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.~
La présente invention a pour objet un procédé
de fabrication d'une boîte métallique de forme, du type
boîte-boisson ou boîte de conserve alimentaire et plus
particulièrement une boîte métallique de forme compre-
nant, d'une part, un fond et une jupe périphérique
cylindrique venue de matière avec ledit fond et compor-
tant au moins une zone expansée et, d'autre part, un
couvercle serti sur la jupe périphérique.
Il est connu de réaliser des boîtes métalli-
ques de forme constituées d'une jupe périphériquecomportant au moins une zone expansée, d'un fond serti
à une extrémité de la jupe périph~rique et d'un couvercle
serti à l'autre extrémité de ladite jupe périphérique.
Le couvercle est muni par exemple d'un
dispositif à ouverture facile par rupture d'une ligne de
moindre résistance ou par exemple d'un col taraudé
destiné à recevoir un bouchon à vis.
La jupe périphérique de ce type de boîte
métallique est constituée d'une virole cylindrique soudée
longitudinalement et comportant au moins une zone
expansée.
Généralement, la jupe périphérique est
réalisée à partir d'un flan métallique en acier doux à
basse teneur en carbone et ayant une limite d'élasticité
de l'ordre de 250 MPa.
Un acier doux de ce type permet de réaliser
sans grande difficulté une expansion locale de la virole
cylindrique soudée avec un taux d'expansion calculé selon
la formule :
D final - D initial
x 100
D initial
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~,
pouvant aller jusqu'à 20~, D initial étant le diamètre
initial de la virole soudée et D final étant le diamètre
de la jupe périphérique soudée après expansion.
Pour fabriquer ce type de boîte de forme, on
réalise la virole soudée, on expanse localement ladite
virole pour obtenir une jupe périphérique comportant au
moins une zone expansée et on sertit un fond et un
couvercle respectivement à chaque extrémité de la jupe
perlpherlque .
La formation de la zone expansée est généra-
lement réalisée en effectuant une expansion globale sur
la totalité de la hauteur de la zone à expanser, soit par
un procédé de formage à l'air ou à l'azote sous pression
ou soit par un procédé de formage à l'aide d'un fluide
incompressible ou soit par un procédé d'expansion
mécanique au moyen d'un outil à secteurs.
Il est également connu de réaliser des boîtes
métalliques de forme constituées, d'une part, d'un fond
et d'une jupe périphérique venue de matière avec ledit
fond et, d'autre part, d'un couvercle serti sur la jupe
périphérique.
Le fond et la jupe périphérique venue de
matière avec ce fond sont réalisés à partir d'une
coupelle découpée dans un flan métallique ou une bande,
soit par emboutissage-réemboutissage, soit par emboutis-
sage-repassage.
Dans le cas de la réalisation de ce type de
boîte par la technique d'emboutissage-réemboutissage,
après formage de la paroi de la jupe périphérique, le
métal est fortement écroui si bien que sa limite d'~las-
ticité dans la paroi de ladite jupe périphérique avoisine
les 600 MPa.
Le taux d'expansion global possible de la
jupe périphérique est de l'ordre de 2,5~.
Dans le cas de la réalisation de ce type de
- ~172227
boîte par la technique d'emboutissage-repassage, après
étirage de la paroi de la jupe périphérique, le métal est
encore plus fortement écroui de sorte que sa limite
d'élasticité dans la paroi de ladite jupe périphérique
avoisine les 700 MPa et les dépassent même parfois, ce
qui lui confère une aptitude à l'expansion pratiquement
nulle.
Le taux d'expansion global possible de la
jupe périphérique est inférieur à 1%, voire pour les très
faibles épaisseurs, inférieur à 0,5%.
En revanche, l'avantage d'une telle boîte
métallique réalisée par la technique d'emboutissage-
réemboutissage ou par la technique d'emboutissage-
repassage est qu'elle permet de très faibles épaisseurs
car le métal constitutif est un m~tal très raide, à
caractéristiques mécaniques élevées, ce qui induit un
faible poids et un faible coût de matière.
De plus, une telle boîte est réalisée en deux
pièces, le fond et la jupe périphérique étant venue de
matière conférant ainsi un avantage du point de vue
esthétique.
La présente invention a pour but de proposer
un procédé de fabrication d'une boîte métallique de
forme, du type boîte-boisson, comprenant un fond et une
jupe périphérique venue' de matière avec ledit fond,
ladite jupe périphérique comportant au moins une zone
expansée dont le taux d'expansion est de l'ordre de 8~
dans le cas d'une technique d'emboutissage-réemboutissage
et de l'ordre de 3~ dans le cas d'une technique d'embou-
tissage-repassage.
L'invention a donc pour objet un procédé de
fabrication d'une boîte métallique de forme, du type
boîte-boisson, comprenant, d'une part, un fond et une
jupe périphérique cylindrique venue de matière avec ledit
fond et comportant au moins une zone expansée et, d~autre
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part, un couvercle serti sur la jupe périphérique,
caractérisé en ce que l'on réalise ladite au moins zone
en effectuant au moins une étape consistant à expanser
localement et successivement des zones élémentaires de
la ~upe pérlphérique en commencant par une première zone
élémentaire située le plus près du fond jusqu~à une
dernière zone élémentaire la plus éloignée dudit fond,
lesdites zones élémentaires se chevauchant partiellement
pour obtenir ladite au moins zone expansée.
Selon d'autres caractéristiques de l'inven-
tion :
- on réalise sur la jupe périphérique au
moins deux zones expansées en formant d'abord la zone
expansée la plus proche du fond, puis la zone expansée
la plus éloignée dudit fond ;
- on réalise chaque zone élémentaire à l'aide
d'un jonc d'expansion de forme correspondant à celle de
ladite zone élémentaire ;
- le diamètre du jonc d'expansion est
inférieur ou égal à 4~ du diamètre initial de la jupe
périphérique ;
- le pas de chevauchement de chaque zone
élémentaire est supérieur ou égal au 2/3 de la hauteur
du jonc d'expansion ;
- la profondeur de chaque zone élémentaire
est inférieure ou égale à 1/6 de la hauteur du jonc
d'expansion ;
- le jonc d'expansion possède une section en
forme de calotte sphérique
- le jonc d'expansion possède une section
circulaire ;
- le jonc d'expansion possède une section
rectangulaire ;
- le jonc d'expansion possède une section
triangulaire;
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. . _
- le jonc d'expansion est en élastomère
Les caractéristiques et avantages de l'inven-
tion apparaîtront au cours de la description qui va
suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en
référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Fig. 1 est une vue en demi-coupe
longitudinale d'un premier mode de réalisation d'une
boîte de forme obtenue par le procédé selon l'invention,
- la Fig. 2 est une vue en demi-coupe
10longitudinale d'un second mode de réalisation d'une boîte
de forme obtenue par le procédé selon l'invention,
- la Fig. 3 est une vue en coupe longitudi-
nale montrant les étapes successives de formation de la
zone expansée d'une boîte de forme obtenue par le procédé
selon l'invention,
- la Fig. 4 est une vue schématique d'un
exemple d'un outil pour la fabrication d'une boîte de
forme obtenue par le procédé selon l'invention.
Il est à noter que sur ces figures, le profil
20des boîtes de forme représenté est volontairement exagéré
pour des raisons de clarté.
Comme représenté sur les figures 1 et 2, la
boîte de forme, du type boîte-boisson, comprend un fond
1 et une jupe périphérique 2 venue de matière avec ledit
fond 1.
La jupe périphérique 2 comporte une succes-
sion de zones :
- une zone 2A adjacente au fond et de
diamètre D,
- au moins une zone 2B expansée située au-
dessus de la zone 2A, de diamètre D1,
- et une zone 2C située au-dessus de la zone
2B, de diamètre D.
Dans les exemples de réalisation représentés
sur les figures, une seule zone 2B expansée a été
- 2172227
.
représentée, mais la boîte de forme peut comporter
plusieurs zones expansées séparées par des zones intermé-
diaires possédant chacune un diamètre inférieur au
diamètre des zones expansées.
Le profil extérieur de la zone 2B expansée
peut être plat comme représenté à la Fig. 1 ou galbé
comme représenté à la Fig. 2.
Pour réaliser une telle boîte, on forme, au
cours d'une première étape, à partir d'un flan métallique
en acier, ou en aluminium ou en alliage d'aluminium, soit
- par une technique d'emboutissage-réemboutissage, soit par
une technique d'emboutissage-repassage, une ébauche
comportant un fond et une jupe périphérique de diamètre
égal au diamètre D de la zone 2A de la jupe périphérique
2 de la boîte formée.
Jusqu'à présent, au cours d'une seconde
étape, on forme la zone expansée en effectuant une
expansion globale sur la totalité de la hauteur de la
zone à expanser, par exemple par un procédé de formage
à l'air ou à l'azote sous pression ou par un procédé de
formage à l'aide d'un fluide incompressible ou par un
procédé d'expansion mécanique au moyen d'un outil à
secteurs.
Mais, le taux d'expansion de la jupe périphé-
rique est limité car le métal présente au niveau de cette
jupe un écrouissage important du fait de la formation ou
de l'étirage de la paroi de ladite jupe.
En effet, des essais ont été réalisés en
partant d'un flan métallique par exemple en acier bas
carbone obtenu par laminage à froid d'une bande laminée
à chaud, recuit et relaminage à froid et ayant une limite
d~élasticité de l'ordre de 400 MPa et une composition en
pourcentage poids suivante :
- carbone : 0,008%
- manganèse : 0,139
- ` 2172227
.. --
- phosphore : 0,07
- soufre : 0,011%
- azote : 0,005
- silicium < 0,002
- cuivre : 0,015%
- nickel : 0,034
- chrome : 0,009~
- aluminium : 0,014~.
Des boîtes de forme ont été préparées à
partir de cet acier, d'une part, par emboutissage-
réemboutissage d'un flan métallique pour former des
ébauches cylindriques constituées d'un fond et d'une jupe
périphérique de diamètre D égal à 84mm, venue de matière
avec ledit fond et, d'autre part, par emboutissage-
repassage d'un flan métallique pour fomer des ébauches
cylindriques de diamètre D égal à 66mm, correspondant aux
boîtes-boisson habituelles.
Ces ébauches o~t ensuite été expansées par
expansion globale sur la totalité de la hauteur de la
zone à expanser.
Pour les boites embouties-réembouties de
diamètre initial D égal à 84mm, on a mesuré sur les
ébauches une limite d'élasticité moyenne dans les parois
de la jupe périphérique Re égale à 600 MPa et une épais-
seur moyenne de la paroi de la jupe périphérique au
centre de la zone à expanser égale à 0,15mm.
Après formation de la zone 2B par expansion
globale, on constate que le diamètre maximum qu'il est
possible d'obtenir est égal à 86,lmm. Si on accroît
encore le diamètre de la boîte dans la zone expansée, on
assiste à une déchirure du métal de la paroi de la jupe
périphérique.
L'épaisseur de la paroi de la jupe périphéri-
que au centre de la zone 2B expansée de diamètre égal à
86,lmm est égale à 0,12mm.
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Ainsi, le taux maximum d'expansion autorisé
pour une telle boîte est égal à 2,5~.
Pour les boîtes embouties-repassées de
diamètre initial D égal à 66mm, on a également mesuré sur
les ébauches une limite d'élasticité moyenne dans les
parois de la jupe périphérique Re égale à 720 MPa et une
épaisseur moyenne de la paroi de la jupe périphérique au
centre de la zone à expanser égale à 0,145mm.
Après formation de la zone 2B par expansion
globale, on constate que le diamètre maximum qu'il est
possible d'obtenir est égal à 66,3mm, soit un taux
d'expansion maximum égal à 0,4~.
Dans ce cas, l'épaisseur de la paroi au
centre de la zone 2B expansée est égale à 0,135mm.
On voit donc que dans le cas d'une boîte de
forme obtenue par emboutissage-réemboutissage, le taux
d~expansion obtenu avant rupture du métal est de l'ordre
de 2,5~ et dans le cas d'une boîte de forme obtenue par
emboutissage-repassage le taux d'expansion avant rupture
du métal est de l'ordre de 0,4~.
Le procédé selon l'invention permet de
réaliser sur ce type de boîte de forme, au moins une zone
expansée dont le taux d'expansion est augmenté de manière
significative.
Pour cela et comme représenté sur les figures
3 et 4, le procédé de fabrication selon l'invention
consiste à réaliser la zone 2B expansée en effectuant au
moins une étape consistant à expanser localement et
successivement des zones élémentaires 10a, 10b, 10c...
10n, de la jupe périphérique 2 en commençant par une
première zone élémentaire 10a située le plus près du fond
l jusqu'à une dernière zone élémentaire 10n la plus
éloignée dudit fond.
Les zones élémentaires 10a, 10b, 10c...10n se
chevauchent partiellement pour obtenir la zone 2B
2172227
g
expansée.
De préférence, la formation des zones
élémentaires lOa, lOb, lOc...lOn, est réalisée en
plusieurs étapes c'est à dire en plusieurs passes
successives de façon à obtenir, comme représenté sur les
figures 1 et 2, un premier diamètre D'1 inférieur au
diamètre D1 et ainsi de suite jusqu'à obtenir le diamètre
final Dl de la zone 2B expansée.
Dans le cas où la jupe périphérique 2
comporte au moins deux zones expansées, on forme d'abord
la zone expansée de la manière indiquée ci-dessus la plus
proche du fond 1, puis la zone expansée la plus éloignée
dudit fond 1.
Ainsi que représenté sur les figures 3 et 4,
la formation des zones élémentaires lOa, lOB, lOc...lOn
est réalisée à l'aide d'un outil 20 qui comporte à sa
périphérie un jonc d'expansion 21 de forme correspondant
auxdites zones élémentaires lOa, lOb, lOc...lOn.
Le diamètre du jonc d'expansion 21 est
inférieur ou égal à 4% au diamètre initial D de la jupe
périphérique 2.
D'autre part, le pas de chevauchement de
chaque zone élémentaire lOa, lOb, lOc...lOn est supérieur
ou égal au 2/3 de la hauteur h du jonc d'expansion 21,
c'est à dire que le pas d'avancement du jonc d'expansion
21 pour former chaque zone élémentaire lOa, lOb, lOc...
lOn est inférieur ou égal au tiers de la hauteur h dudit
jonc d'expansion 21.
De plus, la profondeur de chaque zone
élémentaire lOa, lOb, lOc...lOn est inférieur ou égal à
1/6 de la hauteur h du jonc d'expansion 21.
Le jonc d'expansion 21 peut avoir une section
en forme de calotte sphérique, une section circulaire,
une section rectangulaire ou encore une section triangu-
laire, cette section étant fonction du profil de la zone
- 2172~27
_.
2B expansée à obtenir.
De préférence, le matériau constituant le
jonc d'expansion 21 est un élastomère.
L'outil 20 peut être formé par des secteurs
juxtaposés et déplacables radialement pour former, par
l'intermédiaire du jonc d'expansion 21, les zones élémen-
taires 10a, 10b, 10c...10n et le déplacement vertical pas
à pas de cet outil 20 peut être commandé par exemple par
un vérin 22 (Fig. 4).
Les déplacements de l'outil 20, c'est à dire
l'expansion et l'avance pas à pas, peuvent être pilotés
par une programmation judicieuse permettant de réaliser
une zone 2B expansée selon le profil désiré.
Au cours de la formation des zones élémentai-
res 10a, 10b, 10c...10n la boîte est maintenue par un
organe 24 appliqué sur le fond 1 tandis que l'extrémité
de la jupe périphérique 2 opposée audit fond 1 est libre
(Fig. 4).
Par ailleurs, une contre-forme 25 est placée
autour de la jupe périphérique 2. Cette contre-forme 25
est par exemple en élastomère et dans ce cas elle est
appliquée directement sur la face externe de la jupe
périphérique 2 ou en métal et dans ce cas elle ménage
avec la face externe de la jupe périphérique un espace
libre pour permettre l'expansion de la zone 2B.
Des essais ont montré que le procédé selon
l'invention permet d'accroître le taux maximum d'expan-
sion.
Dans le cas des boîtes embouties-réembouties,
des ébauches de diamètre D égal à 84mm et d'épaisseur
moyenne au centre de la zone à expanser égale à 0,15mm,
ont été expansées par le procédé selon l'invention.
On a constaté que le diamètre maximum qu'il
possible d'obtenir est égal à 90,5mm, soit un taux
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11
d'expansion égal à 8~.
Dans ce cas, l'épaisseur de la paroi de la
jupe périphérique 2 au centre de la zone 2B expansée est
égale à 0,12mm.
Des essais complémentaires ont été réalisés
à partir des mêmes ébauches qui ont été expansées par le
procédé selon l'invention pour atteindre le diamètre de
86,1mm qui est égal au diamètre maximum obtenu lors d'une
expansion globale de la zone 2B.
L'épaisseur de la paroi de la jupe périphéri-
que 2 au centre de la zone 2B expansée est égale à
0,14mm, soit 0,02mm de plus que si l'expansion a été
effectuée de manière globale sur toute la hauteur de la
zone 2B à expanser.
Ces essais montrent que pendant l'expansion
locale et successive des zones élémentaires lOa, lOb,
lOc...lOn de la jupe périphérique, du métal flue de la
partie de ladite jupe périphérique à partir de son bord
libre vers la zone subissant l'expansion locale.
Dans le cas des boîtes embouties-repassées,
les ébauches de diamètre D égal à 66mm et d'épaisseur
moyenne au centre de la zone à expanser égale à 0,145mm,
ont été également expansées par le procédé selon l'inven-
tion.
On a constaté que le diamètre maximum qu'il
est possible d'atteindre est égal à 68mm, soit un taux
d'expansion égal à 3~.
Dans ce cas, l'épaisseur de la paroi de la
jupe périphérique 2 au centre de la zone 2B expansée est
égale à 0,136mm et la hauteur de la boîte a diminué de
2mm par rapport à la hauteur de l'ébauche, ce qui montre
bien qu'il s~est produit un apport de métal de la partie
de la jupe périphérique du côté de son bord libre vers
la zone subissant l'expansion.
Le procédé de fabrication des boîtes de forme
21~2227
12
selon l'invention permet donc de réaliser des boîtes de
forme avec des galbes plus marqués et obtenues à partir
d'un flan métallique en acier, ou en aluminium ou en
alliage d'aluminium.
