Brevet FR2660220A1 — publié le 19911004

i 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 boites 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 façon 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 la en forme de bulle (Fig la). Ensuite, cette première ébauche la est placée dans un second jeu de matrice 4 et poinçon 5 (Fig lb) pour réaliser un premier rétreint formant une deuxième ébauche lb, puis cette deuxième ébauche lb ainsi formée est placée dans un troisième jeu de matrice 6 et poinçon 7 (Fig 1 c) pour réaliser un second rétreint formant une troisième ébauche lc, et cette troisième ébauche lc est enfin placée dans un quatrième jeu de matrice 8 et poinçon 9 (Fig ld) afin d'obtenir la partie en relief finale ld, ledit poinçon 9 possédant des dimensions sensiblement équivalentes à 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 lerivetage 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 diminution des efforts d'ouverture et une amélioration de la faisabilité des lignes de moindre résistance sur le couvercle. La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de formage d'une partie en relief sur un flan de tôle à l'aide d'une matrice et d'un poinçon, caractérisé en ce que: on effectue sur au moins une zone locali- sée du flan de tôle, de dimension supérieure à celle de ladite partie en relief, une opération de préfor- mage en réalisant progressivement, sur une zone intermédiaire de ladite zone localisée et située entre la future partie haute de ladite partie en relief et la périphérie de ladite zone localisée, une succession d'ondulations en gradins, puis, on effectue une opération de confor- mation en dépliant progressivement les ondulations en gradins de ladite zone intermédiaire et en formant simultanément ladite partie en relief. Selon une autre caractéristique, la surface de la zone localisée préformée est sensiblement équivalente à 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 poinçon 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, 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 0,20 mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 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 poinçon de préformage du dispositif selon l'invention, la Fig 3 représente schématiquement en coupe le jeu de matrice et poinçon de conformation du dispositif selon l'invention, les Figs 4 a à 4 d sont des demi-vues sché- matiques en coupe montrant les phases successives de préformage avec le dispositif selon l'invention, les Figs 5 a à 5 d sont des demi-vues sché- matiques en coupe montrant les phases successives de conformation avec le dispositif selon l'invention, la Fig 6 est un diagramme montrant la répartition des contraintes sur le flan de tôle, d'une part avec le procédé selon l'art antérieur, et d'autre part, avec le procédé selon l'invention, la Fig 7 représente schématiquement en coupe une variante du jeu de matrice et poinçon 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 21 a, 21 b et 21 c et de creux 22 a, 22 b et 22 c par exem- ple au nombre de trois et dont la hauteur croit du centre vers la périphérie de ladite matrice 20. Les empreintes du poinçon 25 de préformage sont constituées par une série de saillies 26 a, 26 b et 26 c et de creux 27 a, 27 b et 27 c dont la hauteur décroît du centre vers la périphérie dudit poinçon 25. La saillie 26 a du poinçon 25 et le creux 22 a 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 26 a du poinçon 25 et le creux 22 a de la matrice 20 ont une forme cylindrique et les saillies 21 a, 21 b, 21 c et 26 a, 26 b, 26 c respectivement de la matrice 20 et du poinçon 25 sont constituées par des anneaux radiaux. 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 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 poinçon 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 21 c entre en contact avec le flan 10 qui est lui même en contact avec la saillie 26 a du poinçon 25 (Fig 4 a). 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 21 b, 26 b et 21 a, 26 c entrent en contact avec le flan 10 (Fig 4 b), puis s'interpénètrent progressivement (Fig 4 c) jusqu'au moment o la saillie la plus haute, c'est à dire la saillie 21 c, vienne en appui dans le creux 27 c 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 de la partie en relief 1 Oa à former et la périphérie de la zone localisée A, une succession d'ondulations 1 Od 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. Grâce -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 que dans 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 5 a à 5 br on pratique, après position- nement de la préforme du flan 10 entre la matrice 30 et le poinçon 35 de conformation (Fig 5 a), un rétreint selon la forme donnée par la saillie 36 dudit poinçon 35. A cet effet, on descend progressivement la matrice 30 de façon à réaliser un dépliage successif des ondulations 10 d (Fig 5 b et 5 c), jusqu'au formage définitif de la partie en relief 10 a (Fig 5 d), 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 d, 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 1 Od et de la conformation de la partie en relief 1 Oa. Ces moyens de contrôle sont formés par des bagues 37 disposées, soit au niveau des reliefs ou soit au niveau des creux des ondulations 10 d, 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 poids, un coût inférieur et un moindre effort d'ouverture de ces couvercles. Par ailleurs, il permet également une 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. REVENDICATIONS 1 Procédé de formage d'une partie en relief ( 10 a) sur un flan de tôle ( 10) à l'aide d'une matrice et d'un poinçon, caractérisé en ce que: on effectue sur au moins une zone locali- sée A du flan de tôle ( 10), de dimension supérieure à celle de ladite partie en relief ( 10 a), une opération de préformage en réalisant progressivement, sur une zone intermédiaire B de ladite zone A et située entre la future partie haute de ladite partie en relief ( 10 a) et la périphérie de ladite zone A, une succession d'ondulations en gradins ( 10 d), puis, on effectue une opération de conformation en dépliant progressivement les ondu- lations en gradins ( 1 Od) de ladite zone intermédiaire B et en formant simultanément ladite partie en relief ( 10 a). 2 Procédé de formage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de la zone locali- sée préformée est sensiblement équivalente à ladite zone localisée après formage définitif. 3 Dispositif de formage d'une partie en relief ( 10 a) sur un flan de tôle ( 10) comportant une matrice et un poinçon, caractérisé en ce qu'il comprend un jeu de matrice ( 20) et poinçon ( 25) de préformage munis chacun d'empreintes de forme complémentaire pour former sur une zone localisée A dudit flan de tôle ( 10) une succession d'ondulations en gradins ( 1 Od) et un jeu de matrice ( 30) et de poinçon ( 35) de conformation de ladite partie en relief ( 10 a). 4 Dispositif de formage selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce que les empreintes du jeu 1 1 de matrice ( 20) et du poinçon ( 25) de préformage sont formées par une série de saillies ( 21 a, 21 b, et 26 a, 26 b) et de creux ( 22 a, 22 b et 27 a, 27 b). Dispositif de formage selon les revendi- cations 3 et 4, caractérisé en ce que lesdites saillies ( 21 a, 21 b) et lesdits creux ( 22 a, 22 b) de la matrice de préformage ont une hauteur croissante du centre vers la périphérie de ladite matrice. 6 Dispositif de formage selon les revendi- cations 3 et 4, caractérisé en ce que lesdites saillies ( 26 a, 2 Gb) et lesdits creux ( 27 a, 27 b) du poinçon ( 25) de préformage ont une hauteur décrois- sante du centre vers la périphérie dudit poinçon. 7 Dispositif de formage selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce que le poinçon ( 25) de conformation comporte des moyens de contrôle du rétreint du flan de tôle ( 10) lors du dépliage des ondulations en gradins ( 10 d) et de la conformation de la partie en relief ( 10 a). 8 Dispositif de formage selon la revendi- cation 7, caractérisé en ce que les moyens de contrôle du rétreint sont formés par des bagues mobiles ( 37) mises sous pression par exemple par des ressorts ( 38). 9 Produit comportant une partie en relief ( 10 a), tel qu'un rivet de couvercles dit à ouverture facile, caractérisé en ce qu'il est réalisé par le procédé selon les revendications 1 et 2. Produit selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est formé à partir d'un flan de tôle ( 10) en fer mince fortement écroui. 11 Produit selon la revendication 10, caractérisé en ce que le flan de tôle ( 10) a une épaisseur comprise entre 0,10 et 0,20 mm.