Brevet FR3092506A1 — publié le 20200814

Description Titre de l'invention : Système d'expansion et bordage d'une virole Domaine technique [0001] L'invention concerne un système d'expansion et de bordage d'une virole, notamment dans le contexte de fabrication de boîtes/conteneurs en matière métallique. Contexte [0002] Classiquement, une boîte métallique comprend un corps qui peut être symétrique de révolution ou non, cylindrique ou non, et qui s'étend sur une certaine hauteur. A l'une ou l'autre (ou les deux) des extrémités de ce corps, on vient sertir un couvercle lui aussi réalisé en matière métallique. On parle ainsi soit d'un emballage métallique trois pièces (fond et dessus à sertir de part et d'autre du corps) soit d'un emballage métallique deux pièces (fond formé avec le corps, seul le dessus et à sertir). [0003] Pour préparer l'opération sertissage, on vient au préalable pratiquer une opération de bordage sur la bordure d'extrémité du corps. Le plus souvent aussi, on réalise également une opération d'expansion radiale vers l'extérieur du corps (mise à la cote), réalisé comme une opération distincte. [0004] Toutefois, selon une autre possibilité, on peut combiner l'opération de bordage avec une opération de pré-expansion locale. Selon une possibilité, cette opération combinée peut être réalisée par exemple par insertion d'un outil, on parle alors de tamponnage. [0005] Selon certains pour certains procédés, l'outil de tamponnage, utilisé pour réaliser ladite pré-expansion combiné au bordage, s'avère parfois délicat à séparer de la boîte métallique tamponnée, car l'emmanchement de l'outil est assez serré, cc d'autant plus que l'angle d'ouverture de la forme conique est petit. [0006] C'est ainsi qu'une lubrification s'avère souvent nécessaire dans les procédés connus. [0007] Dans certains procédés connus pour réaliser cette opération de tamponnage, on utilise un outil extracteur distinct de l'outil de tamponnage et qui présente l'inconvénient de complexifier l'outillage et de laisser parfois de petites marques indésirables sur la boîte métallique. [0008] L'invention proposée vient améliorer cette situation. [0009] 11 est ainsi proposé un système d'expansion et de bordage d'une extrémité d'une virole métallique destinée à foimer un corps de boite, comprenant : - un outil de forme générale extérieure de révolution par rapport à un axe de travail (A), avec un premier élément comprenant une première portion extérieure tronconique et un deuxième élément comprenant une deuxième portion extérieure tronconique, le premier élément étant agencé en partie avant de l'outil, la première portion extérieure tronconique présentant une première hauteur (HI) et la deuxième portion extérieure tronconique présentant une deuxième hauteur (H2) plus 2 grande que la première hauteur, - une table pour recevoir la virole à déformer, et dans lequel il est prévu : - un premier mouvement relatif de l'outil par rapport à la table le long de l'axe de travail (A), - un deuxième mouvement relatif du premier élément de l'outil par rapport au deuxième élément de l'outil le long de l'axe de travail (A), et dans lequel, lorsque les premier et deuxième éléments d'outil sont rapprochés, à savoir l'un contre l'autre, les premier et deuxième portions extérieures tronconiques se retrouvent en continuité de forme, de préférence sans inflexion ou point singulier, et sont introduites à l'intérieur de la virole pour la déformer vers l'extérieur, et dans lequel, lorsque les premier et deuxième éléments d'outil sont écartés le long de l'axe de travail, on peut alors séparer assez aisément la virole du premier élément d'outil. [0010] Moyennant quoi on obtient une déformation parfaitement de révolution autour de l'axe de travail sans marque ni facette. [0011] L'utilisation du système proposé ci-dessus ne nécessite pas de lubrification de la virole métallique ni de l'outil. Le système proposé ne nécessite pas le recours à un outil extracteur distinct. Le système proposé ne nécessite pas non plus d'utiliser un élément magnétique spécifique puissant. [0012] Le système proposé est particulièrement simple et fiable, on arrive aisément à dé- chausser la virole après déformation, tout en garantissant l'intégrité du corps et du de la bordure de la future boîte métallique. [0013] En outre, il est préférentiellement prévu que la première portion extérieure tronconique (11) présente un premier angle d'ouverture ((3) et la deuxième portion extérieure tronconique (21) présente généralement un deuxième angle d'ouverture (a) et il est avantageusement prévu que ledit deuxième angle d'ouverture (a) est plus faible que le premier angle d'ouverture (13). Ainsi, on utilise l'appui du premier élément d'outil pour pouvoir déchausser le deuxième élément d'outil même en présence d'un angle d'ouverture a petit, suite à quoi on peut aisément déchausser le premier élément d'outil qui présente un angle d'ouverture 13 supérieur et donc une force de rétention faible ou négligeable. [0014] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, option- nellement, être mises en oeuvre. Elles peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres. [0015] Selon un aspect, la deuxième hauteur H2 est plusieurs fois supérieure à la première hauteur Hl, à savoir H2 > K Hl, avec K coefficient prédéterminé, et de préférence K vaut au moins 2, et préférentiellement au moins 3. Moyennant quoi une fois que l'on a déchaussé le deuxième élément d'outil, la 3 hauteur H1 restant en contact avec la virole est très réduite, que cc soit avec un angle plus ouvert ou le même angle que sur le deuxième élément d'outil, et le déchaussement du premier élément d'outil est aisé. Ainsi, même lorsque l'ouverture de la zone conique est assez faible, c'est-à-dire l'angle a est petit, on arrive quand même à extraire la virole de manière fiable en conservant son intégrité et sa symétrie de révolution. [0016] Selon un aspect, il est peut être un ressort de rappel (5) pour amener les premier et deuxième éléments d'outil l'un contre l'autre, correspondant à une position de repos de l'outil de tamponnage (position relative par défaut). On s'écarte de cette position par défaut pour déchausser la virole, i.c. on pousse le premier élément à l'encontre du ressort. En revanche pour déformer la virole, le ressort n'est pas défléchi et les premier et deuxième éléments restent bien l'un contre l'autre. [0017] Selon un aspect, le deuxième élément (2) peut comprendre un alésage central (26) et le premier élément (1) peut comprendre une tige centrale (16) qui passe au travers alésage central. Ceci forme un montage simple et fiable assurant un très bon guidage. Il peut être prévu un indexage angulaire entre le premier élément deuxième étend d'outil, mais l'outil de tamponnage peut aussi en être dépourvu. [0018] Selon un aspect, le ressort de rappel peut être un ressort de compression hélicoïdal agencé autour de la tige centrale. Ceci forme un montage simple et fiable, la durée de vie d'un tel ressort est excellente. [0019] Selon un aspect, le premier élément (1) comprend un épaulement d'arrêt (15) sur lequel s'appuie le ressort de rappel. Ceci forme un montage robuste et fiable. [0020] Selon un aspect, il peut être prévu un palier glissant (61) entre premier et deuxième éléments d'outil. Ceci permet d'assurer un guidage positif et précis de sorte que les première et deuxième portions extérieures tronconiques (11,21) se retrouvent en continuité de forme pour la déformation de la virole, de préférence sans inflexion ou point singulier à l'endroit de la ligne de jonction (7). [0021] Selon un aspect, la table (3) est montée mobile le long de l'axe de travail (A) et le deuxième élément (2) d'outil est monté fixe. Ceci s'avère être une solution intéressante du point de vue de la manutention des viroles en amont et en aval du poste de tamponnage. [0022] On note par ailleurs que l'outil peut être réglé à une distance variable de la table pour accepter des viroles de différentes hauteurs. D'une manière générale, toutes les courses mentionnées plus loin seront considérées comme ajustables en fonction du type de produit à traiter. [0023] Selon un aspect, le deuxième mouvement relatif (C2) est accompagné par une descente de la table d'une course partielle (C3) substantiellement égale ou légèrement supérieure à la course du deuxième mouvement relatif. Ainsi, on évite d'appliquer une sollicitation mécanique à la virole (ou le corps de boite) pendant le mouvement de déchaussement du deuxième élément de l'outil. La course de descente de la table C3 peut ensuite être poursuivie pour déchausser à son tour le premier élément de l'outil. [0024] Selon un aspect, il est prévu sur la table des éléments de centrage (31) pour recevoir et maintenir précisément la virole sur la table. Ceci permet de bien positionner l'extrémité supérieure de la virole pour que l'outil de tamponnage soit bien centré en vue de son introduction. [0025] R+ Selon une option, la course totale (Cl) du premier mouvement relatif peut être substantiellement supérieure à la course (C2) du deuxième mouvement relatif. En pratique, souvent, la course totale (Cl) du premier mouvement relatif est généralement plusieurs fois supérieure à la course (C2) du deuxième mouvement relatif. En effet la zone de déformation de pré expansion peut prendre une certaine hauteur dans le corps de la virole. [0026] R+ Selon une option, il peut être prévu que la course (C2) du deuxième mouvement relatif est comprise entre 2 mm et 5 mm. Ainsi, une petite course suffit à déchausser la virole, ce qui suffit pour ensuite retirer l'ensemble de l'outil par rapport à la virole. [0027] On remarque qu'une course C2 très faible suffit pour déchausser le corps de boite du deuxième élément d'outil. Cette faible course C2 peut être réalisée en pratique en un temps très court et par conséquent cela n'a pas d'impact significatif sur le temps de cycle global comparé à un outil de tamponnage mono pièce. On peut ainsi conserver des cadences de production classiques pour ce type de produit. [0028] R+ Selon une option, on peut prévoir un système de maintien de la virole, par pression mécanique radiale ou action magnétique pour déchausser le premier élément d'outil après avoir déchaussé le second élément d'outil comme énoncé plus haut. Brève description des dessins [0029] D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l'analyse des dessins annexés, sur lesquels : [0030] [fig.1] La figure 1 illustre une boite métallique, [0031] [fig.2] La figure 2 illustre le sertissage d'un couvercle sur une virole, après utilisation de système selon l'invention. [0032] [fig.3A] La figure 3A montre en demi coupe axiale l'outil selon l'invention avec une virole à déformer sur une table de travail, avant déformation, 100331 Ifig.3B1 La figure 3B est analogue à la figure 3A et la situation après déformation, [0034] [fig.3C] La figure 3C est analogue à la figure 3A et la situation après déchaussement du deuxième élément d'outil. [0035] [fig.3D] La figure 3D est analogue à la figure 3A et la situation après déchaussement complet de l'outil. [0036] [fig.4] La figure 4 illustre une configuration voisine selon laquelle l'angle d'ouverture de la virole à l'endroit du premier élément d'outil est supérieur à l'angle d'ouverture dc la virole en face du second élément d'outil. Description des modes de réalisation [0037] Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Pour des raisons de clarté de l'exposé, certains éléments ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle. [0038] La figure 1 illustre un exemple de boîte métallique 8 à propos de laquelle l'invention va maintenant être exposée en détail. La boîte métallique est formée par un corps aussi appelé virole 4, un fond et un couvercle 48. Le fond, le couvercle et le corps sont fabriqués séparément puis assembler pour former une boîte. Bien entendu, l'invention s'applique aussi aux boîtes métalliques en deux pièces pour la préparation du sertissage du couvercle. [0039] Comme connu en soi, une étape dc remplissage de la boîte peut aussi être réalisée, notamment avant la fermeture du dernier élément de la boîte. [0040] Nous nous intéressons maintenant en particulier à l'interface entre la virole 4 et le couvercle 48. [0041] La figure 2 illustre l'opération de sertissage. On utilise un mandrin 72 qui vient plaquer le couvercle contre l'extrémité supérieure de la virole puis on utilise des poinçons radial 71 (dans le métier on désigne ces poinçons par le terme « molettes ») qui se déplacent radialcment en direction de l'axe pendant leur rotation autour de la boite pour venir déformer et et enrouler les deux bordures pour former ainsi un joint serti hermétique. Un tel sertissage implique de déformer la matière par flexion et/ou par fluage de matière (e.g. enroulage et écrasement pour serrage final du serti afin d'assurer une fermeture hermétique). [0042] En pointillés sont illustrés les formes des bordures avant déformation. On y voit que la bordure d'extrémité de la virole présente un bordage préparatoire au sertissage lui-même. 6 [0043] Nous regardons maintenant à la lumière des figures 3A à 3D l'outillage et le procédé qui permet d'obtenir l'extrémité de supérieure de la virole avec une forme préparatoire au sertissage. On note par ailleurs que cette forme préparatoire au sertissage peut présenter de diverses formes, diverses inclinaisons. On note toutefois que la bordure en question est de révolution autour de l'axe A. [0044] Pour cela on utilise un outil 6. Cet outil peut être appelé « outil de bordage et pré- expansion » ou « outil de tamponnage ». Cet outil comprend deux éléments principaux à savoir un premier élément d'outil 1 et un deuxième élément d'outil 2. Il est prévu un mouvement relatif du premier élément d'outil par rapport au deuxième élément, dont la fonction sera discutée plus loin. [0045] L'outil de tamponnage 6 présent une forme générale extérieure de révolution par rapport à l'axe de travail A. La partie qui vient au contact de la virole présente une forme symétrique de révolution autour de l'axe de travail A. [0046] Le premier élément d'outil 1 comprend une première portion extérieure tronconique 11 en interaction avec la virole pendant l'opération de tamponnagc. Le deuxième élément d'outil 2 comprend une deuxième portion extérieure tronconique 21 en interaction avec la virole pendant l'opération de tamponnagc. [0047] La première portion tronconique 11 est agencée en avant (flèche « AV » figure 3A et 3C) de la deuxième portion tronconique 21 dans le mouvement d'introduction relatif de l'outil de tamponnage dans la virole le long de l'axe de travail A. [0048] La première portion extérieure tronconique présente une première hauteur notée HI et la deuxième portion extérieure tronconique présente une deuxième hauteur notée H2. Les dimensions respectives seront discutées plus loin. La hauteur notée H3 (H1-FH2) représente la hauteur totale de l'outil en interaction de déformation avec la virole 4. [0049] 11 est prévu une position de repos (de référence) de l'outil de tamponnage dans lequel la paroi extérieure de l'outil est continue à la jonction entre la première portion extérieure tronconique et deuxième portion extérieure tronconique. Plus précisément, l'endroit de la jonction entre les première et deuxième portions extérieures tronconiques 11,21 forme une ligne de jonction référencée 7 et s'étend selon un cercle centré sur l'axe A. À cet en nous nous nous nous droit, il n'y a pas de discontinuité ni même de point d'inflexion dans le raccord entre la première et la deuxième portion extérieure tronconique. [0050] 11 est également prévu une position d'extraction dans laquelle on crée un intervalle à l'endroit de la jonction 7 entre les première et deuxième portions extérieures tronconiques. En d'autres termes, on recule le deuxième élément de l'outil relativement à la position du premier élément de l'outil dans la virole (ou vu autrement on avance premier élément d'outil). 7 [0051] En outre, il est prévu un ressort 5 de rappel dont l'action concourt à maintenir l'outil de tamponnage dans sa position de repos c'est-à-dire les premier et deuxième éléments d'outil rapprochés, à savoir l'un contre l'autre, les premier et deuxième portions extérieures tronconiques 11,21 se retrouvent alors en continuité de forme, de préférence sans inflexion ou point singulier. [0052] Pour obtenir la position d'extraction, le système de contrôle de l'outillage crée un effort de manoeuvre qui s'oppose à l'action du ressort 5. [0053] Sous l'effet de cet effort de manoeuvre les premier et deuxième éléments d'outil sont écartés le long de l'axe de travail pour déchausser le deuxième élément d'outil inséré dans la virole pour ensuite pouvoir déchausser/extraire le premier élément d'outil à partir de la virole. [0054] En outre, il est prévu une table 3 pour recevoir la virole à déformer. Dans l'exemple illustré, la table 3 est agencée en dessous de l'outil de tamponnage cc qui permet d'y poser les viroles avant l'opération de tamponnage. Dans l'exemple illustré, la table 3 est montée coulissante le long de l'axe de travail A et peut ainsi se déplacer vers le haut et/ou vers le bas sélectivement en fonction de la logique de contrôle de l'outillage. [0055] Selon une variante, la table pourrait être fixe, à condition que le système de contrôle de l'outil de tamponnage puisse déplacer sélectivement chacun des premier et second élément d'outil. [0056] Pour revenir à l'exemple représenté, c'est le deuxième élément d'outil 2 qui reste en position fixe dans la configuration montrée à titre d'exemple. [0057] 11 est prévu sur la table un système de centrage de la virole. Dans l'exemple illustré, on a représenté des éléments de centrage 31 positionnés sur un cercle centré sur l'axe de travail A. Selon une réalisation, ces éléments de centrage peuvent être des éléments à position ajustable pour pouvoir adapter l'outillage selon les différents diamètres de virole à traiter par l'outil de tamponnage. [0058] 11 peut être en outre prévu un système de rétention magnétique de la virole sur la table non particulièrement représenté aux figures. [0059] La virole 4 présente avant l'insertion de l'outil de tamponnage une forme de ré- volution autour de l'axe A, comme illustré à la figure 3A. [0060] L'opération de tamponnage proprement dite consiste à introduire l'outil de tamponnage dans la virole soit par remontée de la table comme illustré, soit par descente de l'outil de tamponnage en alternative. La course en question est repérée Cl aux figures. Elle correspond en pratique au moins à la hauteur de déformation souhaitée sur la virole plus un jeu de manoeuvre (de garde). Dit autrement, la course en question est repérée Cl permet l'introduction de la virole 4 non déformée sous l'outil. [0061] Après l'insertion de l'outil de tamponnage 6, comme illustré à la figure 3B la virole présente une zone de pré-expansion 41 et une zone de bordage 42. 8 [0062] Comme illustré à la figure 3C la table et le premier élément d'outil sont descendus d'une course C2 qui n'est pas nécessairement très importante. En pratique, on choisit cette course C2 la plus faible possible pour ne pas pénaliser le temps de cycle. L'objectif de ce mouvement et de déchausser la virole par rapport au deuxième élément d'outil 2. [0063] Le deuxième mouvement relatif C2 est accompagné par une descente de la table d'une course partielle C3 substantiellement égale ou légèrement supérieure à la course du deuxième mouvement relatif. [0064] À l'issue de cette étape, il reste à déchausser le premier élément d'outil mais l'homme du métier remarque que la surface tronconique annulaire engagée dans la virole est relativement limitée en hauteur et par conséquent l'extraction peut se faire aisément sans lubrification. L'effort de rétention du premier élément d'outil seul est avantageusement limité si on le compare à l'effort de rétention totale juste après insertion de l'outil de tamponnage à savoir la rétention du premier et du second élément d'outil. [0065] Cc qui vient d'être décrit s'applique notamment dans le cas où l'ouverture conique de la partie déformée est relativement homogène sur la hauteur. [0066] Dans un cas d'application particulièrement avantageux de l'invention, il est prévu une zone conique d'angle d'ouverture supérieure comme illustré aux figures 4 et 1. [0067] La première portion extérieure tronconique 11 présente un premier angle d'ouverture 13 et la deuxième portion extérieure tronconique 21 présente généralement un deuxième angle d'ouverture a. On remarque que le deuxième angle d'ouverture a est plus faible que le premier angle d'ouverture p. Dans un cas typique, par exemple, le deuxième angle d'ouverture a est compris entre 1° et 10° ; par comparaison, le premier angle d'ouverture p peut être compris entre 6° et 16°, selon un autre exemple le premier angle d'ouverture D peut être compris entre 10° et 25° ; bien entendu, il faut comprendre que les plages de valeurs données ci-dessus ne sont pas limitatives. Pour éviter toute ambiguïté, les angles d'ouverture a et p correspondent au demi-angle au sommet. [0068] L'angle p étant plus ouvert que a, l'effet d'emmanchement de la première partie d'outil dans la virole est très faible, il n'y a pas de coincement, et le retrait de la virole 4 pai- rapport au premier élément d'outil s'avère très aisé. [0069] Ainsi, d'une façon générale, on utilise l'appui du premier élément d'outil pour pouvoir déchausser le deuxième élément d'outil même en présence d'un angle d'ouverture a petit, suite à quoi on peut aisément déchausser le premier élément d'outil qui présente un angle d'ouverture p supérieur et donc une force de rétention faible ou négligeable. [0070] On remarque que sur la figure 4, dans le second élément d'outil, la deuxième portion 9 extérieure tronconique 21 comprend dans sa partie principale un angle d'ouverture a défini comme le deuxième angle d'ouverture ci-dessus (hauteur notée H20). Et dans la partie basse, il se présente une inflexion de sorte que sur la hauteur notée H21 plus faible que H20, l'angle d'ouverture correspond au premier angle d'ouverture 13. Il y a ainsi continuité d'angle au niveau de la ligne de jonction 7. [0071] Selon l'exemple illustré, le deuxième élément d'outil comprend un alésage central 26 et le premier élément 1 comprend une tige centrale 16 qui passe au travers de cet alésage central. [0072] Selon l'exemple illustré, le ressort de rappel 5 est un ressort de compression hé- licoïdal est agencé autour de la tige centrale 16. [0073] Le ressort de rappel 5 est interposé entre le corps du deuxième élément d'outil 2 et un épaulement d'arrêt 15 solidaire du premier élément d'outil. [0074] Dans l'exemple illustré, à des fins de montage, l'épaulement d'arrêt 15 est formé comme un disque fixé par des vis 15a à la tige centrale 16 du premier élément d'outil. [0075] Il est prévu un palier glissant 61 entre les premier et deuxième éléments d'outil. Ce palier peut être réalisé en téflonTM ou tout autre matériau durable à faible coefficient de friction. [0076] la deuxième hauteur H2 est supérieure à la première hauteur Hl . On peut avoir par exemple H2 > K HI, avec K coefficient prédéterminé. Dans certaines réalisations, on aura de préférence K valant au moins 2, et préférentiellement au moins 3 [0077] Dans l'exemple illustré aux figures 3A-3D, le ratio K vaut environ 7, mais bien entendu l'invention couvre l'ensemble des valeurs possibles pour K, et en particulier toutes les valeurs K>1. [0078] Selon les choix géométriques sur les premiers et deuxièmes notamment H1 et H2 et angles d'ouverture différents (voir plus haut), l'effort d'extraction du deuxième élément d'outil est substantiellement plus important que l'effort d'extraction du premier élément d'outil. [0079] Avantageusement selon la présente invention pendant la manoeuvre d'extraction du second élément d'outil c'est le premier élément d'outil qui maintient la virole et les efforts d'extraction sont supportés par l'interface entre le premier élément d'outil et la virole. Ainsi on ne risque pas de déformer la virole et donc la future boîte métallique, la virole conserve son intégrité. [0080] Ensuite il ne reste plus qu'à extraire le premier élément d'outil mais son effort de rétention dans la virole faible et donc ceci est facile comme il a été précisé plus haut, notamment au regard de l'angle d'ouverture plus important et de la hauteur plus faible. [0081] Les efforts sont d'autant plus importants que l'angle a voir figures 3B ou 4 est petit c'est-à-dire que l'ouverture du cône de la zone de pré expansion est faible. [0082] S'agissant de la matière de la virole 4, invention vise en particulier les viroles réalisées en fer-blanc, toutefois elle peut aussi être appliquée pour des viroles réalisées en alliage d'aluminium et plus généralement des viroles réalisées dans un alliage métallique quelconque. [0083] S'agissant des dimensions, on peut traiter typiquement des viroles ayant un diamètre compris entre 40 mm et 800 mm. On peut utiliser un système de commande d'outillage commandé par système hydraulique connu en soi, ou pneumatique en alternative. On peut également utiliser un système de commande de type électromécanique à hase de cames. 11 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]