CN102725079B

CN102725079B - 罐的制造

Info

Publication number: CN102725079B
Application number: CN201180008424.7A
Authority: CN
Inventors: J.赖利; A.普雷斯塞特; S.蒙罗; K.温森特
Original assignee: Crown Cork and Seal Technologies Corp
Current assignee: Crown Packaging Technology Inc
Priority date: 2010-02-04
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2031-02-04
Also published as: CO6551761A2; ZA201205621B; RU2557845C2; CN102725079A; ES2741590T3; CA2787546A1; EP2531310B1; MY164686A; RU2012137507A; AU2011212400B2; AU2011212400A1; EP2531310A1; JP2013518723A; US9545655B2; US20120305557A1; MX2012009023A; MX337296B; NZ601599A; BR112012019014A2; CA2787546C

Abstract

公开了一种适合用于制造两片金属容器的方法和装置。具体地，所述方法和装置公开了利用拉伸和（再）拉深操作的组合由金属薄板制造杯的方法。最终的杯具有杯的底座的厚度相对于材料的轧前厚度减小的优点。

Description

罐的制造

技术领域

本发明涉及金属杯的生产，并且尤其（但不局限于）涉及适于“两片”金属容器的生产的金属杯。

背景技术

US 4095544（NATIONAL STEEL CORPORATION）(1978年6月20日)详述了用于制造在生产两片金属容器时使用的杯段的常规的冲拔（DWI）和深冲（DRD）工艺。[注意，在美利坚合众国，DWI通常替代地称为D&I]。术语“两片”是指：i）杯段以及ⅱ）盖，其将随后紧固到杯段的开口端以形成容器。

在DWI（D&I）工艺中（如在US 4,095,544的图6至图10中所示），通过拉深模具拉深由金属薄板卷冲压出的平坦（通常）圆形坯体，从而在冲头的作用下形成浅的第一阶段杯。该初始拉深阶段不产生坯体的任何有意变薄。此后，为了实现杯的侧壁的厚度减小，通过一个或多个环形罐壁减薄模具推动通常安装在密接冲头或桩锤的端面上的杯，从而使杯的侧壁的伸长。减薄工艺单独地将不产生第一阶段杯的标称直径的任何变化。

图1表示在由常规DWI（D&I）工艺产生的容器主体中的金属的分布。图1仅为例示性的，并非意在精确地定标。在图1中示出三个区域：

区域1代表底座的非减薄材料。这个区域保持与坯体的轧前厚度近似相同的厚度，即它不受常规DWI工艺的单独制造操作的影响。

区域2代表侧壁的减薄中段。其厚度（并且从而需要减薄的量）由容器主体需要的性能确定。

区域3代表侧壁的减薄上段。通常在罐生产中，该减薄上段是轧前厚度的大约50-75%。

在DRD工艺中（如在US 4,095,544的图1至图5中所示），使用相同的拉深技术来形成第一阶段杯。然而，不是采用减薄工艺，第一阶段杯然后经受一次或多次再拉深操作，其用来逐渐减小杯的直径并且从而使杯的侧壁伸长。大多数常规再拉深操作单独地不是意在产生杯材料的厚度的任何变化。然而，以由一般的DRD工艺制造的容器主体为例，在实践中在最终容器主体的顶部通常会有一些变厚（10%的级别或者更多）。该变厚是再拉深工艺的自然效应并且当从较大直径的杯再拉深到较小直径的杯时由对材料的压缩效应来解释。

注意具有替代的已知DRD工艺，其通过使用小半径或复合半径的拉深模具，通过在拉深和再拉深阶段中拉伸使侧壁变薄，从而实现杯的侧壁的厚度减小。

替代地，减薄和再拉深的组合可以用于第一阶段杯，从而减小杯的直径和侧壁厚度两者。例如，在两片金属容器（罐）的制造领域中，容器主体通常这样来生产，将坯体拉深为第一阶段杯并且使杯经受多个再拉深操作直到获得具有期望标称直径的容器主体，然后紧随着减薄侧壁以提供期望的侧壁厚度和高度。

然而，以大的商业规模使用的DWI（D&I）和DRD工艺具有严重的局限，因为它们不能用来减小杯的底座中的材料的厚度（并且因此重量）。具体地，拉深不会使被拉深的物体的厚度减小，并且减薄仅对杯的侧壁起作用。重要地，对于制造两片容器用杯的已知DWI（D&I）和DRD工艺而言，底座的厚度与坯体的轧前厚度相比大体地保持不变。这样会导致底座比性能目的需要的厚得多。

金属包装行业是竞争激烈的，其中重量减少是主要的目标，因为这降低运输和原材料成本。举例来说，制造一般的两片金属食品容器的大约65%的成本来自于原材料成本。

因此需要有以成本节约方式改进的轻质金属杯段。注意在本文献中，术语“杯段”和“杯”可互换地使用。

发明内容

因而，在本发明的第一方面中，提供一种用于制造金属杯的方法，所述方法包括下列操作：

ⅰ、拉伸操作，其包括取用具有侧壁和整体的底座的杯，所述杯由金属薄板形成，将环形区域夹持在所述侧壁和所述底座的任何一个或两者上以限定包括全部或部分所述底座的包围部，并且将所述底座的位于所述包围部内的那部分的至少一些变形和拉伸，从而增大所述底座的表面积并且减小所述底座的厚度，环形夹持适于在该拉伸操作期间限制或阻止金属从被夹持区域流动到所述包围部中；

ⅱ、拉深操作，其包括拉深所述杯以将已拉伸和变薄的底座的材料向外拉动和传送。

对本文献而言，上面所提到“拉深操作”有时称为“拉伸后拉深操作”以表示它在拉伸操作之后发生。

本发明的方法具有下列（优于已知工艺）的优点，即实现具有比拉伸操作之前的金属薄板的轧前厚度更薄的底座的杯的制造，且不必损失或浪费金属。当应用于两片容器的制造时，相对于现存的制造技术，本发明能够实现每1000个容器几美元的级别的成本节约。

拉伸操作对于相对于金属薄板的轧前厚度实现杯的底座的变薄是很重要的。由拉伸操作产生的底座的增大表面积提供“过量材料”。在后续的拉深操作期间该“过量材料”被向外拉动和传送。

最优选地，拉深操作适于将已拉伸和变薄的底座的材料拉动和传送到侧壁。这样具有增大侧壁的高度和杯的包围体积的两个优点。如在背景技术的描述中所述，侧壁厚度在影响用于容器（罐）主体的杯的性能特性方面是至关重要的。本发明的这个方面具有将材料传送到杯的性能关键部分（即侧壁）同时还使得杯的底座的厚度和重量最小的优点。

为了确保在拉伸操作期间将底座材料拉伸和变薄，杯被充分地夹持以在拉伸操作期间限制或阻止金属从被夹持区域流到包围部中。如果夹持载荷不充分，则来自被夹持区域（或者来自被夹持区域外部）的材料将只是被拉深到包围部中(其包括全部或部分底座)，而不是包围部（并且因此底座）经历任何变薄。已经发现当允许有限量的材料从被夹持区域（或者从被夹持区域外部）流到包围部中时，即当金属流动受到限制而不是完全阻止时，仍然会发生拉伸和变薄。在附图（特别参见图12c和图12d）所示的本发明实施例中更好地例示了在拉伸后拉深操作期间，底座的已拉伸和变薄的材料随后向外传送并且传送到侧壁中。

本发明的方法尤其适合用于金属容器的制造，其中最终完成的杯用于容器主体。在已拉伸杯上执行的拉深操作可以包括两个或多个拉深阶段，以实现杯直径的阶段性减小以及侧壁高度的增大。并且，所述杯还可以经受减薄操作来减薄侧壁并且增大侧壁的高度，并且从而使得最终完成杯的包围体积最大。通过将盖紧固到杯的开口端，最终完成杯可以形成为闭合容器。例如，金属罐盖可以接合到最终完成杯的开口端（参见图15）。

本发明的方法适合用在按俯视为圆形和非圆形的杯上。然而，它对于圆形杯的作用最佳。

一种使得利用常规DWI和DRD工艺生产的杯段的底座中的材料量最小的方法可以使用较薄厚度的起始原料。然而，每吨马口铁成本随着厚度下降而增加。该增加是由于对较薄钢材进行轧制、清洁及镀锡的附加成本造成的。当还考虑在制造两片容器时的材料使用时，制造容器的净总成本相对于材料的轧前厚度的变化如在图2中的图表所示。该图表表明，从成本的角度来看，追求最薄厚度材料不一定降低成本。实质上，对于给定侧壁厚度的任何容器而言存在最廉价的材料厚度。该图表还示出了在降低成本曲线方面减小容器的上壁和中壁段的厚度的作用。图3示出了基于通常在制罐中使用的UK供应马口铁类型的实际数据的相同图表。对于在图3中示出的材料，0.285mm代表基于成本的最佳厚度，其中使用更薄厚度的材料会增加生产罐的净总成本。图3的图表示出了当从0.285mm最佳轧前厚度偏离时每1000个罐的总成本的增加百分比。

本发明的最终完成杯具有使底座变薄（并且因此变轻）的优点。并且，取决于所采用的拉深操作，从底座向外传送的已拉伸和变薄材料能够有助于使侧壁高度最大。这样，相对于制造两片容器的杯段的已知方法，本发明对于给定量的金属提供增大的包围杯体积。此外，降低了制造每个容器的成本（以每吨或单位体积的成本为基础），因为本发明允许使用较厚（并且因此较廉价）的轧前厚度材料用作形成杯的金属薄板。

夹持“环形区域”意味着以环形方式连续地或以隔开间隔地夹持侧壁和底座的任意一个或两者。虽然可以只夹持侧壁，而不夹持底座（参见图9），但是优选地环形夹持包括夹持杯的底座上的环形区域（包围部然后是底座的位于被夹持区域径向向内位置的那部分）（参见图6a和图6b）。

已经利用夹持部件进行了试验，该夹持部件包括环形环形式的夹持元件，夹持元件具有按压于杯的底座的环形区域的高度抛光夹持面。然而，已经发现当使用带纹理的夹持面的夹持元件时，减小的夹持载荷能够获得相同的拉伸效果。带纹理具有使夹持面的表面变粗糙的作用并且因此对于给定夹持载荷增大了夹持元件在底座的环形区域上的夹持效果。带纹理的夹持元件因此能够更好地限制或阻止在拉伸操作期间金属从被夹持区域流出。举例来说，通过使初始光滑的夹持面经受放电加工（EDM），使得夹持面的表面变粗糙，放电加工（EDM）腐蚀夹持面的表面以限定有凹痕的粗糙表面。

在一种形式中，通过将杯的侧壁和底座的任意一个或两者的相对表面夹持在对应的相对第一和第二夹持元件之间，可以方便地实现夹持，第一和第二夹持元件每个均具有没有几何不连续部的夹持面。例如，考虑夹持杯的底座（而不是侧壁）的情况，第一和第二夹持元件可以方便地具有完全平面的光滑夹持面。在考虑夹持圆柱形杯的侧壁（而不是底座）的情况的替代示例中，第一和第二夹持元件可以方便地具有对应轮廓的圆柱形夹持面。然而，已经发现将几何不连续部引入到第一和第二夹持元件的相对夹持面使得夹持改进，其中在拉伸操作期间材料的不期望滑动或拉深减少。这样具有降低在拉伸操作期间实现底座的给定拉伸量所需要的夹持载荷的优点。“几何不连续部”表示第一和第二夹持元件的各自夹持面中的结构特征，当使用夹持元件来夹持杯的金属薄板的相对表面时，在施加拉伸载荷时几何不连续部作用于金属以中断金属在夹持元件之间的流动。

在一种形式中，几何不连续部可以通过将第一夹持元件的面形成有一个或多个珠、脊或台阶来提供，在使用时一个或多个珠、脊或台阶将被夹持的环形区域的金属推动到设置在第二夹持元件的面中的对应的一个或多个减荷特征内。减荷特征方便地设置为在夹持面中的切口或凹部，其形状和尺寸设置成适应对应的一个或多个珠、脊或台阶。在使用时，第一和第二夹持元件会夹持侧壁或底座的相对表面, 其效果是在施加拉伸载荷时，一个或多个珠、脊或台阶与对应的一个或多个减荷特征中断杯的金属薄板在第一和第二夹持元件之间的流动。金属流动的该中断使得相对于只是将杯夹持在具有完全光滑夹持面的第一和第二夹持元件之间,对于给定夹持载荷能够获得改进的夹持效果。已经发现,在一个或多个珠/脊/台阶与对应的一个或多个减荷特征之间具有足够的间隙是有益的，以避免金属的挤压或压持，因为这样有助于使在后续的拉深操作（或者任何后续的减薄操作）期间易撕裂的薄弱点的形成最小。当第一和第二夹持元件适于在使用时一个或多个珠/脊/台阶将被夹持的环形区域的金属推动为由对应减荷特征完全包围并且包围在对应减荷特征内时，可以发现对于给定拉伸量所需的夹持载荷显著减小。在本发明的实施例的描述中（参见图8a中示出的实施例）例示了该夹持构造的示例。

虽然上述段落涉及位于第一夹持元件的面中的一个或多个珠/脊/台阶和位于第二夹持元件的面中的对应的一个或多个减荷特征，但是本发明不限于此。具体地，一个或多个珠/脊/台阶可以替代地位于第二夹持元件的面中而对应的一个或多个减荷特征位于第一夹持元件的面中。作为又一替代,第一和第二夹持元件的面的每一个均可以包括珠/脊/台阶和对应减荷特征的混合。然而，已经发现在各夹持元件的夹持面中设置单个珠/脊/台阶和对应的单个减荷特征能够显著地减小对于给定拉伸量所需的夹持载荷（参见在图7a和图8a中示出的实施例）。如上述段落所示，当第一和第二夹持元件适于在使用时设置在第一或第二夹持元件的夹持面中的珠/脊/台阶将被夹持环形区域的金属推动为由第二或第一夹持元件的夹持面中的对应减荷特征完全包围并且包围在该减荷特征内时，可以发现夹持载荷显著地减小（参见本发明的实施例的描述中的表1）。

注意，第一和第二夹持元件不需要是连续的，例如，可以使用分段工具用于第一和第二夹持元件的每个或其中一个。换句话说，夹持元件的每个或其中一个自身可以包括两个或多个分离夹持部，每个夹持部在使用时作用于杯的金属薄板的分离区域上。

优选地，拉伸操作包括提供“拉伸”冲头并且将“拉伸”冲头和杯的任意一个或两者朝向彼此移动，以便“拉伸”冲头将底座的位于包围部内的那部分的至少一些变形和拉伸。

以其最简单的形式，“拉伸”冲头是具有端面的单个冲头，当推动到与杯的底座接触时，冲头既使底座变形又拉伸底座。优选地，“拉伸”冲头的端面设置有非平面轮廓，“拉伸”冲头和杯的任意一个或两者朝向彼此移动，以便“拉伸”冲头将底座的位于包围部内的那部分的至少一些变形和拉伸为对应的非平面轮廓。方便地，端面可以设置有穹顶状或部分球形的轮廓，其在使用时用来将底座的位于包围部内的那部分的至少一些拉伸和变形为对应的穹顶状或部分球形的轮廓。举例来说，图4示出了由于将设置有穹顶状轮廓端面的单个“拉伸”冲头用于具有大约47.5mm半径（95mm直径）的杯而产生的拉伸杯的底座厚度的变化。材料具有0.0115英寸（0.29mm）的轧前厚度，其中拉伸操作之后的最小底座厚度为0.0086英寸（0.22mm），表示了底座厚度有25%的峰值减小。在所示的示例中，由于拉伸操作产生的底座变薄的程度在底座的直径范围上是非均匀的。已经发现改变冲头的端面轮廓会影响底座的厚度轮廓，并且尤其是最大底座变薄的位置。举例来说，在竖直段中，冲头的端面可以具有复合半径或者椭圆的轮廓。为了能够跨越包围部实现不同水平的变薄，“拉伸”冲头优选地包括具有一个或多个减荷特征的端面。例如，端面可以包括一个或多个凹部或切口（参见图11）。

作为对具有单个冲头的替代，“拉伸”冲头可以替代地包括冲头组件，该组件包括与包围部的一个表面相对的第一组一个或多个冲头和与包围部的相对表面相对的第二组一个或多个冲头，拉伸操作包括将第一组和第二组的任意一组或两组朝向彼此移动，以将底座的位于包围部内的那部分的至少一些变形和拉伸。这种冲头组件可以例如允许包围部变形为波纹轮廓，这可以允许包围部以比图4中所示的更均匀的方式拉伸（参见图10示出的示例）。

作为使用单个冲头或冲头组件的另一个替代，拉伸操作可以替代地通过回旋来实现。例如，回旋可以包括使用可旋转地和/或枢转安装的成型工具，该工具和杯的包围部互相接触，成型工具和杯的任意一个或两个相对于彼此旋转和/或枢转，以便成型工具逐渐形成包围部的轮廓并且拉伸包围部。

在已拉伸杯上执行拉深操作具有对于给定量的原材料使容器的高度和体积最大的优点。拉深操作拉深杯通过一个或一系列拉深模具，以将已拉伸和变薄底座的材料向外拉动和传送，优选地到达侧壁，从而方便地执行。无论已拉伸和变薄材料完全保持在底座内或者传送到侧壁，作用仍然是提供具有比金属薄板的轧前厚度小的厚度的底座的杯。当将已拉伸和变薄材料拉动和传送到侧壁时，这样具有既增大侧壁的高度又使得被拉深杯的底座具有比金属薄板的轧前厚度小的厚度的优点。

以已经利用具有带穹顶状轮廓的端面的冲头来执行拉伸操作以将底座的位于包围部内的那部分的至少一些拉伸和变薄为对应的穹顶状形状的情况为例，拉深操作（由单个或多个拉深阶段构成）的作用为，随着已拉伸和变薄的底座材料被逐渐向外拉动和传送而减小“穹顶”的高度。拉深操作可以足以基本上使已拉伸和变薄穹顶变平坦；然而，这不是本发明的要求。例如，在意在作为碳酸气体饮料（或者其他加压产品）的容器使用的杯的情况下，为了抵抗来自产品的加压，这种容器通常具有向内隆起的底座。在本发明的杯意在用作这种容器的情况下，保留由拉伸操作产生的一些“穹顶状”可以是优选的。通过在拉深操作期间使用邻近包围部设置的塞、插入件或等同部件，可以帮助在杯的底座中保留穹顶状，塞或插入件用来限制在拉深期间穹顶状的任何平坦化。在杯还经受减薄操作并且期望保留一些“穹顶状”的情况下，可能也需要使用塞、插入件或等同部件，来避免由使穹顶变平坦的减薄操作产生的后张力。替代地或附加地，杯可能会经历后续的整形操作，以使杯的穹顶状底座具有抵抗罐内压力所需的期望最终轮廓。

拉深操作可以利用具有一个或一系列拉深模具的制罐身机/压力机来执行。通常，拉深操作会包括拉深杯通过一个或一系列拉深模具，以将已拉伸和变薄底座的材料向外拉深并且优选地拉深到侧壁中。因此，这样会增大侧壁的高度并且使得被拉深杯的底座具有比金属薄板的轧前厚度小的厚度。

优选地，供给到拉伸操作中的杯通过在拉伸操作之前执行的初始拉深操作来形成，初始拉深操作包括将金属薄板拉深成杯的轮廓。在这种情况下，拉伸之后的拉深操作成为再拉深操作。

对于该初始拉深操作，优选地首先从展开的金属薄板切割坯体，然后将坯体拉深成杯的轮廓。方便地，初始拉深操作包括首先在“拉深”模具和“拉深”冲头之间的位置处可滑动地夹持金属薄板，“拉深”冲头适于移动通过“拉深”模具，“拉深”冲头和拉深模具的任意一个或两个朝向彼此共轴地移动，以便“拉深”冲头贴着“拉深”模具的成形表面拉深金属薄板以形成杯。

“可滑动地夹持”表示，拉深期间的夹持载荷选择成使得允许金属薄板响应于拉深模具对金属薄板的变形作用，而相对于所使用的任何夹持部件（例如拉深衬垫）滑动。该可滑动夹持的意图是阻止或限制在该初始拉深操作期间材料的起皱。相同的原理适用于拉伸操作之后的（再）拉深操作。

形成杯的该初始拉深操作可以利用 “拉深”冲头和“拉深”模具的组合在常规深拉压力机中简单地执行。然而，初始拉深操作不局限于使用常规拉深冲头/拉深模具装置。例如，它可以包括吹制成型，利用压缩空气/气体或液体贴着拉深模具或模型将金属薄板拉深成杯的形状。再次，这些相同替代可以用来执行拉伸操作之后的（再）拉深操作。本质上，初始拉深和（再）拉深操作包含施加拉深力的任何手段。

本发明的第二方面涉及一种用于实现本发明的方法的装置。这种装置的一些特征已经在上面描述。然而，为了完整，下面简要地讨论装置权利要求。术语“装置”不仅包含单个车间项目，还包括分离车间项目的集合，分离车间项目能够一起实现本发明要求保护的方法（例如，与车辆车间的装配线相似，具有由不同车间项目执行的连续操作）。

根据本发明的第二方面，提供一种用于制造金属杯的装置，该装置包括：

夹持部件，用于夹持由金属薄板形成的杯，所述杯具有侧壁和整体的底座，所述夹持元件适于将环形区域夹持在所述侧壁和所述底座的任意一个或两者上，以限定包括全部或部分所述底座的包围部；

拉伸工具，适于在拉伸操作中将所述底座的位于所述包围部内的那部分的至少一些变形和拉伸，从而增大所述底座的表面积并且减小所述底座的厚度，所述夹持部件还适于在该拉伸操作期间限制或阻止金属从所述被夹持区域流动到所述包围部中；以及

用于拉深所述杯以将已拉伸和变薄的底座的材料向外拉动和传送的部件。

夹持部件可以包括连续环形套筒形式的夹持元件；替代地，它可以是以环形方式分布的分离夹持元件部分的集合，以相对于侧壁和底座的任意一个或两者作用。

夹持部件优选地还包括第一夹持元件和第二夹持元件，第一和第二夹持元件适于夹持侧壁和底座的任意一个或两者的相对表面。各夹持面可以具有在上述段落中关于本发明的方法所讨论的特征，即每个夹持面没有几何不连续部，或者优选地每个夹持面设置有几何不连续部，以对于杯的底座的给定拉伸量提供减小的夹持载荷的优点。

如在本发明的方法的讨论中所示，优选地夹持部件适于将环形区域夹持在杯的底座上，其中包围部是底座的位于被夹持环形区域的径向向内位置的那部分。

优选地，拉伸工具包括“拉伸”冲头，所述装置适于将“拉伸”冲头和杯的任意一个或两者朝向彼此移动，以便“拉伸”冲头将底座的位于包围部内的那部分的至少一些变形和拉伸。如在本发明的方法的讨论中所示，“拉伸”冲头可以仅仅是具有端面的单个冲头，在使用时贴着杯的包围部推动冲头以执行拉伸操作。已经利用单个冲头作为“拉伸”冲头执行了试验，单个冲头的端面具有穹顶状或者大体上部分球形的轮廓，其在使用时将包围部拉伸成对应形状的穹顶状或部分球形的轮廓。替代地，在竖直段中，冲头的端面可以具有复合半径或者椭圆的轮廓。为了能够跨越包围部实现不同水平的变薄，“拉伸”冲头可优选地包括具有一个或多个减荷特征的端面。例如，端面可以包括一个或多个凹部或切口（参见图11）。

在替代实施例中，“拉伸”冲头包括冲头组件，该组件包括与包围部的一个表面相对的第一组一个或多个冲头和与包围部的相对表面相对的第二组一个或多个冲头，所述第一组和第二组能够朝向彼此移动，以在使用时将底座的位于包围部内的那部分的至少一些变形和拉伸（参见图10）。

如在本发明的方法的讨论中提到的那样，拉深杯通过一个或一系列拉深模具，以将来自已拉伸和变薄底座的材料向外传送，且优选地传送到侧壁，来方便地执行拉深操作，从而使得被拉深杯的底座具有比金属薄板的轧前厚度小的厚度。在将材料传送到侧壁的情况下，还具有增大侧壁高度的作用。拉深用部件优选地包括拉深冲头（或者一系列冲头）和对应的拉深模具（或多个）。

优选地，所述装置还包括用于初始拉深金属薄板以形成用于拉伸操作的杯的部件。方便地，用于初始拉深金属薄板的部件包括“拉深”模具、“拉深”冲头、以及用于在“拉深”模具与“拉深”冲头之间的位置处可滑动地夹持金属薄板的部件。在使用初始拉深操作来形成用于拉伸操作的杯的情况下，拉伸之后的拉深操作是再拉深操作。

此外，优选地所述装置还包括一个或一系列减薄模具，以在减薄操作中减小侧壁的厚度并且因此增大侧壁的高度。

本发明的方法和装置不局限于具体的金属。它们尤其适合于与通常在DWI（D&I）和DRD工艺中使用的任何金属一起使用。并且，对由本发明的方法和装置产生的杯的最终使用也没有限制。没有限制，杯可以用于制造任何类型的容器，不管是食品、饮料或任何其他东西。然而，本发明对于食品容器的制造中的使用是特别有益的，特别是相对于已知制造技术能够实现成本节约这方面。

附图说明

图1为由常规DWI工艺产生的背景技术的容器主体的侧视图。它示出了材料在容器主体的底座和侧壁区域中的材料分布。

图2为大体上示出了制造一般两片金属容器的净总成本如何随着金属薄板的轧前厚度变化的图表。该图表示出了减小侧壁区域的厚度（例如通过减薄）如何具有降低净总成本的作用。

图3为与图2对应的图表，但是基于UK供应马口铁的实际价格数据。

下列附图中示出了本发明的实施例，参考附图描述：

图4为使用具有穹顶状轮廓端面的（根据本发明的）“拉伸”冲头产生的杯的底座厚度的变化的图表示意图。

图5a为用来由金属薄板坯形成第一阶段杯的深拉压力机的工具的侧视图。该图表示在初始拉深操作开始之前的工具。

图5b与图5a对应，但是已完成形成第一阶段杯的初始拉深操作。

图6a为用来执行本发明的拉伸操作的拉伸设备的侧视图。该图表示在拉伸操作开始之前的拉伸设备。

图6b示出了图6a的拉伸设备，但是已完成拉伸操作。

图7a示出了在拉伸操作期间用来夹持第一阶段杯的夹持部件的第一实施例的剖视图。

图7b示出了由使用图7a所示的夹持部件而产生的杯的部分底座的剖视图。

图8a示出了在拉伸操作期间用来夹持第一阶段杯的夹持部件的第二实施例的剖视图。

图8b示出了由使用图8a所示的夹持部件而产生的杯的部分底座的剖视图。

图9示出了图6a和图6b的实施例的替代实施例，其中为了拉伸操作而将杯绕着其侧壁夹持。

图10示出了在图6a和图6b中示出的拉伸冲头的替代实施例。

图11示出了在图6a、图6b和图10中示出的拉伸冲头的另一个替代实施例，其中拉伸冲头的端面包括各种减荷特征。

图12a-d示出了用来再拉深已拉伸杯的制罐身机组件的立体图。该图示出了制罐身机从（拉伸后）拉深操作的开始到结束的操作。

图13示出了在图12a-d的制罐身机组件中使用的再拉深模具的细节图。

图14示出了在本发明的方法期间，随着金属薄板坯从平板发展成成品杯的各个阶段的金属薄板坯。

图15示出了使用本发明的杯作为两片容器的一部分。

具体实施方式

初始拉深操作

深拉压力机10具有拉深衬垫11和拉深模具12（参见图5a和图5b）。拉深冲头13与拉深模具12共轴，如公共轴线14所示。圆周切割元件15环绕拉深衬垫11。

在使用时，金属薄板20的平坦段在拉深衬垫11和拉深模具12的相对表面之间保持就位。已经使用具有0.280mm轧前厚度（t_轧前）的马口铁钢（回火4）作为金属薄板20。然而，本发明不局限于特别的厚度或金属。金属薄板20的段通常由金属薄板卷（未示出）切割而成。在金属薄板20的段已经定位之后，圆周切割元件15向下移动来从金属薄板切割出圆形的平面坯体21（参见图5a）。过剩材料在图5a上由22指示。

在已经从金属薄板20切割出平面坯体21之后，拉深冲头13向下轴向移动通过拉深模具12，以贴着拉深模具12的成形表面16将平面坯体逐渐拉深成具有侧壁24和整体的底座25的杯23的轮廓。该初始拉深操作示出在图5b中，且包括当从深拉压力机10取下时的已拉深杯23的单独视图。在图5a中包括在拉深模具12的端面与其成形表面16之间的连接处的半径R₁₂的细节图。关于常规的拉深操作，半径R₁₂和由拉深衬垫11施加到平面坯体21的外周的载荷选择成，随着拉深冲头13逐渐向下移动来将坯体拉深成杯23时，允许坯体在拉深衬垫11与拉深模具12的相对表面之间并且沿着成形表面16径向向内滑动。这样确保平面坯体21主要被拉深，而不是被拉伸（变薄）（或者更糟糕地，在拉深模具的端面与拉深模具的成形表面16之间的连接处周围被撕裂）。取决于半径R₁₂的大小，并且较小程度上地取决于由拉深衬垫11施加的夹持载荷的强度，杯23的壁厚与平面坯体21的轧前厚度相比将基本上不变，即应该发生可以忽略不计的拉伸或变薄。然而，在本发明的替代实施例中，可以允许由拉深衬垫11施加足够的载荷以在拉深冲头13的作用下发生拉深和拉伸的组合。由该初始拉深操作产生的杯23也称为“第一阶段杯”。

拉伸操作

在图5a和图5b所示的初始拉深操作之后，将已拉深杯23传送到拉伸设备30，在图6a和图6b中示出了拉伸设备30的示例。拉伸设备30具有两个台板31、32，其能够在通过缸34施加的载荷的作用下沿着平行轴线33相对于彼此移动（参见图6a和图6b）。载荷可以以任意常规方式施加，例如气动地、液压地或者通过高压氮气气缸。

在台板31上安装有拉伸冲头35以及环形夹持环36形式的夹持元件。环形夹持环36位于拉伸冲头35的径向外侧。拉伸冲头35设置有穹顶状端面（参见图6a和图6b）。

在台板32上安装有杯保持器37。杯保持器37是具有环形端面38和与已拉深杯23的内径相对应的外径的管状插入件（参见图6a和图6b）。在使用时，已拉深杯23安装在杯保持器37上，以便环形端面38接触杯的底座25上的对应环形区域26（参见图6a和图6b）。经由缸34施加载荷以便沿着平行轴线33将台板31、32朝向彼此移动，直到环形区域26以环形方式可靠地夹持在环形夹持环36的平面表面与杯保持器37的环形端面38之间。这样，环形夹持环36和杯保持器37每个均用作夹持元件，其中环形区域26以环形方式夹持在环形夹持环36的平面表面与杯保持器37的环形端面38之间。被夹持的环形区域26限定杯的包围部27。在图6a和图6b示出的实施例中，环形夹持因此将底座25分成两个分离的区域：被夹持的环形区域26和包围部27。

然后，拉伸冲头35轴向地移动通过环形夹持环36，以将包围部27的金属逐渐地变形和拉伸（变薄）成穹顶状轮廓28（参见图6b）。

在附图示出的实施例中，包围部27向内隆起28到杯中（参见图6b）。该向内隆起帮助使由杯占据的体积包封最小，并且因此帮助杯的后续处理操作。然而，在替代实施例中，包围部27可以替代地向外隆起到杯的外部。

理想地，在该拉伸操作期间施加的夹持载荷足以确保在拉伸期间很少或没有材料从被夹持的环形区域26（或者从被夹持区域的外部，例如从侧壁24）流到包围部27中。这样有助于使在穹顶状区域28中发生的拉伸和变薄的量最大。然而，如以上在本发明总体描述中指出的那样，已经发现当允许有限量的材料从被夹持的环形区域26（或者从被夹持区域的外部）流到包围部中时，仍然可以发生包围部27的拉伸和变薄。

总之，底座25的该拉伸操作和由此导致的变薄对于实现具有比金属薄板的轧前厚度小的底座厚度的杯或者容器主体的制造而言是至关重要的。

图7a和图8a示出了在拉伸操作期间用来夹持第一阶段杯的环形夹持环36和杯保持器37的两个实施例的细节图。

图7a示出了环形夹持环36的设置有环形台阶361的面，环形台阶361具有敞开到夹持环的径向内部边缘的宽度w。在杯保持器37的面中设置有对应的环形切口371。在示出的实施例中，环形台阶361和切口371具有1mm的高度h和0.5mm的半径R_361、371。环形台阶361和切口371的轴向延伸侧面s_361、371以大于它们要夹持的金属薄板的厚度t的距离互相径向偏置（参见图7a的距离△）。这样避免在夹持期间挤压或压持金属薄板，并且因此帮助使在后续的拉深操作（或者任何后续的减薄操作）期间易于撕裂的薄弱区域的形成最小。

图7b示出了使用图7a所示的夹持部件产生的对应杯的底座的局部视图。

图8a示出了环形夹持环36的设置有环形珠381的面，环形珠381远离夹持环的径向内部和外部边缘设置。在杯保持器37的面中设置有对应的环形凹部371。在该替代的实施例中，与图7a的实施例不同，环形珠381能够由凹部371完全包围并且包围在凹部371内。换句话说，在使用时，图8a的环形珠381推动被夹持环形区域26的金属以便于由凹部371完全包围并且包围在凹部371内。在该实施例中，环形珠381具有大约0.5mm的高度h，分别具有大约0.3mm和0.75mm的半径R_361、371。如可以从图8a见到的，与图7a中的实施例相同，环形珠381和凹部371的轮廓确定为避免在夹持期间挤压或压持金属薄板。

图8b示出了使用图8a所示的夹持部件产生的对应杯的底座的局部视图。

两个夹持实施例已经在0.277mm和0.310mm厚度的金属薄板上使用。然而，该陈述不是意在限制本发明的方法或者装置的范围或应用性。

下面的表1示出了对于两个夹持实施例（图7a和图8a）在拉伸操作期间实现已拉深杯23的给定拉伸量所需的轴向夹持载荷。它们清晰地示出了相对于当使用图7a的夹持部件时所需的载荷，具有适于由凹部371完全包围或者包围在凹部371内（如在图8a的实施例中）的环形珠381以几乎50%显著地降低了所需的夹持载荷。所需轴向夹持载荷的该差异的原因是，具有能够在对应凹部371内完全延伸的环形珠381在拉伸操作期间对金属流动提供更大的中断并且因此提供改进的夹持效果。对于图8a的实施例而言金属流动的中断更大，因为通过环形珠381的两个轴向延伸侧面s₃₆₁中断了金属流动，而对于图7a的实施例，仅由它的珠的单个轴向延伸侧面s₃₆₁中断金属流动。

表1

夹持实施例	轴向夹持力（kN）	滑程（mm）
			图7a	46-53	0.85-1.3
图8a	25-29	0.05

在图9示出的替代实施例中，在拉伸操作期间夹持侧壁24而不是底座25。图9示出了邻近底座的侧壁的环形区域26被夹持在杯保持器370与夹持元件360之间。杯保持器370与夹持元件360的任意一个或两者可以分段以促进侧壁的夹持，并且以适应不同尺寸的杯。侧壁24的环形夹持限定被夹持环形区域26内侧的包围部27（参见图9）。拉伸冲头35也在图9中示出。注意为了容易理解拉伸设备的其他特征不包括在图9中。

在另一个替代实施例中，单个拉伸冲头35由冲头组件350取代（如图10所示）。冲头组件350包括：

ⅰ）第一组351的环形冲头元件351a，其环绕中心芯部冲头元件351b；以及

ⅱ）第二组352的环形冲头元件352a。

为了容易理解，图10仅示出冲头组件350和已拉深杯23。虽然未在图10中示出，但是在使用时，在拉伸操作期间将以与图6a和图6b示出的实施例相似的方式来夹持杯的底座25的环形区域26。

在使用时，第一和第二组的环形冲头元件351a、352a面向包围部27的相对表面。通过将第一和第二组的环形冲头元件351a、352a两者朝向彼此移动而将包围部27变形和拉伸（变薄），来执行拉伸操作。包围部27变形为波纹轮廓280（参见图10）。

在另一个实施例中，单个拉伸冲头35具有设置在其端面中的凹部/切口353形式的多个减荷特征（参见图11）。在图11示出的实施例中，具有由单个环形凹部/切口环绕的中心凹部/切口。然而，可以使用凹部/切口的替代构造。

在已拉伸杯上的（再）拉深操作

对于在图6a和图6b示出的本发明的实施例，在底座中具有其变薄和穹顶状区域28的已拉伸杯被传送到制罐身机组件40（参见图12a至图12d）。制罐身机组件40包括两个半部41、42（由图12a至图12d中的箭头指示）。

制罐身机组件40的第一半部41具有与圆周夹持环44安装在相同的轴线上的管状再拉深冲头43。如可以从图12a至图12d见到的，圆周夹持环44像套筒一样圆周地环绕再拉深冲头43。如从下面的描述将会理解的并且参看图12a至图12d，再拉深冲头43可以独立于圆周夹持环44地移动通过圆周夹持环44。

制罐身机组件40的第二半部42具有再拉深模具45。再拉深模具45具有管状部分，其具有与已拉伸杯23的内径相对应的外径（参见图12a）。再拉深模具45在其内轴向表面上具有成形表面46，其终止于环形端面47（参见图12a至图12d）。再拉深模具45的环形端面47在宽度方面与已拉伸杯的底座上的环形区域26的宽度对应。

在使用时，已拉伸杯23首先安装在再拉深模具45上（如图12a所示）。然后，如图12b所示，制罐身机组件40的两个半部41、42相对于彼此轴向地移动，以便已拉伸杯的底座的环形区域26夹持在再拉深模具45的环形端面47与圆周夹持环44的表面之间。

一旦夹持，然后轴向地推动再拉深冲头43通过圆周夹持环44和再拉深模具45（参见图12a至图12d上的箭头A），以沿着再拉深模具的成形表面46逐渐地再拉深已拉伸杯的材料。再拉深冲头43和再拉深模具45的使用具有两个作用：

ⅰ）使得来自侧壁24的材料被径向向内并且然后沿着再拉深模具45的成形表面46轴向地拉深（如图12c和图12d上的箭头B所示）。这样，杯的直径被减小（如通过比较图12a和图12d所示）；以及

ⅱ）使得底座的穹顶状区域28中的已拉伸和变薄材料逐渐地被拉出并且从底座传送到直径减小的侧壁（如图12c和图12d上的箭头C所示）。这具有使底座的穹顶状区域28变平坦的作用（特别参见图12d）。

图12d示出了当再拉深冲头43已经到达其行程终点时被再拉深的杯23的最终状态。可以清晰地看到底座的先前穹顶状区域28已经被基本上拉平，从而提供底座25的厚度比轧前坯体231的厚度薄的杯或容器主体23。如先前所述，底座25的该减小厚度—以及因此的重量减小通过之前执行的拉伸操作能够实现。

如在图13中的再拉深模具45的细节图所示，再拉深模具45的成形表面46与环形端面47之间的连接处具有在1至3.2mm范围的半径R₄₅。半径R₄₅的提供缓和了会存在于成形表面46与环形端面47之间的连接处的否则尖锐的角，并且因此当绕着该连接处再拉深时降低已拉伸杯23的金属撕裂的风险。

在图12a至图12d示出的再拉深阶段之后也可以存在一个或多个进一步的再拉深阶段以进一步减小杯23的直径。

注意虽然图12a至图12d示出具有环形端面的管状再拉深冲头43的使用，但是冲头可以替代地具有闭合端面。闭合端面的轮廓可以确定为将对应轮廓按压到杯的底座中。

上面描述的且在图12a至图12d中示出的拉深操作称为反向再拉深。这是因为再拉深冲头43被引导来反转已拉伸杯的轮廓。实际上，再拉深冲头逆转材料的方向并且将已拉伸杯翻转。这可以通过比较图12a和图12d的杯轮廓看出。在本文的情况下反向再拉深杯具有如下优点：

ⅰ）阻止已拉伸杯的底座的穹顶状区域28的不受控翘曲（特别当使用具有闭合端面的再拉深冲头时）；以及

ⅱ）使材料从穹顶状区域28到侧壁24的传送最大。

注意虽然图12a至图12d所示的实施例示出了反向再拉深，但是常规的再拉深也是起作用的；即，再拉深冲头沿着相反的方向作用来反向再拉深并且不将杯翻转。

图14示出了金属平面坯体21经历的变化：从

a）在已经采取任何成形操作之前，到

b）在深拉压力机10中成形为第一阶段杯，到

c）在拉伸设备30中执行拉伸和变薄操作，到

d）由制罐身机组件40产生的再拉深杯。

在已拉伸杯的已拉伸和变薄穹顶状区域28上的位置在图14的c视图中由X表示。该图示出了在X（视图c）至X’（视图d）处径向拉出材料的再拉深操作的效果。该图表示在拉伸之后在该位置处的杯的底座（t_拉伸）（并且在再拉深操作之后）相对于平面坯体21的轧前厚度（t_轧前）具有减小的厚度，即t_拉伸＜t_轧前。如前面所述，通过拉伸操作能够实现底座的该变薄。

为了使得具有其变薄底座的杯的侧壁24的高度最大，再拉深杯也可以在减薄操作中通过一系列减薄模具（未示出）被拉深而经历侧壁的减薄。该减薄操作具有增大侧壁高度并且减小侧壁厚度的作用，并且因此使杯的包围体积最大。

图15表示容器100，其中最终完成杯23已经经历了这种减薄操作从而形成容器主体110。容器主体110在其进入开口处向外张开111。罐盖120设置有卷封面121，该卷封面使得罐盖通过接合到张开部111能够紧固到容器主体。

Claims

1.一种用于制造金属杯的方法，所述金属杯用于生产两片食品容器，所述方法包括下列操作：

ⅰ、拉伸操作，其包括取用具有侧壁和整体的底座的杯，所述杯由金属薄板形成，将环形区域夹持在所述侧壁和所述底座的任何一个或两者上以限定包括全部或部分所述底座的包围部，并且将所述底座的位于所述包围部内的那部分的至少一些变形和拉伸，从而增大所述底座的表面积并且减小所述底座的厚度，环形夹持设置成在该拉伸操作期间限制或阻止金属从被夹持区域流动到所述包围部中；

2.如权利要求1所述的方法，其中所述拉深操作设置成将所述已拉伸和变薄的底座的材料拉动和传送到所述侧壁中。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述拉伸操作的所述环形夹持包括将环形区域夹持在所述底座上，所述包围部为所述底座的位于所述被夹持区域的径向向内位置的那部分。

4.如权利要求1所述的方法：

其中所述拉伸操作的所述环形夹持包括使用具有夹持面的一个或多个夹持元件，所述夹持面设置有纹理表面。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述拉伸操作的环形夹持通过将所述杯的所述侧壁和所述底座的任意一个或两者的相对表面夹持在对应的相对第一夹持元件和第二夹持元件之间来执行，所述第一夹持元件和第二夹持元件的每个均具有设置有几何不连续部的夹持面，从而在执行所述拉伸操作时帮助中断所述杯的金属在所述第一夹持元件和第二夹持元件之间的流动。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述几何不连续部包括如下任意一个：

ⅰ、第一夹持元件的夹持面设置有一个或多个珠、脊或台阶，所述一个或多个珠、脊或台阶在使用时将被夹持的所述环形区域的金属推动到设置在第二夹持元件的夹持面中的对应的一个或多个凹部或切口内；或者

ⅱ、所述第二夹持元件的夹持面替代地设置有一个或多个珠、脊或台阶，所述一个或多个珠、脊或台阶在使用时将被夹持的所述环形区域的金属推动到替代地设置在所述第一夹持元件的夹持面中的对应的一个或多个凹部或切口内；或者

ⅲ、ⅰ和ⅱ的组合。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述第一夹持元件和第二夹持元件设置成在使用时，设置在第一夹持元件或第二夹持元件的夹持面中的所述一个或多个珠、脊或台阶推动被夹持的所述环形区域的金属，以便由设置在所述第二夹持元件或第一夹持元件的对应夹持面中的对应的一个或多个凹部或切口完全包围并且包围在所述凹部或切口内。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述拉伸操作包括提供拉伸冲头并且将所述拉伸冲头和所述杯的任意一个或两者朝向彼此移动，以便所述拉伸冲头将所述底座的位于所述包围部内的那部分的至少一些变形和拉伸。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述拉伸冲头包括具有一个或多个凹部或切口的端面。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述拉伸冲头包括冲头组件，所述组件包括与所述包围部的一个表面相对的第一组一个或多个冲头和与所述包围部的相对表面相对的第二组一个或多个冲头，所述拉伸操作包括将所述第一组和第二组的任意一组或两组朝向彼此移动，以将所述底座的位于所述包围部内的那部分的至少一些变形和拉伸。

11.如权利要求1所述的方法，包括在所述拉伸操作之前执行的初始拉深操作，所述初始拉深操作包括拉深金属薄板来形成用于所述拉伸操作的所述杯。

12.如前述权利要求任意一项所述的方法，其中拉伸后拉深操作包括减薄操作或者其后是减薄操作。

13.一种用于制造金属杯的装置，所述金属杯用于生产两片食品容器，所述装置包括：

夹持部件，用于夹持由金属薄板形成的杯，所述杯具有侧壁和整体的底座，所述夹持部件设置成将环形区域夹持在所述侧壁和所述底座的任意一个或两者上，以限定包括全部或部分所述底座的包围部；

拉伸工具，设置成在拉伸操作中将所述底座的位于所述包围部内的那部分的至少一些变形和拉伸，从而增大所述底座的表面积并且减小所述底座的厚度，所述夹持部件还设置成在该拉伸操作期间限制或阻止金属从被夹持区域流动到所述包围部中；以及

用于拉深所述杯以将已拉伸和变薄的底座的材料向外拉动和传送的拉深部件。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述拉深部件设置成将所述已拉伸和变薄的底座的材料拉动和传送到所述侧壁中。

15.如权利要求13所述的装置，其中所述夹持部件设置成将环状区域夹持在所述杯的所述底座上。

16.如权利要求13所述的装置，其中所述夹持部件包括具有夹持面的夹持元件，所述夹持面设置有纹理表面。

17.如权利要求13所述的装置，其中所述夹持部件包括第一夹持元件和第二夹持元件，所述第一夹持元件和第二夹持元件设置成夹持所述杯的所述侧壁和所述底座的任意一个或两者的相对表面，所述第一夹持元件和第二夹持元件的每个均具有设置有几何不连续部的夹持面，从而在执行所述拉伸操作时帮助中断所述杯的金属在所述第一夹持元件和第二夹持元件之间的流动。

18.如权利要求17所述的装置，其中所述几何不连续部包括如下任意一个：

ⅰ、所述第一夹持元件的夹持面设置有一个或多个珠、脊或台阶，所述一个或多个珠、脊或台阶在使用时将被夹持的所述环形区域的金属推动到设置在所述第二夹持元件的夹持面中的对应的一个或多个凹部或切口内；或者

ⅲ、ⅰ和ⅱ的组合。

19.如权利要求18所述的装置，其中所述第一夹持元件和第二夹持元件设置成在使用时，设置在所述第一夹持元件或第二夹持元件的夹持面中的所述一个或多个珠、脊或台阶推动被夹持的所述环形区域的金属，以便由设置在所述第二夹持元件或第一夹持元件的对应夹持面中的对应的一个或多个凹部或切口包围并且包围在所述凹部或切口内。

20.如权利要求13所述的装置，其中所述拉伸工具包括拉伸冲头，所述装置设置成将所述拉伸冲头和所述杯的任意一个或两者朝向彼此移动，以便在使用时所述拉伸冲头将所述底座的位于所述包围部内的那部分的至少一些变形和拉伸。

21.如权利要求20所述的装置，其中所述拉伸冲头具有设置有非平面轮廓的端面，所述装置设置成将所述拉伸冲头和所述杯的任意一个或两者朝向彼此移动，以便在使用时所述拉伸冲头将所述底座的位于所述包围部内的那部分的至少一些变形和拉伸为对应的非平面轮廓。

22.如权利要求20所述的装置，其中所述拉伸冲头包括具有一个或多个凹部或切口的端面。

23.如权利要求20所述的装置，其中所述拉伸冲头包括冲头组件，所述组件包括与所述包围部的一个表面相对的第一组一个或多个冲头和与所述包围部的相对表面相对的第二组一个或多个冲头，所述第一组和第二组能够朝向彼此移动，以在使用时将所述底座的位于所述包围部内的那部分的至少一些变形和拉伸。

24.如权利要求13所述的装置，所述装置还包括用于初始拉深金属薄板以形成用于所述拉伸操作的杯的部件。

25.如权利要求13至24任意一项所述的装置，还包括用于在所述杯上执行减薄操作的部件。

26.一种容器主体，其包括如由前述权利要求任何一项所述的方法或装置形成的杯。