WO1993022079A1 - Dispositif pour l'etirage de boites metalliques ou metalloplastiques - Google Patents

Dispositif pour l'etirage de boites metalliques ou metalloplastiques Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'étirage de boîtes métalliques ou métalloplastiques, notamment en Al ou ses alliages. Le dispositif selon l'invention comporte une enceinte (1) où circule un lubrifiant (9) muni d'une ouverture d'entrée (2) et d'un orifice de sortie (12) placé à l'amont d'au moins l'une des filières d'étirage (3, 3A, 3B, 3C) caractérisé en ce que, dans chacune des enceintes (1), on ménage immédiatement à l'amont de la filière une préchambre (10) annulaire cylindro-conique, longue et étroite, adjacente à la surface externe (14) de la boîte (16) en cours d'étirage. La longueur (lo) de la préchambre (10) est de préférence comprise entre 3 et 50 mm et son épaisseur (jo) comprise entre 25 et 200 νm. Ce dispositif permet une extraction aisée de la boîte formée, ainsi que l'étirage des alliages de la série 5000, et l'obtention d'épaisseurs de parois plus faibles.

Description

DISPOSITIF POUR L'ETIRAGE DE BOITES METALLIQUES OU METALLOPLASTIQUES
L'invention concerne un dispositif pour l'étirage de boîtes métalliques o étalloplastiques.
*
Lors du formage de boîtes métalliques ou métalloplastiques pa 5 emboutissage -(réemboutissage)- étirage, on rencontre deux types d difficultés.
La première est que les alliages d'Al contenant du Mg (série 5000 selo les désignations de l'Aluminum Association) ont une tendance à grippe 10 ("galling" en anglais) sur les outillages de formage, en particulier su les bagues ou filières d'étirage. Il est donc pratiquement impossible d former des boîtes avec un métal nu; on a donc recours, soit à de traitements de surface spécifique (voir FR-A-2627189), soit à u revêtement en matière plastique interne et/ou externe.
15
La première solution est relativement complexe et onéreuse; quant à l seconde, elle présente une autre difficulté, qui est l'apparition d défaut dénommé "roll-back" en langue anglaise, dont la fréquence es d'autant plus importante que le rapport hauteur (H) sur diamètre (D) es
20 élevé et/ou l'épaisseur de paroi latérale (e) est plus faible.
Ce défaut se produit lors de l'extraction du récipient étiré sur l poinçon, par l'extracteur, et se présente sous la forme d'un plissage e accordéon du corps du récipient ou par un roulage de son bord libre o
25 encore, dans les cas les plus graves, par des déchirures longitudinales d corps du récipient et roulage des languettes intermédiaires en forme d "pétales"; il résulte d'un effet de frettage et/ou d'adhérence du corps d récipient sur le poinçon lors de l'étirage. Ce défaut est encore plu accentué dans le cas d'étirage de récipients revêtus intérieurement d'un
30 matière organique telle qu'une matière plastique, laquelle présente u retour élastique qui accentue le frettage.
On a essayé de remédier à ce défaut de diverses manières, cependant le résultats obtenus restent insuffisants et/ou aléatoires : - en augmentant la lubrification à l ' interface récipient/poinçon ou récipient/fil ière par tout moyen connu. Cependant, cette solution présente les l imitations suivantes :
. elle ne permet pas d'obtenir des taux de réduction d'épaisseurs élevés donc l imitation du rapport (r) d' étirage (par exemple jusqu ' à une valeur maximale r= (E-e)/Exl00 =20 avec e < 0,15 mm pour des boîtes aluminium) et de la valeur de H/D obtenue; . côté fi lière, l a lubrification amél iorée entraîne une surface étirée extérieure rugueuse d 'aspect mat, plutôt que l isse et bril l ante, alors que ce dernier état de surface est le pl us souvent recherché
- en utilisant un poinçon en métal dur (carbure de W) au lieu d' un poi nçon en acier (modul e él astique : 500 GPa au l ieu de 200 GPa)
- en utilisant un poinçon creux déformable, sous haute pression hydraulique lors de l'étirage et en supprimant la pression avant extraction du récipient. Cependant cette solution est mécaniquement complexe, difficile à mettre en oeuvre et coûteuse
- en assistant l'extraction par pression d'un fluide, de préférence liquide, à travers le poinçon; cependant cette pression est limitée par la tenue du fond et s'avère souvent insuffisante pour une extraction correcte.
La demanderesse consciente de ces difficultés a cherché à remédier aux inconvénients reportés ci-dessus et a apporté une solution unique aux deux problèmes mentionnés.
Nous rappelons pour mémoire qu'une machine d'étirage de récipients se compose essentiellement de plusieurs filières coaxiales de diamètres décroissants et d'un poinçon axial, généralement cylindrique, ce dernier poussant successivement l'ébauche à travers les filières dans lesquelles sa paroi latérale est amincie et étirée (allongée); sur les machines industrielles courantes, ces filières sont généralement au nombre de 3.
Le dispositif selon l'invention est donc constitué d'au moins une enceinte placée à l'amont d'au moins l'une des filières d'étirage, de faço semi-étanche, munie d'une ouverture d'arrivée du lubrifiant et d'un ouverture d'évacuation.
La caractéristique principale de l'invention est que, dans chaqu enceinte, on ménage immédiatement à l'amont de la filière correspondante, une prëcha bre annulaire cylindro-conique longue et étroite, adjacente la surface externe de la boîte en cours d'étirage. Cette prëchambre peu être délimitée extérieurement par la filière elle-même ou par un mancho rapporté; elle est constituée d'une partie annulaire cylindriqu éventuelle, prolongée, du côté de la filière, par une partie conique d raccordement.
Si lo est la longueur totale de la préchambre, à l'exclusion du rayon de raccordement amont, et jo son épaisseur cylindrique, on doit avoir de préférence :
251 jo S 200 nm 3 i lo 1 50 mm
De façon surprenante, et dans le cas de l'étirage d'un récipient métalloplastique, avec ce dispositif placé sur la dernière filière d'étirage, le récipient étiré peut être extrait de façon aisée du poinçon. Dans ce cas, cet outillage peut être utilisé de diverses manières :
- Il peut être utilisé sur la dernière filière d'étirage, celle-ci imposant soit une réduction d'épaisseur notable comprise entre 20 et 45%, soit une faible réduction de l'épaisseur (skin-pass) avec : 1 i r% < 10.
- on peut aussi combiner les deux utilisations et placer un dispositif su la dernière et Tavant-dernière filière d'étirage qui sont alor contiguës, la dernière filière assurant le skin-pass
- il peut être aussi utilisé sur plusieurs filières successives.
Dans le cas de l'étirage des alliages d'Al de la série 5000, le dispositi selon l'invention doit être placé sur toutes les filières d'étirage. Il a été observé que si :
- jo < 25 nm et lo < 3 mm, le phénomène de grippage apparaît sur les alliages de la série 5000 nus, et qu'il est impossible d'extraire les récipients métallopl astiques étirés.
- jo > 200 »m, les surfaces externes du récipient étire sont mates, ce qui est exclus.
- si lo > 50 mm, l'efficacité n'est pas améliorée alors que cela conduit à des outillages plus chers, et surtout à un problème d'encombrement stërique dans les installations d'étirage existantes.
Le dispositif selon l'invention sera mieux compris à l'aide des exemples suivants illustrés par les figures suivantes :
- la figure 1 représente une vue en coupe axiale du dispositif, pour l'étirage d'une boîte métallopl astique
- la figure 2 donne les résultats de l'exemple 1
- la figure 3 représente une vue en coupe du montage utilisé pour l'étirage des alliages d'Al de la série 5000 (exemple 3)
- la figure 4 représente une vue en coupe de la filière et du porte-filière de la fig. 3
- la figure 5 représente une vue de côté de la fig. 4
- la figure 6 représente en vue agrandie le détail A de la fig. 4.
EXEMPLE 1
Le dispositif comporte donc une enceinte 1 munie d'une ouverture 2 d'introduction du lubrifiant 9, fixée à l'amont de la filière d'étirage 3 par des vis 4 (non représentées); elle est munie d'une ouverture d'évacuation 12. Cette chambre est fermée à l'amont par une paroi 13 et contient un manchon 5 qui délimite avec la surface extérieure 14 du récipient 6 en cours d'étirage, situé sur le poinçon 7, un espace annulaire 10 d'épaisseur j et de longueur 1 ; le repère 11 schématise l'extracteur. Le dispositif est complété par exemple par un joint torique 8 situé entre l'enceinte 1 et la paroi 14 du récipient 6. La paroi 13 peut être remplacée par la bague de guidage (non représentée) située après la filière amont, et qui présente un jeu positif par rapport à la surface externe du corps de boîte de quelques centièmes de mm.
Le dispositif ci-dessus a été utilisé dans les conditions suivantes su une machine comportant 3 filières d'étirage, ce dispositif étant monté l'amont de la troisième filière.
Le poinçon est en carbure de tungstène de rugosité Ra= 0,10 μm; l récipient à étirer est un récipient à paroi composite formée d'aluminiu 3004 à l'extérieur (épaisseur initiale: 0,335 mm) revêtu de PP l'intérieur (épaisseur initiale 0,040 mm) soit épaisseur totale 0,375 mm Le lubrifiant utilisé est de l'eau déminéralisée additionnée de 0,05% d'u produit tensioactif : F0RAFAC 1110 (Sté AT0CHEM) et dont le débit est d 0,17 1/sec.
Le taux d'étirage était de 30,6% sur la première filière, de 28,8% sur l seconde et variable sur la troisième.
Les valeurs jo et lo ont été fixées à 20 »m et 50 mm respectivement. Vitesse du poinçon : 1350 m/sec. Des essais comparatifs ont été effectués dans les mêmes conditions sau que le manchon 5 avait été éliminé.
Les résultats comparatifs du nombre de boîtes (N) extraites sans dommag sur une série de 10 essais est donné à la figure 2 pour la technique selo l'invention (1) et suivant l'art antérieur (2) en fonction du tau d'étirage de la 3ème filière (r%). On constate que la proportion de boîte correctement extraites a plus que doublé par rapport à l'art antérieur.
EXEMPLE 2
Des essais analogues à ceux effectués ci-dessus ont été repris e utilisant un seul dispositif selon l'invention sur une quatrième filièr d'étirage, laquelle imposait une réduction d'épaisseur de 7,5% (skin-pas de 10 »m). Les taux d'étirage successifs étaient donc les suivants 30,6%; 28,8%; 30%; 7,5%. Toutes les boîtes peuvent être extraites san difficultés avec une vitesse de poinçon de 1350 ou de 2250 m/sec. EXEMPLE 3
Cet essai est relatif à l'étirage de boîtes en 5182.
Le dispositif utilisé reporté à la figure 3 comporte 3 filières d'étirag 3A, 3B, 3C en carbure de tungstène supportées par les porte-filières 30A
30B, 30C et séparées par des entretoises 31, 32, 33 de longueur croissantes; en cours d'étirage, la boîte est toujours en prise avec filières successives.
Chaque entretoise comporte une arrivée 2 de lubrifiant 9 et un départ d lubrifiant (non représenté) 12. Le poinçon 7 est représenté en pointillé.
Le porte-filière 31 (ou 32 ou 33) comporte une couronne de distribution 3 du lubrifiant et des canaux de distribution 36, disposés sensiblemen tangentiel1ement à l'ouverture 37 de la filière 3A.
La préchambre annulaire, objet de l'invention, utilisée pour cet essai une longueur cylindrique de 12 mm (fig. ) et une épaisseur jo (fig.6) d
85 »m (pour 3A), 112 un- (pour 3B) et 120 ι»m (pour 3C).
Les essais d'étirage ont été effectués sur du métal 5182 à l'état H19 épaisseur 0,3 mm dont la composition chimique était la suivante (e poids %) :
Figure imgf000008_0001
et les caractéristiques mécaniques de traction les suivantes
Rm= 390 MPa R0,2= 328 MPa A= 9,8%
Le diamètre du poinçon était de 65,760 mm et le diamètre des filière respectivement 66,290 mm (3A); 66,137 mm (3B) et 65,979 mm (30. Le débit de lubrifiant constitué d'eau additionnée de NALCO XL 174 à 3% e vol. (de la Stë NALCO) à la température de 40° C est de 96 litres/mi répartis en 321/min sur la 1ère filière, 321/min sur la 2ëme filière e 321/min sur la 3ème filière. La cadence de frappe était de 280 coups/min sur un "body maker" CMB typ B4.
Des essais comparatifs ont été effectués dans les mêmes conditions, sau que les filières classiques utilisées ne comportaient pas de zon annulaire cylindrique, mais un cône d'entrée à 8° (| angle au sommet) te que 60 (fig.6).
Dans ces conditions, il a été possible d'étirer avec le dispositif selo l'invention décrit ci-dessus, plus de 20 000 boîtes en 3 jours (avec arrêts intermédiaires) sans grippage, alors qu'il n'est pas possibl d'étirer des boîtes en 5182 avec les filières classiques.
Le dispositif suivant l'invention présente l'avantage de pouvoir êtr aisément monté sur les machines d'étirage existantes, leur donnant l possibilité :
- soit d'obtenir des récipients avec des rapports H/D plus élevés et/o des épaisseurs e plus faibles
- soit l'utilisation de matériaux plus résistants et à paroi plus mince c qui conduit à une économie de matière première
- soit l'étirage des alliages Al-Mg tel que le 5182, réputés non étirable sur métal nu.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif permettant l ' étirage de boîtes métal l iques ou métal lopl astiques comportant une enceinte (1 ) où circul e un lubrifi ant (9) muni d' une ouverture d'entrée (2) et d'un orifice de sortie (12) pl acé à l ' amont d'au moins l 'une des fi lières d' étirage (3,3A,3B,3C) caractérisé en ce que, dans chacune des enceintes ( 1 ) on ménage immédiatement à l ' amont de la fi lière une prëchambre (10) annul aire cylîndro-conique, longue et étroite, adjacente à l a surface externe (14) de la boîte (6) en cours d'étirage.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractéri sé en ce que l a longueur lo de l a prëchambre (10) est comprise entre 3 et 50 mm et son épaisseur jo est compri se entre 25 et 200 »m.
3. Dispositif selon T une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la prëchambre (10) est dél imitée extérieurement par la fi l ière
(3,3A,3B,3C) .
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la prëchambre est uniquement conique.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la préchambre (10) est délimitée extérieurement par un manchon rapporté (5).
6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'enceinte (1) est fermée par une paroi (13), munie d'un joint (8) qui s'appuie sur la surface extérieure (14) du récipient (6).
7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que la paroi amont (13) de l'enceinte (1) est constituée par la bague de guidage de la filière précédente.
8. Méthode d'étirage à l'aide du dispositif selon Tune des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que le lubrifiant (9) est essentiellement aqueux.
9. Méthode d'étirage à l'aide du dispositif selon Tune des revendicatio 1 à 7 caractérisée en ce que celui-ci est placé sur la dernière filiè d'étirage (30 où le récipient métalloplastique subit une réducti d'épaisseur r comprise entre 20 et 45%.
10. Méthode d'étirage à l'aide du dispositif selon Tune quelconque d revendications 1 à 7 caractérisée en ce que celui-ci est placé sur l dernière filière d'étirage où le récipient métalloplastique subit u réduction d'épaisseur r comprise entre 1 et 10%.
11.Méthode d'étirage à l'aide du dispositif selon Tune des revendication 1 à 7, dans laquelle Tavant-dernier étirage est compris entre 20 e 45% et le dernier étirage est compris entre 1 et 10%.
12.Méthode d'étirage à l'aide d'un dispositif selon Tune d revendications 1 à 7 caractérisée en ce que l'avant dernière filière la dernière filière sont contiguës.
13. Méthode d' étirage à l ' aide du di spositif selon T une des revendicatio 1 à 5, caractéri sée en ce que le récipient (6) est un al l i age d 'Al d l a série 5000 et en ce que le di spositif est pl acé sur toutes l fil ières (3A,3B,3C) .
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