Brevet FR2751247A1 — publié le 19980123

L'invention a trait à un procédé de fabrication d'une bouteille métallique destinée à contenir un fluide sous pression comprenant un corps de forme générale cylindrique de section inférieure ou égale à 400 mm munie d'un couvercle et d'un fond de forme approximativement semi- éliptique, cette bouteille étant conçue, soit en deux parties sous forme de deux demi-coquilles assemblées par soudure, soit en trois parties le fond et le couvercle semi- éliptique étant rapportés par soudure à l'extrémité supérieure et inférieure d'une virole, une demi-coquille, un fond ou un couvercle étant conçus par emboutissage de manière à définir une partie de forme concave semi-éliptique prolongée, en périphérie, par un col cylindrique de hauteur plus ou moins importante. Tel que déjà précisé plus haut, l'invention concerne le domaine des bouteilles destinées à contenir un fluide sous pression, plus particulièrement un gaz ininflammable, tels que des produits réfrigérants comme le Fréon. Les bouteilles actuellement conçues pour le transport de ce type de fluide sous pression sont, soit en acier, ce qui pose le problème de leur poids, soit en aluminium et, dans ce cas, intervient la notion de coût de fabrication de telles bouteilles. Par ailleurs, la bouteille jetable se voit refusée dans toujours plus de pays pour des raisons de pollution et besoins de recyclage très importants sans parler du coût par le fait d'un seul circuit. En fait, quelle que soit la nature du matériau composant ces bouteilles, leur coût de production pose, en soi, un gros problème. Il convient tout d'abord de rappeler, à ce propos, que ces bouteilles comportent un corps de forme générale cylindrique muni d'un couvercle et d'un fond sensiblement semi-éliptique. En fait, la présente invention s'attache, plus particulièrement, aux bouteilles de petite dimension, soit inférieure ou égale à 400 mm. Substantiellement, une telle bouteille est conçue en deux ou trois parties. Dans le premier cas on conçoit deux demi-coquilles rendues solidaires par soudure l'une de l'autre, sensiblement, dans le plan médian horizontal de la bouteille. Dans le cadre d'une bouteille en trois parties l'on dispose d'une virole à l'extrémité 2 2751247 supérieure et inférieure de laquelle l'on vient rapporter, par soudure, le fond et le couvercle de forme semi-éliptique. En définitive, un tel couvercle ou fond emprunte une forme sensiblement similaire à une demi-coquille dans la mesure o ils comportent, tous deux, une partie de forme concave semi-éliptique laquelle est prolongée, en périphérie, par un col cylindrique de hauteur plus au moins importante. Ces pièces sont réalisées par emboutissage d'une tôle sachant que cet emboutissage est effectué en une seule passe au cours de laquelle ladite tôle est maintenue à l'aide de serre-flancs. Il est évident que, le métal est, dans ces conditions, fortement sollicité à tel point qu'il en résulte une réduction de l'épaisseur de la tôle initiale particulièrement importante. Cela conduit, inévitablement, à une augmentation de la dureté du métal lequel ne répond plus aux critères d'allongement tolérés par les normes applicables dans le domaine. Il s'ensuit l'obligation de procéder à des traitements thermiques de ces bouteilles afin de redonner au métal tout ou partie de ses caractéristiques physiques initiales. La présente invention se veut à même de répondre au problème précité, ceci au travers d'un procédé permettant, notamment, d'éviter cette réduction importante de l'épaisseur de la tôle entre sa forme initiale et sa forme emboutie ce qui, finalement, permet d'utiliser des tôles d'épaisseur plus faible au départ. De plus, le matériau n'étant que faiblement sollicité au cours de son formage, il est possible de s'affranchir des traitements thermiques usuellement mis en oeuvre. Il est à remarquer, à ce propos, que certaines techniques actuelles de soudure, notamment au laser, évitent, elles aussi, les élévations excessives de température susceptibles de modifier les caractéristiques physiques du métal et nécessitant un recuit. A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une bouteille métallique destinée à contenir un fluide sous pression comprenant un corps de forme générale cylindrique de section inférieure ou égale à 400 mm, muni d'un couvercle et d'un fond sensiblement semiéliptique, cette bouteille étant conçue soit 3 2751247 en deux parties sous forme de deux demi-coquilles assemblées par soudure, soit en trois parties le fond et le couvercle semi- éliptique étant rapportés par soudure à l'extrémité supérieure et inférieure d'une virole, une demi-coquille ou encore un fond ou un couvercle étant conçu par emboutissage de manière à définir une partie de forme concave semi-éliptique prolongée, en périphérie, par un col cylindrique de hauteur plus ou moins importante, caractérisée par le fait qu'on réalise une demi-coquille, un fond ou un couvercle par emboutissage en au moins trois passes d'une tôle d'épaisseur inférieure ou égale à 4 mm maintenue, avant chacune des passes d'emboutissage précédant la dernière, au moyen de serre-flancs dont le profil est déterminé en fonction de la forme conférée à la tôle au cours de la passe immédiatement à suivre. Selon l'invention, au cours de la première passe d'emboutissage, les bords périphériques de la tôle destinée à concevoir une demi-coquille, un fond ou un couvercle, sont relevés selon un angle inférieur à 35 par rapport au plan horizontal initial tandis qu'au cours de la deuxième passe lesdits bords périphériques de la tôle sont relevés selon un angle au plus égal à par rapport à ce plan horizontal initial. Finalement, ce n'est qu'au cours de la dernière passe qu'on vient relever le bord périphérique de la tôle de manière à former le col cylindrique correspondant à une demi-coquille, un fond ou un couvercle. Ainsi, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, permet de ne solliciter que faiblement la tôle au cours de chacune des passes d'emboutissage sachant, précisément, que le profil des serre-flancs est évolutif évitant de travailler, exclusivement, sur l'allongement du métal. En fait, le procédé selon l'invention a davantage pour but, de former la tôle plutôt que de la déformer conformément aux procédés mis en oeuvre jusqu'à présent. Il est évident que les gains de production résultant de la présente invention sont considérables. On notera, à ce propos, 4 2751247 qu'ils ne sont pas le résultat d'un changement de matière, dans la mesure o l'on continue à employer une tôle correspondant à un matériau facilement recyclable. Il est également important de noter qu'en raison des contraintes réduites subies par la tôle celle-ci peut, le cas échéant, être revêtue, avant formage, d'une protection anti- corrosion telle qu'une métallisation au zinc ou analogue évitant, là encore, l'application d'un tel revêtement sur le produit fini, opération qui est souvent plus coûteuse pour un résultat d'une qualité moindre. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre se rapportant à un mode de réalisation qui n'est donné qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif. La compréhension de cette description sera facilitée en se référant au dessin joint en annexe dans lequel: - les figures 1 et 2 représentent de manière schématisée et partielle, des bouteilles, notamment destinées à contenir un fluide sous pression, formées, respectivement, en deux et trois parties; - les figures 3, 4 et 5 illustrent, de manière schématisée, un emboutissage en trois passes d'un fond ou d'un couvercle d'une telle bouteille. Tel que visible dans les figures 1 et 2, la présente invention concerne le domaine des bouteilles métalliques, notamment destinées à contenir un fluide sous pression, plus particulièrement un gaz inflammable, tel que des produits réfrigérants comme le fréon. Une telle bouteille 1 comporte un corps de forme générale cylindrique sachant, à ce propos, que la présente invention s'attache, plus particulièrement, à des bouteilles dont la section est de l'ordre de 400 mmn au plus. Elle peut être conçue en deux ou trois parties. Dans le premier cas de figure, ladite bouteille 1 est réalisée à partir de deux demi-coquilles 2, 3 comportant une partie 4 de forme concave, sensiblement semi- éliptique prolongée, en périphérie, par un col 5, dans ce cas cylindrique. Ces deux demi-coquilles 2, 3 sont, en 2751247 définitives rendues solidaires l'une de l'autre au moyen d'un joint de soudure se situant, sensiblement, dans le plan médian horizontal de la bouteille 1. Dans le cas d'une bouteille i réalisée en trois parties, tel que représenté dans la figure 2, celle-ci comporte une virole 6 réalisée à partir d'une tôle dont on vient assembler, par soudure et après cintrage, les bords verticaux 7, 8. A l'extrémité supérieure 9 et inférieure 10 de cette virole 6 sont rapportés, par soudure, un couvercle 11 et un fond 12. Ces derniers empruntent une configuration similaire au deux demi-coquilles 2, 3 dans la mesure o ils comportent, là encore, une partie 4A de forme concave, sensiblement semi-éliptique prolongée, en périphérie, par un col 5A notamment cylindrique, celui-ci étant tout simplement de hauteur plus réduite. Cette forme des demi-coquilles 2, 3 ou, selon le cas, du couvercle 11 et du fond 12 est obtenue par emboutissage d'une tôle T, notamment en acier. A ce propos et selon l'invention, l'opération d'emboutissage est réalisée en au moins trois passes P1, P2, P3 illustrées de manière schématisée dans les figures 3, 4 et 5 des dessins ci-joints. En raison du type d'application desdites bouteilles 1, il est retenu une tôle T d'épaisseur inférieure ou égale à 4 mm. En outre, selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, avant chacune des passes d'emboutissage P1, P2, précédant la dernière P3, la tôle T est maintenue au moyen de serre-flancs 13, 14, 15 dont le profil est déterminé en fonction de la forme conférée à cette tôle au cours de la passe P1, P2 immédiatement à suivre. Ainsi, tel que visible dans la figure 1, le serre-flanc 13, venant maintenir la tôle T sur son bord périphérique avant la descente du poinçon 16, comporte un profil de sorte que ce bord périphérique de la tôle T se conforme, sous l'impulsion de ce serre-flanc 13, de manière à définir un prolongement, sensiblement sans rupture, de la forme concave 17 que vient définir, précisément, ce poinçon 16 lors de sa descente. 6 2751247 Il convient d'observer, à ce propos, qu'au cours de cette première passe P1, la tôle T est ainsi déformée de sorte que son bord périphérique B forme, par rapport au plan 18 de la tôle T initiale, un angle a au plus égal à 35 . La déformation imprimée à cette tôle T au cours de la seconde passe P2 est telle que ce bord périphérique B forme, par rapport au plan 18 initial, un angle a qui est au plus égal à 50 . On remarque que, là encore, (voir figure 4 des dessins ci-joints), le serre- flanc 14 est profilé de telle sorte que ledit bord périphérique B de la tôle T constitue un prolongement sans rupture par rapport à la forme imprimée par le poinçon 16A au cours de cette seconde passe P2. Finalement au cours de la dernière passe P3 l'on vient relever, à la verticale, le bord périphérique B de la tôle T de manière à définir le col cylindrique 5, 5A. A ce propos, au cours de cette dernière passe P3 le serre-flanc 15 a pour but simplement de maintenir, en début d'opération, le bord périphérique B de la tôle T, tout en l'autorisant lors de la descente du poinçon 16B, à venir épouser la matrice M. En raison des faibles sollicitations conférées à la tôle T au cours de son formage, celle-ci peut être revêtue, au préalable, par une protection anti-corrosion du type galvanisation. En effet, ces faibles sollicitations évitent tout traitement thermique du type recuit de stabilisation, généralement indispensable dans le cadre des procédés existants pour la fabrication de ce type de bouteille 1. On notera, au passage, que la tôle concevant la virole 6 peut, elle aussi, être pourvue, d'origine d'un tel revêtement de protection anti-corrosion. En outre, les opérations de soudure sont réalisées préférentiellement au moyen d'une torche laser ayant l'avantage d'éviter les surchauffes locales du métal. Tel que visible sur les figures 1 et 2 du dessin ci-joint, ces bouteilles 1, ainsi conçues selon le procédé conforme à l'invention, peuvent recevoir, au niveau de leur partie inférieure, un pied 19 formant embase et constitué en matière synthétique, 7 2751247 avantageusement thermoplastique, facilitant le recyclage de ces bouteilles 1. Ce pied 19 est ainsi conformé de manière à épouser, la partie concave 4, 4A de forme éliptique de cette partie inférieure de la bouteille 1, autorisant sa liaison par collage. Quant à la partie supérieure de cette bouteille 1, elle reçoit préférentiellement par collage, des moyens de préhension 20 sous forme d'un col conçu en matière synthétique, préférentiellement thermoplastique. Ce col comporte, dans sa partie annulaire, s'étendant verticalement au-dessus de la bouteille 1, des ouvertures facilitant la préhension de cette dernière. Il est évident que la bouteille i conformée selon le procédé de l'invention peut également recevoir un pied et des moyens de préhension de forme différente et en un matériau autre que synthétique. Ils peuvent, notamment, se présenter sous forme de pièces métalliques que l'on vient souder, notamment au laser, sur la bouteille 1. Les avantages découlant de la présente invention consistent en ce que pour la fabrication de bouteilles destinées à contenir un fluide sous pression, l'on s'affranchit de tout traitement thermique d'un coût de revient élevé, sans compter que l'on peut travailler des tôles d'épaisseur moindre pour un résultat du point de vue de la résistance mécanique qui est identique si ce n'est supérieur. Finalement, l'invention permet de réaliser ces bouteilles avec un coût de production plus faible. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments, sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. 8 2751247 Revendications 1. Procédé de fabrication d'une bouteille métallique (1) destinée à contenir un fluide sous pression comportant un corps de forme générale cylindrique, de section inférieure ou égale à 400 mm et munie d'un couvercle et d'un fond sensiblement semi-éliptique, cette bouteille (1) étant conçue, soit en deux parties sous forme de deux demi-coquilles (2, 3) assemblées par soudure, soit en trois parties, le fond (12) et le couvercle (11) semi-éliptique étant rapportés par soudure à l'extrémité supérieure (9) et inférieure (10) d'une virole (6), une demi-coquille (2, 3) ou encore un fond (12) ou un couvercle (11) étant conçu par emboutissage d'une tôle (T) de manière à définir une partie de forme concave semi-éliptique (4; 4A) prolongée, en périphérie, par un col (5; 5A) de hauteur plus ou moins importante, caractérisé par le fait que l'on réalise une demi-coquille (2, 3), un fond (12) ou un couvercle (11) par emboutissage en au moins trois passes (P1, P2, P3) d'une tôle d'épaisseur inférieure ou égale à 4 mm, maintenue, avant chacune des passes d'emboutissage (P1, P2) précédant la dernière (P3) au moyen de serre-flancs (13, 14) dont le profil est déterminé en fonction de la forme conférée à la tôle au cours de la passe (P1, P2) immédiatement à suivre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le serre-flanc (13, 14) venant maintenir la tôle (T) sur son bord périphérique (B) avant la descente d'un poinçon d'emboutissage (16, 16A) comporte un profil de sorte que le bord périphérique (B) de la tôle se conforme, sous l'impulsion de ce serre-flanc (13, 14) de telle manière à définir un prolongement, sensiblement sans rupture, de la forme concave (17) que vient définir ledit poinçon (16, 16A). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'au cours de la première passe d'emboutissage (P1) la tôle (T) est ainsi déformée de sorte que son bord périphérique (B) forme, par rapport au plan (18) de la tôle (T) initiale, un angle (a) au plus égal à 35 . 9 2751247 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la déformation imprimée à la tôle (T) au cours de la seconde passe (P2) est telle que son bord périphérique (B) forme, par rapport au plan (18) initial de ladite tôle (T), un angle (a) qui est au plus égal à 50 . 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'au cours de la dernière passe (P3) l'on vient relever, à la verticale, le bord périphérique (B) de la tôle (T) de manière à définir le col (5; 5A). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'au cours de la dernière passe d'emboutissage (P3) le serre-flanc (15) assure le maintien, en début d'opération, du bord périphérique (B) de la tôle (T) tout en l'autorisant, lors de la descente du poinçon d'emboutissage (16B), à venir épouser une matrice (M). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une tôle (T), destinée à être conformée en vrue de définir, selon le cas, une demi-coquille (2, 3), un fond (12), un couvercle (11) ou une virole (6) est revêtue, au préalable, d'une protection anticorrosion, du type métallisation. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'après formage, selon le cas, de deux demi-coquilles (2, 3) ou d'un fond (12), d'un couvercle (11) et d'une virole (6), l'on procède à leur assemblage par soudure au moyen d'une torche laser. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on rapporte, notamment par collage, un pied (19) en matière synthétique, avantageusement thermoplastique, au niveau de la partie inférieure d'une bouteille (1) conçue et assemblée selon les étapes du procédé défini dans les revendications 1 à 8. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'après conception et assemblage d'une bouteille (1), celle-ci reçoit notamment par collage au niveau de sa partie supérieure des moyens de préhension 2751247 (20) sous forme d'un col conçu en matière synthétique, préférentiellement thermoplastique, comportant, dans sa partie annulaire s'étendant verticalement au-dessus de ladite bouteille (1), des ouvertures facilitant la préhension de cette dernière. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'après conception et assemblage de la bouteille (1) celle-ci reçoit un pied et des moyens de préhension sous forme de pièces métalliques rapportées par soudure au laser.