Brevet FR2731927A1 — publié le 19960927

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 géométriquement expansée et, d'autre part, un couvercle serti sur la jupe périphéri- que. Il est connu de réaliser des boîtes métalli- ques de forme constituées d'une jupe périphérique comportant au moins une zone géométriquement expansée, d'un fond serti à une extrémité de la jupe périphérique 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 géométriquement 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 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 géométriquement expansée et on sertit un fond et un couvercle respectivement à chaque extrémité de la jupe périphérique. La formation de la zone géométriquement expansée est généralement 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. Le plus souvent, ce type de boîtes métalli- ques est réalisé à partir d'un acier à très basse teneur eu carbone obtenu par double réduction, c'est à dire par laminage à froid d'une bande laminée à chaud, recuit et relaminage à froid. Un tel acier subit un écrouissage important lors de la seconde opération de laminage à froid de sorte que sa limite d'élasticité est de l'ordre de 350 à 400 MPa. Dans le cas de la réalisation de ce type de boîte par la technique d'emboutissage-réemboutissage, après formation de la paroi de la jupe périphérique, le métal est encore plus fortement écroui si bien que sa limite d'élasticité dans la paroi de ladite jupe périphé- rique avoisine les 600 MPa. Le taux d'expansion géométrique global possible du diamètre de la jupe périphérique est de l'ordre de 2,5%. Dans le cas de la réalisation de ce type de 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 géométrique global possible du diamètre de la jupe périphérique est infé- rieur 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 métal 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, comprenant un fond et une jupe périphérique venue de matière avec ledit fond, ladite jupe périphérique comportant au moins une zone géométriquement expansée dont le taux d'expansion est de l'ordre de 3% dans le cas d'une technique d'emboutissage-réemboutissage et de l'ordre de 8% dans le cas d'une technique d'emboutissage- repassage. L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication d'une boîte métallique de forme, comprenant, d'une part, un fond et une jupe périphérique cylindrique venue de matière avec ledit fond et comportant au moins une zone géométriquement expansée et, d'autre part, un couvercle serti sur la jupe périphérique, caractérisé en ce que: - on réalise dans la zone à expanser géomé- triquement un pliage contrôlé en accordéon de la jupe périphérique et sur toute la hauteur de ladite zone à expanser pour augmenter le volume du métal disponible dans cette zone, - et on déplie le pliage en accordéon de la jupe périphérique pour obtenir la zone géométriquement expansee. Selon d'autres caractéristiques de l'inven- tion: - on déplie le pliage en accordéon vers l'extérieur de la jupe périphérique, - on déplie le pliage en accordéon vers l'intérieur de la jupe périphérique, - on réalise sur la jupe périphérique au moins deux zones géométriquement expansées en formant d'abord la zone géométriquement expansée la plus proche du fond, puis la zone géométriquement expansée la plus éloignée dudit fond, - on réalise le pliage contrôlé en accordéon de la jupe périphérique en formant une série de gorges adjacentes les unes aux autres en commençant par la partie de la zone à expanser géométriquement située la plus près du fond jusqu'à la partie de la zone à expanser géométriquement la plus éloignée dudit fond, - la profondeur de chaque gorge est fonction du diamètre final à obtenir dans la zone géométriquement expansée au niveau de la gorge correspondante, - on réalise le pliage contrôlé en accordéon de la jupe périphérique en formant une gorge hélicoïdale en commençant par la partie de la zone à expanser géométriquement située la plus proche du fond jusqu'à la partie de la zone à expanser géométriquement la plus éloignée dudit fond, - on réalise la gorge, génératrice par génératrice, au moyen d'un outil tournant autour de la jupe périphérique, - on déplie le pliage en accordéon par soufflage d'air ou d'azote sous pression, ou par injec- tion d'un fluide incompressible sous pression, ou à l'aide d'un outil circulaire formé de plusieurs secteurs adjacents et déplaçables perpendiculairement à l'axe de la boîte de forme, ou à l'aide d'un coussin gonflable en élastomère. Les caractéristiques et avantages apparai- tront 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, - les Figs. 2 à 4 sont des vues en demi-coupe longitudinale montrant les diverses étapes du procédé de fabrication de la boîte de forme de la Fig. 1, - la Fig. 5 est une vue en demi-coupe longitudinale d'un second mode de réalisation d'une boîte de forme obtenue par le procédé selon l'invention, - la Fig. 6 est une vue schématique de dessus d'une boîte pendant sa fabrication au cours d'une étape du procédé selon l'invention, - la Fig. 7 est une vue partielle en coupe selon la ligne 7-7 de la Fig. 6. Il est à noter que sur ces figures, le profil des boîtes représentées est volontairement exagéré pour des raisons de clarté. Comme on le voit sur la Fig. 1, 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 comprend par exemple deux zones géométriquement expansées, une zone 2A la plus proche du fond 1 et zone 2B située au dessus de la zone 2A par rapport au fond 1 et séparée de ladite zone 2A par une portion intermédiaire 2C. La zone 2A s'étend sur une hauteur H1 de la jupe périphérique 2 de la boîte et la zone 2B s'étend sur une hauteur H2 de ladite jupe périphérique 2. Pour réaliser une telle boîte de forme, le procédé selon l'invention consiste, dans une première étape, à réaliser à partir d'une ébauche 3 obtenue par emboutissage-réemboutissage ou par emboutissage-repassage d'un flan métallique en acier, ou en aluminium ou en alliage d'aluminium, telle que représentée à la Fig. 2, un pliage contrôlé en accordéon 4 dans la zone à expanser géométriquement 2A et sur toute la hauteur Hi de ladite zone à expanser. Le pliage contrôlé 4, représenté à la Fig. 3, a pour but d'augmenter le volume de métal disponible dans cette zone 2A de hauteur Hi. Dans une seconde étape, on effectue dans la zone 2B à expanser géométriquement, sur toute la hauteur H2 de ladite zone 2B, un pliage contrôlé en accordéon 5, comme représenté à la Fig. 4. Dans une troisième étape, on déplie les pliages en accordéon 4 et 5 réalisés dans les étapes précédentes, vers l'extérieur de la jupe périphérique 2, pour obtenir rapidement les zones géométriquement expansées 2A et 2B. Pour effectuer les pliages en accordéon 4 et de la jupe périphérique 2, on forme une série de gorges 6 adjacentes les unes aux autres en commençant par la partie de la zone 2A à expanser géométriquement située le plus près du fond jusqu'à la partie de ladite zone 2A à expanser géométriquement, la plus éloignée dudit fond, et en réalisant d'abord les gorges 6 de la zone 2A la plus proche du fond, puis les gorges 6 de la zone 2B la plus éloignée du fond. La profondeur de chaque gorge 6 est fonction du diamètre final à obtenir dans chaque zone 2A et 2B au niveau de la gorge 6 correspondante. Si la boîte à réaliser comporte plus de deux zones à expanser géométriquement, on commence l'opération par la zone à expanser la plus proche du fond, puis on continuerait par la zone à expanser située audessus de ladite zone située proche du fond, et ainsi de suite jusqu'à la zone la plus éloignée dudit fond. Comme représenté sur les Figs. 6 et 7, chaque gorge 6 réalisée sur une couronne de la jupe périphérique 2 est formée génératrice par génératrice au moyen d'un outil tournant autour de la jupe périphérique 2 et désigné dans son ensemble par la référence 10. Cet outil tournant 10 est constitué d'un jeu de trois bagues, d'axes de rotation parallèles à l'axe de révolution de la boîte, comprenant une bague 11 tournant autour de la jupe périphérique 2, à l'extérieur de celle-ci et deux bagues respectivement 10a et lob tournant autour de la jupe périphérique 2, à l'intérieur de celle-ci. Selon une variante, les bagues loa et lob tournent autour de la jupe périphérique 2 à l'extérieur de celle-ci et la bague 11 tourne autour de la jupe périphérique 2 à l'intérieur de celle-ci. Les bagues lOa et lob sont situées dans des plans superposés de part et d'autre du plan contenant la bague 11. Pour former une gorge 6, on positionne l'outil 10 contre la jupe périphérique 2 de la boîte, au niveau désiré et on commence par faire tourner les bagues a, lob et 11, tout en interpénétrant la bague exté- rieure 11 et les bagues intérieures lOa et lob. Pour atteindre la profondeur de la gorge 6 souhaitée, plusieurs opérations successives sont souvent nécessaires. Dans ce cas, après avoir réalisé un premier tour avec l'outil 10 autour de la jupe périphérique 2, on refait un ou plusieurs tours supplémentaires en accroissant à chaque tour l'interprétation des bagues 10a, lob et 11. La position relative des bagues lOa, lob et 11 de l'outil 10 de formation des gorges 6 ainsi que la géométrie des bagues sont calculées, d'une part, pour obtenir la formation d'une gorge 6 sans amincissement de la paroi de la jupe périphérique 2 ou avec un amincisse- ment de ladite paroi très limité et, d'autre part, pour optimiser le brin libre 9 de la génératrice de la paroi de la jupe périphérique 2 en contact avec les bagues lOa, lob et 11 de sorte que ce brin libre 9 soit suffisamment court pour éviter les risques de plissement du métal et suffisamment grand pour éviter les risques de marquage de la paroi de la jupe périphérique 2 par lesdites bagues. Selon une variante de réalisation, non représentée, l'outil 10 est constitué d'un jeu de quatre bagues, d'axes de rotation parallèles à l'axe de révolu- tion de la boîte, deux bagues tournant autour de la jupe périphérique 2 à l'extérieur de celle-ci et deux bagues tournant autour et à l'intérieur de celle-ci. Cette configuration de l'outil 10 permet d'éviter les plissements lors de la formation des gorges 6 par maintien du métal de la gorge précédemment formée. Il est important que la formation des gorges 6 pour réaliser le pliage en accordéon 4 et 5 des zones 2A et 2B de la jupe périphérique 2 de la boîte, s'effec- tue sans amincissement de la paroi de ladite jupe périphérique 2 ou avec un amincissement très limité. C'est pour cette raison que la formation des gorges 6 débute par celle de la partie de la zone 2A et 2B à expanser géométriquement située la plus près du fond 1 afin de permettre au métal constitutif de la paroi de la jupe périphérique 2 située au-dessus de la couronne sur laquelle on forme la gorge 6, de fluer vers ladite couronne pendant la formation de ladite gorge 6. Pendant cette opération l'extrémité libre de la jupe périphérique 2 ne subit aucun effort axial de pression ou de retenue. En effet, on constate qu'après avoir formé le pliage en accordéon de la zone 2A et 2B à expanser géométriquement que la hauteur totale de l'ébauche diminue. Pour réaliser le dépliage des pliages contrôlés en accordéon 4 et 5 de la jupe périphérique 2, on utilise par exemple la technique connue de l'expansion par soufflage d'air ou d'azote sous pression ou la technique connue par injection d'un fluide incompressible sous pression, ou encore à l'aide d'un outil circulaire formé de plusieurs secteurs adjacents et déplaçables perpendiculairement à l'axe de la boîte, ou enfin à l'aide d'un coussin gonflable en élastomère. Toutes ces techniques d'expansion sont des techniques connues et ne sont de ce fait pas décrites en détail. Les conditions d'expansion sont déterminées pour que les hauteurs Hi et H2 des zones 2A et 2B restent identiques et pour que l'épaisseur des parois de la jupe périphérique 2 reste constante. Après cette opération de dépliage des pliages contrôlés en accordéon 4 et 5 de la jupe périphérique 2, on obtient une boîte de forme comportant deux zones 2A et 2B expansées géométriquement dont le taux d'expansion, calculé selon la formule: D final - D initial x 100 D initial est de l'ordre de 3% dans le cas d'une ébauche obtenue par emboutissage-repassage d'un flan métallique en acier et est de l'ordre de 8% dans le cas d'une ébauche obtenue par emboutissage- réemboutissage d'un flan métallique en acier. En effet, si on considère une couronne de hauteur Hi par exemple, de l'ébauche 3, la paroi de ladite couronne étant cylindrique, la surface de métal disponible sur une génératrice est: Si = Hl x e e étant l'épaisseur de la paroi de la couronne. Le volume de métal disponible dans la couronne considérée est: V1 = Sl x X x D, D étant le diamètre de la couronne. Après avoir réalisé le pliage en accordéon de la zone de la jupe périphérique 2 à expanser géométrique- ment, la couronne de hauteur Hi présente une paroi de forme générale sinusoïdale dont l'épaisseur e est égale à celle de la paroi de la couronne cylindrique de l'ébauche 3. Dans ce cas, la surface S2 de métal disponi- ble est supérieure à Si, le profil étant passé d'un profil droit à un profil de forme générale sinusoïdale et la hauteur étant restée identique. En considérant que le diamètre moyen de la couronne est resté identique et égal à D, le volume V2 de métal disponible dans la couronne considérée est: V2 = S2 x r x D ce volume V2 étant supérieur à Vi. Lorsque l'on déplie la couronne de hauteur Hi au moyen d'un outil d'expansion, on ramène le profil de la paroi de la couronne à un profil rectiligne, et ceci sans en augmenter la hauteur Hi. Dans ce cas, la surface S3 de métal disponi- ble sur une génératrice est également égale à Hi x e, c'est à dire égale à Si, car les conditions d'expansion ont été telles que l'épaisseur e de la paroi de la couronne n'a pas évolué ou évolué faiblement. Le volume V3 du métal disponible dans la couronne après dépliage est: V3 = S3 x r x D3 D3 étant le diamètre de la couronne expansée. Or, compte tenu du fait que Si = S3 et que le volume du métal reste identique V2 = V3, on aboutit à l'égalité suivante: S2 x r x D = S3 x X x D3 soit S2 x D = S3 x D3 = Si x D3 or comme S2 > Si on a donc D3 > D. Le diamètre final D3 de chaque zone 2A et 2B expansée géométriquement est donc directement lié au profil de chaque pliage en accordéon 4 et 5 et donc à la profondeur des gorges 6. Le taux d'expansion possible est toutefois limité pour la faisabilité des gorges 6 sans diminution d'épaisseur de la paroi de la jupe périphérique 2 dans lesdites gorges. Actuellement, compte tenu des outils dont on dispose, le taux maximum d'expansion pour une boîte en acier emboutie-repassée peut atteindre 3 à 4% et pour une boîte en acier emboutie-réemboutie 8 à 10%. Selon une variante, non représentée, de réalisation du pliage contrôlé en accordéon de la jupe périphérique 2 sur toute la hauteur de chaque zone 2A et 2B à expanser géométriquement, on peut réaliser, à la place d'une série de gorges 6 adjacentes les unes des autres, une gorge hélicoïdale. Dans ce cas, on réalise la gorge hélicoïdale en commençant par la partie de la zone à expanser géométriquement située la plus près du fond jusqu'à la partie de la zone à expanser géométriquement la plus éloignée dudit fond. La gorge hélicoïdale possède une profondeur variable. Comme représenté sur la Fig. 5, on peut également réaliser une boîte de forme présentant au moins une zone 2D dont le diamètre est inférieur à celui du reste de la boîte. Dans ce cas, on procède de la même manière que précédemment, pour réaliser un pliage contrôlé en accordéon de la jupe périphérique 2 sur toute la hauteur de la zone 2D à former ceci afin d'augmenter le volume de métal disponible dans cette zone. Ensuite, on déplie le pliage en accordéon vers l'intérieur de la jupe périphérique 2. Le procédé de fabrication des boîtes de forme selon l'invention permet de réaliser des boîtes de forme avec des galbes plus marqués et permet d'utiliser des ébauches obtenues par emboutissage-repassage ou par emboutissage-réemboutissage. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une boîte métallique de forme, comprenant, d'une part, un fond (1) et une jupe périphérique (2) cylindrique venue de matière avec ledit fond (1) et comportant au moins une zone géométriquement expansée (2A, 2B, 2D) et, d'autre part, un couvercle serti sur la jupe périphérique (2), caracté- risé en ce que: - on réalise dans la zone à expanser géomé- triquement un pliage contrôlé en accordéon (4, 5) de la jupe périphérique (2) et sur toute la hauteur de ladite zone à expanser géométriquement pour augmenter le volume du métal disponible dans cette zone, - et on déplie le pliage en accordéon (4, 5) de la jupe périphérique pour obtenir la zone géométrique- ment expansée (2A, 2B, 2D). 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'on déplie le pliage en accordéon (4, 5) vers l'extérieur de la jupe périphérique (2). 3. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'on déplie le pliage en accordéon vers l'intérieur de la jupe périphérique (2). 4. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'on réalise sur la jupe périphérique (2) au moins deux zones géométriquement expansées (2A, 2B) en formant d'abord la zone géométriquement expansée (2A) la plus proche du fond (1), puis la zone géométriquement expansée (2B) la plus éloignée dudit fond (1). 5. Procédé selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que l'on réalise le pliage contrôlé en accordéon (4, 5) de la jupe périphérique (2) en formant une série de gorges (6) adjacentes les unes aux autres en commençant par la partie de la zone à expanser géométriquement située la plus proche du fond (1) jusqu'à la partie de la zone à expanser géométriquement la plus éloignée dudit fond (1). 6. Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la profondeur de chaque gorge (6) est fonction du diamètre final à obtenir dans la zone géométriquement expansée (2A, 2B) au niveau de la gorge (6) correspondante. 7. Procédé selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que l'on réalise le pliage contrôlé en accordéon (4, 5) de la jupe périphérique(2) en formant une gorge hélicoïdale en commençant par la partie de la zone à expanser géométriquement située la plus proche du fond (1) jusqu'à la partie de la zone à expanser géomé- triquement la plus éloignée dudit fond (1). 8. Procédé selon la revendication 7, caracté- risé en ce que la gorge hélicoïdale possède une profon- deur variable. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé que l'on réalise la gorge (6), génératrice par génératrice, au moyen d'un outil (10) tournant autour de la jupe périphérique (2). 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on déplie le pliage en accordéon (4, 5) par soufflage d'air ou d'azote sous pression. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé que l'on déplie le pliage en accordéon (4,5) par injection d'un fluide incompressible sous pression. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on déplie le pliage en accordéon (4, 5) à l'aide d'un outil circulaire formé de plusieurs secteurs adjacents et déplaçables perpendiculairement à l'axe de la boîte de forme. 13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on déplie le pliage en accordéon (4, 5) à l'aide d'un coussin gonflable en élastomère.