Brevet FR2622817A3 — publié le 19890512

FR 2622817 A3 19890512 FR 8715456 A 19871106 procédé et dispositif d'emboutissage profond d'un flan metallique L'invention concerne la mise en forme par emboutissage d'un métal en feuille, et notamment de fers minces. Elle concerne plus particulièrement la réalisation de contenant de forme tronconique (voire en tronc de pyramide), empilables, à parois métalliques minces, désignés pour simplifier par le terme "boîtes" dans la suite du texte. Les boites du type considéré sont actuellement obtenues au moyen d'outillage impliquant une pluralité de passes réalisées sur plusieurs outils, voire sur plusieurs presses. Pour réduire les coûts de production, on a déjà tenté d'obtenir de telles boîtes à partir d'un outillage classique (matrice cylindrique ou conique, serre flan, poinçon cylindrique ou conique), en une seule passe. Les boîtes réalisées par cette méthode présentent des défauts de forme (parois bombées, plis circonférentiels) rédhibitoires quant à l'empilabilité et à l'esthétique. Pour remédier aux inconvénients précités, l'invention a pour but de proposer un procédé et un outillage de mise en oeuvre permettant de réaliser des boîtes en une passe unique, exemptes de défauts et parfaitement empilables. Le procédé d'emboutissage profond de flan métallique, conforme à l'invention, est du type selon lequel le flan, maintenu avec glissement possible entre un bord de retenue-d'une matrice et un serre-flan, est poussé en une passe dans la matrice par un poinçon soumis à une force d'emboutissage, avec formation continue d'une paroi sensiblement tronconique. Par poinçon poussé dans la matrice, on entend ici simplement le mouvement relatif entre le poinçon et la matrice, la matrice pouvant être mobile et le poinçon fixe, par exemple. Selon l'invention, on maintient la paroi conique en formation pendant une partie de la passe d'emboutissage par au moins un appui périphérique intermédiaire lié à la matrice. Cet appui réduit la longueur du brin libre et s'oppose en permanence à la formation d'un bombé sur la paroi. Préférentiellement, ledit appui périphérique intermédiaire est tel que la paroi en formation vient à son contact au cours de la première moitié, et mieux encore du premier tiers, de la course du poinçon. La paroi reste donc en contact sur l'appui pendant au moins la deuxième moitié de la course. Il a en effet été constaté que, dans ce cas, les défauts résiduels de la paroi sont encore réduits. Selon une disposition avantageuse de l'invention, on provoque en fin de passe un pic d'augmentation de la force d'emboutissage : le surcroît de tension imposé à la paroi conique en formation permet "d'effacer" les éventuels petits défauts qui auraient pu naître lors de la première phase de la passe unique d'emboutissage. Selon un mode préféré de réalisation, on provoque ce pic en formant en fin de passe, au moyen du ou des appuis intermédiaires, un épaulement (ou plusieurs) dans ladite paroi conique, de préférence près de ce qui sera son bord : un tel épaulement, connu sous le nom de "trottoir", présente par ailleurs l'avantage d'éviter le coincement des boîtes les unes dans les autres lors de leur empilement. Il convient d'insister sur le fait que, bien que le trottoir soit connu, il était jusque là réalisé dans une passe indépendante et non à la fin de (mais pendant) la passe unique d'emboutissage comme le requiert l'invention : les avantages inhérents au procédé selon le dernier mode de réalisation de l'invention ne pouvaient donc être obtenus, comme on le comprendra mieux lors de la description détaillée de celle-ci. Un dispositif d'emboutissage permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention est du type comportant une matrice, un serre-flan pour le maintien avec glissement possible du flan entre ledit serre-flan et un bord de retenue de la matrice, un poinçon mobile associé à des moyens pour l'enfoncer dans la matrice en imposant sur le flan une force d'emboutissage provoquant en une passe la formation continue d'une paroi sensiblement tronconique. Selon l'invention, ce dispositif comprend au moins un appui périphérique lié à la matrice de façon à maintenir, à partir d'une certaine course du poinçon, la paroi conique en formation. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, ce ou ces appuis consistent en au moins un épaulement formé sur la matrice, et coopérant avec au moins un épaulement complémentaire correspondant formé sur le poinçon de manière à former le trottoir de la boîte. En alternative, lesdits appuis consistent en une bague mobile disposée dans la matrice et coopérant avec un épaulement formé sur le poinçon de manière à provoquer, en fin de passe, le surcroît de tension désirable. Avantageusement, la matrice comporte au moins un appui torique intermédiaire. Avantageusement, le dispositif comporte en outre un estampille coopérant avec le poinçon pour emboutir le fond de la boîte. Un des avantages de l'invention est le gain réalisé sur la quantité de matière nécessaire à l'obtention d'une boîte de forme donnée : effort exercé sur le flan conformément à l'invention étant plus grand que celui d'un procédé classique comparable, l'épaisseur de paroi est plus faible. Le diamètre initial du flan peut être réduit par exemple de 5 mm pour un flan de 150 mm environ. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe d'une boîte tronconique du type visé dans la présente invention, . la figure 2A à 2E illustrent cinq étapes de la phase unique d'emboutissage conforme à l'invention, dans une presse dont seule une moitié est représentée. . la figure 3 est un graphique représentant l'évolution de la force d'emboutissage en fonction de l'enfoncement du poinçon, . les figures 4A et 4B illustrent les deux dernières étapes d'une variante du procédé de l'invention. La figure 1 représente un exemple caractéristique de boîte tronconique que le procédé et le dispositif conforme à l'in vention permettent de fabriquer en une passe par emboutissage profond. Il s'agit de boîtes métalliques, mises en forme à partir de feuilles minces (généralement d'épaisseur inférieure à 0,3 mm) de métal (fer, aluminium) nu ou protégé (chrome, étain, vernis, impression). La boite 1 est essentiellement constituée d'un fond 2 et d'une paroi latérale 3 sensiblement tronconique évasée, permettant l'empilement. Le haut de la paroi latérale 3 comporte un épaulement 4 donnant naissance à une bordure tronconique plus large 5, généralement appelée trottoir, que borde encore une collerette frontale 6. C'est la conicité de la paroi 3 qui permet l'empilement de plusieurs boîtes et tout défaut dans cette conicité est à proscrire. Les deux types de défauts principaux sont le bombé, qui se traduit généralement par un gonflement de la paroi 3 vers l'extérieur (une coupe radiale de la boite donne de la paroi 3 une trace en arc et non un segment de droite) ainsi que les ondulations circonférentielles (une coupe transversale de la boîte donne de la paroi 3 une trace en cercle ondulé et non un cercle régulier). Le procédé d'emboutissage profond conforme à l'invention permet d'obtenir en une passe une boite exempte de ces défauts. Les figures 2A à 2E permettent de suivre les étapes d'un mode préféré de réalisation du procédé. Le flan 7 (figure 2A) est serré entre la matrice 8 et le serre-flan 9. Par rapport à cet ensemble fixe, le poinçon 10 est susceptible de s'enfoncer dans la matrice et d'entraîner avec lui le flan 7 dans la matrice. Le poinçon 10 comporte une surface extérieure supérieure tronconique 11 correspondant à l'angle de conicité de la boîte terminée 1, et une surface extérieure inférieure cylindrique de coulissement 12. Les surfaces 11 et 12 sont raccordées par une surface torique concave 13 et une surface convexe 13' formant un épaulement. La matrice 8 comporte un bord de retenue arrondi convexe 144 auquel fait suite une surface cylindrique 15, puis une bague tronconique, dont l'angle correspond à celui de la surface 11. La surface tronconique de la bague 16 se raccorde à la surface cylindrique 15 par une surface torique convexe 17, formant un épaulement, destinée notamment à coopérer avec la surface torique concave 13. Sur les figures 2B à#2E, on a seulement représenté la moitié droite du dispositif d'emboutissage. Sur la figure 28, on voit le poinçon 10 enfoncé partiellement dans la matrice 8, en ayant entraîné partiellement le flan 7 de sorte que celui-ci comporte une partie centrale 20, poussée par le poinçon 10, une couronne périphérique 18 maintenue avec glissement entre la matrice 8 et le serre-flan 9, et une partie intermédiaire tronconique 19, tendue entre les parties centrale 20 et périphérique 18, constituant un brin libre dans lequel pourraient éventuellement naître des défauts. Toutefois, ce brin n'est libre que jusqu a l'étape representée à la figure 28, où le bord 17 de la bague 16 vient au contact de la face extérieure de la partie tronconique 19. A partir de cette étape, le bord 17 offre en permanence à la paroi tronconique en formation un appui intermédiaire, lié à la matrice, réduisant la portée du brin libre et s'opposant notamment à l'apparition d'un bombé de ladite paroi vers l'extérieur. Selon un exemple particulier de réalisation d'une boîte d'environ 50mm de hauteur totale, cette étape correspond à une flèche (i.e. un enfoncement du flan) de 15 à 20mm. Le brin libre 19a est alors réduit de 35% (mesuré selon la hauteur) par rapport au brin libre total (19a plus 19b) qui existerait sans la présence du bord 17. Sur la figure 2C, on voit que la paroi tronconique 19 comporte deux parties de conicité différente 19a,19b, séparées par l'appui réalisé par la bague 16. Cette étape correspond dans l'exemple précité à une flèche d'environ 30mm, la réduction respective du brin libre étant alors de 23%. Sur la figure 2D, on constate qu'au fur et à mesure de l'enfoncement du poinçon dans la matrice, l'importance de la partie 19a, comprise entre le bord de poussée du poinçon 10 et l'appui 17 de la bague, augmente tandis que celle de la partie 19b, comprise entre l'appui 17 de la bague et le bord de retenue de la matrice 8, est inchangée. Cela ne signifie pas nécessairement que seul le métal de la partie 19a s'étire ou se déforme, et pas celui de la partie 19b, car en fait, le métal est susceptible de glisser en partie sur ses appuis 17 ou 14. Dans l'exemple ci-dessus, cette étape correspond à une flèche de 40mm, et la réduction du brin libre est de 18%. A partir de l'étape représentée en fig.2D et s'achevant en figure 2E, l'épaulement 13,13' du poinçon 10 rentre en action et vient enfoncer la partie 19b dans la surface correspondante formée entre la bague 16 et la surface cylindrique de la matrice, de manière à former le trottoir 5 de la boîte. Ce faisant, ce processus s'accompagne d'un pic d'augmentation de la force d'emboutissage, notamment dû à l'augmentation des surfaces de frottement et donc à la diminution du glissement du flan entre la matrice et le serre-flan en fin de phase d'emboutissage. Ce pic se traduit par une traction soudaine accrue sur la partie 19a prédominante de la paroi conique en formation. Ce surcroît de tension permet d'effacer les éventuels défauts qui auraient pû se former sur cette partie 19a. Ce pic d'effort apparaît clairement sur le graphique de la figure 3 où on a représenté en trait continu l'évolution de la force d'emboutissage F en fonction de l'enfoncement D du poinçon dans la matrice). On constate que la courbe représentative de cette évolution comporte d'abord une série a de brèves oscillations de forte amplitude correspondant au coup de bélier classique en début d'emboutissage, suivie d'une phase b sensiblement en plateau correspondant à l'emboutissage proprement dit. C'est en fin de phase b qu'apparaît le pic d'effort c caractéristique du mode préférentiel de réalisation de l'invention.Si l'invention n'était pas appliquée, i.e. si on supprimait la bague 16, la courbe représentative à ce stade de l'emboutissage serait celle qui est représentée en pointillés d, où l'on voit que l'effort F décroît avec l'enfoncement du poinçon dans la matrice. Il est possible de combiner à l'emboutissage profond selon l'invention un emboutissage léger du fond du récipient grâce à la coopération d'un contrepoinçon ou estampille 21 (cf. figs.2C à 2E) lié à la matrice et d'une cuvette 22 du poinçon 10. Naturellement, l'invention s'applique de la même façon à des boîtes dont la section transversale n'est pas circulaire mais ovale, ou sensiblement carrée ou rectangulaire. On peut aussi appliquer le procédé de l'invention sans former de trottoir, et donc sans créer le pic d'effort final, en supprimant par exemple l'épaulement du poinçon. La partie de la paroi la plus proche du bord de la boîte est alors tronconique, de conicité supérieure à celle du reste de la paroi. Selon une autre variante, on pourrait également rendre la bague 16 mobile, de sorte qu'elle constitue un support de la paroi dès le début de l'emboutissage, et recule ensuite, éventuellement progressivement en fonction de l'avance du poinçon, jusqu a sa position définitive. Selon le mode de réalisation qui va maintenant être décrit en se référant aux figures 4A-4B, on forme plusieurs épaulements sur la paroi tronconique (ou plus exactement d'allure générale sensiblement tronconique). Ceci est rendu possible grâce à la présence de plusieurs évidements sur le poinçon 10, composés d'une surface cylindrique 24 et d'une surface torique convexe 25, et qui coopérent avec un profil sensiblement complémentaire formé par un jeu de bagues 16a,16b,16c. Cette disposition permet de supprimer les défauts de forme liés à des boîtes très évasées ou à des épaisseurs de paroi trop faibles et d'augmenter l'effet de traction sur la paroi tronconique. Les bagues peuvent être fixes et pourraient être remplacées par une pièce monobloc. Le cas échéant, on peut combiner cette variante de procédé à la précédente et rendre toutes ou-certaines bagues mobiles. Naturellement, dans tous les modes de réalisation, la force de serrage du serre-flan est réglable de manière à pouvoir maîtriser le glissement du flan à ce niveau. REVENDICATIONS 1. Procédé d'emboutissage tronconique profond d'un flan métallique selon lequel le flan, maintenu avec glissement possible entre un bord de retenue d'une matrice et un serre-flan, est poussé en une passe dans la matrice par un poinçon soumis à une force d'emboutissage, avec formation continue d'une paroi sensiblement tronconique, caractérisé en ce qu'on maintient ladite paroi conique en formation, pendant une partie de la passe d'emboutissage, par au moins un appui périphérique intermédiaire lié à la matrice. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on maintient la paroi pendant au moins la deuxième moitié de la course d'emboutissage. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on provoque en fin de passe un pic d'aumgentation de la force d'emboutissage. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on provoque ledit pic en formant en fin de passe, au moyen d'au moins un appui intermédiaire, au moins un épaulement dans ladite paroi conique. 5. Dispositif d'emboutissage tronconique profond d'un flan métallique, du type comportant une matrice (8), un serre-flan (9) pour le maintien avec glissement possible du flan entre ledit serre-flan et un bord de retenue de la matrice, un poinçon mobile (10) associé à des moyens pour l'enfoncer dans la matrice (8) en imposant sur le flan une force d'emboutissage provoquant en une passe la formation continue d'une paroi sensiblement tronconique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un appui périphérique (16) lié à la matrice. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits appuis (16) consistent en au moins un épaulement (17) formé sur la matrice (8) et coopéra avec au moins un épaulement complémentaire (13) formé sur le poinçon (10). 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits appuis (16) consistent en au moins une bague mobile disposée dans la matrice (8) et coopérant avec au moins un épaulement (13) formé sur le poinçon. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la matrice comporte au moins un appui torique intermédiaire (17). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un estampille (21) coopérant avec le poinçon (10).