DOMAINE DE L'INVENTION

L'invention concerne le domaine du moulurage de parois métallliques, en particulier les parois métalliques d'emballages rigides, ou celles destinées à former des emballages rigides.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Le moulurage de parois métalliques, et plus spécialement celui des jupes de récipients métalliques, est destiné à améliorer les caractéristiques mécaniques de ces parois ou jupes, typiquement la tenue à la pression externe et la tenue à l'effort vertical.

La tenue à la pression externe est nécessaire pour limiter les déformations qui peuvent résulter de la pression différentielle à laquelle sont soumises lesdites parois ou jupes de récipients durant notamment la stérilisation des récipients. La tenue à l'effort vertical est nécessaire notamment pour assurer le gerbage des récipients sur une grande hauteur sans déformation des récipients, durant le transport ou le stockage des récipients.

L'amélioration potentielle des performances mécaniques de ces parois ou jupes, eu particulier l'amélioration de la tenue à la pression externe, peut aussi permettre, à niveau constant de performance mécanique, de réduire l'épaisseur de ces parois ou jupes, et donc le coût du métal des récipients.

La forme des moulures peut être diverse comme enseigné dans la demande allemande DE 29 44 134 Al ou dans la demande européenne EP 0 441 618 Al .

Comme décrit dans ces deux documents, les moulures sont généralement formées par compression de la paroi ou jupe à moulurer entre deux matrices, matrices qui peuvent être en matériau élastique.

PROBLEME POSE

FEUILLE DE ^PLACEMENT (RΞGLE 26)

Le problème posé est la mise au point d'un dispositif de moulurage permettant l'amélioration de la performance mécanique et/ou la réduction d'épaisseur des parois ou jupes des récipients, à un degré supérieur à ce que permet l'état de la technique, état de la technique qui divulgue essentiellement des formes ou dessins bidimensionnels de moulures ou motifs en creux particuliers.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

Selon l'invention, le dispositif de moulurage d'une paroi métallique comprend, en vue de comprimer et mettre en forme ladite paroi, un élément mâle et un mandrin femelle comprenant des alvéoles creuses à rebord et de forme prédéterminée, et est caractérisé en ce que ledit élément mâle comprend une semelle, en un matériau de résistance mécanique inférieure à celle de ladite paroi métallique, destinée à comprimer ladite paroi contre ledit rebord, et des éléments en relief de forme et hauteur prédéterminées, coopérant avec lesdites alvéoles creuses pour former des motifs en creux sur ladite paroi métallique, en un matériau de résistance mécanique supérieure à celle de ladite paroi métallique, de manière à ce qu'on puisse obtenir des motifs en creux de profil et de hauteur prédéterminées.

Ainsi, l'invention, tout en visant le même but que celui de l'état de la technique, ne concerne pas le dessin bidimensionnel de moulures ou motifs en creux en tant que tel, mais est relative à un dispositif permettant, quel que soit le dessin bidimensionnel retenu, d'obtenir des motifs en creux à profil prédéterminé. En effet, la demanderesse a trouvé que la maîtrise du profil des motifs eu creux, grâce au dispositif selon l'invention, permettait roptimisation du profil en vue de résoudre le problème posé.

La demanderesse a en effet étudié les dispositifs et procédés de moulurage de l'état de la technique et a observé qu'ils ne permettaient pas la maîtrise du profil dans la mesure où, quelle que soit la forme et la nature des matrices (acier ou matière plastique), on obtenait des formes généralement sinusoïdales comme représenté à la figure 2a de la demande DE 29 44 134 Al ou à la figure 2-B de la demande EP 441 618 Al.

Par opposition à ces formes sinusoïdales, l'invention permet d'obtenir des motifs en creux de profil quelconque pouvant comprendre notamment des parties planes comme cela apparaît sur les figures 3 a et 5b.

Selon une hypothèse avancée par la demanderesse, ce résultat vient de ce que, lors de la compression de la paroi métallique entre élément mâle et mandrin femelle selon l'invention, l'élément mâle, du fait de sa structure double, avec une semelle « tendre » et des éléments en reliefs « durs », joue lui aussi un rôle double : alors que les éléments en reliefs déforment ladite paroi en la forçant à l'intérieur desdites alvéoles creuses, la semelle comprime ladite paroi contre les rebords des alvéoles creuses du mandrin femelle, et joue ainsi un rôle de serre-flan pour à la fois assurer une tenue de ladite paroi et permettre l'écoulement localisé du métal si nécessaire, de manière à former des motifs en creux sans rupture du métal. Selon la demanderesse, les résultats obtenus seraient donc dus plus particulièrement à la combinaison des deux moyens caractéristiques du mandrin mâle selon l'invention, et en particulier à la présence d'une semelle dont la dureté relative lui permet déjouer un rôle de serre-flan.

Ce sont les alvéoles creuses dudit mandrin femelle qui, par leur forme ou leur disposition, vont imposer la forme desdits motifs en creux formés sur la paroi métallique à moulurer. Ces alvéoles peuvent être de forme quelconque, et pas nécessairement identiques. Quand elles sont identiques et quand elles conduisent à un pavage total de la paroi métalhque. elles sont nécessairement de forme hexagonale.

DESCRIPTION DES FIGURES

La figure la est une vue en coupe axiale du dispositif (1) selon l'invention. Ce dispositif comprend :

- un mandrin femelle (3) cylindrique, à la partie supérieure de la figure, dont la surface externe est garnie d'alvéoles creuses (31) séparées par un rebord (32), et notamment d'un nombre entier n d'alvéoles selon la circonférence dudit mandrin (3), le nombre n étant inférieur au nombre m de motifs en creux à former sur la circonférence de ladite jupe (5), comme cela apparaît sur la figure, puisque le mandrin femelle (3) est placé à l'intérieur de ladite jupe (5).

- un élément mâle (2), représenté comme une piste plane - mais qui pourrait être une piste circulaire de grande courbure, comprenant un support métallique (22) assurant un positionnement précis d'éléments en reliefs (21 ) - ici des pions en acier (210), la surface entre lesdits pions (210) étant occupée par une couche ou semelle (20) en matériau de faible dureté relative et présentant une certaine élasticité, et dont la hauteur relative par rapport à la tête (21 1 ) est réglée par une cale métallique (23) d'épaisseur choisie. Comme cela apparaît sur la figure la, toute partie de la jupe (5) est soit soumise à l'action de déformation desdits pions (210), soit maintenue pincée entre lesdits rebords (32) du mandrin femelle (3) et la semelle (20) de l'élément mâle (2). Le dispositif de moulurage comprend des moyens - non représentés sur la figure - pour qu'un mouvement relatif entre élément mâle (2) et mandrin femelle (3) soit produit de manière à avoir au moins une rotation complète de la jupe cylindrique (5) entre élément mâle (2) et mandrin femelle (3), et de manière à ce que, au cours de la rotation du mandrin femelle (3), les alvéoles creuses (31 ) coïncident avec lesdits pions (210) de l'élément mâle (2).

La figure lb est une vue de dessus du mandrin mâle (2) où il apparaît des rangées ordonnées de pions (210) dressés verticalement sur une semelle (20), et dont on voit la tête (211).

Les figures 2a et 2b sont des coupes axiales de pions (210) cylindriques à tête (21 1 ) plane à la figure 2a et arrondie à la figure 2b.

Les figures 3 a et 3b représentent, pour un même motif géométrique bidimensionnel, le profil obtenu avec un dispositif selon l'invention à la figure 3a et selon un dispositif de l'état de la technique à la figure 3b.

La figure 4 est une vue de côté d'une jupe (5) cylindrique moulurée par des motifs en creux (41). Sur cette figure ont été indiquées la direction axiale (52) de la jupe (5), la circonférence (51 ) de la jupe (5) et les extrémités haute (53) et basse (54) de la jupe (5).

Les figures 5a et 5b correspondent à une vue détaillée des motifs en creux (41 ) de la figure 4.

Les figure 5a et 5b, qui sont respectivement une vue de dessus et une vue en coupe de motifs (4), montrent le pavage de la surface externe de la jupe par des motifs (4) ayant ici la forme d'hexagones.

Chaque motif (4) comprend un rebord plan (42), et un motif en creux (41). Le motif en creux (41 ) comprend lui-même un bord pente (43) et un fond plan (420) circulaire car obtenu avec des pion métalliques (210) à tête (21 1 ) plane.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Le dispositif selon l'invention se caractérise donc par un élément mâle comprenant deux éléments spécifiques, une semelle (20) et des éléments en relief (21 ) qui peuvent être des pions (210).

Ladite semelle (20), qui doit être constituée d'un matériau de moindre résistance mécanique, typiquement de dureté moindre, que celle du matériau constituant la jupe (5) - ou la bande de métal plan - à moulurer, peut en outre présenter une certaine élasticité. De préférence, la dite semelle est en matériau plastique de dureté Shore au moins égale à 50, et de préférence inférieure à 120.

Ce matériau plastique peut être garni de charges destinées à en limiter l'usure.

H est également possible d'utiliser une semelle en métal de faible dureté relative, par exemple en plomb, ou en tout alliage de faible dureté relative.

Lesdits éléments en relief (21) sont généralement des pions (210) en acier dont la tête (211) est detinée à faire pénétrer ladite paroi métalhque de la jupe (5) dans lesdites alvéoles creuses (31) du mandrin femelle (3) et ainsi à conformer comme souhaité la base (410,420) desdits motifs eu creux (41). D a été trouvé avantageux, pour résoudre le problème posé, que ladite tête (21 1 ) comprenne une portion plane, de manière à ce que ladite base desdits motifs en creux soit plane, mais, selon une autre modalité, cette tête peut aussi avoir la forme d'une calotte.

La forme dudit pion, et en particulier sa section - ici représentée comme circulaire - peut être quelconque selon notamment la forme du dessin bidimensionnel des motifs (4). Dans le cas où ce dessin est constitué d'un pavage d'hexagones, le pion est de préférence cylindrique.

Le dispositif selon l'invention n'est pas limité à un dessin bidimensionnel particulier et peut donc être utilisé pour réaliser tout type de motif en creux. En particulier, il est adapté à un moulurage constitué par un pavage de motifs (4) jointifs. Dans ce cas, ledit mandrin femelle correspondant (3) comprend une juxtaposition d'alvéoles creuses (31 ) séparées par ledit rebord (32). De préférence, en vue de contribuer à résoudre le problème posé, il est avantageux que ledit rebord soit plan et ait une largeur comprise entre 1 et 5 mm.

Ainsi, dans le cas où l'on souhaite obtenir des motifs eu creux (41 ) hexagonaux comme illustré aux figures 4, 5a et 5b, ledit mandrin femelle (3) comprend desdites alvéoles creuses (31 ) de section hexagonale.

Le dispositif selon l'invention peut être utilisé soit pour moulurer ladite paroi métallique dans le cas où celle-ci est constituée par une bande métalhque plane ou pour moulurer une jupe (5) d'un corps de boîte, comme représenté à la figure la. Pour moulurer des corps de boîtes, il serait également possible d'utihser un élément mâle circulaire et non plan comme représenté à la figure la.

Dans le cas d'un moulurage d'une bande métalhque de grande longueur, le dispositif ( 1 ) de la figure la peut être modifié, par exemple en transformant l'élément mâle (2), représenté comme plan à la figure la, en élément mâle circulaire, de manière à faire circuler la bande métallique à moulurer entre un élément mâle et un mandrin femelle, tous deux circulaires.

Pour moulurer des bandes métallique en format de faible longueur, on peut utiliser un élément mâle plan ayant les dimensions dudit format.

D'une manière générale, l'homme du métier sait adapter le dispositif de l'invention aux conditions particulières de moulurage rencontrées.

FEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 28)

Le dispositif selon l'invention est utilisé pour moulurer toute paroi métalhque destinée, en particulier, à former des coips de boîtes 2 pièces ou 3 pièces en métal choisi parmi le fer et alliages, le fer blanc, le TFS, l'acier, l'aluminium et alliages. Par corps de boîte, on comprend notamment des corps de boîtes de conserve ou de boîtes boisson, ou encore des boîtiers d'aérosols.

Un autre objet de l'invention est constitué par un coips de boîtes à jupe moulurée obtenue avec le dispositif selon l'invention et comprenant des motifs (4), de surface S, périodiques au moins selon la circonférence de ladite jupe (5), comprenant un rebord plan (42), de surface S', délimitant un motif en creux (41 ) à fond plan (420), de surface S" et de profondeur H, ledit rebord plan (42) et ledit fond plan (420) étant raccordés par un bord pente (43).

Le corps de boîtes à jupe (5) moulurée peut comprendre des motifs périodiques selon la circonférence de ladite jupe et selon la direction axiale de ladite jupe.

Le corps de boîtes à jupe moulurée peut comprendre une juxtaposition de motifs en creux de profondeur variable selon la direction axiale (52) dudit corps de boîte, ladite profondeur étant la plus grande sur la partie centrale du corps de boîte et étant la plus faible vers chacune des extrémités haute (53) et basse (54) de ladite jupe (5), de manière à faciliter le sertissage du ou des couvercles.

Dans le corps de boîtes à jupe moulurée selon l'invention, le rapport profondeur H / section S dudit motif périodique (4) est, de préférence, compris entre 0,003 et 0,02, H étant mesuré en mm et S en mm ² . Quand ce rapport est trop faible, le moulurage perd en efficacité pour résoudre le problème posé, et, lorsqu'il est trop élevé, le risque d'endommagement de la paroi métallique ou de son revêtement protecteur, augmente.

Dans le corps de boîte à jupe moulurée selon l'invention, le rapport S "/S est, de préférence, compris entre 0,10 et 0,70, et dans lequel le rapport S'/S est, de préférence, compris entre 0,10 et 0,50. En effet, en ce qui concerne le rapport S"/S, relatif à la proportion de fond plan (420), sa limite inférieure est fixée par la perte d'efficacité du moulurage, et sa limite supérieure par le fait que le bord pente (43) présente une pente

FEUILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 2δ)

trop forte, avec risque d'endommagement de la paroi métalhque ou de son revêtement protecteur.

En ce qui concerne le rapport S7S, relatif à la proportion de rebord plan (42), la limite inférieure est une limite technique imposée par le rebord (32) des alvéoles creuses (31 ) du mandrin femelle (3) et la limite supérieure est imposée par la perte d'efficacité du moulurage pour résoudre le problème posé.

Typiquement, le corps de boîte à jupe moulurée selon l'invention présente des motifs en creux (41 ) dont ladite profondeur H est, de préférence, comprise entre 0,5 et 1,5 mm. La limite inférieure de hauteur H est imposée par la perte d'efficacité du moulurage pour résoudre le problème posé et la limite supérieure est imposée conjointement par le risque d'endommagement de la paroi métalhque ou de son revêtement protecteur, et la perte d'efficacité du moulurage pour résoudre le problème posé. .

EXEMPLE DE REALISATION

On a fabriqué le dispositif représenté aux figures la et lb, et destiné à moulurer des jupes (5) de corps de boîtes en acier TFS de 0, 155 mm d'épaisseur, de hauteur h égale à

1 10,15 mm et de diamètre 73 mm. L'élément mâle (2), plan, a sensiblement la même largeur que la hauteur h de la jupe (5) à moulurer. Il est constitué par un bâti (22) sur lequel repose une semelle composite percée d'orifices destinés à recevoir les pions en acier (210) de dureté supérieure à celle de là jupe (5).

La semelle composite est constituée d'une cale de réglage d'épaisseur (23) et d'une semelle (20) en élastomère polyuréthane de dureté Shore égale à 91, de 5 mm d'épaisseur.

Les pions (210), à tête plane, out été disposés en quinconce, chacun étant le centre d'un hexagone, sauf bien sûr sur les bords latéraux. Us sont disposés sur une largeur h et sur une longueur égale à la circonférence de la jupe. Le mandrin femelle est constitué d'alvéoles creuses (31) hexagonales, deux côtés parallèles étant distants de 12 mm, le rebord (32) entre deux alvéoles creuses étant plan

avec rayonnage des bords, et ayant une largeur de 3 mm, et la distance entre le centre de deux alvéoles creuses dans le sens axial étant de 14,6 mm.

En faisant rouler le mandrin femelle (3) coiffé de la jupe (5) sur l'élément mâle plan (2) avec la pression imposée par la déformation de ladite jupe métallique et dudit élastomère, on a obtenu des jupes (5) moulurées conformes à la figure 4 présentant 7 motifs en creux selon la hauteur h de la jupe (5) et 8 motifs en quinconce selon une circonférence (51 ) de la jupe.

Avec ce type de dispositif selon l'invention, on a fait varier la hauteur H des motifs en creux (41), eu jouant sur l'épaisseur de la cale (23) du mandrin mâle (2), H variant de 0,3 à 1,4 mm,

EXEMPLES COMPARATIFS

On a utilisé le même mandrin femelle (3) à rebord plat (32) de 3 mm de largeur, pour les deux exemples comparatifs selon l'état de la technique.

En ce qui concerne l'élément mâle, et selon le premier exemple comparatif, la semelle en élastomère et les pions en acier de l'élément mâle (2) selon l'invention sont remplacés par une semelle continue en même élastomère polyuréthane, mais sans la présence de pions en acier (210).

Selon le second exemple comparatif, la semelle en élastomère et les pions en acier du mandrin mâle (2) selon l'invention sont remplacés par une semelle en acier avec pions en acier à tête plane.

RESULTATS OBTENUS

Les mêmes jupes en TFS de 0,155 mm d'épaisseur ont été moulurées avec le dispositif selon l'invention, et avec les dispositifs selon l'état de la technique.

En ce qui concerne le profil des motifs obtenus, les profils obtenus avec le dispositif selon l'invention sont effectivement de forme prédéterminée par la forme propre du rebord (32) du mandrin femelle (3), par la forme de la tête (21 1) des pions en acier (210), et par la hauteur H choisie et sont donc du type représenté à la figure 3a.

Par comparaison, les profils obtenus avec les dispositifs selon l'état de la technique sont de type sinusoïdal comme représenté à la figure 3b, même avec un rebord (32) plan et une tête (21 1) plane.

A noter qu'avec le dispositif selon le premier essai comparatif, il n'est pas possible d'obtenir des motifs en creux (41) de profondeur supérieure à 0,4 mm sans qu'il y ait risque de rupture du métal, la rupture de métal étant fréquente pour une profondeur supérieure à 0,7 mm, ce qui rend impossible toute production à cette profondeur.

Par ailleurs, les bords à sertir sont plissés, ce qui entraîne un risque de fuites au sertissage.

Par contre, avec le dispositif selon l'invention ou avec celui correspondant au deuxième essai comparatif, les ruptures de métal ne se produisent qu'au delà d'une profondeur de

1,5 mm.

Les corps de boîtes formés à partir des jupes moulurées ainsi obtenues ont été examinés d'une part en tenue à la pression externe, et d'autre part en tenue à l'effort vertical.

On a mesuré la tenue à la pression externe (PE exprimé en MPa) ainsi que la tenue à l' effort vertical (EV exprimé en daN) :

Résultats obtenus en tenue à la pression externe : emple selon Premier essai Second essai en creux invention comparatif comparatif 0,3 mm 0,085 0,084 0,4 mm 0,109 0, 100 0, 105 0,5 mm 0,135 0,129 0, 1 16 0,6 mm 0, 146 0, 140 0, 129 0,7 mm 0,152 0, 163 0, 141 1 mm 0, 172 ~ 0, 1 16 1,2 mm 0, 159 — 0,097 1,4 mm 0,122 — 0,101

II est permis de penser que ces résultats sont liés au profil des motifs en creux, étant domié que le même mandrin femelle a été utilisé pour les trois séries d'essais. En

particulier, la présence d'un fond plan (420) et d'un rebord plan (42) (voir figure 3a) pourrait expliquer l'amélioration de la tenue à la pression externe. Par contre, les résultats obtenus selon l'invention, en ce qui concerne la tenue à la pression externe, sont peu différents de ceux obtenus avec un moulurage circulaire des récipients du commerce.

Résultats obtenus en tenue à l'effort vertical : il n'y a pas d'écart significatif entre l'exemple selon l'invention et les essais comparatifs :

Profondeur des motifs valeur commune de tenue à l'effort vertical 0,3 mm 500

0,4 mm 490

0,5 mm 475

0,6 mm 460

0,7 mm 450 1 mm 425

1,2 mm 400

1.4 mm 370

Contrairement aux résultats obtenus en tenue à la pression externe, les résultats obtenus selon l'invention en tenue à l'effort vertical sont environ 2 fois supérieurs à ceux obtenus avec un moulurage circulaire standard (230 daN pour une épaisseur métal de 0,155 mm).

AUTRES EXEMPLES SELON L'INVENTION

On a refait une série d'essais selon l'invention analogues à la série précédente, mais différant en ce que les pions (210), au heu d'être à tête plate (figure 2a), étaient à tête rayonnée (figure 2b).

Dans ce cas, les résultats obtenus sont, par rapport aux résultats obtenus avec le dispositif selon l'invention muni de pions à têtes plates, légèrement inférieurs en tenue à D'autres essais ont été effectués selon l'invention

AVANTAGES DE L'INVENTION

FEUILLE DE REMPLACEE JT (REGLE 28)

L'invention permet de fabriquer des embaUages rigides, typiquement des corps de boîtes cylindriques, présentant des motifs en creux (41) de profondeurs supérieures à 0,5 mm, et ce, jusqu'à 1,5 mm, sans risque de rupture de métal, sans endommagement de la protection intérieure ni déformation du bord à sertir. Elle permet ainsi d'atteindre des valeurs élevées de résistance à la pression externe, tout en conservant un très bon niveau de résistance à l' effort vertical.

L'ensemble de ces résultats permet donc de fabriquer des récipients rigides de performances mécaniques améliorées et/ou de réduire les épaisseurs de métal (à performance mécaniques constantes).