Brevet FR2720305A1 — publié le 19951201

PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE BOÎTE A COUVERCLE MÉTALLIQUE SERTI ET BOÎTE OBTENUE PAR LEDIT PROCÉDÉ. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une boîte à couvercle métallique serti. Des boîtes à couvercle métallique serti sont bien connues ce sont, par exemple, les boîtes métalliques destinées principalement au conditionnement alimentaire. Les matériaux métalliques utilisés pour la fabrication du couvercle en vue de la fermeture du corps de boîte par sertissage sont en général le fer, blanc ou chromaté, I'aluminium, protégés par des vernis, ou des alliages métalliques dont la surface est protégée. Les matériaux constituant le corps de boîte peuvent être les mêmes que ceux du couvercle, mais ils peuvent être différents, voire non métalliques, comme des matières plastiques ou du carton dès l'instant qu'ils se prêtent bien à une opération de sertissage avec le couvercle métallique ; ils peuvent être également des composites, tels que carton, aluminium, polyéthylène par exemple; le corps de boîte peut être réalisé en une seule pièce par emboutissage, avec ou sans étirage ; il peut être également en deux pièces, un fond étant rapporté. Diverses formes de boîte peuvent être adoptées ; les boîtes peuvent en effet être cylindriques, à section circulaire ou non, coniques, pyramidales, ou de forme quelconque, avec ou sans rétreints ; elles peuvent aussi comporter des moulures, par exemple circulaires, ou des nervures, par exemple longitudinales. Jusqu'ici, I'opération de sertissage du couvercle métallique sur le corps de boîte est réalisée comme suit, en référence aux figures 1 à 3. Le corps de boîte 6, ici formant une seule pièce avec son fond, présente à son extrémité ouverte un bord à sertir 1 ; le bord à sertir 1 a été préalablement "bordé", c'est-à-dire évasé, comme cela est représenté sur la figure 1; le couvercle 7, destiné à fermer le corps de boîte 6, a été également préparé : il est constitué en son centre d'une cuvette 9 dont la périphérie se prolonge selon un ourlet extérieur 2 lorsque le couvercle 7 est placé sur le corps de boîte 6, la cuvette 9 s inscrit dans le bord à sertir 1 et l'ourlet extérieur 2 recouvre le bord à sertir 1 et sa partie évasée qu'il dépasse largement en réalisant une forme de C dirigé vers le fond du corps de boîte 6, la face intérieure de son ourlet 2 étant recouverte d'une pellicule d'étanchéité 3, par exemple un joint à base de caoutchouc. Les formes respectives et détaillées du bord à sertir 1 et de l'ourlet extérieur 2 font l'objet de spécifications normalisées fixées par le Secrétariat Européen des Fabricants d'Emballages métalliques Légers (SEFEL) et ne seront pas décrites davantage : pour plus de détails, il suffit de se reporter à ces spécifications. Pour fermer le corps de boîte 6 avec le couvercle 7, le corps de boîte 6, préalablement rempli du produit à conditionner, est placé sur un plateau 5, dit de compression, monté tournant et déplaçable axialement dans le sens de la flèche F vers un mandrin 4 de sertissage, entraînable en rotation mais fixe axialement ; le couvercle 7 est placé sur le corps de boîte 6 et l'ensemble est monté, par rapport au sens de la figure 1, vers le mandrin 4 que la cuvette 9 du couvercle 7 vient épouser : le mandrin 4 et la cuvette 9 ont une forme conique, le sommet du cône étant dirigé vers le plateau 5 de compression ; pour l'opération de sertissage, le couvercle 7 et le corps de boîte 6 devant être entraînés en rotation, le demi-angle au sommet dudit cône n'est pas quelconque; en effet, le couvercle 7 est entraîné par le contact en pression de sa cuvette 9 avec le mandrin 4 tournant, grâce à l'effort de compression suivant la flèche F transmis par le plateau 5, souvent également entraîné en rotation pour aider à l'entraînement du corps de boîte 6 en rotation ; le demi-angle au sommet dudit cône est de quatre degrés, comme spécifié par le "SEFEL". Tandis que l'ensemble ci-dessus tourne, en étant soumis à compression, le sertissage est obtenu en approchant du bord à sertir 1 et de l'ourlet 2 les outils à suivre de sertissage que sont les molettes de sertissage ; avant d'obtenir le sertissage final illustré sur la figure 3, le bord à sertir 1 du corps de boite 6 est, dans une phase intermédiaire montrée sur la figure 2, conformé en un crochet 8, grâce à la longueur suffisante du bord 1 et à une valeur suffisante également de l'effort de compression. I1 apparait que la force de compression appliquée de bas en haut sur le corps de boîte a deux fonctions. La première est d'obtenir un certain "coincement" sur les surfaces coniques du mandrin et de la cuvette du couvercle assurant ainsi l'entraînement mécanique permettant le travail des molettes de sertissage. La seconde est de pousser vers le haut le bord du corps pendant la première passe (figure 2) pour former le crochet du corps de façon que ce crochet soit de la longueur voulue pour obtenir un serti en deuxième passe (figure 3), qui soit dans les spécifications imposées pour garantir l'étanchéité. De telles boîtes réalisées comme décrit ci-dessus présentent de nombreux avantages, comme on le saint: la fermeture, par double sertissage comme le montre la figure 3, est d'une grande fiabilité, et d'une grande étanchéité, même en cas de déformation de la boîte, dans certaines limites, bien évidemment ; de telles boîtes sont étanches à la lumière ; elles sont facilement recyclables; elles sont réalisées en grandes séries, à grandes vitesses de fabrication, de remplissage, et de fermeture. Le procédé de l'état de la technique ci-dessus défini présente toutefois l'inconvénient que l'effort de compression nécessaire pour l'opération de sertissage est important. Les boîtes métalliques alimentaires (dites "boîtes de conserve") sont généralement utilisées par des conserveurs de la façon suivante : elles sont remplies de divers produits alimentaires, fermées de façon étanche en sertissant le couvercle et sont ensuite soumises à un cycle thermique (échauffement, maintien en température, refroidissement) qui assure la cuisson et la stérilisation du contenu, ce qui donne l'assurance d'une bonne conservation dans le temps des produits contenus. Ces diverses opérations sont réalisées dans des équipements de diverses caractéristiques mais, dans tous les cas, les boîtes sont soumises à des contraintes mécaniques importantes, notamment pendant la stérilisation, et doivent donc présenter une grande robustesse. Un autre procédé de conservation se développe actuellement : le remplissage aseptique. Dans ce cas, les boîtes vides sont stérilisées, par différents procédés, et sont introduites stériles dans une enceinte stérile ; elles sont alors remplies de différents produits alimentaires qui préalablement ont été cuits et stérilisés. La boîte stérile ainsi remplie est alors fermée par sertissage d'un couvercle stérile, toujours dans l'enceinte stérile. La boîte remplie et fermée ressort ensuite de l'enceinte stérile par un sas et la conservation des produits contenus dans la boîte est assurée sans que la boîte ait été soumise à aucun cycle thermique après fermeture. Par le choix des conditions de remplissage (température, gaz, etc..), on évite des pressions internes ou externes importantes préjudiciables à la tenue mécanique de la boîte : on peut alors, dans ces conditions, utiliser des boîtes moins robustes. Pratiquement, on peut utiliser des boîtes dites "allégées" fabriquées en métal plus mince et éventuellement moins renforcées de moulures, nervures ou analogues. Ces boîtes allégées sont fabriquées suivant les mêmes procédés que les boîtes traditionnelles et en ont les mêmes avantages précédemment indiqués. Mais les boîtes allégées présentent d'autres avantages supplémentaires : par leur légèreté, elles permettent de réduire les coûts de transport ; étant donné qu'elles sont constituées d'un poids de métal plus faible et qu'elles sont moins ouvragées, elles ont un prix de revient plus faible. Cependant, comme précédemment décrit, la méthode classique de sertissage requiert une compression importante de la boîte (730 Newtons pour une boîte de diamètre 73 mm). Si la boîte est en métal très mince, elle ne peut pas supporter cette charge. Les boîtes allégées requièrent donc un nouveau procédé de sertissage. L'invention concerne donc la fabrication et l'utilisation d'un nouveau type de boîtes métalliques alimentaires, dites "allégées", plus spécialement recommandées pour le remplissage aseptique, ces boîtes étant fermées par un couvercle par une opération de sertissage n'exigeant pas une force de compression importante. Cependant, le serti obtenu doit être identique à celui des boîtes traditionnelles et répondre aux mêmes critères pour assurer son étanchéité. Ainsi, selon la présente invention, un procédé de fabrication d'une boîte à couvercle métallique serti, dans lequel on part d'un corps de boîte, dont une extrémité a été préalablement formée en un bord à sertir, et d'un couvercle métallique, également préalablement formé pour être constitué d'une cuvette qui est périphériquement délimitée par une paroi longitudinale se prolongeant périphériquement selon un ourlet extérieur, et dans lequel on dispose le couvercle sur le corps de boîte en l'appuyant contre le corps de boîte avec une force inférieure à celle qui provoquerait la déformation permanente par flambage du corps de boîte, et on effectue, sur une machine à sertir, l'opération de sertissage du couvercle sur le corps de boîte, est caractérisé par le fait que, pendant le sertissage, on appuie le couvercle sur le bord à sertir du corps de boîte avec une force comprise entre 0,03 et 0,3 Newton par millimètre de longueur de sertissage mesurée périphériquement sur la boîte. Au-dessous de 0,03 N/mm de longueur, la mise en contact du couvercle sur le corps de boîte n'est plus toujours assurée de façon convenable. Au dessus de 0,5 N/mm de longueur, la compression risque d'entraîner des déformations du corps de boîte dans le cas des boîtes allégées à parois minces. Selon un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on effectue une pré-conformation des bords du corps de boîte et du couvercle ; le bord à sertir du corps de boîte a une section, par un plan, dit longitudinal, passant par l'axe du corps de boîte, en forme de V inversé défini par une aile intérieure et une aile extérieure, ladite aile extérieure constituant un bord rentrant qui fait un angle aigu avec ladite aile intérieure, cette dernière s'détendant substantiellement dans le prolongement de la paroi du corps de boîte, et l'ourlet du couvercle a une section, par ledit plan longitudinal, qui épouse extérieurement ledit V inversé en étant constituée de deux ailes, une aile intérieure qui correspond à la paroi longitudinale de la cuvette du couvercle et une aile extérieure constituant un contre-bord rentrant qui se prolonge selon un bord courbé dont la concavité est tournée vers l'axe du couvercle. Avantageusement, I'angle des ailes du V inversé est compris entre 30 et 60 degrés ; de préférence, ledit angle est voisin de 45 degrés. Selon une forme de réalisation, le corps de boîte est en métal ; le couvercle métallique et/ou le corps de boîte peuvent être en fer blanc ou en aluminium ou en alliage métallique. Selon une autre forme de réalisation, le corps de boîte est en un matériau non métallique. De préférence, l'intérieur du couvercle et/ou du corps de boîte est revêtu d'une couche de vernis protecteur. Avantageusement, la face intérieure de l'ourlet et du contre-bord rentrant du couvercle est munie d'un moyen d'étanchéité. De préférence, la machine à sertir étant une machine à molettes de sertissage, dans une première étape connue, on dispose l'ensemble constitué du couvercle et du corps de boîte entre un plateau de compression et un mandrin de sertissage et on rapproche ledit plateau dudit mandrin pour mettre en place le mandrin à l'intérieur de la cuvette du couvercle, dans une deuxième étape, on comprime légèrement ledit ensemble et, dans une troisième étape, on fait tourner l'ensemble et on effectue l'opération de sertissage par les molettes de la machine. Ces molettes sont avantageusement entraînées en rotation pour assurer la rotation de l'ensemble. En variante, la machine de sertissage est une presse de sertissage à outil à suivre. L'invention a également pour objet une boîte à couvercle métallique serti obtenue par le procédé décrit ci-dessus, et notamment une boîte dont le corps de boîte est constitué d'une paroi métallique de très faible épaisseur. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire, maintenant, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur les dessins annexés. Sur ces dessins - la figure 1 est une vue partielle en coupe d'une boîte métallique à couvercle serti, au cours de la première étape d'un procédé de fabrication de l'état de la technique - la figure 2 est une vue en coupe partielle montrant l'état du couvercle et du corps de boîte de la figure 1, au cours du sertissage correspondant au procédé de l'état de la technique - la figure 3 est analogue à la figure 2 mais correspond à l'étape finale de sertissage - la figure 4 montre en coupe partielle la forme et la disposition du couvercle et du corps de boîte tels qu'ils se présentent au début du procédé de fabrication selon l'invention - les figures 5 à 7 sont analogues à la figure 4 et montrent respectivement le couvercle et le corps de boîte tels qu'ils se présentent au cours d'étapes intermédiaires (figures 5 et 6) et à l'étape finale. Le corps des boîtes allégées ne présentant pas assez de rigidité pour subir la compression importante utilisée dans le procédé connu, les deux fonctions de cette compression doivent être obtenues différemment. La fonction d'entraînement mécanique de rotation peut être obtenue en remplaçant la force de compression par une force d'attraction entre le mandrin et le couvercle, par exemple par une magnétisation provisoire du mandrin pour un couvercle en fer ou encore par l'application de vide entre le mandrin et le couvercle. Pour les boîtes "de forme", c' est-à-dire non rondes (par exemple rectangulaire du genre boîte de sardines), l'entraînement en rotation est facilement obtenu. Une autre façon d'obtenir la rotation du couvercle et de la boîte est d'entraîner les molettes de sertissage en rotation ; en accomplissant leur travail de déformation du métal, elles obtiendront une friction tout-à-fait suffisante pour entraîner la rotation de l'ensemble. La fonction de poussée sur le corps pour former le crochet du corps ne peut pas être obtenue avec les boîtes allégées. Il convient donc de former ce crochet du corps d'une autre façon, notamment par pré-conformation. Le procédé de sertissage selon l'invention permet ainsi d'obtenir le serti traditionnel sans nécessiter de force de compression autre que celle nécessaire à mettre en contact le couvercle sur le corps pour obtenir la position de départ de sertissage. En se reportant à la figure 4, on voit que l'on part d'un corps de boîte 16 dont l'extrémité supérieure, destinée à être fermée par un couvercle 17, a été préalablement formée en un bord à sertir 11: le bord à sertir 11 a une section par un plan, dit longitudinal, passant par l'axe du corps de boîte 16, qui a la forme d'un V inversé ayant deux ailes, une aile extérieure constituant un bord rentrant 21 et une aile intérieure 19 ; l'aile intérieure 19 s'étend substantiellement dans le prolongement de la paroi du corps de boîte 16, de préférence en s'évasant légèrement comme montré sur le dessin; l'aile intérieure 19 et le bord rentrant 21 forment un angle aigu 18 entre eux, lorsqu'ils sont coupés par un plan longitudinal, l'angle aigu 18 étant avantageusement compris entre 30 et 60 degrés, et est de préférence voisin de 45 degrés. Le couvercle 17 a été également préformé: il comprend une partie centrale en forme de cuvette 27 qui se prolonge périphériquement selon un ourlet extérieur 12 ; l'ourlet 12 du couvercle 17 a une section par un plan longitudinal qui épouse extérieurement, lorsque le couvercle 17 est placé sur le corps de boîte 16, la forme en V inversé du bord à sertir 11 du corps de boîte 16, et dès lors ladite section est également constituée de deux ailes, une aile intérieure 29 qui correspond à la paroi longitudinale de la cuvette 27 et une aile extérieure constituant un contre-rebord rentrant 22. Le contre-rebord rentrant 22 se prolonge vers le bas, par rapport à la figure 4, selon un bord courbé 28 dont la concavité est tournée vers l'axe longitudinal du couvercle 17 ; la face intérieure de l'ourlet 12 est munie d'un moyen d'étanchéité 13, tel que par exemple une pellicule d'un joint à base de caoutchouc. Le procédé de fabrication d'une boîte à couvercle métallique serti, selon l'invention, consiste à utiliser un tel couvercle 17 et un tel corps de boîte 16 : on place le couvercle 17 sur le corps de boîte 16 qui se trouvent alors dans la position représentée partiellement sur la figure 4 et on dispose ensuite l'ensemble ainsi constitué sur une machine à sertir à molettes de sertissage: on dispose l'ensemble constitué du couvercle 17 et du corps de boîte 16 entre un plateau de compression et un mandrin de sertissage, puis on rapproche le plateau vers le mandrin pour mettre en place le mandrin à l'intérieur de la cuvette 27 du couvercle 17 jusqu'à légèrement comprimer l'ensemble et on effectue l'opération de sertissage par les molettes de la machine en faisant tourner l'ensemble comme ci-dessus indiqué ; le sertissage s'effectue progressivement par passes successives, tel que cela est illustré par les figures 5 à 7, les figures 5 et 6 montrant la forme du sertissage au cours d'étapes intermédiaires, la figure 7 représentant l'état des pièces en fin de sertissage. Pour certaines passes, l'avance des molettes peut ne pas être dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de la boîte. On remarquera que le coincement par un cône de 4 degrés entre le couvercle et le mandrin de sertissage n'est plus nécessaire et que cet angle de 4 degrés peut être avantageusement modifié pour les boîtes allégées pour éviter ledit coincement, qui nécessiterait un dispositif d'éjecteur pour dégager le mandrin de sertissage de la cuvette du couvercle en fin de sertissage. On remarquera également que le sertissage final est analogue au sertissage final de l'art antérieur, la figure 7 étant identique à la figure 3 : le sertissage selon l'invention conserve tous les avantages du sertissage de l'art antérieur décrits au début de la description ; en outre, grâce au préformage du couvercle 17 et du corps de boîte 16 décrit ci-dessus, l'effort de compression nécessaire au sertissage, pour la fermeture de la boîte, est beaucoup moindre que celui qui était nécessaire jusqu ' ici; ; pour fixer les idées, comparativement à l'exemple décrit ci-dessus de l'art antérieur, un corps de boîte 16 et un couvercle 17 de diamètre 73 mm, une force de 7 à 110 N suffit au lieu de 730 N pour effectuer le sertissage ; ceci est obtenu grâce au fait que le couvercle et le corps de boîte ont été préconformés, alors que la boîte est vide, cette phase de pré-conformation nécessitant un effort relativement grand compte tenu de l'importance de la déformation nécessaire pour réaliser un bord rentrant de corps de boîte et un ourlet de couvercle. L'effort de compression, dans le procédé de l'invention, est limité à l'effort nécessaire pour assurer le bon positionnement du couvercle sur l'ouverture du corps ; en outre, compte tenu de la réduction de l'effort de compression, le matériau constitutif du corps de boîte 16 peut être de moindre épaisseur ; ainsi, les boîtes fabriquées selon le procédé de la présente invention peuvent être plus légères et, quoi qu'il en soit, sont d'un prix de revient inférieur à celui de boîtes analogues fabriquées selon les procédés antérieurs. Bien entendu, le procédé de l'invention peut également être mis en oeuvre en utilisant une presse de sertissage à outil à suivre, c'est-à-dire en effectuant les différentes passes de sertissage sur une presse équipée de différents outillages, sans mouvement relatif de rotation entre l'ensemble, corps de boîte et couvercle, et l'outil de sertissage. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une boîte à couvercle métallique serti, dans lequel on part d'un corps de boîte (16), dont une extrémité a été préalablement formée en un bord à sertir (11), et d'un couvercle métallique (17), également préalablement formé pour être constitué d'une cuvette (27) qui est périphériquement délimitée par une paroi longitudinale se prolongeant périphériquement selon un ourlet (12) extérieur, et dans lequel on dispose le couvercle (17) sur le corps de boîte (16) en l'appuyant contre le corps de boîte avec une force inférieure à celle qui provoquerait la déformation permanente par flambage du corps de boîte, et on effectue, sur une machine à sertir, l'opération de sertissage du couvercle sur le corps de boîte, caractérisé par le fait que, pendant le sertissage, on appuie le couvercle (17) sur le bord à sertir (11) du corps de boîte (16) avec une force comprise entre 0,03 et 0,5 Newton par millimètre de longueur de sertissage mesurée périphériquement sur la boîte. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bord à sertir (11) du corps de boîte (16) a une section, par un plan, dit longitudinal, passant par l'axe du corps de boîte (16), en forme de V inversé défini par une aile intérieure et une aile extérieure, ladite aile extérieure constituant un bord rentrant (21) qui fait un angle aigu (18) avec ladite aile intérieure (19), cette dernière s'étendant substantiellement dans le prolongement de la paroi du corps de boîte (16), et par le fait que l'ourlet (12) du couvercle (17) a une section, par ledit plan longitudinal, qui épouse extérieurement ledit V inversé en étant constituée de deux ailes, une aile intérieure (29) qui correspond à la paroi longitudinale de la cuvette (27) du couvercle (17) et une aile extérieure constituant un contre-bord rentrant (22) qui se prolonge selon un bord courbé (28) dont la concavité est tournée vers l'axe du couvercle (17) . 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'angle (18) est un angle compris entre 30 et 60 degrés. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'angle (18) est un angle voisin de 45 degrés. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le corps de boîte (16) est en métal. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le couvercle métallique (17) et/ou le corps de boîte (16) est en fer blanc ou en aluminium ou en alliage métallique. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le corps de boîte est en un matériau non métallique. 8. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la face intérieure de l'ourlet (12) et du contre-bord rentrant (22) du couvercle (17) est munie d'un moyen d'étanchéité (13). 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la machine à sertir est une machine à molettes de sertissage, caractérisé par le fait que, dans une première étape connue, on dispose l'ensemble constitué du couvercle (17) et du corps de boîte (16) entre un plateau de compression et un mandrin de sertissage et on rapproche ledit plateau dudit mandrin pour mettre en place le mandrin à l'intérieur de la cuvette (27) du couvercle (17), dans une deuxième étape, on comprime légèrement ledit ensemble et, dans une troisième étape, on fait tourner l'ensemble et on effectue l'opération de sertissage par les molettes de la machine. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la machine à sertir est une presse de sertissage à outil à suivre. 11. Boîte à couvercle métallique serti, caractérisée par le fait qu'elle est obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 10. 12. Boîte selon la revendication il, caractérisée par le fait que le corps de boîte (16) est constitué d'une paroi métallique de très faible épaisseur.