EP1899087A1 - Procede de controle en continu de l'epaisseur du fond des ebauches filees des boitiers aerosols - Google Patents

Procede de controle en continu de l'epaisseur du fond des ebauches filees des boitiers aerosols

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EP1899087A1
EP1899087A1 EP06764807A EP06764807A EP1899087A1 EP 1899087 A1 EP1899087 A1 EP 1899087A1 EP 06764807 A EP06764807 A EP 06764807A EP 06764807 A EP06764807 A EP 06764807A EP 1899087 A1 EP1899087 A1 EP 1899087A1
Authority
EP
European Patent Office
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thickness
reference point
temperature
given
measurement
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EP06764807A
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EP1899087B1 (fr
EP1899087B8 (fr
Inventor
Hervé STOPPIGLIA
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Ball Aerosol Packaging France SAS
Original Assignee
Cebal Aerosol France
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Publication date
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Publication of EP1899087B1 publication Critical patent/EP1899087B1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C31/00—Control devices for metal extruding, e.g. for regulating the pressing speed or temperature of metal; Measuring devices, e.g. for temperature of metal, combined with or specially adapted for use in connection with extrusion presses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/18—Making uncoated products by impact extrusion
    • B21C23/186—Making uncoated products by impact extrusion by backward extrusion

Definitions

  • the invention relates to the manufacture of metal housings, in particular for aerosol dispensers, by shock-spinning. It relates more particularly to the continuous control of the thickness of the bottom of the shock-spun blanks which, after a possible stretching, are then conifted to produce the metal housing / o in one piece, typically aluminum alloy, distributors aerosols. This method can be applied to the online control of any part obtained by spinning.
  • the blanks of the aerosol containers are in the form of boxes having a cylindrical wall open at one of their ends and connected at their other end to a bottom generally flat and perpendicular to the axis of the cylindrical wall.
  • This blank is generally obtained by spinning of 0 cylindrical pins in an operation called “inverse spinning” by the blacksmiths but we prefer to call here “back extrusion”, the term “inverse spinning” being used by the spinners to designate a different shaping operation, where the metal, in the form of a billet carried at high temperature and confined in the bore of a container, is urged to pass through
  • the central orifice (or several orifices located near the center) of a die which penetrates into said container to produce metal profiles of great length.
  • the material is also confined in a cavity of the tool, it is solicited by a moving part of the tool to flow to tr ⁇ vers an opening on this part of the tool, but this opening is a peripheral opening, so that the radial component of the flow of the material is centrifugal and not centripetal.
  • the operation is carried out without preheating the pieces, with a speed of
  • FIG 1 shows the operating principle of a conventional "shock" spinning press.
  • the spinning press has two parts: an active part
  • Punch 10 in the direction of the die.
  • the latter hits the pawn and the spatial configuration offered by the punch and the matrix imposes on the metal, at the moment of impact, a large plastic deformation which results in the production, by a rear extrusion, of a hollow casing 100 with a wall 110 and a bottom 120.
  • the diameter of the housing is generally close to
  • the slenderness (height / diameter) of the case is gener ⁇ l between 1 and 5.
  • the bottom is generally flat and its thickness is thinner than that of the starting pawn.
  • the punch is animated by an alternating axial movement, its end passing from a "high point” close to the matrix to a “lower point” further away.
  • the reciprocating movement is ensured by means of a rod 21 articulated on the one hand on the end 11 of the punch and on the other hand on a movable axis 22 also connected to a reference point 23 and to a crankshaft 26 rotating around a fixed axis A.
  • the movable axis 22 is not fixed directly to the crankshaft 26 but is connected thereto via a rigid rod 24 whose ends are articulated on said movable axis 22 and on a crankpin 25 of the crankshaft 26. It is also connected to a reference point 23 whose positioning is in principle fixed but adjustable at any time, for example by means of a wedge-screw system 40.
  • the position of the "high point of the punch and therefore that of the reference point 23 have a strong influence on the thickness of the bottom of the spun product. It can be changed at any time, even when the crankshaft rotates.
  • This method is generally used to make the blanks of the aerosol dispenser housings.
  • the bottom of these blanks remains generally flat because it is often at the level of the coniferous that it is shaped inverted dome.
  • the shape of the bottom is designed so that the latter has on one hand a stable base and on the other hand resists the pressure difference between the outside and the inside of the aerosol dispenser. Thickness that is a little too low may cause the bottom to "turn over" and should be avoided.
  • a first object according to the invention is a method for measuring the thickness of the bottom of the cylindrical casings spun by impact, based on the measurement of the temperature of the spinning tool, said spinning tool comprising a movable part with a punch and a passive part with a matrix, characterized in that said temperature measurement is performed at a point of the passive part of the tool, and in that, for a given production line, a given housing geometry and a given alloy, the temperature thus measured is associated with the imposed production rate and the position of a reference point associated with the moving part of the tool to estimate the thickness obtained.
  • the punch performs reciprocating movements in a given direction using a mechanical system, typically a linkage system associated with a crankshaft, articulated from a reference point which is the link between said mechanical system and the frame of the spinning machine.
  • a mechanical system typically a linkage system associated with a crankshaft
  • the position of said reference point is defined with respect to said direction, which will be referred to hereinafter as "axial direction”.
  • It is a method of indirectly measuring the thickness of the bottom of the spun products which involves a temperature measurement not on the punch but on the passive part of the tool, at a point distant from the zone impact of the punch, particularly at a point in the die, preferably at the anvil, or grain.
  • This temperature-sensing zone is moved away from the shaping zone by a distance of the order of the diameter of the product to be spun.
  • a measurement point located in the grain is chosen near the interface with the anvil, typically at a distance of between 1 and 20 millimeters from said interface.
  • this temperature measurement is not enough and it is associated with it, to obtain a good correlation with the background softener, the production rate, itself directly related to the speed of rotation of the crankshaft.
  • R (e, T, X, C) 0 where e is the thickness of the bottom, T is the temperature measured at a given point of the tooling, X is the axial positioning of the reference point, defined with respect to a fixed point of the spinning press, that is to say, typically an anchor point of the machine, and C is the rate of production.
  • the rise in temperature of the tooling 5 during this dead time is a few degrees Celsius and causes a decrease in the bottom thickness of at most a few tenths of a micrometer, which is very small in comparison with the differences noted in the conditions. industrial manufacturing on the thickness of the bottom that we want to control.
  • thermocouple In practice, it is found that even in the case where the thermocouple is placed in the grain, that is to say far enough away from the box forming zone (distance of the order of magnitude of the diameter of the spinning pawn), this relationship proves effective. Despite the remoteness of the measuring point, a variation in the production rate results in an increase in
  • the immediate temperature at the punch is detected rapidly, that is to say after about ten seconds in the grain.
  • C production rate C production rate
  • X position of the reference point The thickness e, obtained in steady state, is measured by palmer on the extruded blanks.
  • the temperature T is measured at the chosen point, located in the passive part of the tooling, preferably at a distance corresponding approximately to the diameter of the spun blank, typically in the
  • f is a decreasing monotonic function of the temperature T measured at a point in the passive part of the tooling
  • g is a monotonic function of the position of the reference point of the linkage, decreasing if the longitudinal axis used to define the X coordinate is oriented from the reference point to the matrix
  • h is a monotonic decreasing function of the production rate.
  • the functions f, g and h are defined once and for all for a given production line, a given spun gear geometry and an alloy given, for example, using the experimental plane mentioned above.
  • the coefficient ao is an adjustment parameter estimated at each tool replacement. It is necessary to wait for the press to operate in steady state, that is to say typically 10 to 15 minutes of walking in constant cadence after the change of tools. The spun products are then taken and the thickness of their bottom is measured directly, for example by cutting the bottom and making a measurement by palmer.
  • the corrective action can be either a correction on the positioning of the reference point or a correction on the rate of production. It goes without saying that the production rate should, as far as possible, be as high as possible and therefore not an ideal parameter for regulation. Of Therefore, preference will be given to the positioning of the reference point by regulating with respect to the set point value Xc of the reference point indicated above.
  • the corrective action consists in imposing on the reference point a displacement a (X-Xc) in the axial direction, a being in absolute value a coefficient close to 1, typically between 0.5 and 1, which depends on the correction dynamics of the motor used for the system controlling the axial displacement of the reference point, for example the wedge-screw system described in the example below.
  • the correction on the position of the reference point is preferably done by acting on a wedge / screw-type system such as that referenced 40 or any other equivalent system making it possible to control or to enslave an axial displacement.
  • the assembly is fixed on a fixed part of the frame of the machine by means of a base 42.
  • a screw 43 is rotated, for example with the aid of a servo motor, and the screw moves a wedge 44 in a direction perpendicular to the axis of the punch. By moving, this wedge acts via its oblique face on the position of the part 41 on which is fixed the reference point 23.
  • FIG. 3 Particular embodiment of the invention
  • shock-spun blanks are obtained from 1050 alloy pegs (reference according to the Aluminum Association standard) with a thickness of 6.5 mm.
  • the temperature measurement is carried out using a thermocouple 50 in a point 36 of the passive part of the tool, away from the impact zone of the punch, and located at the level of the grain 33. More precisely it is 10 mm below the interface between the anvil 31 and the grain 33.
  • the coefficient ao is an adjustment parameter estimated at each tool replacement. It is necessary to wait for the press to operate in steady state, that is to say typically 10 to 15 minutes of walking in constant cadence after the change of tools. The spun products are then taken and the thickness of their bottom is measured directly, for example by cutting the bottom and making a measurement by palmer.
  • the thickness is regulated by acting on the position of the reference point 23.
  • the principle consists in calculating a reference position Xc of the reference point by using the model developed for estimating the thickness.
  • the equation giving this setpoint position is easily obtained:
  • X c g- '(ei - ( ao + f (T) + h (C))) the functions f, g and h having been defined thanks to the experimental design carried out once and for all on the production line given, the coefficient of registration ao being defined at each renewal of tooling and the thickness ei being the thickness referred to.
  • thermocouple 50 the temperature is continuously measured at point 36 of the passive part of the tooling using thermocouple 50.
  • X from the reference point 23 by means of a linear displacement sensor and this value is compared with the reference value Xc.
  • the deviation X-Xc is used as a correction parameter to act on the position of the reference point via the corner-screw system 40.
  • the precise positioning of the reference point 23 is controlled by means of a sensor Linear displacement type LVDT which connects the base 42 to the part 41.
  • This slaving has the advantage of not requiring an in-depth transformation of the control automaton of the production line which already has a system for measuring rates and positioning. It is enough to add a measurement of temperature, to improve the control of the positioning by means of a sensor of linear displacement judiciously placed and to introduce a software of regulation based on the model of estimate of the thickness exposed above.

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Description

PROCEDE DE CONTROLE EN CONTINU DE L'EPAISSEUR DU FOND DES EBAUCHES FILEES DES BOITIERS AEROSOLS
DOMAINE TECHNIQUE
5
L'invention concerne la fabrication de boîtiers métalliques, en particulier pour distributeurs aérosols, par filage par choc. Elle concerne plus particulièrement le contrôle en continu de l'épaisseur du fond des ébauches filées par choc qui, après un éventuel étirage, sont ensuite conifiées pour réaliser les boîtiers /o métalliques en une seule pièce, typiquement en alliage d'aluminium, de distributeurs aérosols. Ce procédé peut être appliqué au contrôle en ligne de toute pièce obtenue en filage par choc.
ETAT DE LA TECHNIQUE
/5
Les ébauches des boîtiers aérosols se présentent sous forme de boîtes ayant une paroi cylindrique ouverte en une de leurs extrémités et reliée à leur autre extrémité à un fond en général plat et perpendiculaire à l'axe de la paroi cylindrique. Cette ébauche est en général obtenue par filage par choc de 0 pions cylindriques selon une opération appelée "filage inverse" par les forgerons mais que nous préférerons appeler ici "extrusion arrière", le terme "filage inverse" étant utilisé par les fileurs pour désigner une opération de mise en forme différente, où le métal, sous la forme d'une billette portée à haute température et confinée dans l'alésage d'un conteneur, est sollicité à passer à travers
25 l'orifice central (ou plusieurs orifices situés près du centre) d'une filière qui s'enfonce dans ledit conteneur pour réaliser des profilés métalliques de grande longueur.
Le filage par choc de pions cylindriques en alliage d'aluminium est un procédé
30 différent: certes, la matière est également confinée dans une cavité de l'outillage, elle est sollicitée par une partie mobile de l'outillage à s'écouler à trαvers une ouverture ménagée sur cette partie de l'outillage, mais cette ouverture est une ouverture périphérique, de sorte que la composante radiale de l'écoulement de la matière est centrifuge et non centripète. De plus, l'opération s'effectue sans préchauffer les pions, avec une vitesse de
5 déformation nettement plus élevée (l'outillage est manœuvré par un système embiellage - vilebrequin et non à l'aide d'une presse hydraulique). L'opération s'effectue en grandes cadences sur des pions cylindriques épais qui sont amenés un à un, à température ambiante, vers la presse à filer. Celle-ci, grâce au système embiellage - vilebrequin, impose des déplacements rapides w alternatifs à un poinçon qui vient frapper brutalement chacun de ces pions, qui sont ensuite évacués dès leur mise en forme achevée.
La figure 1 présente le principe de fonctionnement d'une presse à filer "par choc" classique. La presse à filer comprend deux parties: une partie active
/5 comprenant le poinçon 10 actionné par un système de bielles 20 et une partie fixe ou passive 30, qui comprend une enclume 31 (située directement sous le poinçon) et une matrice 32 qui fait office de frette à l'enclume 31 - l'ensemble enclume et matrice sera dénommé par la suite sous le vocable générique "matrice" 30 - et des outillages d'appui, typiquement un grain 33 en support
20 direct de l'enclume 31, un porte-matrice 34 enserrant le grain 33 et un empilement 35 de cales d'appui.
Lorsque le poinçon 10 est loin de la matrice 30, le pion 1 est mis en place dans l'empreinte 5 de la matrice. Le filage résulte du déplacement brutal du
25 poinçon 10 en direction de la matrice. Ce dernier vient frapper le pion et la configuration spatiale offerte par le poinçon et la matrice impose au métal, au moment du choc, une déformation plastique importante qui se traduit par la réalisation, par extrusion arrière, d'un boîtier creux 100 avec une paroi cylindrique 110 et un fond 120. Le diamètre du boîtier est en général voisin du
30 diamètre initial du pion. L'élancement (hauteur / diamètre) du boîtier est en générαl compris entre 1 et 5. Le fond reste en général plat et son épaisseur est plus mince que celle du pion de départ.
Le poinçon est animé d'un mouvement axial alterné, son extrémité passant d'un "point haut" proche de la matrice à un "point bas" plus éloigné. Le mouvement alternatif est assuré grâce à une bielle 21 articulée d'une part sur l'extrémité 11 du poinçon et d'autre part sur un axe mobile 22 relié également à un point de référence 23 et à un vilebrequin 26 tournant autour d'un axe fixe A.
L'axe mobile 22 n'est pas fixé directement sur le vilebrequin 26 mais il est relié à celui-ci par l'intermédiaire d'une tige rigide 24 dont les extrémités s'articulent sur ledit axe mobile 22 et sur un maneton 25 du vilebrequin 26. Il est d'autre part relié à un point de référence 23 dont le positionnement est en principe fixe mais réglable à tout moment, par exemple à l'aide d'un système coin-vis 40. La position du "point haut" du poinçon et donc celle du point de référence 23 influent fortement sur l'épaisseur du fond du produit filé. Elle peut être modifiée à tout moment, même lorsque le vilebrequin tourne.
Ce procédé est en général utilisé pour réaliser les ébauches des boîtiers des distributeurs aérosols. Le fond de ces ébauches reste en général plat car c'est souvent au niveau de la conifieuse qu'il est mis en forme de dôme inversé. La forme du fond est conçue pour que ce dernier ait d'une part une assise stable et d'autre part résiste à la différence de pression entre l'extérieur et l'intérieur du distributeur aérosol. Une épaisseur un peu trop faible risque d'entraîner un "retournement " du fond et doit être évitée.
On a constaté que cette épaisseur évoluait au cours de la fabrication en ligne des boîtiers et cette évolution a été attribuée en premier lieu à la montée en température progressive de l'outillage résultant de réchauffement des pions qui subissent une déformation plastique importante et très rapide. Comme l'épaisseur du fond de l'ébauche évolue par contre très peu au cours de la - A -
mise en forme finale (dôme inversé), on en déduit que, pour éviter le retournement des fonds des boîtiers aérosols, il est important de contrôler l'épaisseur du fond de l'ébauche filée par choc, et il faut faire un contrôle aussi rapide que possible pour éviter, en raison des cadences de fabrication, un
5 grand nombre de rebuts à chaque fois qu'une dérive dimensionnelle est constatée. Une solution consistant à sortir des ébauches filées de la ligne de fabrication, ou à prélever des boîtiers conifiés, puis à les découper et mesurer par exemple au palmer l'épaisseur de leur fond est trop lente. Il faudrait pouvoir effectuer une mesure en continu qui donnerait aussi rapidement que possible
IO une indication sur une éventuelle dérive dimensionnelle. Aucun moyen connu ne permet de réaliser à l'heure actuelle une mesure directe à 100% des épaisseurs des fonds des produits filés. Il faut donc recourir à des mesures indirectes, si possible ne nécessitant aucune manipulation spécifique supplémentaire des boîtiers.
/5
Une première solution a été tentée. Elle s'appuyait sur la corrélation entre l'épaisseur du fond et la température de l'outillage. Elle consistait à contrôler directement la température du poinçon. La dilatation du poinçon est en effet un paramètre important influant sur l'épaisseur finale du fond. Une rapide 0 estimation d'ordre de grandeur montre qu'une simple montée de 300C de la température moyenne d'un poinçon long de 300 mm correspond à un allongement de 30*12*10-6*300=9,6 10"2 mm soit près de 100 μm. Malheureusement les thermocouples sont fragiles et, si on les monte dans le poinçon, ils ne résistent pas au régime mécanique brutal du poinçon. De plus
25 avant même leur rupture, les vibrations engendrées par les cycles de la presse provoquent des perturbations sur la connectique de telle sorte que les résultats des mesures sont parfois difficilement exploitables.
La demanderesse a donc cherché un autre moyen permettant de contrôler 30 l'épaisseur des fonds de boîtiers, s'appuyant sur un paramètre facile à mesurer en continu sur les boîtiers sortant de la presse ou sur la presse elle-même. DESCRIPTION DE L'INVENTION
Un premier objet selon l'invention est un procédé de mesure de l'épaisseur du fond des boîtiers cylindriques filés par choc, s'appuyant sur la mesure de la température de l'outillage de filage, ledit outillage de filage comportant une partie mobile avec un poinçon et une partie passive avec une matrice, caractérisé en ce que ladite mesure de température est effectuée en un point de la partie passive de l'outillage, et en ce que, pour une ligne de fabrication donnée, une géométrie de boîtier donnée et un alliage donné, on associe la température ainsi mesurée avec la cadence de fabrication imposée et la position d'un point de référence associé à la partie mobile de l'outillage pour en estimer l'épaisseur obtenue. Le poinçon effectue des déplacements alternatifs suivant une direction donnée à l'aide d'un système mécanique, typiquement un système d'embiellage associé à un vilebrequin, articulé à partir d'un point de référence qui fait la liaison entre ledit système mécanique et le bâti de la machine de filage. La position dudit point de référence est définie par rapport à ladite direction, que nous appellerons par la suite "direction axiale".
II s'agit d'un procédé de mesure indirecte de l'épaisseur du fond des produits filés qui fait intervenir une mesure de température non pas sur le poinçon mais sur la partie passive de l'outillage, en un point éloigné de la zone d'impact du poinçon, en particulier en un point de la matrice, de préférence au niveau de l'enclume, ou du grain. Cette zone de prise de température est éloignée de la zone de mise en forme d'une distance de l'ordre du diamètre du produit à filer. De préférence, on choisit un point de mesure situé dans le grain à proximité de l'interface avec l'enclume, typiquement à une distance comprise entre 1 et 20 millimètres de ladite interface. Toutefois, cette mesure de température ne suffit pas et on lui associe par ailleurs, pour obtenir une bonne corrélation avec l'épαisseur du fond, la cadence de fabrication, elle-même directement liée à la vitesse de rotation du vilebrequin.
On peut ainsi établir, pour des produits filés avec un alliage donné, ayant des dimensions données (diamètre, hauteur) une relation du type:
R(e,T,X,C) = 0 où e est l'épaisseur du fond, T est la température mesurée en un point donné de l'outillage, X est le positionnement axial du point de référence, défini par rapport à un point fixe de la presse à filer, c'est-à-dire typiquement un point d'ancrage de la machine, et C est la cadence de production.
Contrairement à toute attente, cette relation est valable quel que soit le régime thermique du dispositif: au démarrage de la ligne, lorsque l'outillage est complètement froid, en régime transitoire ou en régime thermique établi. L'échauffement dû à la déformation des pions se traduit par la création d'une source qui émet, à intervalles réguliers, un flux de chaleur qui est évacué en partie par "convection" (les boîtiers eux-mêmes qui quittent la presse à filer) et en partie par conduction dans l'outillage. Le régime établi correspond à l'équilibre entre le flux de chaleur créé suivant une cadence constante et le flux de chaleur dissipé. Il se traduit, au bout d'un certain nombre de cycles et à une certaine distance de la zone de mise en forme, par un profil de température stable dans l'outillage. C'est dans cette partie de l'outillage éloignée de la zone de mise en forme qu'une mesure en continu de la température s'avère efficace et fournit des informations fiables. Ce qui est par contre surprenant, c'est que l'information est également suffisante pour faire fonctionner un système de régulation automatique des épaisseurs, même si le régime thermique n'est pas encore parfaitement établi, en ce sens qu'elle permet d'obtenir un certain contrôle de l'épaisseur plus rapidement que ne peut le faire un opérateur qui, au cours de cette phase transitoire, n'a pas d'information suffisante et ne peut agir qu'en aveugle. On explique après coup cette bonne corrélation quel que soit le régime thermique du système par le fait que le temps mort dû à la conduction dans l'outillage des flux de chaleur générés par l'auto-échauffement des pions est de l'ordre d'une quinzaine de secondes. La montée en température de l'outillage 5 pendant ce temps mort est de quelques degrés Celsius et provoque une diminution de l'épaisseur du fond d'au plus quelques dixièmes de micromètres, ce qui est très faible en comparaison des écarts constatés dans les conditions industrielles de fabrication sur l'épaisseur du fond que l'on souhaite contrôler.
w Dans la pratique, on constate que, même dans le cas où le thermocouple est placé dans le grain, c'est-à-dire assez loin de la zone de mise en forme du boîtier (distance de l'ordre de grandeur du diamètre du pion à filer), cette relation s'avère efficace. Malgré l'éloignement du point de mesure, une variation de la cadence de fabrication se traduisant par une augmentation de
/5 température immédiate au niveau du poinçon est décelée rapidement, c'est- à-dire au bout d'une dizaine de secondes environ dans le grain.
Pour établir cette relation R(e,T,X,C) = 0, on engage par exemple un plan d'expérience sur la ligne de fabrication, dans lequel on fait varier les
20 paramètres suivants: C cadence de fabrication, X position du point de référence. L'épaisseur e, obtenue en régime établi, est mesurée au palmer sur les ébauches filées. La température T est mesurée au point choisi, situé dans la partie passive de l'outillage, de préférence à une distance correspondant approximativement au diamètre de l'ébauche filée, typiquement dans le
25 grain, en un point situé au voisinage de l'enclume.
La relation la mieux adaptée, établie lors du plan d'expérience et au cours des essais de mise au point du procédé, s'est traduite par une équation donnant l'épaisseur du fond comme étant la somme de quatre termes indépendants: 30 e= ao + f(T) + g(X) + h(C) où αo est une constante servant au recalage après démontage d'un outillage puis montage d'un nouvel outillage et où f, g et h sont des fonctions monotones d'une seule variable.
L'épaisseur du fond est ainsi reliée de façon fiable par une somme de fonctions monotones, non interdépendantes, de variables uniques distinctes: f est fonction monotone décroissante de la température T mesurée en un point de la partie passive de l'outillage, g est une fonction monotone de la position du point de référence de l'embiellage, décroissante si l'axe longitudinal servant à définir la coordonnée X est orienté du point de référence vers la matrice, h est une fonction monotone décroissante de la cadence de production. Les fonctions f, g et h sont définies une fois pour toutes pour une ligne de fabrication donnée, une géométrie de boîtier filé donnée et un alliage donné par exemple à l'aide du plan d'expérience évoqué plus haut.
Le coefficient ao est un paramètre de recalage estimé à chaque remplacement d'outillage. Il faut attendre que la presse fonctionne en régime établi, c'est-à-dire typiquement 10 à 15 minutes de marche en cadence constante après le changement d'outillage. On prélève alors les produits filés et on mesure directement l'épaisseur de leur fond, par exemple en découpant le fond et en effectuant une mesure au palmer.
Une fois établie, cette relation permet de définir une position de consigne Xc du point de référence correspondant à l'épaisseur visée ei à obtenir avec une cadence Ci donnée et une température Ti donnée. La position de consigne Xc du point de référence est définie par:
Xc≈ g-Mei -l ao +fCTiJ+hlCi))) où g-1 est la fonction inverse de g.
Un autre objet de l'invention est un procédé de contrôle de l'épaisseur du fond des boîtiers cylindriques filés par choc, s'appuyant sur la mesure de la tempérαture de l'outillage de filage, ledit outillage de filage comportant une partie mobile avec un poinçon mû par un système mécanique articulé à partir d'un point de référence et une partie passive avec une matrice, caractérisé en ce que: a) on utilise le procédé de mesure de l'épaisseur du fond des boîtiers cylindriques filés par choc décrit ci-dessus et on établit, pour une ligne de fabrication donnée, une géométrie de boîtier donnée et un alliage donné, une relation R(e,T,X,C) = 0 où e est l'épaisseur du fond, T la température de l'outillage, X la position du point de référence et C la cadence de production; b) on effectue une mesure de la température T de l'outillage au point de mesure situé dans la partie passive de l'outillage et, en tenant compte de la cadence de fabrication C au moment de la mesure, on fixe la valeur de la position de consigne Xc du point de référence correspondant à une épaisseur visée ei, Xc étant déduit de la relation R(ei, LXcC)=O; c) on mesure la position X dudit point de référence; d) on compare ladite position X du point de référence avec ladite position de consigne Xc et, pour obtenir sur les pions suivants une épaisseur plus proche de l'épaisseur visée, on définit une action corrective dépendant de l'écart de position constaté à la suite de cette comparaison.
L'action corrective s'appuie sur l'écart de position constaté entre la position de consigne Xc du point de référence déduite de la mesure de température et de la valeur de la cadence de fabrication au moment de la prise de température - sa valeur est donnée par exemple, si on utilise les fonctions monotones f, g et h présentées plus haut, par Xc= g-'(ei - (ao + f(T) + h(C))) - et la position axiale X réelle, mesurée, du point de référence. L'action corrective peut se traduire soit par une correction sur le positionnement du point de référence soit par une correction sur la cadence de production. Il va de soi que la cadence de production doit dans la mesure du possible être la plus élevée possible et qu'elle ne constitue donc pas un paramètre idéal pour la régulation. De préférence donc, on agira sur le positionnement du point de référence en régulant par rapport à la valeur de consigne Xc de position du point de référence indiquée plus haut.
Selon une modalité préférée de l'invention, l'action corrective consiste à imposer au point de référence un déplacement a(X-Xc) suivant la direction axiale, a étant en valeur absolue un coefficient voisin de 1 , typiquement compris entre 0,5 et 1 , qui dépend de la dynamique de correction du moteur utilisé pour le système commandant le déplacement axial du point de référence, par exemple le système coin-vis décrit dans l'exemple ci-après.
En se reportant sur le schéma de la figure 1 , on peut voir que la correction sur la position du point de référence se fait de préférence en agissant sur un système type coin/vis comme celui référencé 40 ou tout autre système équivalent permettant de commander ou d'asservir un déplacement axial. L'ensemble est fixé sur une partie fixe du bâti de la machine par le biais d'une base 42. On fait tourner une vis 43, par exemple à l'aide d'un moteur asservi, et la vis fait se déplacer un coin 44 dans une direction perpendiculaire à l'axe du poinçon. En se déplaçant, ce coin agit par l'intermédiaire de sa face oblique sur la position de la pièce 41 sur laquelle est fixé le point de référence 23.
Pour agir efficacement sur la position du point de référence, il est impératif de supprimer l'incertitude liée au jeu existant entre le filet de la vis 43 et le filet complémentaire de l'écrou ménagé dans le coin 44. Pour cette raison, on ne se contente pas de contrôler la position angulaire de la vis 43 mais on dispose un capteur de déplacement (non représenté sur la figure 1 ) entre la base 42 et la pièce 41, lequel fournit une indication précise sur la position du point de référence 23.
Les essais effectués sur ligne industrielle ont montré qu'en pratique, une seule relation suffisait pour une même ligne de fabrication, quel que soit l'alliage utilisé et qu'elle était valable pour plusieurs géométries (diamètre, hauteur) du produit filé. On peut ainsi assurer le contrôle de la fabrication de boîtiers dont le fond présente une épaisseur qui varie à l'intérieur d'un domaine de valeurs inférieur à 15/100 èmes de millimètre.
5
Mode de réalisation particulier de l'invention (figure 3)
Contrôle en continu de l'épaisseur de fonds d'ébauches de boîtiers aérosols 53*204 en alliage 1050. w
Les ébauches filées par choc sont obtenues à partir de pions en alliage 1050 (référence selon norme de l'Aluminium Association) d'épaisseur 6,5 mm.
La mesure de température est effectuée à l'aide d'un thermocouple 50 en un /5 point 36 de la partie passive de l'outillage, éloigné de la zone d'impact du poinçon, et situé au niveau du grain 33. Plus précisément, il se trouve à 10 mm en dessous de l'interface entre l'enclume 31 et le grain 33.
Un plan d'expérience a été réalisé sur la ligne de fabrication, faisant varier les 20 paramètres C cadence de fabrication et X position du point de référence 23. Pour chaque ébauche de boîtier retenue pour effectuer une mesure d'épaisseur, on a relevé la température T au point de mesure 36, la cadence de fabrication C et le positionnement axial X du point de référence au moment où elle était filée par choc. Ceci a conduit à une relation du type:
25 e= ao + f(T) + g(X) + h(C)
Typiquement, pour une ligne de fabrication donnée, pour une géométrie de boîtier donné et pour un alliage donné, le plan d'expérience permet, avec une
30 trentaine de relevés (chacun ayant fait l'objet de mesure d'épaisseur du fond d'au moins quatre ébauches filées), de préciser la forme des fonctions f, g et h figurαnt dans l'équation e= ao + f(T) + g (X) + h (C). Des mesures ont été faites autant en début de fabrication, lorsque l'outillage est encore froid qu'au bout de plusieurs dizaines de minutes, lorsque l'outillage a atteint, à une cadence donnée, un profil thermique stable.
Le coefficient ao est un paramètre de recalage estimé à chaque remplacement d'outillage. Il faut attendre que la presse fonctionne en régime établi, c'est-à-dire typiquement 10 à 15 minutes de marche en cadence constante après le changement d'outillage. On prélève alors les produits filés et on mesure directement l'épaisseur de leur fond, par exemple en découpant le fond et en effectuant une mesure au palmer.
La régulation de l'épaisseur se fait en agissant sur la position du point de référence 23. Le principe consiste à calculer une position de consigne Xc du point de référence en utilisant le modèle mis au point pour l'estimation de l'épaisseur. L'équation donnant cette position de consigne est obtenue facilement:
Xc= g-' (ei -( ao + f(T) + h(C))) les fonctions f, g et h ayant été définies grâce au plan d'expérience effectué une fois pour toutes sur la ligne de fabrication donnée, le coefficient de recalage ao étant défini à chaque renouvellement d'outillage et l'épaisseur ei étant l'épaisseur visée.
En cours de fabrication, on mesure en continu la température au point 36 de la partie passive de l'outillage à l'aide du thermocouple 50. On mesure la position
X du point de référence 23 à l'aide d'un capteur de déplacement linéaire et on compare cette valeur avec la valeur de consigne Xc. L'écart X-Xc est utilisé comme paramètre de correction pour agir sur la position du point de référence par l'intermédiaire du système coin-vis 40. Le positionnement précis du point de référence 23 est contrôlé à l'aide d'une capteur de déplacement linéaire de type LVDT qui relie la base 42 à la pièce 41. Cet asservissement présente l'avantage de ne pas nécessiter une transformation en profondeur de l'automate de régulation de la ligne de fabrication qui dispose déjà d'un système de mesure des cadences et du positionnement. Il suffit d'y ajouter une mesure de température, d'améliorer le contrôle du positionnement à l'aide d'un capteur de déplacement linéaire judicieusement placé et d'introduire un logiciel de régulation s'appuyant sur le modèle d'estimation de l'épaisseur exposé plus haut.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Procédé de mesure de l'épaisseur du fond (120) de boîtiers cylindriques filés par choc, s'appuyant sur la mesure de la température de l'outillage de
5 filage, ledit outillage de filage comportant une partie mobile (10;20) avec un poinçon (10) effectuant des déplacements alternatifs suivant une direction axiale (200) grâce à un système mécanique, typiquement un embiellage (20) associé à un vilebrequin (26), articulé à partir d'un point de référence (23), ledit outillage de filage comprenant également une partie passive w (30;33,34;35) avec typiquement une matrice (30) et des outillages d'appui (34;35), caractérisé en ce que ladite mesure de température est effectuée en un point (36) de ladite partie passive de l'outillage, et en ce que, pour une ligne de fabrication donnée, une géométrie de boîtier donnée et un alliage donné, on associe la température T ainsi mesurée avec la cadence
/5 de fabrication imposée C et la position axiale X dudit point de référence (23) pour estimer l'épaisseur e obtenue à l'aide d'une relation R(e,T,X,C) = 0.
2) Procédé de mesure selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite mesure de température est effectuée en un point typiquement situé à une
20 distance de l'ordre du diamètre du produit filé et appartenant soit à la matrice (30) (enclume (31 ) ou partie périphérique (32) enserrant ladite enclume), soit à un outillage d'appui (33;34;35), par exemple le grain (33) situé sous l'enclume (31 ).
25 3) Procédé de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite mesure de température est effectuée en point (36) du grain (33), situé à proximité, typiquement entre 1 et 20 millimètres, de l'interface avec l'enclume (31 ).
30 4) Procédé de mesure selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite relation R associant la température T mesurée, la cadence de fabrication imposée C, la position X du point de référence (23) et l'épaisseur e du fond du produit filé est une relation de la forme: e= ao + f(T) + g(X) + h(C) où ao est une constante servant au recalage après montage d'un nouvel outillage et où f, g et h sont des fonctions monotones d'une seule variable, établies une fois pour toutes, par exemple à l'aide d'un plan d'expériences, pour une ligne de fabrication donnée, une géométrie de produit filé donnée et un alliage donné.
Procédé de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite relation associant la température T mesurée, la cadence de fabrication imposée C, la position X du point de référence (23) et l'épaisseur e du fond du produit filé est une relation de la forme: e= ao + f(T) + g(X) + h(C) où ao est une constante servant au recalage après montage d'un nouvel outillage et où f, g et h sont des fonctions monotones d'une seule variable, établies une fois pour toutes pour une ligne de fabrication donnée, quels que soient l'alliage, le diamètre et la hauteur du boîtier cylindrique filé.
Procédé de contrôle de l'épaisseur du fond des boîtiers cylindriques filés par choc, s'appuyant sur la mesure de la température de l'outillage de filage, ledit outillage de filage comportant une partie mobile avec un poinçon mû par un système mécanique (20 et 26) articulé à partir d'un point de référence (23) et une partie passive avec une matrice, caractérisé en ce que: a) on utilise le procédé de mesure de l'épaisseur du fond des boîtiers cylindriques filés par choc selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et on établit, pour une ligne de fabrication donnée, une géométrie de boîtier donnée et un alliage donné, une relation R(e,T,X,C) = 0 où e est l'épaisseur du fond, T la température de l'outillage, X la position du point de référence (23) et C la cadence de production; b) on effectue une mesure de la température T de l'outillage au point de mesure (36) situé dans la partie passive de l'outillage et, en tenant compte de la cadence de fabrication C au moment de la mesure, on fixe la valeur de la position de consigne Xc du point de référence (23)
5 correspondant à une épaisseur visée ei, Xc étant déduit de la relation c) on mesure la position X du point de référence (23); d) on compare ladite position X du point de référence (23) avec ladite position de consigne Xc et, pour obtenir sur les pions suivants une épaisseur
/o plus proche de l'épaisseur visée, on définit une action corrective dépendant de l'écart de position constaté à la suite de cette comparaison.
7) Procédé de contrôle de l'épaisseur du fond des boîtiers cylindriques filés par /5 choc suivant la revendication 6 dans lequel ladite action corrective consiste à déplacer suivant la direction axiale (200) le point de référence (23).
8) Procédé de contrôle de l'épaisseur du fond des boîtiers cylindriques filés par choc suivant la revendication 6 ou 7 dans lequel
20 a) la relation R(e,T,X,C) =0 associant la température T mesurée, la cadence de fabrication imposée C, la position axiale X du point de référence (23) de l'embiellage (20) et l'épaisseur e du fond du produit filé est une relation de la forme: e= ao + f(T) + g(X) + h(C)
25 où ao est une constante servant au recalage après montage d'un nouvel outillage et où f, g et h sont des fonctions monotones d'une seule variable; b) la position de consigne Xc du point de référence (23) déduite de la mesure de température T de l'outillage au point de mesure (23) et de la cadence de fabrication C au moment de la prise de température est
30 donnée par la relation:
Xc= g-][e] -[oo + f[J) + h(C))) où g-' est la fonction inverse de g c) l'écart X-Xc est utilisé comme paramètre de correction pour agir sur la position du point de référence par l'intermédiaire d'un système commandant le déplacement axial du point de référence (23), 5 typiquement un système coin-vis (40) avec vis (43) asservie.
9) Procédé de contrôle de l'épaisseur du fond des boîtiers cylindriques filés par choc suivant la revendication 7 ou 8 dans lequel le positionnement précis du point de référence (23) est contrôlé à l'aide d'un capteur de déplacement
/o linéaire qui relie la base (42) à la pièce (41 ).
10) Procédé de contrôle de l'épaisseur du fond des boîtiers cylindriques filés par choc suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9 dans lequel ladite action corrective consiste à imposer au point de référence (23) de
/5 l'embiellage (20) un déplacement a(X-Xc) suivant la direction axiale (200), a étant un coefficient dont la valeur absolue est voisine de 1 , typiquement comprise entre 0,5 et 1.
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