrication de la boîte de forme de la Fig. 1,
    • la Fig. 7 est une vue en demi-coupe longitudinale d'un second mode de réalisation d'une boîte de forme obtenue par le procédé selon l'invention.
  • Il est à noter que sur ces figures, le profil des boîtes représentées est volontairement exagéré pour des raisons de clarté.
  • Comme on le voit sur la Fig. 1, la boîte de forme du type boîte-boisson comprend un fond 1 et une jupe périphérique 2 venue de matière avec ledit fond 1.
  • La jupe périphérique 2 comporte une succession de zones de diamètres différents :
    • une zone 2A adjacente au fond 1 et de diamètre D,
    • une portion intermédiaire 2B située au dessus de la zone 2A par rapport au fond 1 et adjacente à celle-ci, dans laquelle le diamètre de la jupe périphérique 2 décroît,
    • une zone 2C située au-dessus de la portion intermédiaire 2B et adjacente à celle-ci, de diamètre D1 inférieur au diamètre D de la zone 2A,
    • une portion intermédiaire 2D située au-dessus de la zone 2C et adjacente à celle-ci, dans laquelle le diamètre de la jupe périphérique 2 croît,
    • une zone 2E située au-dessus de la portion intermédiaire 2D et adjacente à celle-ci, de diamètre D2 supérieur au diamètre D1 de la zone 2C,
    • une portion intermédiaire 2F située au-dessus de la zone 2E et adjacente à celle-ci, dans laquelle le diamètre de la jupe périphérique 2 décroît,
    • une zone 2G située au-dessus de la portion intermédiaire 2F et adjacente à celle-ci, de diamètre D3 inférieur au diamètre D2 de la zone 2E,
    • une portion intermédiaire 2H située au-dessus de la zone 2G et adjacente à celle-ci, dans laquelle le diamètre de la jupe périphérique 2 croît,
    • une zone 2I située au-dessus de la portion intermédiaire 2H et adjacente à celle-ci, de diamètre D4 supérieur au diamètre D3 de la zone 2G,
    • une portion intermédiaire 2J située au-dessus de la zone 2I et adjacente à celle-ci, dans laquelle le diamètre de la jupe périphérique 2 décroît, cette zone étant appelée souvent col dans le cas d'une boîte-boisson,
    • une zone 2K située au dessus de la portion intermédiaire 2I et adjacente à celle-ci, de diamètre D5 inférieur au diamètre D4 de la zone 21,
    • et enfin, une zone 2L correspondant au bordage servant au sertissage d'un couvercle, non représenté, après remplissage de la boîte.
  • Pour réaliser une telle boîte de forme, le procédé selon l'invention consiste, dans une première étape représentée à la Fig. 2, à réaliser par exemple par emboutissage-repassage à partir d'un flan métallique, en acier, ou en aluminium ou en alliage d'aluminium, une ébauche cylindrique 3 de diamètre égal au diamètre D de la zone 2A de la jupe périphérique 2 de la boîte formée, adjacente au fond 1 dans cet exemple de réalisation.
  • Dans cet exemple, on réalise l'ébauche cylindrique 3 par emboutissage d'un flan métallique pour former une coupelle et étirage des bords de ladite coupelle.
  • Dans un autre exemple non représenté, on peut réaliser l'ébauche cylindrique 3 par emboutissage d'un flan métallique pour former une coupelle, réemboutissage du fond de la coupelle pour diminuer le diamètre du fond et étirage des bords de la coupelle réemboutie.
  • Dans ce cas, la zone de diamètre D n'est plus adjacente au fond.
  • Dans une seconde étape représentée à la Fig. 3, on effectue une opération de rétreint de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche 3 située au-dessus de la zone 2A de la jupe périphérique 2 de la boîte formée pour l'amener à un diamètre D1 déterminé inférieur au diamètre D de la zone 2A.
  • Dans cet exemple de réalisation, le diamètre D1 est égal au diamètre de la zone 2C de la jupe périphérique 2 de la boîte formée.
  • Cette opération de rétreint s'effectue en une ou plusieurs passes au moyen d'un outil de type connu constitué d'une matrice possédant un profil d'entrée conique et un profil de sortie cylindrique, associée à une pièce cylindrique qui assure le guidage de la paroi formée en sortie de matrice.
  • La force requise pour permettre la déformation du métal provient de la poussée appliquée sur le fond de la boîte et transmise axialement par sa jupe périphérique.
  • Pour éviter le phénomène d'écrasement du fond 1 et de la jupe périphérique 2, on applique à l'intérieur de l'ébauche 3, pendant l'opération de rétreint, une pression d'air comprise entre 1 et 6 bars.
  • Pour atteindre le diamètre souhaité, plusieurs réductions successives sont souvent nécessaires, chacune étant une étape de formage distincte.
  • La géométrie des différentes matrices utilisées dans chaque étape de formage est fonction du profil désiré dans la portion intermédiaire 2B afin d'obtenir le profil désiré dans ladite portion intermédiaire 2B.
  • Après cette opération de rétreint, le procédé selon l'invention consiste à effectuer au moins une opération d'expansion de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche 3, située au-dessus de la zone de diamètre D pour réaliser la succession de zones de différents diamètres de la jupe périphérique 2 de la boîte formée.
  • Pour réaliser la boîte de forme telle que représenté sur la Fig. 1, après avoir effectué l'opération de rétreint de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche 3 située au-dessus de la zone 2A de la boîte formée,on effectue une succession d'opérations d'expansion et de rétreint sur toute la partie de la jupe périphérique de l'ébauche 3 située au-dessus de la zone précédemment rétreinte ou expansée.
  • Ainsi, pour réaliser la boîte représentée sur la Fig. 1, la troisième étape consiste, comme représentée à la Fig. 4, à effectuer une expansion de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche 3 située au-dessus de la zone 2C préalablement rétreinte de la jupe périphérique 2 de la boîte formée, pour l'amener au diamètre D2.
  • Cette opération d'expansion peut s'effectuer selon différentes techniques.
  • La technique de l'expansion avec matrice consiste à forcer le bord libre de la jupe périphérique de l'ébauche 3 dans une matrice possédant un profil d'entrée cylindrique et un profil de sortie conique, associée à une pièce assurant le guidage de la paroi formée en sortie de matrice.
  • Pour atteindre le diamètre D2 souhaité, plusieurs expansions successives sont souvent nécessaires, chacune étant une étape de formage distincte.
  • La géométrie des différentes matrices utilisées dans chaque type de formage est fonction du profil désiré dans la portion intermédiaire 2D.
  • La technique d'expansion peut également être une technique de formage par expansion mécanique au moyen d'un outil à secteurs ou une technique d'expansion à l'aide d'un fluide incompressible tel que de l'air, de l'azote ou une huile.
  • La quatrième étape, représentée à la Fig. 5, consiste à effectuer une nouvelle opération de rétreint de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche 3, située au-dessus de la zone 2E, préalablement expansée, pour l'amener au diamètre D3 en prenant soin de conformer la portion intermédiaire 2F selon le profil désiré.
  • La cinquième étape, représentée à la Fig. 6, consiste à effectuer une nouvelle opération d'expansion de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche 3, située au-dessus de la zone 2G, préalablement rétreinte, pour l'amener au diamètre D4, en prenant soin de conformer la portion intermédiaire 2H selon la profil désiré.
  • Enfin, la sixième étape consiste à effectuer une dernière opération de rétreint de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche 3, située au dessus de la zone 2I, préalablement expansée, pour l'amener au diamètre D5, en prenant soin de conformer la portion intermédiaire 2J selon le profil désiré, et à réaliser le bordage servant au sertissage du couvercle.
  • Les diverses opérations de rétreint et d'expansion telles que décrites pour réaliser les opérations de la troisième à la sixième étape sont par exemple les mêmes techniques que celles décrites pour réaliser les opérations de la première et seconde étape.
  • Ainsi que représenté à la Fig. 7, la boîte de forme selon un second mode de réalisation comprend un fond 10 et une jupe périphérique 11 venue de matière avec le fond 10.
  • La jupe périphérique 11 comporte une successions de zones de diamètres différents :
    • une zone 11A adjacente au fond 10 et de diamètre D,
    • une portion intermédiaire 11B située au-dessus de la zone 11a et adjacente à celle-ci dans laquelle le diamètre de la jupe périphérique 11 croît,
    • une zone 11C située au-dessus de la portion intermédiaire 11b et adjacente à celle-ci, de diamètre D6 supérieur au diamètre D de la zone 11A,
    • une portion intermédiaire 11D située au-dessus de la zone 11C et adjacente à celle-ci, dans laquelle le diamètre de la jupe périphérique 11 décroît,
    • une zone 11E située au dessus de la portion intermédiaire 11D et adjacente à celle-ci, de diamètre D7 inférieur au diamètre D6 de la zone 11C et supérieur au diamètre D de la zone 11A,
    • une portion intermédiaire 11F située au dessus de la zone 11E et adjacente à celle-ci, dans laquelle le diamètre de la jupe périphérique 11 décroît,
    • une zone 11G située au-dessus de la portion intermédiaire 11F et adjacente à celle-ci, de diamètre D8, inférieur au diamètre D7 de la zone 11E,
    • et enfin une zone 11H correspondant au bordage pour le sertissage d'un couvercle, non représenté, après remplissage de la boîte.
  • La particularité d'une telle boîte par rapport à la boîte représentée à la Fig. 1 est que la zone 11C située au-dessus de la zone 11A adjacente au fond 10 présente un diamètre D6 supérieur au diamètre D de la zone 11A de la jupe périphérique 11 de la boîte formée.
  • Le procédé de fabrication selon l'invention d'une telle boîte de forme consiste, dans une première étape, à réaliser par exemple par emboutissage-repassage à partir d'un flan métallique en acier, ou en aluminium ou en alliage d'aluminium, une ébauche cylindrique de diamètre égal au diamètre D de la zone 11A de la jupe périphérique 11 adjacente au fond 10, puis, dans une seconde étape, à effectuer une opération de rétreint de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche pour l'amener au diamètre déterminé inférieur au diamètre D de la zone 11A.
  • Dans un tel exemple de réalisation, ce diamètre peut être égal au diamètre de la zone de la jupe périphérique 11 de la boîte formée de plus faible diamètre, soit le diamètre D8 sur la Fig. 7.
  • Lorsque la zone de la jupe périphérique 11 de la boîte formée, de plus faible diamètre est la zone 11A adjacente au fond 10 de la boîte, le diamètre D8 sera choisi inférieur à ce diamètre D, car il est absolument indispensable de commencer par une opération de rétreint pour pouvoir réaliser une boîte de forme avec des taux d'expansion supérieurs à 1% à partir d'une ébauche obtenue par exemple par emboutissage-repassage d'un flan métallique.
  • Après avoir effectué cette étape de rétreint, la troisième étape du procédé de l'invention consiste à effectuer l'expansion, en une ou plusieurs opérations, des zones 11C et 11E de la jupe périphérique de l'ébauche pour donner à chacune de ces zones le profil désiré.
  • Dans cet exemple de réalisation, la première étape a consisté à réaliser par emboutissage-repassage, une ébauche cylindrique de diamètre égal au diamètre D.
  • Selon une variante, il est possible de réaliser dans une première étape par emboutissage ou emboutissage-repassage une ébauche cylindrique de diamètre égal au diamètre D6 correspondant à la zone 11C de la figure 7, puis de réemboutir cette ébauche pour former le fond et la zone 11a de diamètre D inférieur au diamètre D6.
  • La seconde étape consistant à effectuer l'opération de rétreint est dans ce cas réalisée à partir de la zone 11C de diamètre D6.
  • Pour réaliser la boîte de forme telle que représentée à la Fig. 1, il aurait également été possible d'effectuer, après la première étape de fabrication de l'ébauche de diamètre D par emboutissage-repassage d'un flan métallique en acier, ou en aluminium ou en alliage d'aluminium, une seconde étape consistant à réaliser une opération de rétreint de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche 3 située au-dessus de la zone 2A de la jupe périphérique 2 de la boîte formée pour l'amener au diamètre de la zone de ladite jupe périphérique 2 de plus faible diamètre, soit au diamètre D5 de la zone 2K.
  • Après, on effectue une opération d'expansion en plusieurs expansions successives, pour obtenir les zones 2B et 2I.
  • Le choix de l'une ou l'autre des variantes de réalisation du procédé de l'invention pour réaliser la boîte de forme telle que représentée à la Fig. 1 dépend du procédé d'expansion utilisé.
  • En effet, si l'expansion est réalisée au moyen d'une matrice, c'est à dire selon la technique dite du tamponnage, il est préférable de réaliser la boîte selon les étapes représentées aux Figs. 2 à 6, c'est à dire en effectuant une succession d'opérations d'expansion et de rétreint.
  • En revanche, si l'expansion est réalisée à l'aide d'un fluide incompressible, il est préférable d'effecteur une opération de rétreint jusqu'au diamètre minimal, de former le col lorsque la boîte nécessite la présence d'un col et de réaliser ensuite l'expansion des différentes zones à expanser.
  • Lorsque l'expansion est réalisée à l'aide d'un outil à secteurs, il est possible d'utiliser indéfiniment les deux variantes du procédé.
  • Comme on a pu le voir dans ces deux exemples de boîtes de forme, la caractéristique importante du procédé selon l'invention réside dans le fait de commencer le formage de l'ébauche réalisée par emboutissage-repassage par une opération de rétreint.
  • En effet, la Demanderesse s'est rendue compte, que le rétreint préalable facilite l'expansion ultérieure de la jupe périphérique, et permet par exemple pour de l'acier à très bas carbone fortement écroui, d'accepter des taux d'expansion par rapport au diamètre de l'ébauche avant rétreint supérieurs à 2%, alors que si on réalise une expansion directe sans rétreint préalable, le taux d'expansion reste inférieur à 1%.
  • Cette augmentation de la capacité d'expansion de la boîte après rétreint préalable est due à l'augmentation de l'épaisseur dans les parois de la jupe périphérique, du fait de ce rétreint préalable, ainsi qu'aux transformations métallurgiques et/ou rhéologiques légères que le métal subit pendant l'opération de rétreint.
  • Des essais ont été réalisés sur des corps de boîtes de diamètre égal à 66mm, en faisant varier le taux de rétreint de la première opération et en réalisant ensuite une expansion globale maximale.
  • Le tableau ci-dessous récapitule ces essais.
    N° Essai Diamètre D1 après rétreint (en mm) Taux de rétreint 66 - D 66 Diamètre D2 après expansion (en mm) Taux d'expansion D2 - D1 D1
    1 66 0% 66,74 1,12%
    2 63,79 3,35% 67,34 5,56%
    3 62,55 5,23% 66,64 6,54%
    4 61,30 7,12% 66,33 8,20%
    5 60,06 9% 66,28 10,36%
    6 58,81 10,89% 65,83 11,94%
  • Comme on le voit sur ce tableau, le fait de réaliser un rétreint préalable avec un taux de rétreint égal à 3,35% (essai 2) permet d'expanser le diamètre jusqu'ã 67,34 mn, diamètre supérieur au diamètre de 66,74mn atteint en expansion directe sans rétreint préalable (essai 1).
  • De plus, si on compare les deux diamètres D1 et D2, on constate que dans l'essai n° 1 la variation maximale possible est limitée à 1,12% alors que dans l'essai n° 2, elle passe à 5,56%.
  • On remarque également sur ce tableau que si le taux de rétreint de la première opération augmente, environ au delà de 5%, il n'est plus possible de dépasser le diamètre D2 obtenu avec l'essai n° 1, c'est à dire sans opération de rétreint préalable.
  • Mais, effectuer une opération de rétreint préalable avec un taux de rétreint supérieur à 5% présente l'avantage de pouvoir réaliser des boîtes de forme avec des galbes très marqués.
  • En effet si on compare l'essai n° 2 avec l'essai n° 6, on constate certes que le diamètre final après expansion n'atteint que 65,83mm, soit moins que les 67,34mm de l'essai n°1 et même moins que les 66mm du corps de boîte de départ, mais le taux d'expansion global entre la zone rétreinte de diamètre D1 et la zone expansée de diamètre D2 atteint 11,94% dans l'essai n° 6 contre 5,56% dans l'essai n° 2.
  • Ainsi on constate que plus on augmente le taux de rétreint initial, plus les différences de diamètre entre le diamètre après rétreint et le diamètre après expansion croît.
  • Le procédé de fabrication des boîtes de forme selon l'invention permet de réaliser des boîtes de forme avec des galbes plus marqués et ce procédé est facile à mettre en oeuvre industriellement, car les outils pour la réalisation des opérations de rétreint et d'expansion sont connus et utilisés par les fabricants d'emballages métalliques.
  • Le procédé selon l'invention ne se limite pas aux boîtes embouties-repassées, mais peut également être appliqué pour la réalisation de boîtes de forme à partir d'une ébauche obtenue par emboutissage-réemboutissage d'un flan métallique en acier, ou en aluminium ou en alliage d'aluminium.
  • Dans ce cas, le taux d'expansion passe de 3% à environ 6%.

Claims (6)

  1. Procédé de fabrication d'une boîte métallique de forme, comprenant, d'une part, un fond (1, 10) et une jupe périphérique (2, 11) comportant une succession de zones (2A, 2C, 2E, 2G, 21, 2K ; 11A, 11C, 11E, 11G) de différents diamètres et, d'autre part, un couvercle serti sur la jupe périphérique (2, 11), caractérisé en ce que :
    - on réalise, à partir d'un flan métallique, une ébauche cylindrique constituée d'un fond et d'une jupe périphérique de diamètre égal au diamètre D de la zone (2A, 11A) de la jupe périphérique (2, 11) de la boîte ;
    - on effectue une opération de rétreint de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche située au-dessus de la zone (2A, 11A) de diamètre D de la jupe périphérique (2) de la boîte formée pour l'amener à un diamètre D1, D8 déterminé inférieur au diamètre D ;
    - et on effectue au moins une opération d'expansion de la partie de la jupe périphérique située au-dessus de la zone (2A, 11A) de diamètre D pour réaliser la succession de zones de différents diamètres de ladite jupe périphérique (2, 11).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après avoir effectué l'opération de rétreint de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche située au dessus-de la zone (2A, 11A) de diamètre D, on effectue une seule opération d'expansion pour réaliser la succession des zones de différents diamètres de ladite jupe périphérique (2, 11).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre D1, D8 de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche située au-dessus de la zone (2A, 11A) de diamètre D est égal au diamètre de la zone de la jupe périphérique (2, 11) de plus faible diamètre de la boîte formée.
  4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après avoir effectué l'opération de rétreint de la partie de la jupe périphérique de l'ébauche située au-dessus de la zone (2A, 11A) de diamètre D, on effectue une succession d'opérations d'expansion et de rétreint sur toute la partie de la jupe périphérique de l'ébauche située au-dessus de la zone précédemment rétreinte ou expansée.
  5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ébauche est réalisée par emboutissage-repassage d'un flan métallique en acier, ou en aluminium ou en alliage d'aluminium.
  6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ébauche est réalisée par emboutissage-réemboutissage d'un flan métallique en acier, ou en aluminium ou en alliage d'aluminium.
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