CN102834195A - 罐制造 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于制造两件式金属容器的方法和装置。具体地，公开了一种使用拉拔和伸展操作的组合通过金属板制作杯部分的压力机。由所述压力机产生的杯具有底部厚度相对于金属板的轧前厚度更薄的优点。

Description

罐制造
技术领域
本发明涉及金属杯的生产，更具体地(但并非限制性地)涉及适用于生产“两件式”金属容器的金属杯。
背景技术
US4095544(国家钢铁公司)20/06/1978详细介绍了制造用于制作两件式金属容器的杯部分的常规拉拔＆壁压薄(DWI)和拉拔＆再拉拔(DRD)工序。[应当指出，在美国DWI反而通常称为D＆I。] 术语“两件式”意指ⅰ)杯部分和ⅱ)随后将固定至杯部分的开口端以形成容器的闭合物。
在DWI（D＆I）工序(如US4095544的附图6至10所示)中，由一卷金属板冲压出的圆形平(通常)坯件在冲头的动作下被拉拔通过拉拔模具，从而形成浅的第一阶段杯。该初始拉拔阶段并未导致坯件任何有意的变薄。此后，为了实现减小杯的侧壁厚度的目的，通常安装在紧配合冲头或压头的端面上的杯被推动通过一个或多个环形壁压薄模具，从而导致所述杯的侧壁伸长。通过其自身，压薄工序将不会导致第一阶段杯的标称直径的任何改变。
图1示出了常规DWI（D＆I）工序所产生的容器本体中的金属的分布。图1仅是说明性的，而非按比例精确绘制的。图1示出了三个区域：
区域1代表底部的非压薄材料。该底部的非压薄材料与坯件的轧前厚度保持大约相同的厚度，即不受常规DWI工序的独立制造操作的影响。
区域2代表压薄的侧壁的中间区段。所述中间区段的厚度(并且因而是所需的压薄量)由容器本体所需的性能决定。
区域3代表侧壁的压薄的顶部区段。通常在罐制作中，该压薄的顶部区段为轧前厚度的大约50-75%。
在DRD工序中(如US4095544的图1至5所示)，相同的拉拔技术用于形成第一阶段杯。然而，不是采用压薄工序，第一阶段杯随后受到用于逐渐减小杯的直径并因而使所述杯的侧壁变长的一次或多次再拉拔操作。通过其自身，最常规的再拉拔操作不会导致杯材料厚度的任何改变。然而，以通过典型DRD工序制造的容器本体为例，在实践中成品容器本体的顶部通常稍微变厚(10%级别或更大级别)。当从大直径杯再拉拔成较小直径的杯时，这种变厚是再拉拔工序的自然效应并且通过材料的压缩效应解释。
应当指出，存在通过使用小直径或复合直径拉拔模具在拉拔和再拉拔阶段通过伸展使侧壁变薄来实现杯的侧壁厚度减小的备选的公知DRD工序。
备选地，压薄和再拉拔的组合可用于第一阶段杯，从而减小杯的直径和侧壁厚度。例如，在制造两件式金属容器(罐)的领域中，通常通过下列操作来制作容器本体：将坯件拉拔成第一阶段杯并且使该杯受到多次再拉拔操作直至容器本体达到期望的标称直径，随后压薄侧壁以便提供期望的侧壁厚度和高度。
然而，商业上大规模采用的DWI（D＆I）和DRD工序具有严重的限制，即它们不用于减小杯的底部的材料厚度(并因此不减小其重量)。具体地，拉拔不会导致被拉拔物体的厚度减小，而压薄仅作用于杯的侧壁。基本上，对于制造两件式容器的杯的公知DWI（D＆I）和DRD工序，从广义上讲底部的厚度与坯件的轧前厚度保持不变。这可导致底部比实现期望性能所需的厚度厚很多。
金属包装行业竞争激烈，而减小重量是主要目标，因为这会降低运输和原材料成本。通过示例，制造典型的两件式金属食品容器的成本的65%来源于原材料成本。
因此，需要一种以低成本方式改进的重量较轻的金属杯部分。该文献中指出，术语“杯部分”和“杯”可互换使用。
发明内容
相应地，在本发明的第一方面(权利要求1所述)提供了一种用于通过金属板制造金属杯的方法，该方法包括下述操作：
i.包括将金属板拉拔成具有侧壁和整体底部的杯的拉拔操作；
ii.在杯上执行的伸展操作，该操作包括：夹紧杯的底部上的环形区域以限定封闭部分，以及使位于所述封闭部分内的底部的至少一部分变形和伸展从而增加底部的表面面积并且减小底部的厚度，所述环形夹紧适于限制或防止金属在该伸展操作期间从夹紧区域流入封闭部分；
所述拉拔和伸展操作在同一压力机中执行。
在本发明的第二方面(权利要求5所述)提供了一种用于通过金属板制造金属杯的压力机，该压力机包括：
i.用于将金属板拉拔成具有侧壁和整体底部的杯的装置；
ii.用于在伸展操作期间将拉拔后的杯夹紧的夹紧元件，所述夹紧元件适于夹紧拉拔后的杯的底部上的环形区域以限定封闭部分；
iii. 伸展工具，所述伸展工具适于使位于封闭部分内的底部的至少一部分在伸展操作中变形和伸展从而增加底部的表面面积并且减小底部的厚度，所述夹紧元件进一步适于限制或防止金属在伸展操作期间从夹紧区域流入封闭部分。
在不需要损失或浪费金属的情况下，本发明的不同方面的方法和装置具有下列优点(相比公知工序/装置)：实现制造具有薄于金属板的轧前厚度的底部的杯。这是通过使用单个压力机实现的，从而简化了制造工序。当应用于两件式容器的制造时，本发明使制作成本相对于现有的制造技术能够以每1000个容器几美元的级别降低。
为了确保封闭部分(并且因此杯的底部)在伸展操作期间伸展并且变薄，充分夹紧拉拔后的杯的底部以限制或防止金属在伸展操作期间从夹紧区域流入封闭部分。如果夹紧载荷不足，那么夹紧区域(或夹紧区域的外部)的材料将会被拉入封闭部分，而非封闭部分(和杯的底部)经历任何变薄。已经发现，当允许有限量的材料从夹紧区域(或从夹紧区域的外部)流入封闭部分时-即当限制而非完全阻止金属流动时，仍可发生伸展和变薄。
本发明的方法和装置尤其适用于金属容器的制造，而最终产生的杯用于容器本体。最终产生的杯可通过将闭合物固定至杯的开口端来形成封闭容器。例如，金属罐端可缝合到最终产生的杯的开口端。然而，通常情况下，由本发明的方法产生的杯将受到再拉拔操作或压薄操作或者它们的组合。再拉拔操作可包括一个或多个阶段，每个阶段都具有使杯的直径产生阶段性减小的效果。压薄操作将具有增加通过本发明的方法和装置生产的杯的侧壁的高度的益处。优选地，伸展操作包括使位于所述封闭部分内的底部的至少一部分变形和伸展成穹顶轮廓。在用于碳酸饮料的金属容器的领域中，容器本体的底部向内成穹顶状来限制由产品产生的压力是常见的。本发明的方法和装置提供的“穹顶”可用作碳酸饮料容器本体的向内成穹顶状的区域。然而，杯可能将经历后期重整操作以使杯的穹顶状底部具有抵制罐内压力所需的期望的最终轮廓。
本发明的方法适用于设计为圆形或非圆形的杯。然而，对圆形杯而言该方法效果最好。
将使用常规DWI和DRD工序生产的杯部分的底部的材料量最小化的另一种方式是使用较薄厚度的初始坯料。然而，马口铁每吨的成本随着厚度的减小而增加。这种增加可通过对较薄钢材压延、清洁和镀锡的额外成本来解释。当还考虑两件式容器的制造期间的材料使用时，制造容器的总体净成本的变化与材料的轧前厚度在图2所示的图表中显示。该图表示出了：从成本的角度考虑，使用最薄厚度的材料不一定会降低成本。本质上，对于给定侧壁厚度的任何容器而言，都具有最便宜的材料厚度。该图表还示出了减小容器的顶部和中间壁区段的厚度对降低成本曲线的效果。图3示出了基于英国供应的通常用于制作罐那种马口铁的实际数据的相同图表。对于图3所示的材料，0.285mm代表从成本方面考虑的最佳厚度，其中使用较薄厚度的材料增加了罐生产的总体净成本。图3的图表示出了，当偏离0.285mm的最佳轧前厚度时每1000个罐的总成本增加的百分比。
最终产生的本发明的杯具有底部较薄(并且因此较轻)的益处。
“金属板”可包括从较宽的金属板上剪切下来的坯件。
“环形夹紧”或夹紧“环形区域”意味着拉拔后的杯的底部被连续夹紧或以环形方式在间隔位置夹紧。
夹紧元件可以是连续环形套的形式；备选地，其可以是以环形方式分布以便作用于金属板的非连续夹紧元件的集合。
本发明的方法和装置不局限于具体金属。它们尤其适于与通常用于DWI（D&I）和DRD工序的金属一起使用。此外，对由本发明的方法和装置产生的杯的终端使用没有任何限制。无局限性地，所述杯可用于制造不管是用于食品、碳酸饮料还是任何其他物品的任何类型的容器。
附图说明
图1是通过常规DWI工序产生的背景技术的容器本体的侧视图。该图示出了容器本体的底部和侧壁区域中的材料分布。
图2是概括地示出了制造典型的两件式金属容器的总体净成本怎样随着金属板的轧前厚度而改变的图表。该图表示出了减小侧壁区域的厚度(例如通过压薄)对降低总体净成本有怎样的影响。
图3是对应于图2但却基于英国供应的马口铁的实际价格数据的图表。
下面的附图结合其文字描述解释了本发明的实施方式：
图4是穿过本发明的压力机的剖视图，图中示出了拉拔和伸展操作之前的金属板坯件。
图5是穿过图4的压力机但在将金属板坯件拉拔成具有侧壁和整体底部的杯的拉拔操作之后的剖视图。
图6是穿过图4和5的压力机但在使拉拔后的杯的底部变形和伸展的伸展操作之后的剖视图。
具体实施方式
拉拔操作
图4示出了拉拔和伸展组合压力机10。金属板坯件5“可滑动地夹紧”在拉拔垫11的反向面与拉拔模具12的端面之间的适当位置。拉拔冲头13定位在金属板坯件5的上表面的上方，从环形夹紧元件15径向向内并且被环形夹紧元件15环绕的伸展冲头14设置在由拉拔模具12限定的镗孔内。
一旦坯件5“可滑动地夹紧”在拉拔垫11与拉拔模具12之间，拉拔冲头13就沿轴向向下移动(沿着轴线16)直至冲头的端面的周边环形区域17接触坯件5上的对应区域(见图5)。拉拔冲头13被迫向下穿过拉拔模具12的镗孔以便将初始平坦的坯件5逐渐拉拔成具有侧壁31和整体底部32的杯30。
“可滑动地夹紧”意味着拉拔期间的夹紧载荷选择为允许金属板5响应于金属板上的拉拔冲头13/拉拔模具12的变形动作而相对于所使用的任何夹紧装置(在该情形中为“拉拔垫11”)滑动。这种可滑动的夹紧的意图是防止或限制拉拔期间材料起皱。
伸展操作
一旦拉拔冲头13达到其行程的末端，环形夹紧元件15就沿轴向向上移动直至拉拔后的杯的底部32上的环形区域33夹紧在环形夹紧元件与拉拔冲头13的端面的周边环形区域17之间(见图5)。该杯的底部通过这种环形夹紧封闭的材料被称为“封闭部分”34。
伸展冲头14随后沿轴向向上移动(沿着轴线16)以接触封闭部分34(见图6)。伸展冲头14被迫向上进入限定在拉拔冲头13的端面内的凹部18以使杯30的封闭部分34的材料逐渐变形并伸展成穹顶轮廓35(见图6)。施加在环形夹紧元件15与拉拔冲头13的端面的周边环形区域17之间的夹紧载荷足以限制或防止在该伸展操作期间金属从夹紧的环形区域33流入封闭部分34。为了改善抓握效果，环形夹紧元件15的端面可具有纹理(未在附图中示出)，从而与使用具有平滑光亮的端面的环形夹紧元件相比允许使用较小的夹紧载荷。
如图6所示，压力机10中执行的伸展操作所产生的杯在其底部相对于金属板坯件5的轧前厚度具有较小的厚度。如上面在本发明的总体描述中指出的，这种杯可用作容器本体，但通常将受到再拉拔或压薄(ironing)操作或者它们的组合以优化所述杯的直径和侧壁厚度。如上面还在本发明的总体描述中指出的，穹顶区域35可特别有利于用于加压产品-例如碳酸饮料的容器。

Claims (9)

1. 一种用于通过金属板制造金属杯的方法，该方法包括下述操作：
i.拉拔操作，该拉拔操作包括将所述金属板拉拔成具有侧壁和整体底部的杯；
ii.在所述杯上执行的伸展操作，该伸展操作包括：夹紧所述杯的底部上的环形区域以限定封闭部分，以及使位于所述封闭部分内的所述底部的至少一部分变形和伸展从而增加所述底部的表面面积并且减小所述底部的厚度，所述环形夹紧适于限制或防止金属在该伸展操作期间从夹紧区域流入所述封闭部分；
所述拉拔和伸展操作在同一压力机中执行。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述拉拔操作包括：将所述金属板定位在拉拔冲头与拉拔模具之间，以及使拉拔冲头或拉拔模具或两者朝向彼此移动，使得拉拔冲头延伸穿过拉拔模具从而将所述金属板拉拔成所述杯，伸展操作期间的环形夹紧包括在拉拔冲头与设置在所述杯的与拉拔冲头反向的侧面上的夹紧元件之间夹紧所述杯的底部上的环形区域。
3. 如权利要求2所述的方法，其中所述伸展操作包括：使用设置在所述杯的与拉拔冲头反向的侧面上的伸展冲头，以及使所述伸展冲头或夹紧的杯或两者朝向彼此移动，从而使位于所述封闭部分内的底部的至少一部分变形和伸展。
4. 如前述任一项权利要求所述的方法，其中所述伸展操作包括使位于所述封闭部分内的底部的至少一部分变形并伸展成穹顶轮廓。
5. 一种用于通过金属板制造金属杯的压力机，该压力机包括：
i.用于将所述金属板拉拔成具有侧壁和整体底部的杯的装置；
ii.用于在伸展操作期间将拉拔后的杯夹紧的夹紧元件，所述夹紧元件适于夹紧拉拔后的杯的底部上的环形区域以便限定封闭部分；
iii. 伸展工具，所述伸展工具适于使位于所述封闭部分内的底部的至少一部分在伸展操作中变形和伸展从而增加底部的表面面积并且减小底部的厚度，所述夹紧元件进一步适于限制或防止金属在伸展操作期间从夹紧区域流入封闭部分。
6. 如权利要求5所述的压力机，其中所述用于拉拔金属板的装置包括拉拔冲头和拉拔模具，所述拉拔冲头或所述拉拔模具或者两者都可相对于彼此移动以便所述拉拔冲头可延伸穿过所述拉拔模具从而将所述金属板拉拔成杯，所述夹紧元件设置在所述杯的与拉拔冲头反向的侧面上，从而在伸展操作期间使用时所述夹紧元件在夹紧元件与拉拔冲头之间夹紧所述底部的环形区域。
7. 如权利要求6所述的压力机，其中所述伸展工具包括设置在所述杯的与拉拔冲头的反向的侧面上的伸展冲头，所述伸展冲头或拉拔冲头与夹紧元件的组合或者它们两者都可朝向彼此移动，从而在使用中所述伸展冲头使位于所述封闭部分内的底部的至少一部分变形和伸展。
8. 如权利要求6或7所述的压力机，其中所述拉拔冲头设置有凹部或镗孔，从而在伸展操作期间使得所述伸展工具能够完全或部分延伸到所述凹部或镗孔内。
9. 一种如本申请中参照附图描述的方法或压力机。
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