Brevet FR3025505A1 — publié le 20160311

Procédé de fabrication de capsules de bouchage métalliques mixtes texturées-lisses Domaine de l'invention L'invention concerne le domaine des capsules de bouchage comportant une coque extérieure métallique en alliage d'aluminium et notamment les capsules à vis qui comprennent un insert intérieur typiquement en matière plastique et fileté. Ces capsules sont destinées au bouchage de récipients, essentiellement des bouteilles en verre contenant des boissons alcoolisées et notamment du vin ou des spiritueux. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication de ces capsules permettant d'obtenir un aspect texturé sur le sommet, ou tête, et lisse ou brillant sur la paroi « verticale » ou jupe de l'extérieur de la capsule. Etat de la technique Les capsules de bouchage en alliage d'aluminium sont fabriquées typiquement de la manière suivante : - Une presse d'emboutissage forme des ébauches de capsules à partir d'une bande ou tôle encore appelée format, découpée en flans, vernis sur leurs deux faces, d'épaisseur typique allant de 0,15 à 0,25 mm sans prendre en compte le vernis. Selon la hauteur de la jupe (longueur de l'ébauche de capsule), une à trois passes d'emboutissage peuvent être nécessaires. - Ces ébauches sont dégraissées en étuve à haute température, typiquement de 180 à 25 210°C, pendant un temps allant de 3 à 5 minutes, afin d'éliminer le lubrifiant d'emboutissage. - Elles sont ensuite laquées sur toute leur surface extérieure et sont passées en étuve afin de cuire la laque. - Ces ébauches laquées sont imprimées sur la jupe, typiquement en sérigraphie, procédé 30 connu de l'homme de métier sous l'appellation d' « Offset », avec un séchage final des encres en étuve. 3025505 2 - Un vernis de surimpression est enfin appliqué afin de protéger l'impression, ledit vernis étant séché lors d'un passage en étuve. - L'ébauche ainsi obtenue est dotée d'un joint et/ou d'un insert plastique intérieur fileté. 5 On notera que tous les alliages d'aluminium dont il est question dans ce qui suit sont désignés, sauf mention contraire, selon les désignations définies par l' « Aluminum Association » dans les « Registration Record Series » qu'elle publie régulièrement. Problème posé 10 L'intérêt croissant pour des solutions esthétiques a amené la demanderesse à tester l'utilisation de bandes en alliage d'aluminium connues de l'homme du métier sous l'appellation de bande ou tôle « texturée », c'est-à-dire présentant des motifs en creux ou en reliefs, typiquement mais pas exclusivement des lignes dans une ou plusieurs 15 directions, conférant une rugosité Ra, mesurée selon la norme NF EN ISO 4287, typiquement supérieure à 0.5 voire 1.0 gin, pour l'emboutissage des ébauches de capsules. Ce type de surface est bien connu de l'homme de métier et décrit notamment dans les demandes WO 9731783 Al, GB 234588 A, WO 9508408 Al, WO 9731783 Al, US 20 5857373, US 6920632, EP 0273402 Al ou encore EP 0456162 Al, CA 2412980 Al, CA 2478648 Al, EP 1368140 Al etc... Toutefois, à l'issue de l'emboutissage, si la qualité de la texture demeure sensiblement inchangée sur la tête de l'ébauche, elle est très dégradée et inesthétique sur la jupe du fait notamment de la déformation du (ou des) motifs de texture lors dudit emboutissage. La valorisation de l'aspect texturé du métal initial (nuances spéciales fabriquées par laminage pour donner un effet texturé et/ou irisé à la surface du métal), est de ce fait rendue impossible. Aucune solution industriellement viable n'est connue à ce jour pour produire des capsules texturées, que ce soit en totalité, soit sur la jupe et le sommet, ou même 30 partiellement, soit sur le sommet seulement, du fait de la dégradation précitée de la jupe. 3025505 3 L'invention vise à résoudre ce problème en proposant un procédé conservant l'aspect texturé initial sur toute la surface de la tête de l'ébauche, et lisse ou brillant sur toute la hauteur de la jupe, et ce dans des conditions industriellement économiques pour le marché des capsules de bouchage de bouteilles de boissons. 5 Objet de l'invention L'invention est relative à un procédé de fabrication de capsules métalliques de bouchage comprenant : 10 a) l'approvisionnement d'une bande ou tôle, en alliage d'aluminium, connue de l'homme du métier sous l'appellation de bande ou tôle « texturée», c'est-à-dire présentant des motifs en creux ou en reliefs, typiquement mais pas exclusivement des lignes dans une ou plusieurs directions, conférant une rugosité Ra, mesurée selon la norme NF EN ISO 4287, typiquement supérieure à 0.5 voire 1.0 jim pour 15 l'emboutissage, typiquement revêtue sur au moins l'une de ses deux faces, généralement la face destinée à l'intérieur de la capsule, d'une couche de vernis emboutissable, c'est-à-dire qui ne subit aucune détérioration au cours de l'emboutissage, b) une première opération de découpage en disques appelés flans, c) une étape d'emboutissage et de découpe des cornes d'anisotropie, en une ou plusieurs 20 passes, dudit métal en flan, typiquement à l'aide d'un lubrifiant d'emboutissage, de manière à former une ébauche emboutie, comprenant une tête et une jupe, typiquement axisymétrique selon une direction axiale, d) une étape de dégraissage, thermique, typiquement à une température de 180 à 210°C, pendant un temps de 3 à 5 minutes, ou chimique en milieu alcalin, de ladite ébauche 25 emboutie, destinée à éliminer typiquement les restes de lubrifiant, pour former une ébauche dégraissée apte à être éventuellement vernie, e) une étape éventuelle de vernissage de protection et/ou décoration, et caractérisé en ce qu'il comprend, après, éventuellement enchaînée directement avec l'étape d'emboutissage, au moins une étape d'étirage consistant à faire passer l'ébauche 30 emboutie par au moins une bague d'étirage afin d'allonger le métal et l'amincir. 3025505 4 Typiquement, le flan a une épaisseur de 0.15 à 0.25 mm sans prendre en compte le vernis. Selon le mode le plus commun, le taux d'étirage (1- épaisseur finale/épaisseur initiale de la tôle ou bande) est supérieur ou égal à 2.5 %. 5 Selon un mode préférentiel, il est inférieur ou égal à 30 %. Selon un mode particulier de réalisation, seule la face destinée à l'intérieur de la capsule est revêtue d'un vernis avant emboutissage et la face destinée à l'extérieur de la capsule ne l'est qu'après l'étape de dégraissage. Selon un autre mode, les deux faces destinées à l'intérieur et à l'extérieur de la capsule 10 sont revêtues d'un vernis avant emboutissage. De manière avantageuse, le lubrifiant utilisé pour l'emboutissage est volatil et éliminé par chauffage. Il en va de même pour le lubrifiant utilisé pour l'étirage qui, avantageusement, est volatil et éliminé par chauffage, typiquement en four à passage ou en étuve. 15 Par ailleurs, le même lubrifiant peut être utilisé pour les deux étapes d'emboutissage et d' étirage. De façon avantageuse, les étapes d'emboutissage et étirage sont enchaînées dans deux étapes intégrées, c'est à dire sans autre étape intermédiaire et encore plus avantageusement, elles sont réalisées en un seul et même coup de presse. 20 Enfin, l'alliage d'aluminium peut être, mais non exclusivement, du type AA3105 ou du type AA8011. L'invention a également pour objet une capsule métallique de bouchage fabriquée par le procédé présentant l'une des caractéristiques précédentes, et caractérisée en ce qu'elle présente un aspect dit « texturé » sur toute la surface de la tête ou sommet, et un aspect 25 lisse ou brillant sur toute la hauteur de la jupe, ou paroi. Description des figures La figure 1 est une coupe schématique de la capsule utilisée pour les essais. Son 30 diamètre est de 33 mm, sa hauteur H est de 24 mm après emboutissage, de 20 mm après découpe des cornes d'anisotropie et finalement de 28 mm après étirage, son sommet ou 3025505 5 tête ou encore « haut » est plat et est relié à la jupe ou paroi verticale A avec un rayon R de 5 mm. La figure 2 montre, de gauche à droite, le sommet d'une capsule texturée de motifs en 5 lignes parallèles après emboutissage et étirage selon l'invention, une vue de la jupe de la même capsule après emboutissage et enfin une vue de la jupe de la même capsule après emboutissage et étirage où l'aspect texturé a disparu pour laisser place à un aspect lisse ou brillant. 10 La figure 3 montre, de gauche à droite, le sommet d'une capsule texturée de motifs en lignes perpendiculaires et une vue de la jupe de la même capsule après emboutissage et étirage où l'aspect texturé a disparu pour laisser de nouveau place à un aspect lisse ou brillant. 15 La figure 4 représente la rugosité Ra en microns, mesurée dans le sens long de haut en bas de la paroi, pour: Les tôles de départ, ou formats, repérées A, brillantes ou lisses (repère 0), et texturées selon différents motifs 1, 2 ou 3, Les capsules uniquement embouties, repérées B, obtenues à partir des formats 0, 1, 2 et 20 3 précédents, la mesure étant réalisée sur la jupe, de haut en bas de la paroi, Les capsules embouties et étirées, repérées C, également obtenues à partir des formats et capsules B repérées 0, 1, 2 et 3 précédents, la mesure étant toujours réalisée sur la jupe, à 15 mm de la tête de la capsule. 25 Description de l'invention Comme précédemment mentionné, du fait d'un intérêt croissant du marché pour des capsules de bouchage esthétiques mais économiques, c'est-à-dire d'un coût compatible avec l'exigence du marché des bouteilles de boissons et non de celui des produits cosmétiques, la demanderesse a eu l'idée de tester l'utilisation de bandes en alliage d'aluminium connues de l'homme du métier sous l'appellation de bande ou tôle 3025505 6 « texturée », c'est-à-dire présentant des motifs en creux ou en reliefs, typiquement mais pas exclusivement des lignes dans une ou plusieurs directions, conférant une rugosité Ra, mesurée selon la norme NF EN ISO 4287, typiquement supérieure à 0.5 voire 1.0 pour l'emboutissage des ébauches de capsules. 5 Toutefois, elle a constaté qu'à l'issue de l'emboutissage, si la qualité de la texture demeurait inchangée sur la tête ou sommet de l'ébauche, elle était très dégradée et inesthétique sur la jupe du fait de la déformation du (ou des) motifs de texture lors dudit emboutissage outre qu'elle présentait sur cette dernière un aspect plus ou moins mat. Dans le même temps, la demanderesse s'était engagée dans un programme de réduction 10 de l'épaisseur des dites capsules de bouchage pour minimiser la quantité de métal mis en oeuvre. Elle en est ainsi arrivée à procéder à une passe supplémentaire d'étirage à l'issue de l'emboutissage classique en une ou plusieurs passes, ces dernières conduisant à une épaisseur de jupe non uniforme qui pouvait donc être optimisée à son minimum. Ce type d'étirage, encore connu sous le nom de « calibrage », n'est pas utilisé dans le 15 domaine des capsules de bouchage et n'est utilisé à ce jour que dans celui des boîtes ou bouteilles-boisson. Lors d'essais à partir de métal dit « texturé », elle a alors constaté de façon inattendue que ladite texture était conservée sur la tête, ou sommet, de la capsule mais tout à fait effacée, à l'issue de ladite étape, sur la paroi ou jupe, alors que l'aspect « mat » précité 20 était amélioré en un aspect lisse ou brillant. L'intérêt de l'invention s'avérait donc multiple : uniformiser l'épaisseur de la jupe sur toute sa hauteur en minimisant la quantité de matière mise en oeuvre, ou en autorisant la fabrication de capsules plus hautes sans augmentation de la quantité de matière, et enfin, obtenir un effet esthétique avec un aspect texturé sur le sommet ou tête et lisse ou 25 brillant sur la jupe ou paroi de capsule. Le taux minimum d'étirage se justifie par le fait que ce dernier doit au minimum amener l'épaisseur de l'ensemble de la jupe sensiblement uniformément à la valeur de l'épaisseur minimum localement obtenue après emboutissage (soit 0.203 mm dans le cas de la figure 1). Cette dernière dépend des conditions d'emboutissage (rugosité de 30 l'outil, jeu, pression du serre-flanc, lubrification). On considère généralement que ce taux minimum est de 2.5 voire 3 %. 3025505 7 Le taux maximum d'étirage est lié à la limite d'étirabilité avant rupture, intrinsèque à l'alliage, qui ne doit pas être dépassée lors de l'étirage, ou calibrage, du bas de la jupe, zone la plus épaisse (de 0.236 mm selon la figure 1). Sa valeur « jeu,. » est donnée par la formule (1- jeun.) /(1-LIR) = e,n / einit) où LIR est la limite d'étirabilité du métal, 5 emax est l'épaisseur maximum de bas de jupe (0.236 mm selon la figure 1) et einit l'épaisseur initiale de la tôle (0.210 mm dans le cas correspondant à la figure 1). Dans le cas d'un alliage du type AA3104 ou 3105, la limite d'étirabilité industriellement admise est de 40 %. On obtient alors un taux maximum d'étirage de sensiblement 30 %. 10 Dans ses détails, l'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples ci-après, qui n'ont toutefois pas de caractère limitatif. Exemples de réalisation 15 Etape d'emboutissage Des bandes de métal en alliage du type AA8011 de qualité connue de l'homme du métier sous l'appellation de bande « texturée », d'une rugosité Ra de 0.5 itm à 2.0 i_un, en épaisseur de 0.210 mm (sans vernis), ont été découpées au format 210 x 75 mm. 20 La première passe d'emboutissage a été réalisée sur ces flans non vernis avec les outils de caractéristiques suivantes : Diamètre de la bague de découpe : 64 mm, diamètre du poinçon : 33 mm, rayon du poinçon : 5 mm, soit un rapport d'emboutissage Re = 0 flan / 0 poinçon de 1.94. Le diamètre de la matrice était de 33.68 mm et son rayon de 2.5 mm. 25 La rugosité de la surface de la matrice en contact avec le métal était de Ra = 0.2. Le lubrifiant était du type connu sous la référence « KLÜBERFOOD NH1 16-180 ». La pression de serre-flan a été réglée de façon à obtenir une coupelle sans pli. Cette étape a permis de fabriquer des coupelles ou capsules telles que représentées schématiquement en coupe à la figure 1, et repérées B en figure 4. 30 Etape d'étirage 3025505 8 La deuxième passe, d'étirage, a été réalisée sur les coupelles préalablement embouties selon l'étape 1 ci-dessus, avec les outils de caractéristiques suivantes : Diamètre du poinçon : 33 mm 5 Diamètre de la bague d'étirage à 28.6% : 33.30 mm Le diamètre des bagues d'étirage correspond à un jeu négatif par rapport à l'épaisseur initiale (ici ép. métal = 0.210 mm) de métal entre les diamètres du poinçon et de la matrice et se calcule de la façon suivante : O Bague étirage = O Poinçon + (2 x ép. métal x (1 - jeu %)) 10 jeu % étant le taux d'étirage, ici de 28.6 %, soit 0.286 Le même lubrifiant que pour l'étape d'emboutissage, « KLÜBERFOOD NH1 16-180 », a été utilisé avec succès que ce soit pur ou dilué avec de l'eau à 80%. Cette étape a permis de fabriquer des capsules embouties étirées conformes à l'invention, référencées C en figure 4. 15 Résultats des essais : On a utilisé, pour quantifier le critère qu'est la brillance, la rugosité de surface Ra, cette dernière étant d'autant plus brillante que la surface est lisse donc la rugosité faible. 20 On a comparé la rugosité de la capsule, emboutie et étirée suivant l'invention, à la rugosité de la capsule seulement emboutie (selon l'art antérieur), et enfin à la rugosité initiale du métal en bande ou tôle ou format de départ à plat, avant mise en forme de la capsule. 25 La rugosité a été mesurée sur les formats à plat et sur la paroi ou jupe des capsules de haut en bas de la paroi. On utilise les codes suivants : A : format à plat, B : capsule emboutie, 30 C : capsule emboutie puis étirée selon l'invention. Pour ce qui concerne les états de surface : 3025505 9 0 pour l'absence de texture, soit une surface brillante ou lisse, 1 et 2 des textures en lignes parallèles et 3 pour deux faisceaux de lignes parallèles croisés à 90°. La figure 2 présente une capsule emboutie au centre et deux capsules embouties puis étirées de part et d'autre, avec la texture 2. 5 La figure 4 compare les rugosités des formats à plat A avec des parois ou jupes des capsules A de l'art antérieur et avec celles des capsules C selon l'invention. Elle montre clairement que l'invention permet de diviser par un facteur de deux à huit la rugosité de la paroi. 10 Elle montre tout aussi clairement, par comparaison entre les capsules (A, B) et (C, D), que, sur le haut (ou sommet) de la capsule, la rugosité est inchangée, c'est-à-dire que l'invention ne modifie pas la brillance du haut de la capsule. Elle est supérieure à la rugosité initiale du métal brillant, mais reste inférieure à la rugosité d'un métal brut de laminage du type dit « Mill Finish ». 15 Ce point démontre l'intérêt d'utiliser, comme tôle de départ, un métal brillant pour tirer le meilleur parti de la brillance initiale sur le haut de la capsule et obtenir, par étirage, une brillance améliorée sur son ensemble, incluant la jupe ou paroi. Ces résultats sont d'ailleurs identiques pour tous les critères usuels de mesure de rugosité 2D ou 3D (Rz, ou Sk par exemple). 20 25 30 REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de capsules métalliques de bouchage comprenant : a) l'approvisionnement d'une bande ou tôle, en alliage d'aluminium connue de l'homme du métier sous l'appellation de bande ou tôle « texturée», typiquement revêtue sur au moins l'une de ses deux faces, généralement la face destinée à l'intérieur de la capsule, d'une couche de vernis emboutissable, b) une première opération de découpage en disques appelés flans, c) une étape d'emboutissage et de découpe des cornes d'anisotropie, en une ou plusieurs passes, dudit métal en flan, typiquement à l'aide d'un lubrifiant d'emboutissage, de manière à former une ébauche emboutie, comprenant une tête et une jupe, typiquement axisymétrique selon une direction axiale , d) une étape de dégraissage de ladite ébauche emboutie, destinée à éliminer typiquement les restes de lubrifiant, pour former une ébauche dégraissée apte à être éventuellement vernie, e) une étape éventuelle de vernissage de protection et/ou décoration, et caractérisé en ce qu'il comprend, après l'étape d'emboutissage, au moins une étape d'étirage consistant à faire passer l'ébauche emboutie par au moins une bague d'étirage afin d'allonger le métal et l'amincir. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le flan a une épaisseur de 0.15 à 0.25 mm sans vernis. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le taux d'étirage (1- épaisseur finale/épaisseur initiale) est supérieur ou égal à 2.5 %. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le taux d'étirage est inférieur ou égal à 30 %. 3025505 11 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que seule la face destinée à l'intérieur de la capsule est revêtue d'un vernis avant emboutissage et la face destinée à l'extérieur de la capsule ne l'est qu'après l'étape de dégraissage. 5 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les deux faces destinées à l'intérieur et à l'extérieur de la capsule sont revêtues d'un vernis avant emboutissage. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le 10 lubrifiant utilisé pour l'emboutissage est volatil et éliminé par chauffage. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le lubrifiant utilisé pour l'étirage est volatil et éliminé par chauffage. 15 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le même lubrifiant est utilisé pour les deux étapes d'emboutissage et d'étirage. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que les étapes d'emboutissage et étirage sont enchaînées dans deux étapes intégrées, c'est à dire 20 sans autre étape intermédiaire. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que les étapes d'emboutissage et étirage sont réalisées en un seul et même coup de presse. 25 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que l'alliage d'aluminium est du type AA3105. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que l'alliage d'aluminium est du type AA8011. 30 3025505 12 14. Capsule métallique de bouchage fabriquée par le procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'elle présente un aspect dit « texturé » sur toute la surface de la tête ou sommet, et un aspect lisse ou brillant sur toute la hauteur de la jupe, ou paroi. 5