FR2605911A1 - Procede et appareil pour former des pieces d'extremite de recipients - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN APPAREIL POUR FORMER UN PANNEAU D'EXTREMITE DE RECIPIENT. LE RAYON D'ENCHASSEMENT R DU PANNEAU D'EXTREMITE ET SA PAROI A MANDRINER SONT FORMES DE FACON QUE CETTE PAROI COMPORTE UNE PARTIE TANGENTE AU RAYON. CE RAYON EST ENSUITE REFORME ET REDUIT SANS RETENUE PAR UN OUTILLAGE, MAIS TANDIS QU'UNE PRESSION DE MAINTIEN EST APPLIQUEE A LA ZONE DE PAROI DROITE. A CET EFFET, L'APPAREIL COMPORTE UN NOYAU 12 DE POINCON ET UN NOYAU ANNULAIRE COMPLEMENTAIRE 63 DE MATRICE DE GEOMETRIES COMPLEMENTAIRES POUR FORMER LA PAROI A MANDRINER ET LE RAYON. DOMAINE D'APPLICATION : FABRICATION DE BOITES ET AUTRES RECIPIENTS EN DEUX OU TROIS PIECES, ETC.

Description

L'invention concerne en général la forma-

tion de panneaux d'extrémité destinés à être fixés par agrafage ou sertissage double sur des récipients à deux

ou trois pièces, et elle a trait en particulier à un pro-

cédé et un appareil perfectionnés pour former le rayon d'enchâssement et la paroi à mandriner de tels panneaux

d'extrémité, ainsi qu'au panneau'd'extrémité ainsi formé.

Des récipients ou boîtes en métal ou en une autre matière sont bien connus dans la technique, ces

récipients étant principalement utilisés pour des ali-

ments ou des boissons, mais ayant d'autres applications

pour d'autres produits.

Ces récipients sont, soit du type à deux pièces, soit du type à trois pièces mais, dans tous les cas, les éléments de fermeture des extrémités, qui sont

nécessaires pour achever les récipients, sont normale-

ment agrafés ou sertis par une opération d'agrafage ou sertissage double sur l'extrémité ou les extrémités du

récipient au moyen d'un mandrin d'agrafage ou de ser-

tissage qui porte contre une paroi tronconique.

Il devient donc nécessaire de produire un

panneau d'extrémité comportant un panneau de fond cen-

tral et un rebord périphérique d'agrafage ou de sertis-

sage convenant à une telle opération d'agrafage ou ser-

tissage double, reliés entre eux par des parois évasées ou tronconiques opposées qui sont raccordées par un rayon d'enchâssement. L'une de ces parois est destinée à porter contre le mandrin d'agrafage ou de sertissage

et est communément appelée "paroi à mandriner". Du fait.

que l'opération d'agrafage ou de sertissage est essen-

tielle à la réussite de la fermeture du récipient, il est impératif que la paroi à mandriner soit mise en

forme en douceur pendant l'opération de formage du pan-

neau d'extrémité afin d'assurer un contact approprié

avec le mandrin d'agrafage ou de sertissage.

De plus, les récipients finis de ce type

général exigent une résistance importante à la déforma-

tion, car un grand nombre des produits que les récipients contiennent sont conditionnés sous une pression pouvant s'élever à 630 kPa. Il est donc nécessaire de s'assurer que la zone du rayon est aussi petite ou faible que

possible afin d'obtenir la résistance maximale à la dé-

formation. Il serait évidemment possible d'obtenir pra-

tiquement toute résistance à la déformation en augmentant l'épaisseur du métal. Cependant, du fait que, en réalité, des milliards de ces panneaux d'extrémité sont produits

chaque année, ú1 est souhaitable, pour des raisons éco-

nomiques évidentes, de réduire autant que possible

l'épaisseur du métal.

Le problème devient donc de produire le

rayon souhaité et, par conséquent, d'obtenir la résis-

tance souhaitée à la déformation en utilisant un minimum

de matière.

Divers panneaux d'extrémité et procédés et appareils classiques pour leur formage sont décrits dans divers brevets, tels que les brevets des EtatsUnis d'Amérique N 4 587 825 et N 4 587 826, ainsi que N 4 577 774 et N 4 559 801. Par exemple, dans les deux premiers brevets cités, la paroi à mandriner et le rayon

sont formés au moyen d'un outillage de conception appro-

priée et la paroi à mandriner est raccourcie et le rayon

réduit au cours d'une opération de reprise de formage.

Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 109 599, la paroi à mandriner est raccourcie et le rayon est réduit au cours d'une opération de reprise de formage dans laquelle le rebord est saisi et forcé vers le bas pour plier ou courber la matière dans la zone du rayon afin de former le rayon d'enchâssement sans l'aide

d'un outillage quelconque.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 571 978 décrit également la formation du rayon

d'enchâssement d'une manière non retenue.

Tous ces brevets décrivent, de diverses manières, des procédés et des appareils pour améliorer la résistance à la déformation dans la zone critique et ils sont tous supposés plus ou moins efficaces pour les

buts qu'ils visent.

Par exemple, alors que le rayon de courbure de la zone d'enchâssement peut être bien réduit comme suggéré dans les brevets N 4 109 599 et N 4 571 978 précités, ce qui permet d'atteindre l'un des objectifs,

un plissement de la zone de la paroi risque de se pro-

duire du fait de l'absence de maintien.

Il est donc apparu possible de satisfaire

au mieux et de façon optimale les exigences par le pro-

cédé et l'appareil de l'invention.

Ces objectifs sont d'apporter la résistance

optimale à la déformation avec l'utilisation d'un mini-

mum de matière, tout en conservant le caractère lisse de

la paroi à mandriner et la concentricité du rayon d'en-

châssement. Il est apparu que les objectifs mentionnés ci-dessus peuvent être atteints par la mise en oeuvre d'un procédé pour former un panneau d'extrémité de paroi,

dans lequel le panneau central de fond est formé au préa-

lable et le rayon d'enchâssement est formé au préalable par un poinçon portant un nez arrondi, après quoi la pièce d'extrémité est reformée pour réduire le rayon, tandis que la pression est maintenue contre la zone de la paroi à mandriner au cours de cette opération afin

d'éviter la formation de plis.

Il est apparu que ce procédé est encore amé-

lioré si la paroi à mandriner est initialement formée de façon à comporter une partie ou zone conique, menant du 26059 1i1 rebord vers le panneau central et raccordée à,et se prolongeant par,une partie de paroi verticale tangente

au rayon.

Dans la reprise de formage, au moins une partie de la zone de paroi droite est alors retenue, car la pression est maintenue contre cette paroi et la paroi intérieure du noyau annulaire de matrice, de sorte que la paroi à mandriner ne subit aucune altération après son formaze initial, ce qui assure l'absence de plis sur cette paroi. De la même manière, en formant l'enchâssement de cette façon, on peut réduire le rayon quand bien même une partie de l'opération de formage

est exécutée à l'aide d'un outillage.

En outre, il est apparu que la présence du court segment droit ou vertical sur la zone de paroi

accroît encore la résistance à la déformation.

Il est apparu que ce procédé peut être mis en oeuvre par l'utilisation d'un poinçon comportant un nez de rayon agrandi,,une'paroi extérieure droite et une paroi conique afin que cette configuration puisse être formée initialement dans la paroi à mandriner et dans la zone rayonnée du panneau d'extrémité, après quoi, lorsque le poinçon est rétracté, la zone de paroi droite du poinçon sert à maintenir la zone de paroi droite du panneau d'extrémité préalablement formé contre la zone de paroi droite du noyau annulaire de matrice, protégeant ainsi la paroi à mandriner ellemême de tout pliage, mais

permettant de réduire le rayon d'enchâssement.

Par conséquent, l'objet principal de l'in-

vention devient la réalisation d'un procédé et d'un

appareil perfectionnés pour former des panneaux d'extré-

mité du type décrit ci-dessus, de même que le panneau

d'extrémité ainsi formé.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels:

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la figure 1 est une élévation avec coupe

montrant l'ensemble global des divers éléments d'outil-

lage de l'invention; et

les figures 2 à 6 sont des élévations schéma-

tiques, avec coupe partielle, montrant les diverses posi-

tions de l'appareil au cours de divers stades de l'opé-

ration de formage.

On notera d'abord que l'appareil et le pro-

cédé de l'invention sont destinés principalement à être utilisés avec une presse à double action comportant des coulisseaux intérieur et extérieur pouvant être déplacés

et commandés indépendamment l'un par rapport à l'autre.

Une presse de ce type ne sera pas décrite en détail, car de telles presses sont bien connues, par exemple celles décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique

N 3 902 347.

En référence à présent et tout d'abord à la figure 1 pour revoir de façon générale divers éléments d'outillage, on notera qu'un porte-noyau de poinçon 11 est fixé au coulisseau intérieur 10 par une ou plusieurs vis 11a. Un noyau 12 de poinçon est fixé à l'extrémité distale de la colonne ou du porte-noyau de poinçon 11

à l'aide d'une vis de réglage 12a.

En référence aux autres figures des dessins et en particulier aux figures 4A à 5E qui sont à échelle agrandie par rapport à la figure 1, on peut examiner de

façon plus détaillée le noyau 12 de poinçon.

On voit donc que le noyau 12 de poinçon com-

porte une zone annulaire 12b de nez rayonné faisant saillie de sa surface inférieure. Le noyau de poinçon comporte également une paroi latérale conique 12c qui s'étend vers le bas à partir d'une paroi latérale droite de ce noyau vers la zone rayonnée 12b et qui aboutit dans une zone de paroi droite 12d qui est tangente à la zone

rayonnée 12b. L'importance de cette géométrie sera sou-

lignée ci-dessous.

En référence de nouveau à la figure 1, on notera que le coulisseau extérieur 20 porte une douille 21 de poinçon qui est fixée par un organe 22 de retenue

et une ou plusieurs vis convenables 22a.

- Un premier manchon 23 de pression est disposé radialement vers l'intérieur par rapport à la douille 12

de poinçon et un ou plusieurs pistons 24 et 25 sont dis-

posés au-dessus de ce manchon et agissent sur lui sous l'effet de la pression d'un fluide, un premier manchon 23 de pression exécutant un mouvement alternatif par

rapport au coulisseau 20.

L'embase 60 de la presse est disposée en face des coulisseaux intérieur et extérieur 10 et 20 et porte un couteau 61 qui lui est fixé par une ou plusieurs vis

61a.

Un second manchon 62 de pression, disposé radialement vers l'intérieur du couteau 61, est supporté par fluide sur l'embase 60 en opposition à la douille 21

de poinçon.

Un noyau annulaire 63 de matrice, se trouvant encore plus radialement vers l'intérieur, est supporté

fixement par l'embase 60 et un piston éjecteur 64,-en-

core plus à l'intérieur, est supporté par fluide sur l'embase. Le noyau annulaire 63 de matrice est opposé au premier manchon 23 de pression, tandis que le piston

éjecteur 64 est opposé au nez rayonné 126 du poinçon 12.

Le noyau annulaire 63 de matrice présente également une géométrie particulière ainsi qu'on peut

mieux le voir sur les figures 4A à 5E. Ainsi, l'extré-

mité supérieure comporte un nez rayonné 63a qui mène à

une paroi 63b inclinée vers le bas et vers l'intérieur.

La paroi 63b aboutit à une paroi droite 63c. Cette géo-

métrie permet au noyau annulaire 63 de matrice de coopé-

rer avec le poinçon 12 comme décrit ci-dessous.

Un noyau 65 de matrice complète la zone de l'outillage par la base 60, ce noyau de matrice étant

mobile par rapport à la base 60 au moyen du piston 65a.

En référence à présent aux figures 2 à 6 pour

la description du fonctionnement de l'appareil et du pro-

cédé de l'invention, on voit sur la figure 2 que la.

matière M a été introduite dans la presse, soit sous forme de feuille, soit à partir d'un rouleau de matière,

et est interposée entre les coulisseaux intérieur et ex-

térieur 10 et 20 dans l'embase 60.

Sur la figure 2, on voit que la douille 21 de poinçon et le premier manchon 23 de pression ont été

descendus comme indiqué par les flèches de façon à por-

ter contre la surface supérieure du métal M, la face in-

férieure étant supportée par le bord supérieur du second manchon 62 de pression et par le noyau annulaire 63 de matrice. La poursuite du mouvement de l'outillage amine le flan de matière M contre le couteau 61 et fait frotter son bord périphérique autour de la périphérie du haut du noyau annulaire 63 de matrice afin de former ce qui peut être appelé un embouti retourné ou inversé,

comme illustré sur la figure 3.

On notera également ici que la douille 21 de poinçon a été avancée jusqu'à ce qu'elle entre juste

en contact avec la surface supérieure de la paroi cen-

trale de l'embouti inversé ainsi formé. On notera en outre que la douille 21 de poinçon a vaincu la pression du fluide supportant le second manchon de pression 62, mais que le noyau annulaire 63 de matrice est fixe et

reste en place.

Le résultat de la poursuite du mouvement de l'outillage peut être vu sur la figure 4, sur laquelle la douille 21 de poinçon a continué sa descente dans le sens des flèches et a fait descendre à force le noyau 65 de matrice. A ce stade, la partie centrale C du panneau d'extrémité a été mise en forme de façon préalable, de

même que le rayon d'enchâssement R du panneau, par l'en-

trée en prise du nez annulaire 12b du poinçon 12 avec la matière. La figure 4A montre également cet agencement. Ainsi, sur la figure 4A, on peut voir que la paroi conique 12c du noyau 12 de poinçon a formé la

paroi à mandriner CW en coopération avec la paroi coni-

que 63b du noyau annulaire fixe 63 de matrice. Il con-

vient également de noter, en ce point, que le premier

manchon 23 de pression maintient, et a maintenu, la ma-

tière contre le sommet du noyau annulaire 63 de matrice afin de maîtriser le métal pendant cette opération de

mise en forme, ce qui donne une paroi de dimensions pré-

cises, sans pli. Il convient également de noter, en ce point, que la paroi à mandriner CW est essentiellement dans sa configuration finale à ce stade et qu'elle ne changera pas ni ne sera affectée par les opérations suivantes. De plus, la zone de paroi droite 12d du noyau de poinçon 12 et la zone de paroi droite 63c du noyau de matrice 63 ont formé la partie de paroi

droite CW1 sur le panneau d'extrémité.

En référence encore à la figure 4A, on no-

tera que le nez rayonné 12b du noyau 12 de poinçon a

formé le rayon R. En pratique, ce rayon est surdimen-

sionné en ce point. Par exemple, dans une application habituelle, à ce stade, le rayon est de 0,76 mm. On notera également que le panneau central CP a été formé

de façon préalable en ce point.

En référence à présent à la figure 5, on notera d'abord que les figures 5A à 5E représentent, à échelle agrandie, les diverses positions de l'outillage pendant l'établissement final du rayon R. En outre, la position illustrée sur la figure 5, dans la phase de la

séquence d'opérations des figures, correspond globale-

ment à la disposition de l'ensemble principal montré

sur la figure 1.

Dans tous les cas, on notera qu'à partir de la figure 4A, la zone de paroi verticale 12d du-noyau de

poinçon 12 est en contact avec une zone de paroi verti-

cale CW1 du panneau d'extrémité et la maintient contre

la paroi verticale 63c du noyau annulaire 63 de matrice.

En ce point, le coulisseau intérieur 10 com-

mence à être tiré à l'écart de l'embase 60, entraînant avec lui, évidemment, le noyau de poinçon 12. Il est suivi dans sa montée par le noyau 65 de matrice, comme illustré clairement par les flèches sur la figure 5A, par exemple. Le nez 12b du poinçon commence également

à se retirer du rayon R du panneau d'extrémité. Cepen-

dant, sur au moins une partie de cette course, la pres-

sion de maintien dans le sens de la flèche 200 est main-

tenue entre la paroi verticale 12d du noyau de poinçon 12 et la paroi verticale 63a du noyau annulaire 63 de matrice. Ceci assure que la paroi à mandriner CW n'est pas affectée par le mouvement de l'outillage au cours

de cette phase d'opération.

En fait, ce qui se produit alors est que le métal est tiré verticalement dans la direction de la flèche 100 de façon à refermer le rayon R du panneau

d'extrémité, car le nez rayonné 12b du noyau 12 de poin-

çon s'est écarté en montant de la surface intérieure

du rayon R du panneau d'extrémité. Ceci permet la réduc-

tion du rayon, dans un cas habituel, à 0,51 mm. On doit cependant noter ici que grâce à la force de maintien sur les surfaces de paroi verticale, la position de la zone

rayonnée R, par rapport à l'ensemble du panneau d'extré-

mité, n'est pas modifiée, améliorant ainsi la concen-

- tricité du rayon d'enchâssement, ce qui est d'une impor-

tance considérable dans l'opération finale de double

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agrafage ou sertissage lorsque le récipient proprement

dit est assemblé.

On doit également noter qu'il est apparu que le rayon du nez 12b est avantageusement maintenu à trois fois l'épaisseur du métal ou moins afin d'assurer l'ob- tention d'un rayon réel R pendant l'opération de reprise

de formage.

La figure 6 montre évidemment la position de

dégagement dans laquelle la totalité de l'outillage por-

tée par les coulisseaux intérieurs 10 et 20 a été élevée et écartée de l'embase 60 et l'anneau 64 d'éjection a été élevé par la pression de son fluide de support pour

dégager le panneau d'extrémité fini.

On notera cependant aussi que le panneau d'extrémité fini conserve une paroi verticale mince CW2

car sa résistance'à la traction a été augmentée par com-

pression. Le résultat de l'utilisation du procédé et

de l'appareil venant d'être décrits est un panneau d'ex-

trémité perfectionné pour au moins trois raisons.

Premièrement, la paroi à mandriner est for-

mée de façon positive par un outillage. Ceci-rend pos-

sible d'éviter la formation de plis dans cette zone et améliore donc la prise finale de cette paroi par le

mandrin d'agrafage ou de sertissage.

Deuxièmement, la zone du rayon d'enchâsse-

ment est resserrée au rayon souhaitable sans étirage de matière autour d'un faible rayon d'outillage et sans affecter aucunement la paroi à mandriner, et il est maintenu dans une concentricité précise principalement

grâce au fait que la force de maintien pendant l'opéra-

tion de resserrement s'exerce dans la zone de paroi droite.

Troisièmement, le panneau d'extrémité résul-

tant comprend, en plus de la paroi normale à mandriner 1 1 et du rayon d'enchâssement, une courte zone de paroi droite CW1 qui apporte une meilleure résistance à la déformation. Tout ceci est obtenu sans l'amincissement normal qui se produit lorsque le rayon serré est tiré autour d'un outillage et est également obtenu sans la formation de plis dans la zone de la paroi à mandriner, laquelle formation de plis se produit lorsque la zone du rayon est resserrée sans aucune retenue. On notera cependant que la paroi CW2 est maîtrisée avec précision en ce qui concerne l'épaisseur et qu'elle peut même être

amincie si cela est souhaité.

Il va de soi que de nombreuses modifications

peuvent être apportées au procédé et à l'appareil dé-

crits et représentés sans sortir du cadre de l'inven-

tion.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour former une pièce d'extrémité..

de récipient à partir d'un flan de matière, comprenant les étapes qui consistent: A) à former initialement une pièce d'extré-

mité ayant un panneau central (C) et un rebord périphé-

rique reliés entre eux par un rayon d'enchâssement (R)

adjacent au panneau central et une paroi conique à man-

driner (CW) menant dudit rebord à la zone rayonnée, la-

dite paroi présentant une conicité orientée vers le pan-

neau central sur une partie de sa longueur et aboutis-

sant à un segment vertical (CW1) adjacent à la zone rayonnée; et

B) à reformer la pièce d'extrémité initia-

lement formée pour réduire le rayon tout en maintenant au moins une partie (CW2) dudit segment vertical dans

un état vertical.

2. Procédé selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que ladite étape de formage initial com-

prend le formage de la zone rayonnée à l'aide d'un poin-

çon (12) ayant un nez annulaire (12b) de rayon supérieur

au rayon réduit produit par l'étape de reformage.

3. Procédé selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'une pression de maintien est maintenue contre au moins une partie du segment vertical de la paroi pendant

au moins une partie dudit reformage.

4. Pièce d'extrémité de récipient, caracté-

risée en ce qu'elle comporte: A) un panneau central de fond (CP); B) un rebord de sertissage ou d'agrafage situé radialement à l'extérieur du panneau de fond et s'étendant dans un plan décalé du plan de ce panneau; C) une première paroi (CW) s'étendant vers l'intérieur à partir du rebord et sous un certain angle vers le panneau de fond; D) une seconde paroi s'étendant à,partir de la périphérie du panneau de fond; E) un rayon d'enchâssement (R) reliant entre elles les première et seconde parois; F) une partie de paroi verticale (CW2) dans

ladite première paroi.

5. Appareil pour former une pièce d'extrémité de récipient à partir d'un flan de matière, caractérisé en ce qu'il comporte: A) une embase (60);

B) un noyau de matrice (65) porté par l'em-

base afin de pouvoir se déplacer par rapport à elle; C) un noyau annulaire (63) de matrice porté par l'embase concentriquement au noyau de matrice;

D) un noyau de poinçon (12) disposé en oppo-

sition au noyau de matrice et pouvant s'en rapprocher et s'en éloigner;

E) un premier manchon de pression (23) oppo-

sé au noyau annulaire de matrice et pouvant s'en rappro-

cher et s'en éloigner; F) le noyau annulaire de matrice (63) étant espacé radialement du noyau de matrice (65); et G) le noyau de poinçon (12) comportant un nez annulaire (12b) en saillie pouvant pénétrer dans l'espace compris entre le noyau de matrice et le noyau annulaire de matrice pour former au préalable une zone

rayonnée (R) dans le flan de matière.

6. Appareil selon la revendication 5, carac-

térisé en ce que le noyau annulaire de matrice (63) pré-

sente des extrémités supérieure et inférieure; le noyau de poinçon présente une extrémité inférieure en saillie;

et une première surface de paroi (63c) de ladite extré-

mité supérieure du noyau annulaire de matrice et la pa-

roi périphérique extérieure (12d) de l'extrémité infé-

rieure du noyau de poinçon sont de configurations com-

plémentaires.

7. Appareil selon la revendication 6, carac-

térisé en ce que ladite première surface de paroi (63b) du noyau annulaire de matrice (63) présente une conicité orientée vers le bas et vers l'intérieur sur une partie de sa longueur et aboutit dans une partie de paroi droite (63c); et ladite paroi périphérique (12c) du noyau de poinçon présente une conicité orientée vers le bas et vers l'intérieur et aboutit dans une partie de paroi

droite (12d).