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La présente invention a pour objet un
procédé et un dispositif de formage d'une partie en
relief sur un flan de tôle, par exemple d'un rivet
d'un couvercle dit à ouverture facile pour boîtes
métalliques ou récipients divers.
La présente invention a également pour objet
un produit comportant une partie en relief obtenue par
le procédé selon l'invention.
Les procédés de formage d'une partie en
relief sur un flan de tôle, utilisés jusqu'à présent,
consistent à réaliser une succession d'opérations
d'emboutissage à l'aide de plusieurs jeux de matrice
et poinçon afin de former progressivement des ébauches
jusqu'à l'obtention finale de ladite partie en relief.
Sur la figure 1 ci-jointe, on a représenté
schématiquement les différentes étapes d'un procédé de
formage classique.
Tout d'abord, on place un flan de tôle 1
plan dans un premier jeu de matrice 2 et poinçon 3 de
fason à réaliser, par rapprochement de ladite matrice
2 et dudit poinçon 3, une expansion dudit flan de tôle
sur une zone localisée en formant une première ébauche
1a en forme de bulle (Fig. 1a).
Ensuite, cette première ébauche 1a est
placée dans un second jeu de matrice 4 et poinSon 5
(Fig. 1b) pour réaliser un premier rétreint formant
une deuxième ébauche 1b, puis cette deuxième ébauche
1b ainsi formée est placée dans un troisième jeu de
matrice 6 et poinçon 7 (Fig. 1c) pour réaliser un
second rétreint formant une troisième ébauche 1c, et
cette troisième ébauche 1c est enfin placée dans un
quatrième jeu de matrice 8 et poinçon 9 (Fig. 1d) afin
d'obtenir la partie en relief finale 1d, ledit poinçon
9 possédant des dimensions sènsiblement équivalentes à
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ladite partie en relief.
on voit donc que ce procédé connu nécessite
quatre phases successives ce qui multiplie les opéra-
tions de manipulation et de transfert des flans de
tôle entre chaque phase et augmente ainsi le prix de
revient du produit fini.
De plus, avec ce procédé connu, il se crée,
au cours des différentes phases de formage, un amin-
cissement localisé du métal, plus particulièrement au
sommet de la partie en relief, qui peut se traduire,
après formage, par une rupture du métal notamment dans
le cas d'un martelage de ladite partie en relief pour
le rivetage d'un anneau d'arrachement d'un couvercle à
ouverture facile.
Cet amincissement est dû à une concentration
des déformations sur une zone limitée du flan de tôle
au cours des phases successives de formage.
Compte-tenu de cet inconvénient, le procédé
utilisé jusqu'à présent ne permet pas l'emploi de
matériaux de faibles épaisseurs et plus particulière-
ment de fers minces et fortement écrouis.
- En effet, les fers minces, qui sont généra-
lement très écrouis, se caractérisent par leur raideur
et leur faible aptitude à se déformer si bien que le
formage en expansion s'avère très difficile à
réaliser, car le métal à la périphérie de la partie en
relief ne participe pas aux déformations, et il se
crée généralement une rupture du métal au sommet de
ladite partie en relief.
Or, on sait que l'emploi de fers minces et
fortement écrouis, par exemple dans le cas des
couvercles à ouverture facile, offre de nombreux
avantages qui sont notamment une épaisseur plus faible
des couvercles et donc un gain de poids, une
~Q~95~
diminution des efforts d'ouverture et une amélioration
de la faisabilité des lignes de moindre résistance sur
le couvercle.
Il a déjà été proposé de résoudre ce problème en
réalisant, dans la zone entourant le rivet, une moulure
annulaire en forme d'ondulation de manière à étirer le
métal dans cette zone, pour rendre du métal disponible
pour la formation ultérieure du rivet. Toutefois ce
10 procéde ne peut s'appliquer à des fers très minces et
fortement écrouis car l'ondulation formée de part et
d'autre du plan du flan ne suffit pas pour créer la
surface supplémentaire nécessaire au formage du rivet,
et si on accentue l'amplitude de l'ondulation pour
75 tendre à l'obtention de cette surface, on risque une
rupture du flan par étirage excessif localisé vers les
sommets de l'ondulation. De plus, l'ondulation ainsi
formée de part et d'autre du plan du flan ne peut être
correctement remise en forme lors de l'opération de
20 formage définitif du rivet sans risque d'étirage
supplémentaire du fer déjà écroui à la limite de la
rupture.
La présente invention a notamment pour but de
remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de
25 formage d'une partie en relief sur un flan de tôle à
l'aide d'une matrice et d'un poinçon, procédé dans
lequel on effectue sur au moins une zone localisée du
flan de tôle, de dimension supérieure à celle de ladite
partie en relief, une opération de préformage, puis on
effectue une opération de conformation en formant
ladite partie en relief, caracterise en ce que:
- au cours de l'operation de preformage, on
realise progressivement, sur une zone intermédiaire de
ladite zone localisée et située entre la future partie
"d
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haute de ladite partie en relief et la périphérie de
ladite zone localisée une succession d'ondulations en
gradins,
- et au cours de l'opération de conforma-
tion, on déplie progressivement les ondulations engradins de ladite zone intermédiaire et simultanément
on forme ladite partie en relief.
Selon une autre caractéristique, la surface
de la zone localisée préformée est sensiblement
équivalente à celle de ladite zone localisée après
formage définitif.
La présente invention a également pour objet
un dispositif de formage d'une partie en relief sur un
flan de tôle comportant une matrice et un poinçon,
caractérisé en ce qu'il comprend un jeu de matrice et
poinSon de préformage munis chacun d'empreintes de
forme complémentaire pour réaliser, sur une zone
localisée dudit flan de tôle, une succession d'ondula-
tions en gradins et un jeu de matrice et poinçon de
conformation de ladite partie en relief.
Selon d'autres caractéristiques de
l'invention :
- les empreintes du jeu de matrice et
poinçon de préformage sont formés par une série de
saillies et de creux,
- lesdites saillies et lesdits creux de la
matrice de préformage ont une hauteur croissante du
centre vers la périphérie de ladite matrice,
- lesdites saillies et lesdits creux du
poinçon de préformage ont une hauteur décroissante du
centre vers la périphérie dudit poinçon,
- le poinçon de conformation comporte des
moyens de contrôle du rétreint du flan de tôle lors du
dépliage des ondulations en gradins et de la
conformation de la partie en relief,
20389S~
- les moyens de contrôle du rétreint sont
formés par des bagues mobiles mises sous pression, par
exemple par des ressorts.
La présente invention a encore pour objet un
produit comportant une partie en relief, tel qu'un
rivet d'un couvercle dit à ouverture facile, réalisée
par le procédé précité.
Selon d'autres caractéristiques :
- le produit est formé à partir d'un flan de
tôle en-fer mince fortement écroui,
- le flan de tôle a une épaisseur comprise
entre 0,10 et Or 20mm.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention apparaitront à la lecture de la descrip-
tion qui va suivre donnée à titre d'exemple et faite
en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la Fig. 1 représente les différentes
phases de formage d'une partie en relief avec un
dispositif selon l'art antérieur,
- la Fig. 2 représente schématiquement en
coupe le jeu de matrice et poincon de préformage du
dispositif selon l'invention,
- la Fig. 3 représente schématiquement en
coupe le jeu de matrice et poincon de conformation du
dispositif selon l'inventionr
- les Figs. 4a à 4d sont des demi-vues sché-
matiques en coupe montrant les phases successives de
préformage avec le dispositif selon l'inventionr
- les Figs. 5a à 5d sont des demi-vues sché-
matiques en coupe montrant les phases successives deconformation avec le dispositif selon l'invention,
- la Fig. ~ est un diagramme montrant la
répartition des contraintes sur le flan de tôler d'une
part avec le procédé selon l'art antérieur r et d'autre
partr avec le procédé selon l'inventionr
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"~
- la ~ig. 7 représente schématiquement en
coupe une variante du jeu de matrice et poincon de
conformation du dispositif selon l'invention.
En se reportant tout d'abord aux Figs 2 et
3, on voit que le dispositif de formage, selon
l'invention, d'une partie en relief sur un flan de
tôle 10, tel qu'un rivet d'un couvercle dit à
ouverture facile, se compose d'un jeu de matrice et
poinçon de préformage respectivement 20 et 25 (Fig.
2) et d'un jeu de matrice et poinçon de conformation
respectivement 30 et 35 (Fig. 3).
La matrice 20 et le poinçon 25 de préformage
comportent des empreintes de forme complémentaire pour
réaliser, comme on le verra ultérieurement, sur une
zone localisée du flan de tôle (10) une succession
d'ondulations.
Ainsi, les empreintes de la matrice 20 de
préformage sont constituées par une série de saillies
21a, 21b et 21c et de creux 22a, 22b et 22c par exem-
ple au nombre de trois et dont la hauteur croit ducentre vers la périphérie de ladite matrice 20.
Les empreintes du poinçon 25 de préformage
sont constituées par une série de saillies 26a, 26b et
26c et de creux 27a, 27b et 27c dont la hauteur
décroît du centre vers la périphérie dudit poinçon 25.
La saillie 26a du poinçon 25 et le creux 22a
de la matrice 20 de préformage ont une forme
sensiblement équivalente à la forme de la partie en
relief que l'on désire obtenir sur le flan de tôle 10.
Par exemple et dans le cas du formage d'un
rivet sur le flan de tôle 10, la partie en saillie 26a
du poinçon 25 et le creux 22a de la matrice 20 ont une
forme cylindrique et les saillies 21a, 21b, 21c et
26a, 26b, 26c respectivement de la matrice 20 et du
poinçon 25 sont constituées par des anneaux radiaux.
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,_
La matrice 30 de conformation comporte une
empreinte 31 et le poinçon 35 de conformation comporte
une saillie 36 de forme complémentaire à ladite
empreinte 31 et également identique à la forme de la
S partie en relief que l'on désire obtenir sur le flan
10.
Le procédé de formage, selon l'invention,
consiste en deux opérations successives, une opération
de préformage à l'aide de la matrice 20 et du poinçon
et une opération de conformation à l'aide de la
matrice 30 et du poinSon 35.
En se reportant aux Figs 4 et 5 on va
maintenant décrire ces deux opérations.
Tout d'abord, on place le flan de tôle 10
plan entre la matrice 20 et le poinçon 25 de
préformage, ledit flan de tôle étant maintenu, par
exemple, par des serre-flans périphériques non
représentés.
La matrice 20 descend et au début de
l'emboutisssage, la saillie 21c entre en contact avec
le flan 10 qui est lui même en contact avec la saillie
26a du poinçon 25 tFig.4a).
Cette première phase permet de déterminer
sur le flan 10 une zone localisée A (Fig. 6) sur la-
quelle les contraintes seront uniformément réparties,alors que la zone périphérique du flan entourant la
zone localisée A, maintenue pressée par le serre-flan,
n'est pas étirée et ne subit pas de déformations.
Ensuite, la matrice 20 continue à descendre
de telle sorte que les saillies 21b, 26b et 21a, 26c
entrent en contact avec le flan 10 (Fig. 4b), puis
s'interpénètrent progressivement (~ig. 4c) jusqu'au
moment où la saillie la plus haute, c'est à dire la
saillie 21c, vienne en appui dans le creux 27c du
poinçon 25.
Ainsi, on forme sur une zone intermédiaire B
de la zone localisée A du flan 10 et située entre la
future partie haute 10b de la partie en relief 10a à
former et la périphérie de la zone localisée A, une
succession d'ondulations 10d réparties en gradins
(Fig. 6)
Cette opération de préformage conduit donc
le matériau à se déformer en plusieurs endroits et
permet de partager la surface à déformer en plusieurs
tranches annulaires.
Au début de l'emboutissage, le matériau
s'amincit au niveau de l'appui de la ou des saillies
et, lors du formage des ondulations en gradins, les
déformations initiales sont maintenues bloquées sous
l'effet de contact desdites saillies.
En fin d'opération, les déformations se
développent le long des rayons, puis dans les parties
laissées libre entre les saillies.
De plus, la surface de la zone localisée A
préformée est sensiblement équivalente à ladite zone
localisée après formage définitif de la partie en
relief.
Grfice à cette disposition, et comme on peut
le voir sur la Fig. 6, les contraintes sont uniformé-
ment réparties sur la zone A du flan 10, alors quedans la technique connue, les contraintes sont plus
particulièrement concentrées au niveau du sommet de la
partie en relief formée sur le flan 1.
Lors de la deuxième opération représentée
sur les Figs. 5a à.5b, on pratique, après position-
nement de la préforme du flan 10 entre la matrice 30
et le poinçon 35 de conformation (Fig. 5a), un
rétreint selon la forme donnée par la saillie 36 dudit
poinçon 35.
A cet effet, on descend progressivement la
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.
matrice 30 de façon à réaliser un dépliage successif
des ondulations 10d (Fig. 5b et 5c), jusqu'au formage
définitif de la partie en relief 10a (Fig. 5d), le
métal de ladite zone intermédiaire, à l'exclusion de
celui utilisé pour constituer la surface latérale de
la partie en relief, se trouvant alors ramené sensi-
blement dans le plan du flan.
Grâce au dépliage successif des ondulations
10d, il se crée une retenue suffisante pour faciliter
le passage de la matière dans l'empreinte 31 de la
matrice 30.
Selon une variante représentée à Fig. 7, le
poinçon 35 de conformation comporte des moyens de
contrôle du rétreint du flan 10 lors du dépliage des
ondulations 10d et de la conformation de la partie en
relief 10a.
Ces moyens de contrôle sont formés par des
bagues 37 disposées, soit au niveau des reliefs ou
soit au niveau des creux des ondulations 10d, et mises
sous pression par exemple par des ressorts 38.
Le procédé et le dispositif selon l'inven-
tion permettent donc de former sur un flan de tôle une
partie en relief en deux opérations, alors que les
techniques connues nécessitent trois à quatre
opérations successives.
L'invention s'applique à tous types de
matériau et permet l'emploi de fers minces fortement
écrouis d'une épaisseur comprise entre 0,10 et 0,20
mm, notamment pour des couvercles à ouverture facile
de boites métalliques ou récipients divers.
Grâce à l'emploi de ce type de matériau, les
couvercles ont une plus faible épaisseur ce qui
entraine un gain de pvids, un cvût inférieur et un
moindre effort d'ouverture de ces couvercles.
Par ailleurs, il permet également une
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"" .
~o
amélioration de la faisabilité des lignes de moindre
résistance prévues sur ces couvercles et une
diminution de la profondeur de ces lignes.
L'invention s'applique non seulement au
formage de parties en relief de section circulaire,
telles que des rivets pour couvercles, mais aussi, au
formage de parties en relief de section quelconque et
éventuellement variable en fonction de la hauteur de
ladite partie en relief.
