FR2504826A1 - Revetements lubrifies dans la masse pour boites metalliques mises en forme en plusieurs passes - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA COMBINAISON A UN REVETEMENT POUR METAL D'UN LUBRIFIANT INCOMPATIBLE DE NATURE A ACQUERIR A LA CUISSON UN GRADIENT DE CONCENTRATION, PRENANT UNE CONCENTRATION MAXIMALE PRES DE LA SURFACE DU REVETEMENT, A L'OPPOSE DU POINT D'ADHERENCE DE CE DERNIER AU SUBJECTILE METALLIQUE. C'EST CETTE ADDITION DE LUBRIFIANT QUI FACILITE LE FORMAGE DU SUBSTRAT METALLIQUE REVETU SANS PERTE D'ADHERENCE DU REVETEMENT. APPLICATION AU REVETEMENT D'EBAUCHES A TRANSFORMER EN BOITES METALLIQUES PAR EMBOUTISSAGE PROFOND.

Description

La présente invention concerne la lubrification de métal prérevêtu, tel que l'acier exempt d'étain, destiné à être soumis à un formage en plusieurs passes (ci-après dénommé formage multiple), à l'issue duquel un revêtement continu demeure surie produit fini. Une telle lubrification est nécessaire pour éviter que le matériau prérevêtu ne soit éraflé, déchiré ou autrement endommagé au cours du formage.

I1 est courant d'appliquer une lubrification topique sur la surface du prérevêtement. Cette application est opérée au rouleau ou par projection, pulvérisation, badigeonnage, dispersion électrostatique ou par touches, soit après le processus de prérevêtement, soit juste avant l'opération de presse qui assure la mise en forme du produit par formage multiple appliqué au métal prérevêtu et lubrifié. Le mode le plus économique de lubrification superficielle d'un prérevêtement a consisté à appliquer l'agent lubrifiant par projection à chaud, à des vitesses de défilement de la surface de 183 à 244 m environ par minute, simultanément sur les deux faces de la tôle bobinée prérevêtue.Plus particulièrement, l'appareil de lubrification en bobine reçoit la tôle prérevêtue lorsqu'elle refroidit en sortant du four de cuisson du prérevêtement et y applique un mince film de lubrifiant par projection à chaud. Grâce à la grande vitesse, le lubrifiant interne ne forme pas d 'efflorescence visible à la surface du matériau prérevêtu.

Selon une technique plus lente de revêtement de feuilles et non de bobines, on traite à la minute 110 feuilles de 91 cm de long sur une seule face. Ainsi, la vitesse de traitement représente dans ce cas le quart environ de celle du revêtement pour des bobines, où les deux faces sont revêtues simultanément. Contrairement au cas du revêtement en bobines, il faut prévoir une cuisson de 10 minutes i, pour faire emerger le lubrifiant interne. Chaque feuille est maintenue à la traversée du four par l'un d'une série de chevalets. Un tel agencement assure l'émergence du lubrifiant avec une uniformité relative telle que le lubrifiant est visible à un taux relativement régulier (allant jusqu'à environ 1,5 % en poids), lors de la lubrification sur feuilles.En outre, l'application topique de lubrifiant est plus précise sur feuilles, vu la faible vitesse d'application. Par contre, l'application sur bobines est rapide, mais n'assure aucune ou une faible précision quant à l'uniformité du taux d'application topique. Le taux préféré d'application de lubrifiant est de 1,3 mg/dm2 par face aussi bien pour l'application sur bobines que sur feuilles. La tolérance est dans les deux cas de + 0,7 mgXdmg ce qui est plus difficile à obtenir pour l'application sur bobines que de celle sur feuilles.

Le choix du lubrifiant est également déterminant.

Le lubrifiant ne doit pas affecter l'adhérence du prérevête- ment au subJectileSmétallique et doit satisfaire aux conditions régissant l'utilisation des articles mis en forme par formage multiple. Le lubrifiant doit être incompatible (inerte) avec le prérevêtement mais ne pas affecter l'adheren- ce de ce dernier au cours du processus de formage multiple ou lors de l'utilisation ultérieure de l'article mis en forme.

L'incompatibilité agit de manière que le lubrifiant se rassemble ("flotte") pendant la cuisson sur la surface du revêtement ; ce phénomène sera dénommé ci-après "émergence" ou "efflorescence". L'une et l'autre conditions seraient acceptables. Par conséquent, il importe de choisir un lubrifiant doté de l'incompatibilité (inertie) requise, mais de nature à se mélanger avec le prérevêtement sans s'en séparer avant l'application et apportant le pouvoir lubrifiant nécessaire pour supporter les très fortes pression engendrées au cours d'un processus de formage de métal de manière à protéger le prérevêtement et le métal contre les efforts ainsi appliqués.L'émergence n'est pas nécessaire pour de la tôle revêtue bobinée, attendu que le lubrifiant est exprimé de la matrice de polymère aux points de pression lors du formage, entre matrice et poinçon, de la plaque lubrifiée intérieurement.

On a coutume d'ajouter une petite quantité de lubrifiant au prérevêtement afin de travailler ultérieurement en pré-sence d'un appoint de lubrifiant topique. Plus particulièrement, la dose addition de lubrifiant aw prérevête- mentsest inférieure à 2 % en poids et ceci s'est avéré suffisant, en combinaison avec ltappoint topique projeté, pour assurer une lubrification suffisante quand l'appoint topique est projeté uniformément au taux prescrit.

Dans la réalisation préférée, l'article formé est une boite ayant subi un emboutissage en plusieurs passes ou multiple telle que décrit dans les demandes de brevet US 230 686 du 2 février 1981 pour "Revêtement emboutissable" et nO 230 610 du 2 février 1981 pour "Revêtement métallique emboutissable-rbsistant au soufre". Ces demandes traitent les matières mises en oeuvre pour former une telle boite ou récipient et la présente invention concerne plus particulièrement les lubrifiants à incorporer au revêtement principalement pour la surface externe de l'article ou,plus précisément, la surface revêtue de résine époxy-phénolique d'une boite de conserve emboutie en plusieurs passes.

La présente invention a donc pour objet un moyen pour disposer d'un lubrifiant convenant pour tenir aux efforts apparaissant lors d'un formage en plusieurs passes ou multiple.

L invention concerne aussi un moyen permettant d'appliquer de manière appropriée le lubrifiant à un taux suffisant pour assurer une lubrification permettant le formage mutiple de matériau prérevêtu sans dommage pour le revêtement du matériau.

L'invention a également pour objet un lubrifiant particulier préféré,de nature à faciliter le formage multiple à grande vitesse d'une boite de conserve.

Pour atteindre ces buts et résoudre les problèmes soulevés par les techniques antérieures de lubrification de métal prérevêtu, l'invention propose un procédé permettant d'ajouter de grandes quantités de matières lubrifiantes compatibles au prérevêtement et ce, au cours de l'opération de prérevêtement de manière à pouvoir réduire ou supprimer la lubrification topique. Certes, on a déjà proposé de mélanger à diverses fins, des prérevêtements avec des lubri fiants, à des doses allant jusqu'à environ 1,5 % en poids, mais la présente invention concerne un moyen permettant d'utiliser cette technique en vue d'un formage multiple engendrant de grands efforts.Plus particulièrement, l'adhérence du prérevêtement, lorsque des lubrifiants d'origine animale tels que la lanoline ou naturels tels que le pétrolatum forés à raison de 5 à 11 % en poids au prérevetement extérieur, est apparue comme satisfaisante quant à;tla tenue aux efforts de formage mutliple. De telles doses élevées d'incorporation au prérevêtement, sont non seulement capables d'émerger pendant la cuisson de tels revêtements (sauf si ceux-ci sont appliqués sur bobines), mais encore elles sont disponibles en quantité suffisante, de telle manière que, sous l'effet des pressions de formage, le lubrifiant puisse être exprimé vers la surface aux points de pression et ainsi disponible pour faciliter le formage.Le choix du lubrifiant est essentiel pour surmonter les difficultés de non adhérence au cours du formage ou de traitement ultérieur de la boitte prérevêtue. Plus particulièrement, un lubrifiant de haut poids moléculaire et insoluble dans le prérevêtement est absolument indispensable pour la bonne mise en oeuvre de l'invention, car le lubrifiant doit agir en compatibilité avec le pouvoir d'adhérence du revêtement et doit avoir un poids moléculaire suffisant pour supporter des efforts élevés. Le prérevêtement extérieur préféré est appliqué à raison de 0,35 à 0,46 mg/cm2 et le lubrifiant de type lanoline est mis en oeuvre à des pourcentages allant Jusqu'à 7 i X du poids de prérevêtement. En outre, le revêtement est du type époxy-phénolique ou organosol. La densité du
et lubrifiant de type lanoline est inférieure à lien général de 0,9 à 0,98 tandis que celle du revêtement est supérieure à 1 et peut atteindre 1,3. La relation entre les densités du lubrifiant et du revêtement est jugée déterminante quant à l'émergence (efflorescence) en ce sens que le lubrifiant est exprimé vers la surface du prérevêtement lorsqu'apparait la réticulation. On a constaté que le lubrifiant qui demeure enfermé dans le prérevêtement, c'est-à-dire qui n'émerge pas, facilite aussi la fabrication du fait que la pression instantanée subie au cours du formage multiplie fait suinter le lubrifiant à la surface du prérevêtement juste devant la ligne d'application de pression de formage.Ce fait peut être vérifié en lavant la surface de la bolte mise en forme avec du di-isooctane qui dissout le lubrifiant résiduel (apparu en surface au cours du formage). Un tel essai a permis de vérifier qu'environ 50 % de lubrifiant additionnel est disponible sur du métal revêtu en feuilles, du fait de la pression de formage, alors que pour du métal revêtu et bobiné, le lubrifiant demeure enfermé à raison de virtuellement 100 %.

La présente invention concerne le prérevêtement de tôles minces de divers types à transformer ultérieurement par formage en bottes de diamètre généralement inférieur à leur hauteur. De telles boites servent couramment à l'embal- lage d'aliments traités et doivent être aptes à supporter une pression interne pendant un traitement à haute température, ainsi que la pression externe due à la dépression qui s'établit au refroidissement. Le prérevêtement en cause dans la présente invention est celui porté par la face destinée à se trouver finalement à Itextérieur de la botte.Ce revêtement doit être apte à supporter diverees passes sévères d'emboutissage et de réemboutissage y compris le profilage du fondu qui apparaissent lors de la transformation à grande vitesse de feuilles plates de tôle mince prérevêtue en récipients cylindriques munis de fond. Normalement, on soumet les revêtements à une application topique de lubrifiant pour faciliter le formage. On a constaté que l'incorporation d'adjuvants internes de lubrification internes facilite le formage de boltes même en l'absence de lubrification topique.

Les formats ou dimensions des récipients ou boltes sont désignés ici suivant la convention usuelle aux
Etats-Unis pour les fabricants de boites métalliques, selon laquelle on exprime le diamètre de part en part du serti fini ainsi que la hauteur, en inches et seizièmes d'inch, un inch étant égal à 2,539954 cm. Ainsi, une botte de 4 4tu6" (inches) de diamètre par 3 7/16" (inches) de haut sera dite de "404 x 307".

Pour le matériau de base pour boitte, le grade ou degré"75 #" utilisé pour le formage de boites selon la présente invention est donné en référence à la terminologie employée pour le poids "base-box" (comparable à la "force" en papeterie). Cette terminologie désignait initialement la quantité d'acier présente dans une "base-box" de fer blanc, constituée par 112 feuilles d'acier de 35,6 x 50,8 cm, soit une superficie de tôle d'environ 20 m2. Couramment, l'unité "base-box" désigne le poids d'acier présent dans environ 20 m2 de tôle soit sous forme de bobine, soit découpée en feuilles. La désignation courante pour l'acier au chrome exempt d'étain est TFS-CT et celle pour l'acier à étamage électrolytique est ETP.La quantité d'étain est aussi désignée par le poids en livres avoir du poids (lbs) par "base-box".

On peut soumettre le revêtement à un essai expérimental au moyen de ruban adhésif avant et/ou après stérilisation du produit alimentaire ; on peut ainsi tester chaque échantillon de boite en matériau prérevêtu mis en forme en plusieurs passes, en appliquant un ruban adhésif adhérant sur la surface par pression - tel qu'un ruban adhésif de 25,4 mm de large + 610, de la firme dite 3M par dessus le prérevêtement après cuisson et emboutissage multiple On presse le ruban sur,1a surface assez énergiquement pour assurer un contact total (avec élimination des bulles d'air intermédiaires). L'essai au ruban consiste à détacher rapidement celui-ci de la surface du revêtement à laquelle il adhère avec un effort pour détacher "peler" le revêtement, ce qui arrache tout revêtement à adhérence insuffisante.

Pour pousser plus loin l'essai d'adhérence du revêtement, on trace dans ce dernier des X avec un instrument pointu avant d'appliquer le ruban adhésif. Ces X représentent des bords fraîchement entaillés au niveau desquels un détachement éventuel peut s'amorcer.

Un essai représentatif des conditions d'utilisa tion prévues pour les bottes est dit "essai sous contenu d'eau". Les bottes embouties en plusieurs passes sont remplies d'eau distillée presque jusqu'au sommet. Un espace libre de 6,35 mm de haut subsiste au -moment où l'on scelle hermétiquement les boites, que l'on met sous vide de 44 kPa. On passe ensuite les boites dans une étuve et on les traite à la vapeur pendant 60 minutes à 1210C. Après le traitement en étuve, on refroidit les boîtes sous pression pendant 7 minutes.

Ce processus soumet les boîtes à des conditions analogues à celles qu'elles subissent lors de leur utilisation industrielle à l'emballage de comestibles. On "évalue" alors les bottes par estimation et plus particulièrement par examen du revêtement extérieur après avoir laissé les boîtes sécher une nuit à l'air. On peut aussi stocker les bottes dans une chambre à forte humidité si c' est nécessaire pour stimuler l'oxydation de toutes surfaces métalliques éventuellement exposées.

Une telle oxydation indique le taux de résistance de la bote prérevêtue au traitement ainsi que d'intégrité du revêtement extérieur.

On a décrit ci-après divers exemples de réalisa- tion de l'invention.

EXEMPLE 1
I1 s'agit ici-de la combinaison préférée, selon laquelle 3 % en poids de pétrolatum ont été ajoutés aux solides de résine d'un revêtement du type époxy-phénolique MC 9372-006 fabriqué par la Firme Mobil Chemical. On a appliqué cette combinaison sur des tôles de grade 75 + (1,68 kg/m2)TFS-CT et ETP dans un appareil d'application au rouleau,à raison de 0,46 mg/cm2 et l'on a cuit pendant 8 minutes à 2040C.On n'a pas effectué de lubrification topique. On a transformé la tôle en boites de "211 x 400" par emboutissage multiple (en trois passes) à une vitesse d'environ 100 courses à la minute.

Les boites obtenues avaient une bonne aptitude au formage et une bonne adhérence du revêtement, en ce qui concerne du moins le TFS-CT, mais non 1'ETP. On a indiqué plus loin (tableau I) les résultats d'essais d'adhérence.

EXEMPLE 2
Ici, on a ajouté 5 % en poids de pétrolatum aux solides de résine d'un revêtement époxy-phénolique MC 9372-006 fabriqué par la Firme Mobil Chemical. On a appliqué cette combinaison sur des tôles de grade 75 # (1,68 kg/m2), de TFS
CT et d'ETP dans un appareil à rouleau, à raison de 0,46 mg/cm2 et l'on a cuit 10 minutes à 2040C. On n'a pas effectué de lubrification topique. On a transformé la tôle en boites de "211 x 400" par emboutissage multiple (en trois passes) à une vitesse d'environ 100 courses/mn. Les bottes résultantes présentaient une bonne aptitude au formage et une bonne adhérence du revêtement, du moins pour la tôle de TFS-CT, mais l'adhérence sur tôle ETP était plus mauvaise que celle constatée avec la combinaison selon l'exemple 1.La raison en est que le lubrifiant additionnel nuit à l'adhérence sur la tôle ETP qui est plus difficile à obtenir. On trouvera plus loin (tableau I) les résultats d'essai d'adhérence.

EXEMPLE 3
Dans cet essai, on a ajouté 3 X en poids de lanoline aux solides de résine d'un revêtement époxy-phénolique de type MC 9372-006 fabriqué par la Firme Mobil Chemical. On a appliqué cette combinaison dans l'appareil à rouleau sur de la tale de grade 75 is (1,68 kg/m2) d'acier au chrome exempt d'étain (TSF-CT) et d'acier étamé (ETP) à raison de 0,46 mg/cm2 et l'on a cuit pendant 8 minutes à 2040C. On n'a pas utilisé de lubrification topique. On a transformé la tôle en boites de "2 Il x 400" par opération de formage en trois passes à des vitesses de 300 courses par minute. Les boîtes résultantes présentaient une bonne aptitude au formage et une bonne adhérence du revêtement, du moins pour l'acier au chrome exempt d'étain, mais non pour l'acier étamé.Les résultats d'essais d'adhérence sont indiqués dans le tableau 1.

EXEMPLE 4
On a revêtu industriellement des tôles d'acier au chrome exempt d'étain de grade 75 * (1,68 kg/m2) additionnées de O %, de 5 X et de 7 12 % de pétrolatum (solides/solides).

On a cuit la tale pendant 8 minutes à 2040C, puis on a appliqué et cuit le revêtement intérieur. Sur la tôle revêtue additionnée de lubrifiant interne, on a constaté la présence d'un mince film de lubrifiant. On a soumis une partie de la tôle témoin, ne comportant pas d'addition de lubrifiant, à une lubrification topique. On a fabriqué par triple emboutissage des boites de "303 x 406" avec les résultats suivants
ADDITION DE LUBRIFICATION RESULTATS DE FABRI
PETROLATUM TOPIQUE CATION DE BOITES 4-1. 0 Oui satisfaisant 4-2 0 Non insatisfaisant 4-3 5 Non satisfaisant 4-4 7 1/2 Non satisfaisant
Dans l'exemple (4-1) correspondant à notre témoin industriel, il n'est pas apparu de difficultés de fabrication. Dans l'exemple suivant (4-2) il y a rupture de boîte après fabrication de six bottes.Le résidu de lubrifiant présent sur les poinçon et matrice a permis de fabriquer quelques bottes. L'exemple(4-3)a été fait ensuite avec mise en route sur un ensemble poinçon-matrice sec. On a fabriqué 1.600 bottes. L'exemplet4-4)a suivi et on a fabriqué 1.600 boîtes.

On a passé les boîtes à l'autoclave sans constater la présence de voile ni de perte d'adnérence tant sur le revêtement extérieur que sur le revêtement intérieur.

EXEMPLE 5
On a soumis de la tôle de TFS-CT de 65 (1,46 kg/m2) à un revêtement industriel en bobines, en utilisant une addition de 5 % de pétrolatumtsolides/solides} La bobine a été revêtue à une vitesse de 183 m/mnj a subi la cuisson pendant 19 secondes à une température d'air de 3020C. L'expression de lubrifiant hors de la pellicule n'a pas été évidente car avec de la tôle revêtue en feuilles, on a fabriqué des boîtes de "303" x 406" et on les a passées à l'autoclave avec des résultats satisfaisants.

TABLEAU 1
ESSAI D'ADHERENCE AU RUBAN ADHESIF OPERE SUR LE REVETEMENT
EXTERIEUR DE BOITES EMBOUTIES DE "311 x 400
TFS-CT Fer-blanc
Ex. 1 3 % de pétrolatum 0 8
Ex. 2 5 % O 10
Ex. 3 3 X lanoline 2 8 0= perte d'adhérence nulle 10 = perte d'adhérence totale
I1 est essentiel que le lubrifiant soit incompatible avec le revêtement et ait une densité inférieure à celle du revêtement non cuit, ceci afin que le lubrifiant puisse émerger à la surface du revêtement au cours de la cuisson. Plus particulièrement, le lubrifiant est incorporé au revêtement à un pourcentage en poids solides/solides de 3 à 8. A ces pourcentages, la manipulation doit être effectuée avec soin pour maintenir la combinaison de lubrifiant et de revêtement sous forme de mélange.On applique ensuite le mélange sur le métal et on le cuit au four de cuisson. Pendant la cuisson, le métal, étant le plus conducteur des trois corps en présence (métal, lubrifiant, revêtement) s'échauffe le premier et tend à exercer sur le revêtement une activation telle qu'un mouvement de type brownien du lubrifiant apparaît du fait de l'énergie cinétique imprimée au' mélange par le four de cuisson. Plus particulièrement, le lubrifiant présente un gradient de concentration dans sa migration en majeure partie vers la surface du revêtement au cours de la cuisson.

C'est ce gradient de concentration qui agit pour faciliter à un degré satisfaisant les opérations de formage multiple d'un métal prérevêtu et pour assurer l'adhérence du revêtement au métal malgré la présence de lubrifiant à une forte concentration. On a constaté que la présence de plus de 10 % de lubrifiant dans le revêtement nuit à l'obtention de l'effet de pincement nécessaire au bon emboutissage d'une bolte à rapport profondeur/diamètre supérieur à 1.

Des combinaisons spécifiques de prérevêtement
et de lubrifiant ont été décrites ci-dessus, mais l'invention concerne d'une manière large tout prérevêtement contenant du lubrifiant à raison d'un pourcentage de 3 à 8 en poids tel que contenu dans le revêtement non cuit. En particulier, des lubrifiants du type naturel incompatibles avec le revêtement de manière à efflorer ou émerger à la surface du revêtement peuvent être utilisables en quantités suffisantes pour servir de lubrifiant entre le métal prérevêtu et les outils afin de mettre ce métal en forme.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Prérevêtement emboutissable pour subjectile métallique, caractérisé en ce qu'il comporte une matière de revêtement qui puisse adhérer à un subjectile métallique à transformer en boite par formage et en ce qu'on mélange avant cuisson, ledit revêtement avec un lubrifiant incompatible ayant une densité inférieure à celle du prérevêtement non cuit et ajouté à raison de 3 à 8 X en poids.

2. Prérevêtement selon la revendication 1, caractérisé en ce que des solvants présents dans le prérevêtement ou dans le lubrifiant, agissent pour favoriser un mouvement d'émergence du lubrifiant hors du prérevêtement au cours de la cuisson.

3. Prérevêtement selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est du type époxy-phénolique et en ce que le subjectile métallique est de l'acier au chrome exempt d'étain.

4. Prérevêtement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le lubrifiant est du pétrolatum.

5. Prérevêtement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le revêtement est de la lanoline.

6. Prérevêtement selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit pétrolatum est ajouté à raison d'environ 7 9 % en poids et en ce que l'on emboutit la botte en trois passes de manière à former une boîte métallique prérevêtue, à paroi mince, en forme de cylindre creux dont le diamètre représente environ 75 X de sa hauteur.

7. Procédé de transformation par formage de tôle prérevêtue en boite cylindrique creuse ouverte à une extrémité et solidaire d'un fond à l'autre extrémité, caractérisé en ce que

- on prévoit une tôle mince, d'un poids surfacique de grade 75 t (1,68 kg/m2) d'acier au chrome exempt d'étain.

- on applique sur la surface de cette tôle un revêtement époxy-phénolique comportant 3 à 8 X en poids de lubrifiant incompatible avec ledit revêtement époxy phénolique.

- On forme ladite botte creuse par emboutissage en trois passes à une vitesse assurant un débit de 100 boltes à la minute, sans érafler le lubrifiant ni prévoir une lubrification topique additionnelle du revêtement.

- On soumet l'ensemble revêtement-lubrifiant à une cuisson par chauffage au cours de laquelle le lubrifiant émerge à la surface du revêtement de manière à obtenir un gradient de concentration en lubrifiant,

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit lubrifiant est de la lanoline, et en ce que ledit revêtement époxy-phénolique est appliqué sur la face de tôle destinée à être à l'extérieur de la boîte.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit lubrifiant est du pétrolatum, et en ce que ledit revêtement époxy est appliqué à la face de la tôle destinée à être à l'extérieur de la bote.

10. Article fabriqué par le procédé selon la revendication 7.