PAR DEFORMATION PLASTIQUE

L'invention concerne un procédé de fabrication de contenants métalliques par déformation plastique.

Dans le domaine de fabrication de contenants métalliques, notamment de boissons ou d'aérosols de toilette ou cosmétiques, il est connu notamment de WO-A-2010/048726 d'utiliser des processus de rétreints et d'expansions sur des formes cylindriques afin d'obtenir des contenants présentant des formes esthétiques particulières.

Lors de la fabrication des contenants, ces derniers reçoivent un revêtement qui peut comprendre, en plus d'une couche d'encre pour créer des motifs permettant d'identifier le type de produit et sa marque, des laques et des survernis à visée esthétique afin de protéger les motifs des rayures et d'agents extérieurs. La présence de ces couches de revêtement implique un comportement mécanique spécifique de la surface du contenant lorsque celui-ci est rétreint dans l'outillage de déformation. L'outillage de déformation comportant une matrice externe dont la surface interne correspond au profil de la surface externe du contenant, l'interaction entre le contenant et la matrice a une influence sur la facilité d'extraction du contenant une fois déformé.

Il arrive que le contenant se coince dans la matrice au moment de l'extraction après une phase de déformation. Compte tenu de la vitesse des processus de fabrication et du nombre important de passes successives de déformation, ce coincement entraîne des retards dans la chaîne de production, nécessite l'intervention de personnel pour réenclencher les processus, et cause du gaspillage de matière.

Pour résoudre ce problème, il est connu d'introduire des agents de glissance dans les couches de revêtement afin de faciliter l'extraction du contenant en fin d'opération de déformation. Il est également connu d'extraire les contenants par soufflage ou en faisant intervenir de l'huile ou une opération de chauffage. Ces procédés ne donnent pas entière satisfaction et ne réduisent pas totalement le risque de coincement.

C'est à ces inconvénients qu'entend remédier l'invention en proposant un nouveau procédé de fabrication de contenants métalliques par déformation plastique, employant des matériaux de revêtement et des processus qui réduisent les risques de coincement du contenant dans la matrice au moment de son extraction.

A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication de contenants métalliques par déformation plastique d'une ébauche tubulaire, au moyen d'un dispositif incluant une matrice dans laquelle l'ébauche est déformée, et un pilote adapté pour guider une partie de l'ébauche dans la matrice, ce procédé comprenant une étape a) d'application, sur au moins la surface externe de l'ébauche, d'un revêtement décoratif. Ce procédé est caractérisé en ce que :

- on utilise, à l'étape a), un revêtement dont l'énergie de surface est supérieure à 33 mJ/m ² , de préférence égale à 37,4 mJ/m ² ;

- on utilise une matrice dont l'énergie de surface est comprise entre 36 et 44 mJ/m ² , de préférence égale à 39,8 mJ/m ² ;

- on sélectionne le revêtement et la matrice de telle sorte que l'énergie d'adhésion entre le revêtement et la matrice est comprise entre 66 et 77 mJ/m ² .

Grâce à l'invention, les revêtements utilisés et la matrice interagissent de manière à minimiser les risques de coincement en réduisant le pouvoir d'adhésion qui existe entre le revêtement et la matrice. Les plages de valeurs des paramètres précités permettent une extraction optimale des contenants et peuvent notamment être obtenues en agissant sur la composition chimique des produits de revêtement.

Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel procédé peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison admissible :

- Le procédé consiste à appliquer, lors de l'étape a), une couche de laque sur l'ébauche, et alors que le rapport de la composante polaire et de la composante dispersive de l'énergie de surface de la laque sous forme sèche est compris entre 0,25 et 0,30, de préférence égal à 0,278.

- Le revêtement est multicouche et comprend au moins une couche d'encre.

- On utilise une encre dont la valeur de l'énergie de surface est comprise entre 35,5 mJ/m ² et 36 mJ/m ² .

- Il consiste à appliquer, lors de l'étape a), une couche de survernis sur la couche d'encre.

- On utilise un survernis liquide dont la valeur du rapport de la composante polaire et de la composante dispersive de l'énergie de surface est comprise entre 0,2 et 0,3, de préférence égale à 0,256.

- Le revêtement comprend une couche de survernis et une couche de laque appliquées sur la surface externe de l'ébauche lors de l'étape a) alors que le rapport de l'épaisseur de la couche de laque et de l'épaisseur de la couche de survernis est compris entre 1 et 2,7.

- La valeur du rapport de la composante polaire et de la composante dispersive de l'énergie de surface de la laque sous forme liquide est comprise entre 0,27 et 0,35, de préférence égale à 0,291 . - La valeur de la composante polaire de l'énergie de surface du revêtement est comprise entre 1 et 2,4 mJ/m ² .

- Le procédé consiste à utiliser une matrice en un matériau tel que l'énergie d'adhésion de la matrice et du contenant est comprise entre 73 et 77 mJ/m ² .

- Le procédé consiste à utiliser une matrice en un matériau céramique, tel que l'alumine.

- Le procédé comporte une étape de cuisson de l'ébauche dans un four, alors qu'en cas d'arrêt du processus de cuisson de l'ébauche recouverte d'une couche de laque et d'une couche de survernis, le four de cuisson est maintenu à une température comprise entre 105 ^< € et 130 °C.

- Le procédé comprend une étape consistant à réaliser, préalablement à la première passe de déformation, une passe de déformation préparatoire de telle manière que l'énergie d'adhésion de la matrice et du contenant ne ne varie pas de plus de 2 mJ/m ² .

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication de contenants conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 est une vue en coupe d'un contenant, d'une matrice et d'un pilote avant la phase de déformation du procédé conforme à l'invention ;

- la figure 2 est une coupe similaire à la figure 1 , le contenant étant en cours de déformation ;

- la figure 3 est une vue, à plus grande échelle, du détail III à la figure 1 .

Le dispositif de fabrication D représenté sur les figures 1 à 3 comporte une matrice 2 et un pilote 6. La matrice 2 a une forme globalement annulaire centrée autour d'un axe longitudinal X-X' qui est également l'axe longitudinal du pilote 6 qui a une forme cylindrique à section circulaire. Le dispositif de fabrication D est adapté pour réaliser des opérations de rétreint d'une ébauche E de forme initiale tubulaire pour fabriquer un contenant C. Le rétreint consiste à réaliser sur l'ébauche E et par déformation plastique une portion de diamètre inférieur au diamètre initial. Pour cela, une surface interne de la matrice 2 comporte un profil présentant un rétrécissement de section. Une extrémité de la matrice 2 présente une surface cylindrique 22 de diamètre supérieur ou égal au diamètre externe initial de l'ébauche E. La surface 22 est prolongée selon l'axe X-X' par une surface tronconique 26 qui présente un rétrécissement de section et se prolonge par une surface cylindrique 24 de diamètre inférieur à la surface cylindrique 22. Le pilote 6 comporte une surface périphérique cylindrique 66 s'étendant en regard des surfaces 22, 24 et 26. Le pilote 6 et la matrice 2 peuvent être mobiles en translation l'un par rapport à l'autre.

Préalablement aux opérations de déformations visant à lui donner sa forme finale, l'ébauche E est recouverte, au moins sur sa surface externe SE, d'un revêtement R visible à la figure 3. Celui-ci est généralement multicouche et comprend par exemple, une couche de laque L recouverte d'une couche d'encre E. Une couche de survernis SV recouvre la couche d'encre E. Ces couches de revêtement permettent de protéger le contenant et l'encre du frottement et de la lumière, et de lui donner différentes textures et aspects extérieurs décoratifs. En variante, le revêtement peut comprendre seulement une couche de laque L.

Lors d'un processus de rétreint appliqué à l'ébauche E initialement tubulaire, la contrainte exercée sur l'ébauche E par la surface 26 entraine une inflexion du profil de la paroi de l'ébauche E suivant le profil des surfaces 22 et 26. Lorsque le mouvement de translation suivant la flèche F1 se poursuit, une déformation de l'ébauche E contre la surface externe 66 du pilote 6 débute et se poursuit jusqu'à une position donnée du dispositif D par rapport à l'ébauche E. Ceci permet d'obtenir le profil du contenant C tel que représenté à la figure 2, comportant une première partie cylindrique C1 de diamètre externe correspondant au diamètre interne de la surface 22. La portion C1 se prolonge par une portion tronconique C2 dont le diamètre se rétrécit en s'éloignant de la portion C1 de façon coïncidente avec la surface 26 de la matrice 2. La portion tronconique C2 est prolongée par une troisième portion cylindrique à section circulaire C3 dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur de la surface 24 de la matrice 2.

L'opération décrite ci-dessus consiste en une première passe de rétreint effectuée sur l'ébauche E initialement tubulaire. Un processus s'applique de façon similaire à une ébauche E préalablement déformée afin d'accentuer la déformation selon un pas prédéfini en vue d'obtenir une forme particulière. En fonction des dimensions de déformation à obtenir, le nombre de passes de déformation effectuées de manière similaire peut varier.

Un processus similaire est utilisé dans le cas d'opérations de rétreint, également appelées « expansions » visant à obtenir des augmentations de sections d'une ébauche E initialement tubulaire. Dans un tel cas, la forme finale du contenant C est réalisée sur une matrice interne et présente une augmentation de section permettant d'obtenir l'expansion, par action du pilote.

L'invention est décrite en prenant par exemple un processus utilisant une matrice de forme intérieure cylindre à section circulaire. L'invention s'applique également à des matrices de forme intérieure cylindrique à section circulaire, ou de forme non cylindrique. Une fois une déformation effectuée, le contenant C doit être extrait du dispositif D soit par un mouvement du dispositif D soit par un mouvement du contenant C, afin de procéder à une autre opération de déformation ou au stockage du contenant C en vue de son conditionnement.

Pour éviter les phénomènes de coincement du contenant C dans la matrice 2 lors de son extraction, l'interaction entre le contenant C et la matrice 2, et plus spécifiquement l'interaction entre le revêtement R et la matrice 2 est contrôlée selon le principe de l'invention.

L'énergie de surface, également appelée tension de surface ou tension superficielle dans le cas où un liquide est en contact avec la surface d'un solide, caractérise l'état de surface d'un élément sur les premières couches de matière de cet élément. Dans le cas d'un solide, son énergie de surface est la moitié de son travail de cohésion, c'est-à-dire le travail nécessaire à la création de deux interfaces à partir d'une unique phase. Dans le cas présent, l'état de surface de la matrice 2 et l'état de surface du revêtement R influencent de façon significative le coincement des contenants C dans la matrice 2.

Pour ce faire, on utilise un revêtement R et une matrice 2 dont les énergies de surface sont comprises dans des intervalles de valeurs définies permettant de réduire significativement les risques de coincement. L'énergie de surface γ d'un élément s'écrit de la façon suivante :

D P

γ = γ + γ

Où γ° est la composante dispersive de l'énergie de surface, et "f est la composante polaire de l'énergie de surface, selon le modèle d'Owens-Wendt. La composante dispersive de l'énergie de surface représente les interactions chimiques de courte portée, par exemple dues aux forces de Van der Waals. La composante polaire de l'énergie de surface représente les interactions de plus longue portée, notamment les interactions dipôle/dipôle ou les liaisons aqueuses.

Pour caractériser la propension de deux éléments à adhérer l'un à l'autre, on utilise un paramètre appelé énergie d'adhésion. L'énergie d'adhésion Wa^, également appelée travail d'adhésion, est l'énergie à fournir pour séparer deux solides. L'énergie d'adhésion entre le revêtement R et la matrice 2 influe sur le risque de coincement du contenant C dans la matrice 2.

Pour réduire les risques de coincement, le revêtement R et la matrice 2 sont sélectionnés de telle sorte que l'énergie d'adhésion Wa^ entre la matrice 2 et le revêtement R est comprise dans un intervalle de valeurs définies permettant de minimiser les risques de coincement. Dans le modèle d'Owens Wendt, l'énergie d'adhésion Wai ₂ entre deux solides s'écrit comme suit :

Où l'on a :

Wai ₂ = énergie d'adhésion en J/m ²

Yi ^D = composante dispersive de l'énergie de surface du premier solide

y = composante polaire de l'énergie de surface du premier solide

γ ₂ ° = composante dispersive de l'énergie de surface du deuxième solide γ ₂ ^ρ = composante polaire de l'énergie de surface du deuxième solide

Afin de minimiser les risques de coincement du contenant, le revêtement R et la matrice 2 sont sélectionnés de telle sorte que la combinaison de paramètres suivante est réalisée :

- l'énergie de surface y _R du revêtement R est supérieure à 33 mJ/m ² , de préférence supérieure à 37,4 mJ/m ² ,

- l'énergie de surface γ ₂ de la matrice 2 est comprise entre 36 et 44 mJ/m ² , de préférence égale à 39,8 mJ/m ² ,

- l'énergie d'adhésion Wa _R2 entre le revêtement R et la matrice 2 est comprise entre 66 et 77 mJ/m ² .

Cette combinaison des paramètres y _R , γ ₂ , Wa _R2 permet de réduire les risques de coincement.

Dans le cas où le revêtement R comprend seulement une couche de laque L, les paramètres acceptables d'adhésion sont définis par le rapport entre la composante polaire et la composante dispersive de l'énergie de surface y _L de la laque L. Pour réduire les risques de coincement, ce rapport est maintenu à une valeur comprise entre 0,25 et 0,30, de préférence égale à 0,278, dans le cas où la laque est sous forme sèche, c'est-à- dire après solidification, après avoir été appliquée sous forme liquide. Dans le cas spécifique où la laque L est sous forme liquide, ce rapport est compris entre 0,27 et 0,35, de préférence égal à 0,291 . Cette plage de valeurs s'applique également au cas où la couche de laque L est combinée à d'autres couches de revêtement. Ces plages de valeurs peuvent être obtenues en contrôlant la composition chimique de la laque L selon une méthode connue de l'homme du métier.

Dans le cas où le revêtement R est multicouche et comprend une couche de survernis SV, les paramètres acceptables d'adhésion sont définis par le rapport entre la composante polaire et la composante dispersive de l'énergie de surface y _S v du survernis. Pour réduire les risques de coincement, ce rapport est compris entre 0,23 et 0,27, et de préférence égal à 0,256, pour le survernis sous forme liquide avant séchage. Ces plages de valeurs peuvent être obtenues en choisissant la composition chimique du survernis selon une méthode connue de l'homme du métier.

Dans le cas où le revêtement du contenant comprend à la fois une couche de laque L et une couche de survernis SV, en plus d'une couche d'encre, les épaisseurs des couches de laque et de survernis ont une influence sur le pouvoir d'adhésion du revêtement à la matrice. Pour minimiser les risques de coincement, le rapport entre l'épaisseur de la couche de laque L et l'épaisseur de la couche de survernis SV est compris entre 1 et 2,7.

Dans ce cas où une laque L et un survernis SV sont combinés, la composante polaire de l'énergie de surface y _L sv de la laque , de l'encre et du survernis combinés c'est- à-dire du revêtement R est comprise entre 1 et 2,4.

Un aspect avantageux de l'invention consiste à utiliser une matrice 2 en matériau permettant d'influer sur l'énergie d'adhésion Wa _2C de la matrice 2 et du contenant C de manière qu'elle soit comprise entre 73 et 77 mJ/m ² . On considère ici le cas théorique où le contenant C ne comprend pas de revêtement R. La matrice 2 est de préférence en un matériau céramique, par exemple l'alumine, qui permet de diminuer l'énergie d'adhésion Wa ₂ c de 1 mJ/m ² .

La composition chimique de l'encre E utilisée pour décorer le contenant influe également sur son pouvoir d'adhésion. Pour obtenir un pouvoir d'adhésion minimal, l'énergie de surface γ _Ε de l'encre est comprise entre 35,5 mJ/m ² et 36 mJ/m ² dans le cas où le contenant n'est pas surcuit dans un four lors du processus de fabrication.

Le processus de fabrication comprend une étape de cuisson des contenants à une température prédéfinie, permettant notamment de solidifier le revêtement R du contenant C. En cas de dysfonctionnement dans la chaîne de production, les ébauches E peuvent être bloquées dans le four de cuisson pendant un certain temps avant que le processus ne redémarre. Cette attente dans le four peut modifier les caractéristiques mécaniques et chimiques du revêtement R et notamment son énergie de surface y _R , d'où un risque de coincement accru. Pour minimiser ce risque, en cas d'arrêt du processus de production, la température du four est maintenue à une valeur comprise entre Ι Οδ'Ό et 130°C.

Selon un autre aspect optionnel de l'invention, les risques de coincement peuvent être réduits en effectuant, préalablement à la première passe de déformation réalisée sur l'ébauche E tubulaire, une première passe préparatoire permettant de « préparer » l'ébauche E aux passes de déformation successives. Cette passe préparatoire consiste à exercer une première contrainte mécanique selon un ratio de déformation équivalent aux ratios de déformation utilisés pour les passes de déformation normales mais sur une longueur différente. Le ratio de déformation est défini comme le rapport entre le diamètre final D2 et le diamètre initial D1 de la partie C3 du contenant C déformée. On réalise cette passe de telle manière qu'elle ne fasse pas varier l'énergie d'adhésion Wa _2C de la matrice 2 et du contenant C de plus de 2 mJ/m ² .