Brevet FR2363385A1 — publié le 19780331

La présente invention concerne un nouveau procédé pour former des lignes d'affaiblissement sur des feuilles métalliques. Ce procédé trouve sa principale application dans la fabrication des couvercles métalliques dits l,à ouverture facile", c'est-à-dire s'ouvrant par arrachement d'un panneau sans l'aide d'un outil, par la seule traction sur une languette de préhension fixée au couvercle. L'invention concerne également l'appareillage conçu pour la mise en oeuvre de ce procédé. Depuis que la boîte de conserve "à ouverture facile" est devenue courante dans le domaine de ltemballage, la ligne d'affaiblissement qui délimite la partie arrachable est habituellement imprimée dans le métal par un coup de presse, c'est-à-dire par la force d'impact d'un outil frappant la surface du couvercle à la façon d'un outil d'estampage. Par ce procédé, on forme dans le métal une empreinte en forme de sillon constituant une ligne d'affaiblissement dont le profil et la profondeur sont déterminés empiriquement. La plupart des couvercles à ouverture facile sont actuellement en feuille d'aluminium d'épaisseur 0,25 à 0,30 ma. La malléabilité de l'aluminium facilite la réalisation des lignes d'affaiblissement. Elle permet de réaliser, à des cadences de l'ordre de 400 couvercles à la minute, des sillons laissant une épaisseur de métal de l'ordre de 0,10 mm en fond de sillon. Avec l'aluminium, on admet une tolérance d'épaisseur de l'ordre de 0,03 mm, soit une épaisseur ré rise siduelle en fond de sillo entree 0,09 mm et 0,12 mm.Etant donne les caracteris- tiques mécaniques de l'aluminium, les lignes d'affaiblissement d'épaisseur résiduelle 0,09 mm peuvent encore résister raisonnablement aux chocs accidentels tandis que celles ayant une épaisseur de 0,12 mm ne demandent pas un effort d'arrachement exagéré de la part du consommateur. Cependant, à la cadence de 400 couvercles/minute, même avec une tolérance d'épaisseur relativement importante de 0,03 mm, on ne peut régler l'épais- seur résiduelle par un simple réglage de la course de l'outil. Il est nécessaire de faire buter le porte-outil contre une cale d'épaisseur. Cela implique une grande déperdition d'énergie, un ébranlement indésirable des machines, un bruit pénible pour le personnel de l'atelier et même une gêne pour les voisins. La limite élastique, la charge de rupture de l'acier sont très supérieures à celles de l'aluminium. Elles rendent son estampage beaucoup plus délicat. Pour permettre une déchirure aisée par l'utilisateur d'un couvercle en fer blanc d'épaisseur 0,20 à 0,25 mm, l'épaisseur résiduelle de métal en fond de sillon doit être de 0,05 mm et non de 0,10 mm. Pour garantir cependant une résistance suffisante aux chocs accidentels, cette épaisseur résiduelle ne doit pas être inférieure à 0,04 mm. Le sillon doit être ainsi réalisé avec une tolérance de 0,01 mm au lieu de 0,03 mm. Les caractéristiques de l'acier entraînent de plus une usure rapide des outils et une consommation d'énergie beaucoup plus im portante que pour l'aluminium Pour ces raisons le fer blanc est tres peu utilisé pour la réalisation de couvercles à ouverture facile. Sur le plan énergétique, le réglage d'un outil de frappe par butée sur une cale d'épaisseur implique un rendement déplorable. Ce gaspillage est encore acceptable lorsqu'on veut usiner un métal malléable comme l'aluminium, où pourtant on utilise couramment des presses exerçant des forces de plusieurs dizaines de milliers de Newton.. Le gaspillage d'énergie devient prohibitif lorsqu'on veut estamper de l'acier par une méthode analogue Aussi, depuis longtemps, on cherche des procédés d'usinage plus rationnels et plus économiques que la frappe. Ainsi, le brevet Français 2.265.165 enseigne une méthode d'usinage de ligne d'affaiblissement par enlèvement de matière avec formation de copeaux au moyen d'un outil du genre outil de tour. Il faut enlever des épaisseurs de 0,02 mm à 0,04 mm par passe sur une mince feuille métallique.Cela demande évidemment des précautions particulières, difficiles à observer avec les cadences de fabrication actuellement exigées par l'industrie. Aussi, d'autres procédés d'usinage sont-ils toujours activement recherchés. La présente invention donne une solution du problème très supérieure à celles proposées jusqu'ici. Elle consiste à former une ligne d'affaiblissement dans une feuille métallique,-sous forme d'un sillon imprimé par déformation plastique et progressive du métal sans enlèvement de matière, ceci en faisant rouler sur la feuille métallique une molette mince appliquée par sa tranche avec une pression suffisante sur la surface du métal.Il est apparu de façon très inattendue que spr des feuilles de fer blanc destinées à constituer des couvercles de bottes, on réalise aisément, à des cadences industrielles, des sillons laissant en fond de sillon une épaisseur résiduelle de 0,05 mm avec une précision globale infév rieure à 0,01 mm. La formation de la ligne d'affaiblissement étant effectuée par déformation plastique du métal, il n'y a aucun problème d'élimination de copeaux comme dans l'usinage par enlèvement de matière. La molette roulant sur la surface à usiner, sans arracher de métal et presque sans frottement, son usure est très faible, il n'y a pratiquement plus de problème d'usure d'outil tel que ceux rencontrés aussi bien dans le procédé par frappe que dans celui par enlèvement de matière. La surface sur laquelle s'exerce à chaque instant l'effort de pénétration de la molette est inférieure au mm2. La force avec laquelle il faut appl;e quer la molette sur la surface du métal pour qu'elle imprime un sillon est inférieure à 500 dBwton environ.La molette qui tourne librement autour d'un axe se déplaçant parallèlement à la surface de la feuille pénètre- localement dans le métal en formant progressivément un-sillon. On peut aisément réaliser une ligne d'affaiblissement de tracé circulaire en fixant une molette sur un porte outil mis en rotation autour d'un axe perpendiculaire au plan de la feuille métallique. Le procede et le dispositif, objets de la présente invention, seront mieux compris par l'examen de l'exemple décrit ci-après et les dessins joints La figure 1 représente en coupe un appareil conçu pour la mise en oeuvre du procédé sur un couvercle circulaire. La figure 2 représente, à plus grande échelle, la molette La figure 3 représente le profil du sillon obtenu correspondant au profil de la molette Sur la figure 1, on distingue un couvercle (1) de botte. Ce couvercle (I) repose sur une semelle (2) solidaire d'une table de machine. il est bloque sur la semelle par un serre-flan (3) immobile. L'effort de serrage est donné par un ressort (4) logé dans l'arbre porte-outil (5). Une molette (6) tourne librement autour d'un axe (7) fixé dans le porte-outil (5), lui-même solidaire de la broche (8) de la machine. La broche (8) entraîne en rotation le porte-outil (5). La molette (6) décrit alors un cercle d'axe XX"à la surface du couvercle (1) en imprimant un sillon (9) de section représentée figure 3 et correspondant à celle de la molette (6). La molette (6) utilisée a un diamètre (d) de 20 mm. Elle a été réalisée dans de l'acier à roulement traité thermiquement. Le cercle décrit par la molette sur la feuille métallique est un cercle de diamètre de 100 mm. La vi- tesse de rotation de la broche est de 1000 t/mn correspondant à une vitesse de rotation de la molette- l'or- dre de 0,05 mm exigeant d'exercer une pression très raisonnable sur la molette InfEriedre à 500 erton.. L'avance totale de la broche, déterminant la profondeur du sillon, est limitée par une butée micrométrique (10). Avec l'appareil représenté figures 1 et 2, ont été réalisées sur des couvercles en fer blanc (1) des lignes d'affaiblissement de périmètre circulaire et de section représentée figure 3. Sur ces couvercles d'épaisseur (e) de 0,25 mm, on a réalisé des--sillons (9) de profondeur (p) de 0,20 mm et de largeur (I) à fond de sillon, de 0,15 mm. La durée d'usinage est de l'ordre d'une fraction de seconde, ceci avec une vitesse de broche de 1000 t/-mn et une avance de ltor- dre de 0,05 mm par tour. On a réalisé de tels usinages avec des vitesses de broche variant entre 200 et 1500 t/mn et correspondant à des vitesses de rotation de la molette de 1000 à 7500 t/mn. Les durées d'usinage varient alors entre 1/5ème de seconde et une seconde. Les écarts de profondeur mesurés sur les différents sillons réalisés se sont révélés être inférieurs à 0,Q1 man. On a constaté une légère surépaisseur de métal (10) de l'ordre de 0,02 à 0,04 mm de part et d'autre du sillon. Ceci est normal puisque le sillon est obtenu non par enlèvement de métal mais par refoulement de part et d'autre du sillon. Par ce procédé, des lignes d'affaiblissement ont été également réalisées dans de très bonnes conditions sur des couvercles en aluminium. Il est bien évident que plusieurs molettes peuvent être montées sur un même porte-outil (5). Elles devront travailler dans le même sillon, à moins que l'on ne souhaite faire des lignes d'affaiblissement concentriques. En utilisant des machines du type machine à reproduire ou à commande numérique, on réalise également des lignes d'affaiblissement de périmètre non circulaire, par exemple selon un périmètre oval, ou rectangulaire à bord arrondi. On peut également déplacer la feuille dans son plan pendant que le porte-molette reste fixe ou même se déplace parallèlement au plan de la feuille. Il est bien évident que, pour la simplicité, le couvercle a été représente avec une surface plate, mais, en réalité, il peut comporter des bossages et des nervures de renforcement en dehors de la ligne d'affaiblissement. Il a été dit que la molette était réalisée en acier à roulement ; il est bien évident que, pour de grandes séries, on utilisera de préférence des molettes en carbure de tungstène, ou,tout matériau résistant à l'usure. La molette (6) représentée sur les figures 1 et 2 a un profil correspondant à celui du sillon (9) représenté figure 3. Ainsi, la molette est amincie sur son pourtour, les extrémités de ses deux flans formant un angle aigu d'ouverture correspondant sensiblement à l'angle des deux côtés du sillon. Cet angle est généralement de l'ordre de 40 , comme représenté figure 3. L'épaisseur de la molette sur son pourtour correspond également à la largeur (l) du fond du sillon (9). Ici, la largeur#(l) du fond du sillon est de 0,15 mm. D'autres profils de molettes et de sillons sont possibles. Le profil de la molette sera déterminé par le dessin pour que la molette ne talonne pas sur les côtés du sillon. REVENDICATIONS 10/ - Procédé pour la formation, à des cadences industrielles, de lignes d'affaiblissement sous forme de sillons imprimés dans des feuilles métalli- ques plus particulièrement destinées à constituer des couvercles de boîtes de conserves, caractérisé en ce que l'on applique par sa tranche une molette (6) sur une feuille métallique (1) avec une pression forte et constante en faisant rouler la molette de façon à imprimer un sillon (9) par déformation plastique du métal. 201 - Procédé selon revendication 1, caractérisé par le fait que lten- foncement de la molette dans la feuille est réglé par un dispositif tel qu'une butée micrométrique (10) limitant le déplacement axial du porte-outil (5). 301 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, carac térisé par le fait que la molette (6) tourne sur un axe (7) se déplaçant sensiblement parallèlement à l'axe de la feuille (1), la molette s'enfonçant progressivement dans la feuille métallique selon une courbe sensiblement hélicoidale, la profondeur de cet enfoncement dans la feuille étant limitée par une butée (10). 40/ - Dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'il comporte d'une part un dispositif tel qu'un serre-flan (3) ou un plateau magnétique bloquant une feuille métallique (1) sur une semelle (2) et, d'autre part, une molette (6) roulant sur sa tranche et appliquée contre la feuille (1) par un porteoutil (5) se rapprochant progressivement de la feuille. 50/ - Dispositif selon revendication 4, caractérisé par le fait que l'axe (7) de la molette est fixé dans un porte-outil (5) se rapprochant progressivement de la feuille (1) tout en tournant autour d'un axe perpendiculaire au plan de la feuille (1), le déplacement axial du porte-outil (5) et, par suite, l'enfoncement de la molette dans la feuille étant limité par une butée (10). 60/ - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, ca ractérisé par le fait que la force exercée par le porte-outil (5) perpendicu lairesoent au plan de la feuille (1) et appliquant la roulette sur la feuille est inférieure à 500 Newton. 70/ - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4, 5 ou 6, caractérisé par le fait que la molette a un diamètre de l'ordre de 20 mm avec une épaisseur sur son pourtour de l'ordre de 0,15 mm. 80/ - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4, 5, 6 ou 7,caractérisé par le fait que le profil et le diamètre de la molette (6) sont déterminés en fonction du profil souhaité pour le sillon (9), la molette (6) s'inscrivant dans la surface constituée par le pourtour de ce sillon, ceci afin de ne pas talonner au cours de l'usinage. 901 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé par le fait que le tracé de la courbe décrite sur la feuille métallique par la molette est déterminé par une machine du type machine à reproduire, ou à commande numérique, permettant de réaliser des lignes d'affaiblissement dont le périmètre n'est pas circulaire mais une courbe quelconque. 100/ - Dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que la semelle (2) sur laquelle est appliquée la feuille (1) se déplace dans son plan en entrai- nant la feuille tandis que la molette (6) est appliquée sur la feuille avec une pression constante, le déplacement relatif de la feuille (1) et de la molette (6) entraînant la rotation de la molette sur son axe (7). Ceci permettant la réalisation de lignes d'affaiblissement de périmètres de formes diverses.