EP4251342A1 - Procédé pour la fabrication d'un emballage métallique en forme de bouteille - Google Patents

Procédé pour la fabrication d'un emballage métallique en forme de bouteille

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Publication number
EP4251342A1
EP4251342A1 EP21811105.2A EP21811105A EP4251342A1 EP 4251342 A1 EP4251342 A1 EP 4251342A1 EP 21811105 A EP21811105 A EP 21811105A EP 4251342 A1 EP4251342 A1 EP 4251342A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tubular part
forming
bottle
manufacture
metal
Prior art date
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Pending
Application number
EP21811105.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Marc LEMIALE
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.)
Trivium Packaging Group Netherlands BV
Original Assignee
Trivium Packaging Group Netherlands BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trivium Packaging Group Netherlands BV filed Critical Trivium Packaging Group Netherlands BV
Publication of EP4251342A1 publication Critical patent/EP4251342A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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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
    • B21D51/24—Making hollow objects characterised by the use of the objects high-pressure containers, e.g. boilers, bottles
    • 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
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    • B21D51/26—Making hollow objects characterised by the use of the objects cans or tins; Closing same in a permanent manner
    • B21D51/2615—Edge treatment of cans or tins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D17/02—Forming single grooves in sheet metal or tubular or hollow articles by pressing
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    • B21D51/26—Making hollow objects characterised by the use of the objects cans or tins; Closing same in a permanent manner
    • B21D51/2615—Edge treatment of cans or tins
    • B21D51/2638—Necking
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of bottle-shaped metal packaging.
  • Some bottle-shaped packaging has a threaded neck which is hermetically closed, after filling, by means of a cap.
  • tubular part forming the neck of packaging made of plastic material generally comprises an annular ring, projecting on the circumference and designated by the name of "transport ring", useful for their individual support.
  • plastic packages can thus be held, manipulated and/or transferred by positioning a handling member in the general shape of a fork, resting under this transport ring.
  • the neck and its transport ring are formed simultaneously, for example on a preform (semi-finished part obtained by injection) before finishing by injection-blow molding or by extrusion-blow molding.
  • Packaging made of a metallic material, for example steel or aluminum, is often devoid of such a transport ring due to the technical constraints linked to the forming of the metal.
  • the present invention proposes a process for the manufacture of such bottle-shaped metal packaging, the neck of which comprises at least one roll, one thread and one transport ring. .
  • a method for the manufacture of a metal packaging in the form of a bottle, said metal packaging comprising a body connected to a threaded neck via a shoulder.
  • the method according to the invention comprises:
  • a step of manufacturing a preform comprising a tubular part, defining a longitudinal axis and a downstream, free edge, which tubular part is connected to a body via a shoulder, and
  • the forming step includes forming operations suitable for forming one-piece structures on said tubular part:
  • the manufacturing method comprises, prior at least to said roll forming operation, preferably prior to said step of forming said tubular part, a localized annealing step which is carried out to confer an annealed state on the tubular part, at least over the height of the downstream strip of said tubular part.
  • the present invention thus offers a technical solution which would allow the manufacture of metal bottles comprising a threaded neck adapted to receive a cap and which would be compatible with the filling lines of plastic bottles, while allowing a reduction in the thickness of its metal wall. .
  • the roll is formed, above the thread, at the end of the tubular part of the preform. Frequently metal that has been stretched to form the preform and then shrunk to form the threaded neck; or the applicant has found that the metal is likely to tear when shaping the roll. This causes a significant proportion of production to be scrapped.
  • the localized annealing step is performed to impart an annealed state over a height of at least 3 to 7 mm from the downstream strip of said tubular part;
  • the localized annealing step is carried out to impart an annealed state only at the level of said downstream strip, only at the level of the downstream strip and of the upstream strip, so as to retain at least part of the height of the intermediate strip in an unannealed state, or at the level of the downstream band, the intermediate band and the upstream band;
  • the localized annealing step is performed to impart an annealed state over the height of the upstream strip of said tubular part, advantageously over a height of 5 to 15 mm;
  • the step of manufacturing the preform includes a phase of deforming a metal part to obtain a primary preform comprising a bottom extended by a tubular wall, for example chosen from stamping and/or drawing and/or reverse spinning, for example by drawing and/or drawing of a metal blank for, for example, a thickness ranging from 0.2 mm to 0.7 mm, advantageously by a technique chosen from drawing/drawing or drawing and re-drawing (Drawing and Wall Ironing (DWI) or Draw and Re Draw process (DRD)) or reverse spinning from a 2 to 15 mm pin, a trimming phase, to form a downstream edge of said primary preform, and a shrinking step, to form said tubular portion of a secondary preform; and said annealing step localized is applied to the tubular wall of the primary preform, before said necking step;
  • DWI drawing and Wall Ironing
  • DMD Draw and Re Draw process
  • the localized annealing step is implemented by an induction technique, advantageously within a tunnel inductor, advantageously with rotation of the preform;
  • the method comprises a shrinking operation of the strip downstream of the tubular part prior to the roll forming operation; said roll forming operation is adjusted to form said roll outwardly and so that the outer diameter of said roll is less than or equal to the thread root diameter;
  • the transport ring is advantageously used to hold the tubular part during said roll forming operation;
  • the step of forming the tubular part further comprises an operation of forming a tamper-evident counter-ring within an additional strip of the tubular part, located between the intermediate strip and the upstream strip, forming a groove tamper-evident counter-ring between said tamper-evident counter-ring and said transport ring;
  • the method further comprises a varnishing phase, preferably an exterior varnishing phase and an interior varnishing phase implemented after the localized annealing step;
  • the metal packaging is made of an aluminum alloy of the 3000 or 5000 series, for example an aluminum alloy 3104;
  • the transport ring forming operation is chosen from a molding technique, for example by internal pressure exerted by a pressurized fluid or by the compression of an elastomer, which causes the wall to conform to the shape of a mould, or a direct mechanical action by a mobile tool, for example by pushing the metal by the rotation of a wheel on the internal face of the tubular part while an external wheel, opposite the first, maintains the metal, or an overlying and underlying shrinking technique;
  • the transport ring forming operation includes a calibration phase to give a final shape to said transport ring;
  • the calibration phase preferably consists advantageously of bringing the upper connection radius and the lower connection radius of the transport ring into contact with each other, or in obtaining a higher connection radius and a lower connection radius of the transport ring which are radially offset from each other, with said radius of lower connection which advantageously bears against the upper surface of the transport ring, in particular to ensure the transfer of the axial force towards the transport ring during capping, and/or to bring the external radius of the transport at a minimum radius acceptable by the constituent material;
  • the calibration phase is advantageously carried out by pinching the annular deformation between two calibration rings which are coaxial with the longitudinal axis of the tubular part, or by two wheels in rotation around the tubular part, with advantageously the introduction into the part tubular of a centering mandrel during calibration to ensure the concentricity of the overlying and underlying parts of the tubular part;
  • the method further comprises a step of placing a metal cap on the threaded neck.
  • the present invention also relates to the metal packaging, in the form of a bottle, resulting from a process according to the invention.
  • FIG. 1 is a general and schematic view of a bottle-shaped metal packaging, resulting from the manufacturing process according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic and partial view of the metal packaging according to Figure 1, illustrating its threaded neck in more detail;
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of a step for fitting a metal cap onto the threaded neck
  • FIG. 4 is a schematic view illustrating the main phases/steps of the manufacturing process according to the invention for manufacturing the bottle-shaped metal packaging
  • FIG. 5 is a schematic view of the localized annealing step which is applied to a preform during the manufacturing process according to the invention
  • FIG. 6 is a schematic view of the transport ring forming operation using an elastomer compression molding technique
  • FIG. 7 is a schematic view of the transport ring forming operation by means of a technique of molding by internal pressure exerted by a pressurized fluid
  • FIG. 8 is a schematic view of the transport ring forming operation by direct mechanical action using expandable segments
  • FIG. 9 is also a schematic view of the transport ring forming operation by direct mechanical action by spinning the metal by rotation of an internal wheel/external wheel pair;
  • FIG. 10 is a schematic view which illustrates an axial load exerted on the metal packaging, during the transport ring forming operation
  • FIG. 11 is a schematic view which illustrates the operation of forming the transport ring by overlying and underlying necking applied in the tubular part;
  • FIG. 12 is a schematic view of a calibration phase of the transport ring, to give a final shape to said transport ring, by the implementation of two calibration rings;
  • FIG. 13 is a schematic view of a calibration phase of the transport ring, to give a final shape to said transport ring, by the implementation of two rotating wheels;
  • FIG. 14 is a schematic view, partial and in section, of a threaded neck after the calibration phase, of which the upper connection radius and the lower connection radius of the transport ring are in contact with each other ;
  • FIG. 15 is another schematic view, partial and in section, of a threaded neck after the calibration phase, of which the upper connection radius and the lower connection radius of the transport ring are offset from one another. 'other.
  • Figures 1 to 3 thus represent a metal packaging, in the form of a bottle, resulting from the method according to the invention.
  • such a metal packaging is advantageously made of aluminum or steel.
  • the metal packaging 1 is made of an aluminum alloy of the 3000 or 5000 series, for example an aluminum alloy 3104.
  • Such a metal packaging 1 advantageously consists of a receptacle or a container, intended to receive for example a liquid product (in particular drinks), pasty or solid (in particular powders or granules).
  • This metal packaging 1 consists for example of a bottle, a flask or a can.
  • This metal packaging 1 is advantageously intended to be hermetically sealed, after filling, by means of a metal capsule C, which is advantageously conventional per se (described below in relation to FIG. 3).
  • such a metal capsule C advantageously comprises:
  • the metal packaging 1, in the shape of a bottle, advantageously comprises a body 2 (or belly) which is connected to a threaded neck 3 (or neck) via a shoulder 4.
  • the threaded neck 3 defines a longitudinal axis 3', here oriented vertically and advantageously coaxial with the body 2.
  • This threaded neck 3 is constituted by a one-piece metal wall 5 which defines its circumference and which delimits an inner duct T terminated at the level of a downstream opening 6 opposite the shoulder 4 (FIGS. 2 and 3).
  • This threaded neck 3 perpendicular to the longitudinal axis 3' is circular in shape here; it could just as well be oval, rectangular or square, for example.
  • the threaded neck 3 of this metal packaging 1 comprises a succession of one-piece structures, illustrated in particular in Figures 2 and 3, namely:
  • a tamper-evident counter-ring 10 forming a tamper-evident counter-ring groove 11 with the transport ring 9, advantageously intended to cooperate with the tamper-evident ring C4 of the capsule C.
  • the downstream opening 6 of the tubular part 1 is constituted here by the roll 7 which is oriented outwards, delimiting this downstream opening 6 of the inner pipe T (FIGS. 1 and 2).
  • the thread 8 forms means for receiving a stopper or a capsule (FIG. 3), in this case in the form of a helical thread.
  • the transport ring 9 advantageously comprising at least one bead 9 which is provided on a plane extending perpendicular to the longitudinal axis 3 'and on the circumference of the threaded neck 3.
  • Said at least one molding 9 comprises a lower 91 and/or upper 92 surface against which a handling member (not shown) is intended to bear.
  • This handling member (not shown) advantageously has the shape of a fork, of the type conventionally encountered in the field of handling plastic bottles provided with a transport ring.
  • oulding is meant in particular a ribbing in the one-piece metal wall 5 (commonly referred to in English as a “bead”), in hollow or in relief, obtained for example by striking or by spinning.
  • the molding 9 is continuous here, extending over the entire circumference of the threaded neck 3.
  • the molding 9 is here provided projecting outwards from the threaded neck 3.
  • the vertical section of this molding 9 is advantageously identical or at least approximately identical on its circumference, with no geometric break.
  • the lower 91 and upper 92 surfaces of said at least one molding 9 advantageously comprises a crown shape.
  • Said at least one molding 9 is further defined by different radii:
  • the present invention relates to the process for the manufacture of such a metal packaging 1 in the form of a bottle.
  • the manufacturing process according to the invention comprises successive steps:
  • tubular part 16 intended to form the threaded neck 3 after forming, defines a longitudinal axis 16' and a free downstream edge 161 .
  • the forming step comprises operations for forming the one-piece metal wall 5 which are suitable for forming the different one-piece structures 7, 8, 9 and 10 of the threaded neck 3 at the within superimposed bands of the tubular part 16.
  • the forming operations include: - an operation of forming the roll 7 within a downstream band 162 of the tubular part 16, terminated by the downstream edge 161, to form the roll 7 at the level of this downstream edge 161 of the threaded neck 3 (items E and F of figure 4),
  • the step of forming the tubular part 16 comprises an operation of shrinking the downstream strip 162 of the tubular part 16, prior to the operation of forming the roll 7 (see item B of the figure 4).
  • the roll forming operation 7 is then advantageously adjusted to form the roll 7 outwardly and so that the outside diameter of this roll 7 is less than or equal to the thread root diameter 8 (see in particular FIG. 3) .
  • the operation of forming the transport ring 9 (items C and D) is implemented before the operation of forming the roll 7 (item F).
  • This arrangement of operations makes it possible to use the transport ring 9 for holding the tubular part 16 during the operation of forming the roll 7, or even during the operation of forming the posterior thread 8.
  • the manufacturing process may also include a step of placing a metal capsule C on the threaded neck 3 (FIG. 3).
  • This operation is implemented by a conventional technique per se.
  • the cap C is secured to this threaded neck 3 by a rotary capping head R.
  • the rotary capping head R performs three simultaneous operations:
  • the manufacturing method according to the invention comprises, prior at least to the operation of forming the roll 7, a localized annealing step (also called “annealing”) which is carried out to confer an annealed state on the tubular part 16 at least over the height of the downstream strip 162 of the tubular part 16 (illustrated very schematically by item B of FIG. 4).
  • a localized annealing step also called “annealing” which is carried out to confer an annealed state on the tubular part 16 at least over the height of the downstream strip 162 of the tubular part 16 (illustrated very schematically by item B of FIG. 4).
  • the localized annealing step is advantageously carried out so that the tubular part 16 has an annealed state which is variable over its height.
  • the tubular part 16 advantageously has, over its height, an annealing gradient.
  • the localized annealing step is performed to impart an annealed state only to the tubular part 16, at least over the height of the downstream strip 162 of the tubular part 16.
  • tubular part 16 is in an annealed state, at least over the height of the downstream strip 162 of the tubular part 16.
  • the body 2 and/or the shoulder 4 are advantageously in an unheated state. annealed.
  • the localized annealing step is advantageously carried out to confer an annealed state:
  • Such a localized annealing step has the advantage of modifying the property of the material, the elastic limit, the ductility and the elongation at break, conferring malleability on the material constituting the tubular part 16.
  • the annealing step thus allows the forming of the threaded neck 3, allowing a reduction in the thickness of the body of the metal packaging 1 while preserving resistance to capping forces.
  • the one-piece metal wall 5 has a thickness ranging from 0.2 to 0.5 mm.
  • the annealing step is still applied before the step of forming the tubular part 16 (that is to say before forming the various one-piece structures 7, 8, 9 and 10 of the threaded neck 3 within superimposed strips 162, 163, 164, 165 of the tubular part 16).
  • the localized annealing step is performed to impart an annealed state over a height of at least 3 to 7 mm to the downstream strip 162 of the tubular part 16, starting from the downstream edge 161.
  • the localized annealing step is advantageously carried out to impart an annealed state over the height of the upstream strip 164 of said tubular part 16, advantageously over a height of 5 to 15 mm.
  • the localized annealing step is advantageously implemented on a primary preform 15a comprising a tubular wall 18, a downstream section 181 of which is intended to undergo shrinkage to form the tubular part 16 of the preform 15.
  • this localized annealing step on this downstream section 181, then shrinking this downstream section 181, has the advantage of conferring interesting mechanical properties for the forming operations of the tubular part 16 (advantageously, the mechanical work shrinkage restores part of the work hardening).
  • the localized annealing step can be implemented to bring other parts of the preform 15, 15a into an annealed state, for example the body 2 or the shoulder 3 to facilitate their forming.
  • the metal of the preform 15, 15a is advantageously subjected to a high temperature, generally in the range of 150 to 450° C., such as 200 to 400° C. and more preferably from 200 to 350°C.
  • Annealing is carried out at an appropriate temperature for an appropriate period of time to achieve the desired reduction in yield strength and improvement in ductility and elongation at break.
  • the temperature is between 200°C and 400°C.
  • the annealing temperature is higher, for example 350°C to 454°C for a time of 1 ps (microsecond) to 1 h (hour), for example 0.1 s (second) to 30 min (minutes), 1 sec to 5 min or 10 sec to 1 min.
  • the annealing temperature range is normally much higher and can be for example 500°C to 950°C and the time period can be for example 1 ps to 1 h, such as 0.1 s to 30 min, 1 s to 5 min, or 10 s to 1 min.
  • the annealing treatment results in a reduction in hardness, a reduction in yield strength and an increase in ductility.
  • the localized annealing step is implemented by an induction technique.
  • This induction technique is advantageously carried out within a tunnel inductor D, advantageously with rotation of the preforms 15, 15a.
  • This rotation is for example ensured by means M for rotating each preform 15, 15a around an axis of rotation parallel to its longitudinal axis (for example the longitudinal axis 18' of the tubular wall 18 described below ).
  • the rotation means M consist for example of a pair of lateral conveyor belts which comprise facing strands sandwiching the preforms 15, 15a and traveling at an appropriate relative speed to generate the rotation of the preforms 15, 15a during the localized annealing step.
  • Induction annealing is thus carried out by running the preforms 15, 15a through the tunnel inductor D, with concentration of the magnetic field to advantageously obtain partial annealing of the areas of interest of the tubular wall 18 by thermal conduction and/or convection. .
  • This approach advantageously reduces the loss of axial strength of the thread 8, while improving the formability of the roll 7.
  • the step of manufacturing the preform advantageously comprises:
  • a phase of deformation of a metal part (not shown) to obtain a primary preform 15a comprising a bottom 17 extended by a tubular wall 18 advantageously having a constant diameter over its height (see item A of Figure 4),
  • a shrinking step here of a downstream section 181 of the tubular wall 18, to form the tubular part 16 of a secondary preform 15, the tubular part 16 of which is connected to the body 2 via a shoulder 4 (items A and B of figure 4).
  • the deformation phase is advantageously chosen from conventional techniques per se, for example from stamping and/or drawing and/or reverse spinning.
  • stamping and/or drawing is preferably applied to a metal part consisting of a metal blank having, for example, a thickness ranging from 0.2 mm to 0.7 mm.
  • Stamping and/or drawing consist, for example, of a technique chosen from stamping/drawing (also called “Drawing and Wall Ironing” or DWI) or drawing and re-drawing (also called “Draw and Re Draw process” or DRD ).
  • stamping/drawing also called “Drawing and Wall Ironing” or DWI
  • drawing and re-drawing also called “Draw and Re Draw process” or DRD .
  • Reverse spinning is preferably applied from a 2 to 15 mm pin.
  • the localized annealing step is advantageously applied prior to the step of forming the tubular part 16.
  • this annealing step is applied prior to the shrinking step, preferably between the trimming step and the shrinking step.
  • This annealing step is thus advantageously applied to the tubular wall 18 of the primary preform 15a (item A of FIG. 4), before the necking step (item B of FIG. 4).
  • the localized annealing step is preferably applied over at least part of the height (or even the entire height) of the downstream section 181 of the tubular wall 18 (intended to form the tubular part 16), depending on the annealed state / not annealed which is expected at the level of the strips of the tubular part 16.
  • the localized annealing step is advantageously located at:
  • an intermediate portion 183 and the upstream portion 184 corresponding, after narrowing, respectively to the downstream band 162, to the intermediate band 163 and to the upstream band 164, or even over the entire height of the downstream section 181 intended to be tapered to form the tubular part 16.
  • the method also advantageously comprises a phase of varnishing the preform 15, 15a, preferably an exterior varnishing phase and an interior varnishing phase.
  • This varnishing phase is preferably implemented after the localized annealing step, or even also before the necking step (between items A and B of FIG. 4).
  • the varnishing phase after the localized annealing step, makes it possible to protect the varnish against thermal degradation.
  • the present invention also relates to the operation of forming, or even calibrating, the transport ring 9.
  • the forming operation consists for example of a molding technique (figures 6 and 7).
  • the molding technique consists for example of applying an internal pressure which causes the one-piece metal wall 5 to take the shape of a mold 20.
  • This internal pressure is exerted for example by:
  • the molding technique can also consist of using stretchable segments
  • the forming operation can also consist of a direct mechanical action by the rotation of an internal wheel 24 on the internal face of the tubular part 16 while an external wheel 25, opposite the first, maintains the metal of the one-piece metal wall 5.
  • the internal wheel 24 preferably comprises a single rib 241; and the outer wheel 25 comprises a pair of ribs 251, located on either side of the single rib 241.
  • an axial load F is advantageously exerted on the metal packaging 1, advantageously parallel to the longitudinal axis 16' of the tubular wall 16 (FIG. 10 ).
  • This approach has the advantage of accompanying the metal in its deformation and avoiding the phenomena of thinning and breakage.
  • This axial load is for example exerted by means of at least one support tool 28 which exerts an axial load on the tubular part 16 during the operation of forming the transport ring 9.
  • Said at least one tool 28 can exert an axial load, for example at the level of the downstream edge 161 of the tubular part 16 and/or at the level of the bottom of the body 2 (opposite the tubular part 16, at the level of the bottom 17).
  • Said at least one tool 28 can exert an axial load which is for example uniform over the entire circumference of the downstream edge 161 or localized over a zone located on a generatrix passing through the zone being formed of the transport ring 9.
  • This axial load is for example exerted by means of a bearing tool 28, for example in the form of a crown, which exerts an axial load on the downstream edge 161 (in the direction of the bottom 17 of the body 2).
  • the operation of forming the transport ring 9 may consist of a technique of shrinking above and below the tubular part 16.
  • the transport ring 9 forming operation also includes a calibration phase to give a final shape to the transport ring 9.
  • This calibration operation is in particular intended to deform the lower 91 and upper 92 surfaces of the transport ring 9 to give it its final shape.
  • the calibration phase is for example carried out:
  • these calibration rings 30 and the wheels 31 are shaped / profiled / arranged to define, after deformation, the shape of the lower surfaces 91 and upper
  • a centering mandrel 32 (illustrated in Figure 12) is introduced into the tubular part 16 during calibration to ensure the concentricity of the overlying and underlying parts of the tubular part 16 (on either side transport ring 9).
  • the calibration phase consists for example of:
  • the upper connecting radius 94 and the lower connecting radius 93 of the transport ring 9 are offset radially with respect to each other (while extending advantageously coaxially).
  • the diameter of the upper connecting radius 94 (in a plane perpendicular to the longitudinal axis 16') is advantageously smaller than the diameter of the lower connecting radius 93 (in a plane perpendicular to the longitudinal axis 16') of the transport ring 9.
  • the lower connecting radius 93 advantageously bears against the upper surface 92 of the transport ring 9.
  • Such an embodiment offers a transport ring 9 whose upper surface 92 and lower surface 91 have different widths (upper surface 92 is here wider than lower surface 91).
  • This embodiment is for example obtained by a suitable set of wheels 29, similar to FIG. underlying and underlying of the tubular part 16 are different from each other; the overlying diameter is here less than the underlying diameter).

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Abstract

La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'un emballage métallique (1) en forme de bouteille. Le procédé comprend une étape de formage d'une partie tubulaire (16), pour former un col fileté (3). Ce procédé de fabrication comprend, préalablement au moins à une opération de formage d'un roulé (7), de préférence préalablement à ladite étape de formage de ladite partie tubulaire (16), une étape de recuit localisée qui est exécutée pour conférer un état recuit à la partie tubulaire (16), au moins sur la hauteur d'une bande aval (162) de ladite partie tubulaire (16) destinée à être formée en roulé (7).

Description

Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique en forme de bouteille
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne le domaine technique des emballages métalliques en forme de bouteille.
Elle concerne en particulier les procédés pour la fabrication de tels emballages métalliques en forme de bouteille, dont le col comprend au moins un roulé, un filetage et une bague de transport.
Etat de la technique
Certains emballages en forme de bouteille comportent un col fileté qui est obturé hermétiquement, après remplissage, au moyen d’une capsule.
La conception d’un tel emballage doit tenir compte des contraintes liées à sa fabrication, mais aussi à ses nombreuses manipulations chez le remplisseur depuis sa réception jusqu’aux opérations finales de conditionnement.
Or, en fonction de leur matériau constitutif, les emballages sont obtenus par des techniques de fabrication qui génèrent des contraintes structurelles conduisant à la mise en œuvre d’installations de convoyage qui leur sont dédiées.
A cet égard, la partie tubulaire formant le goulot des emballages réalisés en matière plastique (tels que les bouteilles ou les flacons) comporte généralement une couronne annulaire, saillante sur la circonférence et désignée sous le nom de « bague de transport », utile pour leurs prises en charge individuelle.
Ces emballages en matière plastique peuvent ainsi être tenus, manipulés et/ou transférés par le positionnement d’un organe de manutention en forme générale de fourchette, en appui sous cette bague de transport.
En pratique, pour de tels emballages plastiques, le goulot et sa bague de transport sont formés simultanément, par exemple sur une préforme (pièce semi-finie obtenue par injection) avant une finition par injection-soufflage ou par extrusion-soufflage.
Les emballages réalisés en un matériau métallique, par exemple en acier ou en aluminium, sont quant à eux souvent dépourvus d’une telle bague de transport du fait des contraintes techniques liées au formage du métal.
La fabrication, la manutention et le remplissage de tels emballages métalliques conduisent ainsi à mettre en œuvre des moyens de manutention dédiés.
Par conséquent, pour le remplisseur, le passage depuis des emballages en plastique vers des emballages en métal nécessite des investissements importants notamment pour la transformation des moyens de manutention.
Pour pallier ce problème, il existe des développements d’emballages métalliques dont le col fileté, comportant notamment un roulé terminal et une bague de transport, serait adapté à une manipulation au sein d’une installation habituellement dédiée aux emballages plastiques.
Mais, en pratique, les contraintes techniques liées au formage du métal génèrent des fragilités lors du formage de ce col fileté. Le col fileté de la bouteille métallique doit également pouvoir résister aux efforts de capsulage, tout en permettant une réduction de l’épaisseur du métal.
Compte tenu de ce qui précède, il existe un besoin d’une solution technique qui permettrait la fabrication de bouteilles métalliques qui comporteraient un col fileté adapté à recevoir une capsule et qui seraient compatibles avec les lignes de remplissage de bouteilles plastiques, tout en autorisant une diminution de l’épaisseur de sa paroi métallique.
Présentation de l'invention
Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose un procédé pour la fabrication de tels emballages métalliques en forme de bouteille, dont le col comprend au moins un roulé, un filetage et une bague de transport.
Plus particulièrement, on propose selon l’invention un procédé pour la fabrication d’un emballage métallique en forme de bouteille, ledit emballage métallique comportant un corps raccordé à un col fileté par l’intermédiaire d’une épaule.
Le procédé selon l’invention comprend :
- une étape de fabrication d’une préforme comportant une partie tubulaire, définissant un axe longitudinal et une bordure aval, libre, laquelle partie tubulaire est raccordée à un corps par l’intermédiaire d’une épaule, et
- une étape de formage de ladite partie tubulaire, pour former ledit col fileté.
L’étape de formage comprend des opérations de formage adaptées à former des structures monoblocs sur ladite partie tubulaire :
- une opération de formage d’un roulé au sein d’une bande aval de ladite partie tubulaire, terminée par ladite bordure aval, pour former un roulé au niveau de la bordure aval du col fileté,
- une opération de formage d’un filetage au sein d’une bande intercalaire de ladite partie tubulaire, et
- une opération de formage d’une bague de transport au sein d’une bande amont de ladite partie tubulaire, du côté de l’épaule, destinée à coopérer avec un organe de manutention (ladite bague de transport comprenant avantageusement au moins une moulure qui est ménagée sur un plan s’étendant perpendiculairement audit axe longitudinal et sur la circonférence de la partie tubulaire, laquelle au moins une moulure comporte une surface inférieure et/ou supérieure contre laquelle un organe de manutention est destinée à venir prendre appui). Et selon l’invention, le procédé de fabrication comprend, préalablement au moins à ladite opération de formage du roulé, de préférence préalablement à ladite étape de formage de ladite partie tubulaire, une étape de recuit localisée qui est exécutée pour conférer un état recuit à la partie tubulaire, au moins sur la hauteur de la bande aval de ladite partie tubulaire.
La présente invention offre ainsi une solution technique qui permettrait la fabrication de bouteilles métalliques comportant un col fileté adapté à recevoir une capsule et qui seraient compatibles avec les lignes de remplissage de bouteilles plastiques, tout en autorisant une diminution de l’épaisseur de sa paroi métallique.
En effet, le roulé est formé, au-dessus du filetage, à l’extrémité de la partie tubulaire de la préforme. Fréquemment le métal qui a été étiré pour former la préforme puis rétreint pour former le col fileté ; or le demandeur a constaté que le métal est susceptible de se déchirer lors de la mise en forme du roulé. Cela provoque une mise au rebus d’une proportion importante de la production.
Le demandeur a constaté que le recuit de cette zone, en améliorant sa formabilité, permet de réduire le taux de cols coupés.
D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du procédé conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- l’étape de recuit localisée est exécutée pour conférer un état recuit sur une hauteur d’au moins 3 à 7 mm de la bande aval de ladite partie tubulaire ;
- l’étape de recuit localisée est exécutée pour conférer un état recuit uniquement au niveau de ladite bande aval, uniquement au niveau de la bande aval et de la bande amont, de sorte à conserver au moins une partie de la hauteur de la bande intercalaire dans un état non-recuit, ou au niveau de la bande aval, de la bande intercalaire et de la bande amont ;
- l’étape de recuit localisée est exécutée pour conférer un état recuit sur la hauteur de la bande amont de ladite partie tubulaire, avantageusement sur une hauteur de 5 à 15 mm ;
- l’étape de fabrication de la préforme comprend une phase de déformation d’une pièce métallique pour obtenir une préforme primaire comprenant un fond prolongé par une paroi tubulaire, par exemple choisi parmi emboutissage et/ou étirage et/ou filage inverse, par exemple par emboutissage et/ou étirage d’un flan métallique pour, par exemple d’une épaisseur allant de 0,2 mm à 0,7 mm, avantageusement par une technique choisie parmi emboutissage / étirage ou emboutissage et ré-emboutissage (Drawing and Wall Ironing (DWI) ou Draw and Re Draw process (DRD)) ou filage inverse à partir d’un pion de 2 à 15 mm, une phase de rognage, pour former une bordure aval de ladite préforme primaire, et une étape de rétreint, pour former ladite partie tubulaire d’une préforme secondaire ; et ladite étape de recuit localisée est appliquée sur la paroi tubulaire de la préforme primaire, avant ladite étape de retreint ;
- l’étape de recuit localisée est mise en œuvre par une technique d’induction, avantageusement au sein d’un inducteur tunnel, avantageusement avec rotation de la préforme ;
- le procédé comprend une opération de retreint de la bande aval de la partie tubulaire préalablement à l’opération de formage du roulé ; ladite opération de formage du roulé est ajustée pour former ledit roulé vers l’extérieur et de sorte que le diamètre extérieur dudit roulé est inférieur ou égal au diamètre de fond de filetage ;
- l’opération de formage de la bague de transport est mise en œuvre avant l’opération de formage du roulé ; la bague de transport est avantageusement utilisée pour le maintien de la partie tubulaire pendant ladite opération de formage du roulé ;
- l’opération de formage du filetage est appliquée sur une bande intercalaire présente une hauteur de 10 à 25 mm ;
- l’étape de formage de la partie tubulaire comprend encore une opération de formage d’une contre-bague d’inviolabilité au sein d’une bande additionnelle de la partie tubulaire, située entre la bande intercalaire et la bande amont, formant une gorge de contre-bague d’inviolabilité entre ladite contre-bague d’inviolabilité et ladite bague de transport ;
- le procédé comprend encore une phase de vernissage, de préférence une phase de vernissage extérieur et une phase de vernissage intérieur mises en œuvre après l’étape de recuit localisée ;
- l’emballage métallique est réalisé dans un alliage aluminium de la série 3000 ou 5000, par exemple un alliage aluminium 3104 ;
- l’opération de formage de la bague de transport est choisie parmi une technique de moulage, par exemple par une pression interne exercée par un fluide sous pression ou par la compression d’un élastomère, qui amène la paroi à épouser la forme d’un moule, ou une action mécanique directe par un outil mobile, par exemple par le repoussage du métal par la rotation d’une molette sur la face interne de la partie tubulaire pendant qu’une molette externe, en face de la première, maintient le métal, ou une technique de rétreint sus-jacent et sous- jacent ;
- l’opération de formage de la bague de transport comprend une phase de calibrage pour donner une forme définitive à ladite bague de transport ; dans ce cas, de préférence, la phase de calibrage consiste avantageusement à amener le rayon de raccordement supérieur et le rayon de raccordement inférieur de la bague de transport, en contact l’un de l’autre, ou à obtenir un rayon de raccordement supérieur et un rayon de raccordement inférieur de la bague de transport qui sont décalés radialement l’un par rapport à l’autre, avec ledit rayon de raccordement inférieur qui est avantageusement en appui contre la surface supérieure de la bague de transport, notamment pour assurer le report de l’effort axial vers la bague de transport lors d’un capsulage, et/ou à amener le rayon externe de la bague de transport à un rayon minimal acceptable par le matériau constitutif ; la phase de calibrage est effectuée avantageusement en pinçant la déformation annulaire entre deux bagues de calibrage qui sont coaxiales à l’axe longitudinal de la partie tubulaire, ou par deux molettes en rotation autour de la partie tubulaire, avec avantageusement l’introduction dans la partie tubulaire d’un mandrin de centrage lors du calibrage pour assurer la concentricité des parties sus-jacente et sous-jacente de la partie tubulaire ;
- au cours de l’opération de formage de la bague de transport, une charge axiale est exercée sur l’emballage métallique pour accompagner le métal dans sa déformation et éviter les amincissements et les ruptures ;
- le procédé comprend encore une étape de pose d’une capsule métallique sur le col fileté.
La présente invention concerne encore l’emballage métallique, en forme de bouteille, issu d’un procédé selon l’invention.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Description détaillée de l'invention
De plus, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l'invention et où :
[Fig. 1] est une vue générale et schématique d’un emballage métallique en forme de bouteille, issu du procédé de fabrication selon l’invention ;
[Fig. 2] est une vue schématique et partielle de l’emballage métallique selon le figure 1, illustrant plus en détails son col fileté ;
[Fig. 3] est une vue schématique, en coupe, d’une étape de pose d’une capsule métallique sur le col fileté ;
[Fig. 4] est une vue schématique illustrant les principales phases / étapes du procédé de fabrication selon l’invention pour la fabrication de l’emballage métallique en forme de bouteille ;
[Fig. 5] est une vue schématique de l’étape de recuit localisée qui est appliquée sur une préforme lors du procédé de fabrication selon l’invention ;
[Fig. 6] est une vue schématique de l’opération de formage de la bague de transport au moyen d’une technique de moulage par la compression d’un élastomère ; [Fig. 7] est une vue schématique de l’opération de formage de la bague de transport au moyen d’une technique de moulage par une pression interne exercée par un fluide sous pression ;
[Fig. 8] est une vue schématique de l’opération de formage de la bague de transport par une action mécanique directe utilisant des segments expansibles ;
[Fig. 9] est également une vue schématique de l’opération de formage de la bague de transport par une action mécanique directe par le repoussage du métal par rotation d’un couple molette interne / molette externe ;
[Fig. 10] est une vue schématique qui illustre une charge axiale exercée sur l’emballage métallique, au cours de l’opération de formage de la bague de transport ;
[Fig. 11] est une vue schématique qui illustre l’opération de formage de la bague de transport par des rétreints sus-jacent et sous-jacent appliqués dans la partie tubulaire ;
[Fig. 12] est une vue schématique d’une phase de calibrage de la bague de transport, pour donner une forme définitive à ladite bague de transport, par la mise en œuvre de deux bagues de calibrage ;
[Fig. 13] est une vue schématique d’une phase de calibrage de la bague de transport, pour donner une forme définitive à ladite bague de transport, par la mise en œuvre de deux molettes en rotation ;
[Fig. 14] est une vue schématique, partielle et en coupe, d’un col fileté après la phase de calibrage, dont le rayon de raccordement supérieur et le rayon de raccordement inférieur de la bague de transport sont en contact l’un de l’autre ;
[Fig. 15] est encore une vue schématique, partielle et en coupe, d’un col fileté après la phase de calibrage, dont le rayon de raccordement supérieur et le rayon de raccordement inférieur de la bague de transport sont décalés l’un par rapport à l’autre.
Il est à noter que, sur ces figures, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références.
Les figures 1 à 3 représentent ainsi un emballage métallique, en forme de bouteille, issu du procédé selon l’invention.
De manière générale, un tel emballage métallique est avantageusement réalisé en aluminium ou en acier.
Uniquement à titre d’exemple, l’emballage métallique 1 est réalisé dans un alliage aluminium de la série 3000 ou 5000, par exemple un alliage aluminium 3104.
Un tel emballage métallique 1 consiste avantageusement en un récipient ou un contenant, destiné à recevoir par exemple un produit liquide (notamment des boissons), pâteux ou solide (notamment des poudres ou granulés).
Cet emballage métallique 1 consiste par exemple en une bouteille, un flacon ou un bidon. Cet emballage métallique 1 est avantageusement destiné à être obturé hermétiquement, après remplissage, au moyen d’une capsule métallique C avantageusement classique en soi (décrit ci-après en relation avec la figure 3).
De manière générale, une telle capsule métallique C comporte avantageusement :
- un fond C1 muni d’un joint compressible C2,
- une jupe C3, destinée à coopérer avec un filetage, et
- avantageusement une bague d’inviolabilité C4.
L’emballage métallique 1 , en forme de bouteille, comprend avantageusement un corps 2 (ou ventre) qui est raccordé à un col fileté 3 (ou goulot) par l’intermédiaire d’une épaule 4.
Le col fileté 3 définit un axe longitudinal 3’, ici orienté verticalement et avantageusement coaxialement au corps 2.
Ce col fileté 3 est constitué par une paroi métallique monobloc 5 qui définit sa circonférence et qui délimite un conduit intérieur T terminée au niveau d’une ouverture aval 6 opposée à l’épaule 4 (figures 2 et 3).
La section horizontale générale de ce col fileté 3, perpendiculairement à l’axe longitudinal 3’, est ici de forme circulaire ; elle pourrait tout aussi bien être ovale, rectangulaire ou carrée par exemple.
Le col fileté 3 de cet emballage métallique 1 comporte une succession de structures monoblocs, illustrées en particulier sur les figures 2 et 3, à savoir :
- un roulé 7, au niveau de l’ouverture aval 6 du col fileté 3, avantageusement destiné à coopérer avec le fond C1 de capsule C (voir notamment la figure 3),
- un filetage 8, avantageusement destiné à coopérer avec la jupe C3 de capsule C,
- une bague de transport 9, du côté de l’épaule 4, destinée à coopérer avec un organe de manutention (non représenté), et
- éventuellement une contre-bague d’inviolabilité 10, formant une gorge de contre-bague d’inviolabilité 11 avec la bague de transport 9, avantageusement destiné à coopérer avec la bague d’inviolabilité C4 de capsule C.
L’ouverture aval 6 de la partie tubulaire 1 est constituée ici par le roulé 7 qui est orienté vers l’extérieur, délimitant cette ouverture aval 6 du conduit intérieur T (figures 1 et 2).
Le filetage 8 forme des moyens pour la réception d’un bouchon ou d’une capsule (figure 3), en l’occurrence sous la forme d’un filet hélicoïdal.
La bague de transport 9 comprenant avantageusement au moins une moulure 9 qui est ménagée sur un plan s’étendant perpendiculairement à l’axe longitudinal 3’ et sur la circonférence du col fileté 3.
Ladite au moins une moulure 9 comporte une surface inférieure 91 et/ou supérieure 92 contre laquelle un organe de manutention (non représenté) est destiné à venir prendre appui. Cet organe de manutention (non représenté) présente avantageusement une forme de fourchette, du type rencontré classiquement dans le domaine de la manutention de bouteilles plastiques munies d’une bague de transport.
Par « moulure », on entend notamment un nervurage dans la paroi métallique monobloc 5 (désigné couramment en anglais sous le terme de « bead »), en creux ou en relief, obtenu par exemple par frappe ou par repoussage.
La moulure 9 est ici continue, s’étendant sur toute la circonférence du col fileté 3.
La moulure 9 est ici ménagée en saillie vers l’extérieur du col fileté 3.
La section verticale de cette moulure 9 est avantageusement identique ou au moins approximativement identique sur sa circonférence, sans rupture géométrique.
De manière générale, les surfaces inférieure 91 et supérieure 92 de ladite au moins une moulure 9 comporte avantageusement une forme de couronne.
Ladite au moins une moulure 9 est encore définie par différents rayons :
- un rayon de raccordement inférieur 93, du côté de l’épaule 4,
- un rayon de raccordement supérieur 94, du côté du filetage 8,
- un rayon externe 95, raccordant les deux surfaces inférieure 91 et supérieure 92.
Des caractéristiques avantageuses relatives à la forme de cette moulure 9, ainsi que son formage et son calibrage, seront décrits plus en détails par la suite en relation avec les figures 6 et suivantes.
De manière générale, la présente invention concerne le procédé pour la fabrication d’un tel emballage métallique 1 en forme de bouteille.
Tel qu’illustré sur la figure 4, le procédé de fabrication selon l’invention comprend des étapes successives :
- une étape de fabrication d’une préforme 15 comportant une partie tubulaire 16 (destinée à être formée ensuite pour constituer le col fileté 3) qui est raccordée au corps 2 par l’intermédiaire d’une épaule 4 (items A et B de la figure 4), puis
- une étape de formage de cette partie tubulaire 16, pour former le col fileté 3 (items C à F de la figure 4).
En particulier, la partie tubulaire 16, destinée à former le col fileté 3 après formage, définit un axe longitudinal 16’ et une bordure aval 161 , libre.
Pour la fabrication du col fileté 3 dans cette partie tubulaire 16, l’étape de formage comprend des opérations de formage de la paroi métallique monobloc 5 qui sont adaptées à former les différentes structures monoblocs 7, 8, 9 et 10 du col fileté 3 au sein de bandes superposées de la partie tubulaire 16.
En l’espèce, tel qu’illustré encore sur la figure 4, les opérations de formage comprennent : - une opération de formage du roulé 7 au sein d’une bande aval 162 de la partie tubulaire 16, terminée par la bordure aval 161 , pour former le roulé 7 au niveau de cette bordure aval 161 du col fileté 3 (items E et F de la figure 4),
- une opération de formage du filetage 8 au sein d’une bande intercalaire 163 de la partie tubulaire 16 (items D et E de la figure 4), et
- une opération de formage de la bague de transport 9 au sein d’une bande amont 164 de la partie tubulaire 16, du côté de l’épaule 4, par un repli de métal formant une déformation annulaire (items B à D de la figure 4), et éventuellement
- une opération de formage de la contre-bague d’inviolabilité 10 au sein d’une bande additionnelle 165 de la partie tubulaire 16, située entre la bande intercalaire 163 et la bande amont 164.
Selon un mode de réalisation particulier, l’étape de formage de la partie tubulaire 16 comprend une opération de retreint de la bande aval 162 de la partie tubulaire 16, préalablement à l’opération de formage du roulé 7 (voir item B de la figure 4).
L’opération de formage du roulé 7 est alors avantageusement ajustée pour former le roulé 7 vers l’extérieur et de sorte que le diamètre extérieur de ce roulé 7 soit inférieur ou égal au diamètre de fond de filetage 8 (voir notamment la figure 3).
Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 4, l’opération de formage de la bague de transport 9 (items C et D) est mise en œuvre avant l’opération de formage du roulé 7 (item F).
Cette agencement d’opérations permet d’utiliser la bague de transport 9 pour le maintien de la partie tubulaire 16 pendant l’opération de formage du roulé 7, voire aussi pendant l’opération de formage du filetage 8 postérieur.
Sans être limitatif, et indépendamment les unes des autres, les opérations de formage sont appliquées sur les hauteurs respectives suivantes :
- une bande aval 162 de 3 à 7 mm,
- une bande intercalaire 163 de 10 à 25 mm, et
- une bande amont 164 de 5 à 15 mm.
De préférence, le procédé de fabrication peut encore comprendre une étape de pose d’une capsule métallique C sur le col fileté 3 (figure 3).
Cette opération est mise en œuvre par une technique classique en soi.
La capsule C est rendue solidaire de ce col fileté 3 par une tête de capsulage rotative R.
Par exemple, la tête de capsulage rotative R effectue trois opérations simultanées :
- l’embout central de la tête de capsulage rotative R, en appliquant une charge axiale sur la capsule C, comprime le joint C2 sur la partie supérieure du roulé 7 de l’emballage métallique 1 et réembouti l’angle supérieur de la capsule C pour appliquer le joint C2 sur la face externe du roulé 7,
- des molettes en rotation autour de la jupe C3 de la capsule C appliquent une force axiale qui pousse le métal de la jupe C3 dans les creux du filetage 8, créant ainsi le filetage de la jupe C3, et
- des molettes en rotation autour de la bague d’inviolabilité C4 la sertissent sous le saillant de la contre-bague d’inviolabilité 10.
A l’issu du procédé de fabrication, il est obtenu un emballage métallique 1 en forme de bouteille, tel qu’illustré au travers des figures 1 à 3.
Etape de recuit localisée
Le procédé de fabrication selon l’invention comprend, préalablement au moins à l’opération de formage du roulé 7, une étape de recuit localisée (dit encore « annealing ») qui est exécutée pour conférer un état recuit à la partie tubulaire 16 au moins sur la hauteur de la bande aval 162 de la partie tubulaire 16 (illustré très schématiquement par l’item B de la figure 4).
En d’autres termes, l’étape de recuit localisée est avantageusement exécutée de sorte que la partie tubulaire 16 présente un état recuit qui est variable sur sa hauteur.
Encore en d’autres termes, la partie tubulaire 16 présente avantageusement, sur sa hauteur, un gradient de recuit.
De préférence encore, l’étape de recuit localisée est exécutée pour conférer un état recuit uniquement à la partie tubulaire 16, au moins sur la hauteur de la bande aval 162 de la partie tubulaire 16.
En d’autres termes, seule la partie tubulaire 16 est dans un état recuit, au moins sur la hauteur de la bande aval 162 de la partie tubulaire 16. Le corps 2 et/ou l’épaule 4 sont avantageusement dans un état non-recuit.
De manière générale, l’étape de recuit localisée est avantageusement exécutée pour conférer un état recuit :
- uniquement au niveau de la bande aval 162 (destinée à former le roulé 7),
- uniquement au niveau de la bande aval 162 et de la bande amont 164 (destinées à former respectivement le roulé 7 et la bague de transport 9), de sorte à conserver au moins une partie de la hauteur de la bande intercalaire 163 dans un état non-recuit pour conférer au filetage 8 des qualités de résistance mécaniques optimales, ou
- au niveau de la bande aval 162, de la bande intercalaire 163 et de la bande amont 164, voire sur toute la hauteur de la partie tubulaire 16 destinée à former le col fileté. Une telle étape de recuit localisée a l’intérêt de modifier la propriété du matériau, la limite d'élasticité, la ductilité et l'allongement à la rupture, conférant une malléabilité au matériau constitutif de la partie tubulaire 16.
L’étape de recuit permet ainsi le formage du col fileté 3, autorisant une diminution de l’épaisseur du corps de l’emballage métallique 1 tout en préservant une résistance aux efforts de capsulage.
Par exemple, la paroi métallique monobloc 5 possède une épaisseur allant de 0,2 à 0,5 mm.
De préférence, l’étape de recuit est encore appliquée avant l’étape de formage de la partie tubulaire 16 (c’est-à-dire avant de former les différentes structures monoblocs 7, 8, 9 et 10 du col fileté 3 au sein des bandes superposées 162, 163, 164, 165 de la partie tubulaire 16).
De manière préférentielle, l’étape de recuit localisée est exécutée pour conférer un état recuit sur une hauteur d’au moins 3 à 7 mm à la bande aval 162 de la partie tubulaire 16, partant de la bordure aval 161.
De même, l’étape de recuit localisée est avantageusement exécutée pour conférer un état recuit sur la hauteur de la bande amont 164 de ladite partie tubulaire 16, avantageusement sur une hauteur de 5 à 15 mm.
Tel que développé ci-après, l’étape de recuit localisée est avantageusement mise en œuvre sur une préforme primaire 15a comportant une paroi tubulaire 18 dont un tronçon aval 181 est destiné à subir un retreint pour former la partie tubulaire 16 de la préforme 15.
La mise en œuvre de cette étape de recuit localisée sur ce tronçon aval 181, puis de rétreindre ce tronçon aval 181 , a l’intérêt de conférer des propriétés mécaniques intéressantes pour les opérations de formage de la partie tubulaire 16 (avantageusement, le travail mécanique en retreint restaure une partie de l’écrouissage).
De manière générale, l’étape de recuit localisée peut être mise en œuvre pour amener d’autres parties de la préforme 15, 15a dans un état recuit, par exemple le corps 2 ou l’épaule 3 pour faciliter leur formage.
Encore de manière générale, dans cette étape de recuit localisée, le métal de la préforme 15, 15a est avantageusement soumis à une température élevée, généralement dans la gamme de 150 à 450°C, telle que 200 à 400°C et de préférence encore de 200 à 350°C.
Le recuit est effectué à une température appropriée pendant une période de temps appropriée pour obtenir la réduction souhaitée de la limite d'élasticité et l'amélioration de la ductilité et de l'allongement à la rupture.
Généralement, pour l'aluminium, la température est comprise entre 200°C et 400°C. Pour le recuit à haute température, la température de recuit est plus élevée, par exemple 350°C à 454°C pendant une durée de 1 ps (microseconde) à 1 h (heure), par exemple 0,1 s (seconde) à 30 min (minutes), 1 s à 5 min ou 10 s à 1 min.
Pour l'acier, la plage de température de recuit est normalement beaucoup plus élevée et peut être par exemple de 500°C à 950°C et la période de temps peut être par exemple de 1 ps à 1 h, telle que 0,1 s à 30 min, 1 s à 5 min, ou 10 s à 1 min.
Le traitement de recuit entraîne une réduction de la dureté, une réduction de la limite d'élasticité et une augmentation de la ductilité.
De manière générale, tel qu’illustré sur la figure 5, l’étape de recuit localisée est mise en œuvre par une technique d’induction.
Cette technique d’induction est avantageusement exécutée au sein d’un inducteur tunnel D, avantageusement avec rotation des préformes 15, 15a.
Cette rotation est par exemple assurée par des moyens de mise en rotation M de chaque préforme 15, 15a autour d’un axe de rotation parallèle à son axe longitudinal (par exemple l’axe longitudinal 18’ de la paroi tubulaire 18 décrit ci-après).
Les moyens de mise en rotation M consistent par exemple en un couple de bandes latérales convoyeuses qui comportent des brins en regard prenant en sandwich les préformes 15, 15a et cheminant à une vitesse relative appropriée pour générer la rotation des préformes 15, 15a au cours de l’étape de recuit localisée.
Le recuit par induction s’effectue ainsi par défilement des préformes 15, 15a dans l’inducteur tunnel D, avec concentration du champ magnétique pour obtenir avantageusement un recuit partiel des zones d’intérêt de la paroi tubulaire 18 par conduction thermique et/ou convection.
Cette approche réduit avantageusement la perte de résistance axiale du filetage 8, tout en améliorant la formabilité du roulé 7.
Etape de fabrication de la préforme
Préalablement au formage de la partie tubulaire 16 en col fileté 3, l’étape de fabrication de la préforme comprend avantageusement :
- une phase de déformation d’une pièce métallique (non représentée) pour obtenir une préforme primaire 15a comprenant un fond 17 prolongé par une paroi tubulaire 18 présentant avantageusement un diamètre constant sur sa hauteur (voir item A de la figure 4),
- une phase de rognage, pour former la bordure aval 161 de la préforme primaire 15a (item A de la figure 4), et
- une étape de rétreint, ici d’un tronçon aval 181 de la paroi tubulaire 18, pour former la partie tubulaire 16 d’une préforme secondaire 15, dont la partie tubulaire 16 est raccordée au corps 2 par l’intermédiaire d’une épaule 4 (items A et B de la figure 4). La phase de déformation est avantageusement choisie parmi les techniques classiques en soi, par exemple parmi l’emboutissage et/ou l’étirage et/ou le filage inverse.
En particulier, l’emboutissage et/ou l’étirage est appliqué de préférence sur une pièce métallique consistant en un flan métallique ayant par exemple d’une épaisseur allant de 0,2 mm à 0,7 mm.
L’emboutissage et/ou l’étirage consistent par exemple en une technique choisie parmi emboutissage / étirage (dit encore « Drawing and Wall Ironing » ou DWI) ou emboutissage et ré-emboutissage (dit encore « Draw and Re Draw process » ou DRD).
Le filage inverse est appliqué de préférence à partir d’un pion de 2 à 15 mm.
Par ailleurs, selon l’invention et tel qu’évoqué précédemment, l’étape de recuit localisée est avantageusement appliquée préalablement à l’étape de formage de la partie tubulaire 16.
En l’espèce, cette étape de recuit est appliquée préalablement à l’étape de retreint, de préférence entre l’étape de rognage et l’étape de retreint.
Cette étape de recuit est ainsi avantageusement appliquée sur la paroi tubulaire 18 de la préforme primaire 15a (item A de la figure 4), avant l’étape de retreint (item B de la figure 4).
L’étape de recuit localisée est de préférence appliquée sur au moins une partie de la hauteur (voire toute la hauteur) du tronçon aval 181 de la paroi tubulaire 18 (destiné à former la partie tubulaire 16), en fonction de l’état recuit / non recuit qui est attendu au niveau des bandes de la partie tubulaire 16.
En particulier, l’étape de recuit localisée est avantageusement localisé au niveau :
- uniquement au niveau d’une portion aval 182 correspond, après retreint, à la bande aval 162 (destinée à former le roulé 7),
- uniquement au niveau d’une portion aval 182 et d’une portion amont 184 correspond, après retreint, respectivement à la bande aval 162 et à la bande amont 164 (destinées à former respectivement le roulé 7 et la bague de transport 9), ou
- au niveau de la portion aval 182, d’une portion intercalaire 183 et de la portion amont 184 correspondant, après retreint, respectivement à la bande aval 162, à la bande intercalaire 163 et à la bande amont 164, voire sur toute la hauteur du tronçon aval 181 destiné à être retreint pour former la partie tubulaire 16.
De manière générale, le procédé comprend encore avantageusement une phase de vernissage de la préforme 15, 15a, de préférence une phase de vernissage extérieur et une phase de vernissage intérieur.
Cette phase de vernissage est de préférence mises en œuvre après l’étape de recuit localisée, voire aussi avant l’étape de retreint (entre les items A et B de la figure 4). La phase de vernissage, postérieure à l’étape de recuit localisée, permet de protéger le vernis à l’encontre d’une dégradation thermique.
Opération de formage /calibrage de la bague de transport
La présente invention concerne encore l’opération de formage, voire de calibrage, de la bague de transport 9.
L’opération de formage consiste par exemple en une technique de moulage (figures 6 et 7).
En ce sens, la technique de moulage consiste par exemple à appliquer une pression interne qui amène la paroi métallique monobloc 5 à épouser la forme d’un moule 20.
Cette pression interne est exercée par exemple par :
- la compression d’un élastomère 21 (figure 6), ou
- un fluide sous pression qui est injecté au moyen d’une tête d’injection 22 (figure 7).
La technique de moulage peut consister également à utiliser des segments extensibles
23 (figure 8).
L’opération de formage peut encore consister en une action mécanique directe par la rotation d’une molette interne 24 sur la face interne de la partie tubulaire 16 pendant qu’une molette externe 25, en face de la première, maintient le métal de la paroi métallique monobloc 5.
En l’espèce, la molette interne 24 comporte de préférence une nervure unique 241 ; et la molette externe 25 comporte un couple de nervures 251 , localisées de part et d’autre de la nervure unique 241.
De manière générale, au cours de l’opération de formage de la bague de transport 9, une charge axiale F est avantageusement exercée sur l’emballage métallique 1 , avantageusement parallèlement à l’axe longitudinal 16’ de la paroi tubulaire 16 (figure 10).
Cette approche a l’intérêt d’accompagner le métal dans sa déformation et d’éviter les phénomènes d’amincissements et de ruptures.
Cette charge axiale est par exemple exercée au moyen d’au moins un outil d’appui 28 qui vient exercer sur une charge axiale sur la partie tubulaire 16 pendant l’opération de formage de la bague de transport 9.
Ledit au moins un outil 28 peut exercer une charge axiale par exemple au niveau de la bordure aval 161 de la partie tubulaire 16 et/ou au niveau du fond du corps 2 (à l’opposé de la partie tubulaire 16, au niveau du fond 17).
Ledit au moins un outil 28 peut exercer une charge axiale qui est par exemple uniforme sur l’ensemble de la circonférence de la bordure aval 161 ou localisée sur une zone située sur une génératrice passant par la zone en cours de formage de la bague de transport 9. Cette charge axiale est par exemple exercée au moyen d’un outil d’appui 28, par exemple en forme de couronne, qui vient exercer sur une charge axiale sur la bordure aval 161 (en direction du fond 17 du corps 2).
Selon encore une forme de réalisation illustrée en figure 11 , l’opération de formage de la bague de transport 9 peut consister en une technique de rétreint sus-jacent et sous-jacent de la partie tubulaire 16.
Pour cela, par exemple, les phases successives sont mises en œuvre :
- une phase de rétreint sus-jacente de la partie tubulaire 16, pour former la surface supérieure 92 de la bague de transport 9 (items A et B de la figure 11), puis
- une phase de rétreint sous-jacente, pour former la surface inférieure 91 de la bague de transport 9, par exemple au moyen d’un couple de molettes 29 (items C et D de la figure 11).
De préférence, l’opération de formage de la bague de transport 9 comprend encore une phase de calibrage pour donner une forme définitive à la bague de transport 9.
Cette opération de calibrage est en particulier destinée à déformer les surfaces inférieure 91 et supérieure 92 de la bague de transport 9 pour lui conférer sa forme définitive.
La phase de calibrage est par exemple effectuée :
- en pinçant la déformation annulaire entre deux bagues de calibrage 30, qui sont coaxiales à l’axe longitudinal 16’ de la partie tubulaire 16 et qui sont manœuvrées selon une translation axialement l’une vers l’autre (figure 12), ou
- par deux molettes 31 en rotation autour de la partie tubulaire 16 (figure 13).
En particulier, ces bagues de calibrage 30 et les molettes 31 sont conformées / profilées / agencées pour définir, après déformation, la forme des surfaces inférieure 91 et supérieur
92 de la bague de transport 9.
De préférence, un mandrin de centrage 32 (illustré sur la figure 12) est introduit dans la partie tubulaire 16 lors du calibrage pour assurer la concentricité des parties sus-jacente et sous-jacente de la partie tubulaire 16 (de part et d’autre de la bague de transport 9).
En pratique, tel qu’illustré sur la figure 14, la phase de calibrage consiste par exemple :
- à amener le rayon de raccordement supérieur 94 et le rayon de raccordement inférieur
93 de la bague de transport 9, en contact l’un de l’autre, pour assurer le report optimal de l’effort axial vers la bague de transport 9 lors d’un capsulage (figure 14), et/ou
- à amener le rayon externe 95 de la bague de transport 9 à un rayon minimal acceptable par le matériau constitutif.
De manière alternative, tel qu’illustré sur la figure 15, le rayon de raccordement supérieur 94 et le rayon de raccordement inférieur 93 de la bague de transport 9 sont décalés radialement l’un par rapport à l’autre (tout en s’étendant avantageusement coaxialement). Dans ce cas, le diamètre du rayon de raccordement supérieur 94 (dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal 16’) est avantageusement inférieur au diamètre du rayon de raccordement inférieur 93 (dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal 16’) de la bague de transport 9. Le rayon de raccordement inférieur 93 est avantageusement en appui contre la surface supérieure 92 de la bague de transport 9.
Une telle forme de réalisation offre une bague de transport 9 dont la surface supérieure 92 et la surface inférieure 91 comportent des largeurs différentes (la surface supérieure 92 est ici plus large que la surface inférieure 91). Cette forme de réalisation est par exemple obtenue par un jeu de molettes 29 adapté, similaire à la figure 11 , pour une technique de rétreint sus-jacent et sous-jacent de la partie tubulaire 16 qui est différentiel en diamètre (dont les diamètres sus-jacent et sous-jacent de la partie tubulaire 16 sont différents l’un par rapport à l’autre ; le diamètre sus-jacent est ici inférieur au diamètre sous-jacent). Bien entendu, diverses autres modifications peuvent être apportées à l’invention dans le cadre des revendications annexées.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique en forme de bouteille, ledit emballage métallique (1) comportant un corps (2) raccordé à un col fileté (3) par l’intermédiaire d’une épaule (4), lequel procédé comprend :
- une étape de fabrication d’une préforme (15) comportant une partie tubulaire (16), définissant un axe longitudinal (16’) et une bordure aval (161), libre, laquelle partie tubulaire (16) est raccordée à un corps (2) par l’intermédiaire d’une épaule (4), et
- une étape de formage de ladite partie tubulaire (16), pour former ledit col fileté (3), laquelle étape de formage comprend des opérations de formage adaptées à former des structures monoblocs sur ladite partie tubulaire (16) :
- une opération de formage d’un roulé (7) au sein d’une bande aval (162) de ladite partie tubulaire (16), terminée par ladite bordure aval (161), pour former un roulé (7) au niveau de la bordure aval (161) du col fileté (3),
- une opération de formage d’un filetage (8) au sein d’une bande intercalaire (163) de ladite partie tubulaire (16), et
- une opération de formage d’une bague de transport (9) au sein d’une bande amont (164) de ladite partie tubulaire (16), du côté de l’épaule (4), destinée à coopérer avec un organe de manutention, caractérisé en ce que ledit procédé de fabrication comprend, préalablement au moins à ladite opération de formage du roulé (7), de préférence préalablement à ladite étape de formage de ladite partie tubulaire (16), une étape de recuit localisée qui est exécutée pour conférer un état recuit à la partie tubulaire (16), au moins sur la hauteur de la bande aval (162) de ladite partie tubulaire (16).
[Revendication 2] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’étape de recuit localisée est exécutée pour conférer un état recuit sur une hauteur d’au moins 3 à 7 mm de la bande aval (162) de ladite partie tubulaire (16).
[Revendication 3] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l’étape de recuit localisée est exécutée pour conférer un état recuit :
- uniquement au niveau de ladite bande aval (162), - uniquement au niveau de la bande aval (162) et de la bande amont (164), de sorte à conserver au moins une partie de la hauteur de la bande intercalaire (163) dans un état non-recuit, ou
- au niveau de la bande aval (162), de la bande intercalaire (163) et de la bande amont (164).
[Revendication 4] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’étape de recuit localisée est exécutée pour conférer un état recuit sur la hauteur de la bande amont (164) de ladite partie tubulaire (16), avantageusement sur une hauteur de 5 à 15 mm.
[Revendication 5] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé l’étape de fabrication de la préforme (15) comprend :
- une phase de déformation d’une pièce métallique pour obtenir une préforme primaire (15a) comprenant un fond (17) prolongé par une paroi tubulaire (18),
- une phase de rognage, pour former une bordure aval (161) de ladite préforme primaire (15a), et
- une étape de rétreint, pour former ladite partie tubulaire (16) d’une préforme secondaire (15), et en ce que ladite étape de recuit localisée est appliquée sur la paroi tubulaire (18) de la préforme primaire (15a), avant ladite étape de retreint.
[Revendication 6] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’étape de recuit localisée est mise en œuvre par une technique d’induction, avantageusement au sein d’un inducteur tunnel, avantageusement avec rotation de la préforme (15).
[Revendication 7] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’opération de formage de la bague de transport (9) est mise en œuvre avant l’opération de formage du roulé (7), laquelle bague de transport (9) est avantageusement utilisée pour le maintien de la partie tubulaire (16) pendant ladite opération de formage du roulé (7).
[Revendication 8] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l’étape de formage de la partie tubulaire (16) comprend encore une opération de formage d’une contre- bague d’inviolabilité (10) au sein d’une bande additionnelle (165) de la partie tubulaire (16), située entre la bande intercalaire (163) et la bande amont (164), formant une gorge de contre-bague d’inviolabilité (11) entre ladite contre-bague d’inviolabilité (10) et ladite bague de transport (9).
[Revendication 9] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé ledit procédé comprend encore une phase de vernissage, de préférence une phase de vernissage extérieur et une phase de vernissage intérieur mises en œuvre après l’étape de recuit localisée.
[Revendication 10] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé ledit emballage métallique (1) est réalisé dans un alliage aluminium de la série 3000 ou 5000, par exemple un alliage aluminium 3104.
[Revendication 11] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l’opération de formage de la bague de transport (9) est choisie parmi :
- une technique de moulage, ou
- une action mécanique directe par un outil mobile, ou
- une technique de rétreint sus-jacent et sous-jacent.
[Revendication 12] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce que l’opération de formage de la bague de transport (9) comprend une phase de calibrage pour donner une forme définitive à ladite bague de transport (9).
[Revendication 13] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon la revendication 12, caractérisé en ce que la phase de calibrage consiste :
- à amener le rayon de raccordement supérieur (94) et le rayon de raccordement inférieur (93) de la bague de transport (9), en contact l’un de l’autre, ou à obtenir un rayon de raccordement supérieur (94) et un rayon de raccordement inférieur (93) de la bague de transport (9) qui sont décalés radialement l’un par rapport à l’autre, avec ledit rayon de raccordement inférieur (93) qui est avantageusement en appui contre la surface supérieure (92) de la bague de transport (9), et/ou
- à amener le rayon externe (95) de la bague de transport (9) à un rayon minimal acceptable par le matériau constitutif.
[Revendication 14] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon la revendication 13, caractérisé en ce que la phase de calibrage est effectuée en : - pinçant la déformation annulaire entre deux bagues de calibrage (30) qui sont coaxiales à l’axe longitudinal (16’) de la partie tubulaire (16), ou
- par deux molettes (31) en rotation autour de la partie tubulaire (16), avec avantageusement l’introduction dans la partie tubulaire (16) d’un mandrin de centrage (32) lors du calibrage pour assurer la concentricité des parties sus-jacente et sous-jacente de la partie tubulaire (16).
[Revendication 15] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que, au cours de l’opération de formage de la bague de transport (9), une charge axiale est exercée sur l’emballage métallique (1) pour accompagner le métal dans sa déformation et éviter les amincissements et les ruptures.
[Revendication 16] Procédé pour la fabrication d’un emballage métallique (1) en forme de bouteille, selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu’il comprend encore une étape de pose d’une capsule métallique (C) sur le col fileté (3). [Revendication 17] Emballage métallique (1) en forme de bouteille, issu d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 16.
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