CN103702780B - 罐的制造 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于制造金属罐体的方法，其中使用了两个或更多个拉伸操作，以便在拉制杯侧壁和形成罐体之前减小杯底座的中心部分的厚度。通过使用两个或更多个拉伸操作，已经发现，有可能在不明显减小成品罐的压力性能的情况下控制底座的厚度。还描述了包括用于执行该方法的工具的设备的备选实施例。

Description

罐的制造

技术领域

本发明涉及金属杯的生产，且更具体地(但并非排它地)涉及适合用于生产"两件式"金属容器或罐体的金属杯。

背景技术

US4095544(国家钢材公司(Nationalsteelcorporation))20/06/1978详述了用于由用于制作两件式金属容器的杯区段制造罐体的常规拉制&壁拉延(iron)(DWI)和拉制&再拉制(DRD)工艺。[注意，在美国DWI通常改称为D&I]。用语"两件式"是指i)罐体和ii)后续将紧固到填充的罐体的开口端以形成容器的闭合件。

在DWI(D&I)工艺(如US4,095,544的图6至图10中所示)中，由一卷金属板切割出的(典型地)圆形平坯件在冲头的作用下通过拉制模具被拉制，以形成浅的第一阶段杯。该初始拉制阶段并未导致坯件的任何有意的变薄。此后，为了实现杯的侧壁厚度的减小，通常安装在紧密配合的冲头或压头的端面上的杯被推动穿过一个或多个环形壁拉延模具，从而导致杯的侧壁伸长而形成罐体。拉延工艺其自身将不会导致第一阶段杯的标称直径的任何变化。

图1示出了由常规DWI(D&I)工艺产生的容器(或"罐")本体中的金属分布。图1仅为示例性的，且非旨在按比例精确地绘制。图1中指出了三个区：

-区1代表底座1的未拉延材料。其与坯件的进入尺寸(ingoinggauge)保持大致相同的厚度，即，不受常规DWI工艺的单独制造操作的影响。

-区2代表侧壁的经拉延的中间区段2。其厚度(以及从而所需的拉延量)由容器本体所需的性能决定。

-区3代表侧壁的经拉延的顶部区段3。通常在罐的制作过程中，该经拉延的顶部区段为进入尺寸的厚度的大约50-75%。

在DRD工艺中(如US4,095,544的图1至图5中所示)，使用同一拉制技术来形成第一阶段杯。然而，第一阶段杯随后受到用于逐步减小杯的直径且从而拉长杯的侧壁的一个或多个再拉制操作，而非采用拉延工艺。最常规的再拉制操作其自身不旨在导致杯材料厚度的任何变化。然而，以由典型的DRD工艺制造的容器本体为实例，实际上，成品容器本体的顶部处通常稍微变厚(约为10%或以上)。当从大直径的杯再拉制到较小直径的杯时，这种变厚是再拉制工艺的自然效果，且通过材料的压缩效果来解释。

注意，存在通过使用小直径或复合直径拉制模具在拉制和再拉制阶段通过拉伸使侧壁变薄来实现杯的侧壁厚度减小的备选的已知DRD工艺。

作为备选，拉延和再拉制的组合可用于第一阶段杯，这从而减小了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，通常通过将坯件拉制成第一阶段杯且使该杯受到一定数目的再拉制操作直到达到期望的标称直径的容器本体，随后拉延侧壁以提供期望的侧壁厚度和高度来制作容器本体。

然而，商业上大规模采用的DWI(D&I)和DRD工艺具有的严重局限性在于，它们不用于减小杯的底座材料的厚度(以及因此不减小重量)。具体而言，拉制不会导致所拉制的物体的厚度减小，而拉延仅作用于罐体的侧壁。基本上，对于用于制造两件式容器的罐体的已知DWI(D&I)和DRD工艺，底座的厚度与坯件的进入尺寸相比大部分保持不变。这可导致底座比性能目的所需的厚度厚很多。

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。通常，用于包装食物或饮料产品的容器(如，罐)由厚度小于0.35mm的单个轧制钢卷材形成。举例来说，制造典型的两件式金属食物容器(其中侧壁拉延到0.127mm(0.005"(5英毫))的成本的65%来源于原材料成本。

因此，需要一种以成本效益合算的方式改进的重量较轻的金属杯区段。

皇冠包装技术公司(CrownPackagingTechnology,Inc.)名下的未公布的专利申请PCT/EP11/051666描述了一种制造罐体的方法，该方法使用拉伸操作来在不需要损失或浪费金属的情况下实现比拉伸之前的金属板的进入尺寸更薄的底座。本申请是同一申请人名下的，且代表未公布的申请的发明的改善，其涉及通过以两个或更多个单独的拉伸阶段完成拉伸工艺来改善拉伸工艺的效果。本发明的改进增强了杯区段的之前未拉伸和/或欠拉伸的部分的拉伸。

注意，在该文献中，用语"杯区段"和"杯"可互换使用。此外，用语"容器"和"罐"通常用于指同一产品。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于制造金属罐体的方法，该方法包括以下步骤：i)第一拉伸阶段，包括：获取具有侧壁和一体式底座的杯，该杯由金属板形成，夹紧底座上的环形区以限定包括底座中心部分的被包围部分，以及使该被包围部分的至少一些进行变形和拉伸，从而增大表面面积和减小底座的厚度；ii)第二拉伸阶段，包括：拉伸底座的另一个被包围部分，该另一个被包围部分可包括与第一被包围部分相同或不同的区域且其包括底座的中心部分；其中环形夹紧操作适于限制或防止金属在拉伸期间从被夹紧区的径向外侧流入被包围部分中；以及iii)拉制操作，该拉制操作包括通过从经拉伸和变薄的底座向外拉动和转移材料来将杯拉制成罐体。

在其中制造了用于包装食品和饮料产品两者的罐的包装行业中，所考虑的是有必要使用重量较轻的材料，例如，对单个轧制钢，厚度小于0.35mm。

通常，第二拉伸操作包括夹紧底座的第二环形区以限定第二被包围部分，该第二被包围部分限定了与第一被包围部分不同的区域但其包括了底座的中心部分；以及使第二被包围区的至少一些进行变形和拉伸，以更进一步减小底座的厚度；其中环形夹紧操作适于限制或防止金属在拉伸期间从被夹紧区的径向外侧流入被包围部分中。

本发明的方法进一步集中于以未公布的专利申请PCT/EP11/051666的大体球形拉伸方法的最小拉伸量(即，变薄百分比)的区，其处于杯的底座中心。

本发明的方法针对出于一定数目的原因更进一步增大杯的该区的拉伸程度：

-该区处于成品罐的中心，且通常不是性能关键区。因此，金属厚度也不是关键的，且本发明中实现的杯底座的进一步拉伸导致了罐中的金属含量的进一步减少而不明显减小压力性能的益处。

-当杯在本体制作机中再拉制时，通过与杯底座中的经拉伸区的外周相对而使用杯的中心部分的附加拉伸，更大量的金属转移到本体壁中。这是因为杯底座的外周较厚，且转移了较大量的金属以用于给定的区。

-通过使用两个或更多个拉伸操作，已经发现的是，有可能进一步控制底座厚度。

在第一实施例中，第一拉伸操作仅拉伸为杯底座的中心部分的第一被包围部分，通常拉伸成圆顶轮廓。该实施例的第二拉伸操作可提供具有比用于第一操作的拉伸冲头更大的直径和更深的轮廓的拉伸冲头。第二操作可包括支承第一拉伸操作中形成的圆顶同时形成圆顶的外部部分。因此，第二被包围部分可具有比第一被包围部分大的区域。通过在第一拉伸操作中特定地在杯的中心部分上工作，与PCT/EP11/051666的单个操作工艺相比，该区域中存在增多的拉伸材料。

在另一个实施例中，第一拉伸操作可包括拉伸杯的基本所有底座，且形成具有较大直径和平的中心部分的第一经拉伸轮廓。该实施例包括通过仅夹紧底座的中心部分来夹紧第二环形区。换言之，第二环形区的夹紧步骤包括夹紧第二环形区，从而限定第二被包围部分，第二被包围部分基本仅包括底座的中心部分。该实施例的两个拉伸操作彼此完全独立。

在本发明的第三方法中，第二拉伸操作可包括底座的中心部分的反向拉伸。用于该实施例的对应的设备可包括具有中心反向成形特征(圆顶成形件)的杯支座，且拉伸冲头可具有在其中心部分中的对应凹口。该实施例的方法中的拉伸通常分为两个阶段但是在单次冲压移动中。通过在该单次移动中拉伸圆顶的内部部分和外部部分两者，这可增加裂开的风险。作为备选，优选的是使用以独立驱动而不是与杯支座相合并的构件作为反向成形工具且中心圆顶成形件的设备。因此，该方法包括在第一拉伸且因此完成了圆顶的外部部分之后推进中心圆顶成形件且拉伸以形成倒置的圆顶。

根据本发明的另一方面，提供了用于用由金属板形成的杯制造金属罐体的设备，其中该杯具有侧壁和一体式底座，该设备包括：i)杯支座，杯可安装在杯支座上；ii)第一夹紧环，该第一夹紧环适于夹紧底座上的第一环形区，以限定包括底座中心部分的第一被包围部分；iii)第一拉伸冲头，该第一拉伸冲头适于使底座中心部分的至少一些进行变形和拉伸，从而增大其表面面积和减小底座的厚度；iv)第二夹紧环，该第二夹紧环适于夹紧底座上的第二环形区且限定第二被包围部分，该第二被包围部分具有与第一被包围部分的区域不同的区域，但包括第一拉伸操作得到的经拉伸的中心部分；其中两个夹具都适于限制或防止在拉伸期间金属从相应被夹紧区的径向外侧流入被包围部分中；v)第二拉伸冲头，该第二拉伸冲头适于使第二被包围部分的至少一些进行变形和拉伸，以进一步减小底座的厚度，以及vi)用于通过向外拉动和转移经拉伸和变薄的底座材料来将杯拉制到罐体中的器件。

本发明的设备具有提供来执行如上所述的备选拉伸方法的对应步骤的结构。因此，在第一实施例中，第二拉伸冲头包括用于支承被包围部分的经拉伸部分的补充支承表面。

在一个实施例中，第二夹紧环抑制底座的中心部分外侧的材料沿径向流入被包围部分中，且第二拉伸工具接触第一拉伸操作得到的经拉伸的中心部分，以用于该部分的进一步拉伸。

在又一个实施例中，拉伸冲头具有中心凹口且设备包括杯支座上的中心突出部，在使用中，中心突出部接触杯的中心部分以便反向拉伸该中心部分。

在该实施例中，两个拉伸操作均使用同一设备和以单个动作来执行。作为备选，杯支座的中心突出部包括具有用作反向成形工具和中心圆顶成形件的独立的第二冲头的双动冲压部，且拉伸冲头具有适于形成较大的外部圆顶的轮廓，以此在使用中，在完成较大的外部圆顶的成形期间或之后以单独的操作形成杯的中心部分。

附图说明

现将仅通过举例的方式，参考附图来描述本发明，在附图中：

图1为现有技术和由常规DWI工艺产生的容器本体的侧视图；

图2为本发明的第一实施例的示意性侧视图，示出了两个阶段的工艺的第一操作和第二操作(分别为图2b和图2c)；

图3为本发明的第二实施例的示意性侧视图，示出了两个阶段的工艺的第一操作和第二操作(分别为图3b和图3c)；

图4为本发明的第三实施例的示意性侧视图，示出了单次冲压移动的两个阶段；以及

图5为类似于图4但具有双动冲压的实施例的示意性侧视图。

具体实施方式

图1示出了由常规DWI工艺产生的现有技术的容器本体的底座1和侧壁2中的材料分布。

初始的"杯形成"操作如未公布的专利申请PCT/EP11/051666中详细地描述的那样执行。杯形成操作可概括为如下：

杯形成冲压机(也被称为"杯形成器")具有拉制衬垫和拉制模具。拉制冲头与拉制模具同轴，而周向的切割元件环绕拉制衬垫。在使用中，金属板的平的区段在拉制衬垫与拉制模具的相对的表面之间保持就位。具有0.280mm的进入尺寸(t_in-going)的镀锡钢板(Temper4)已经被用作金属板。虽然PCT/EP11/051666的发明和本发明两者都不限于具体的尺寸或金属且甚至可使用涂有聚合物的金属，但在金属包装行业中，认为使尺寸保持尽可能低是至关重要的，对于单个轧制钢通常小于0.35mm。从金属板上切割下圆盘以形成圆形的平坯件。

杯形成器通过抵靠拉制模具的成形表面逐步拉制平坯件来用坯件形成杯轮廓。因此，形成的杯具有侧壁和一体式底座。杯的壁厚度基本上未相对于坯料的进入尺寸改变，即，已经出现可忽略的拉伸或变薄。PCT/EP11/051666中提到了由该初始拉制操作产生的杯且其在本申请中也将被称为"第一阶段杯"。

在本发明的第一实施例中，第一阶段工具包括如图2a中所示的杯支座10，第一阶段杯5安装在该杯支座10上。图2a中示出的下部工具包括夹紧环20和拉伸冲头15。

在第一操作中，杯支座10进入杯5中且沿箭头方向推进以抵靠夹紧环20夹紧杯底座的外部环带。杯支座10继续与夹紧环20一起推进以在静止的拉伸冲头15上向下移动杯。图2b示出了在第一操作结束时工具的位置。夹紧环20内的被包围区对应于杯面的中心部分，以便杯支座和杯与拉伸冲头之间的相对移动导致仅将杯面的中心部分拉伸成圆顶轮廓。

杯从第一操作工具的杯支座中除去且放置在用于第二操作的不同支座上。两个阶段处于完全分开的工具台。

图2c中示出了用于第二拉伸操作的第二阶段工具。第二操作工具类似于具有带有较大的直径和较深的轮廓的拉伸冲头25的第一操作工具。具有经拉伸的内部底座(即，圆顶8)的杯安装在第二杯支座29上且抵靠较大内径的夹紧环27夹紧。在图2c的实例中，第二操作拉伸冲头25的中心部分与第一操作冲头15的轮廓相匹配，但是轮廓的匹配不是至关重要的，如图2c中的虚线所示。在形成第二操作圆顶的外部部分9时，中心冲头部分支承形成于第一操作杯中的圆顶8。第二拉伸如在第一操作中那样执行。

在该实施例中，与未公开的现有技术(即，PCT/EP11/051666)的已知单个阶段的拉伸相反，第一拉伸操作特定地在杯的中心部分上工作。结果，与当前的单个操作工艺相比，有更好的机会来拉伸该中心区。换言之，在两个阶段和两个操作之后，经拉伸的底座的总弦长度相比于由PCT/EP11/051666的单个操作拉伸实现的弦长度有所增加。

图3中示出了使用两个阶段和两个操作的本发明的第二实施例(方法/设备)。图3a的第一操作工具包括如前所述的用于保持杯31的杯支座30，但具有第一拉伸冲头35和夹紧环40，该夹紧环40具有比图2a的设备的直径大的直径(就夹紧环来说是内直径)，以便在第一操作中，冲头拉伸杯31的整个底座。冲头35的轮廓具有平的中心部分32，以便第一操作主要拉伸圆顶轮廓的外部部分。

图3b示出了操作开始时的第二操作工具。这包括内侧夹紧环45和第二拉伸冲头50，第二拉伸冲头50具有小于第一操作冲头35的直径。

最初，升降器衬垫55在上方与夹紧环45和拉伸冲头50对齐。第一操作得到的经拉伸的杯31位于升降器衬垫55上。第二操作杯支座48进入第一操作杯且推进到杯的底座。在杯支座48继续推进时，其向下推动升降器衬垫55直到抵靠夹紧环45夹紧杯的圆顶的中心部分。杯支座48、夹紧环45以及升降器衬垫55的继续推进在第二拉伸冲头50上拉伸了圆顶的中心部分，直到使杯拉伸到其最终形状59，如图3c中所示。

尽管该方法需要两个操作，但杯底座的内部部分和外部部分的这些拉伸动作彼此完全独立。

图4中示出了本发明的第三实施例，该实施例在单次冲压移动中组合了两个阶段的拉伸。用于该方法的工具类似于图3a中示出的第二实施例的第一操作的工具，只是图4的杯支座60具有中心反向成形工具64和拉伸冲头66具有在其中心部分中的对应凹口68。

在使用中，杯支座60进入杯且推进以抵靠夹紧环70夹紧杯底座的外部环带72。杯支座60继续与夹紧环(70)一起推进，从而在拉伸冲头66上向下移动杯且开始拉伸，使底座的外部部分74形成圆顶形状。

杯支座上的反向成形工具(圆顶成形件)64然后接触杯的中心，且在工具进一步推进时，杯底座拉伸以便同时形成圆顶的外部部分74的其余部分和反向成形结构(倒置部分)76。

尽管通过在该单次移动中拉伸圆顶的外部部分和内部部分两者来在单次冲压移动中执行拉伸的两个阶段是有利的，但这可增加杯底座裂开的风险。图5的双动冲压和加工提供了该问题的解决方案。

在图5中，反向成形工具80为独立驱动的构件而不是被并入杯支座85中。在操作中，可推进反向成形工具80以在由拉伸冲头66完成了圆顶的外部部分74的拉伸期间或之后拉伸形成倒置的圆顶76。该双动冲压具有以两个独立的阶段执行拉伸和减小裂开风险的益处。

未公布的专利申请PCT/EP11/051666中参照该申请的图10描述了引起以上实施例中的任一者的底座的经拉伸和变薄的材料逐步从底座中拉出和从底座转移到减小的直径侧壁中的拉制操作的实例。该拉制操作具有压平底座的经拉伸区的效果。

以上已经仅通过不同的实例描述了本发明，且可在如由权利要求限定的本发明的范围内作出变化。

参考符号列表

图1

1罐底座

2罐下侧壁

3罐上侧壁

图2

5第一阶段杯(未成形的)

8第一操作圆顶

9第二操作圆顶的外部部分

10第一操作杯支座

15第一操作拉伸冲头

20第一操作夹紧环

25第二操作拉伸冲头

27第二操作夹紧环

29第二操作杯支座

图3

30第一操作杯支座

31第一操作杯

32冲头的中心部分

35第一操作拉伸冲头

40第一操作夹紧环

45第二操作夹紧环

48第二操作杯支座

50第二操作拉伸冲头

55升降器衬垫

59第二操作杯

图4和图5

60杯支座和上部工具

64上部工具上的反向成形结构(中心圆顶)

66下部冲头工具

68下部冲头工具中的凹口

70夹紧环

72外部圆顶环带

74圆顶的外部部分

76倒置的圆顶(反向成形结构)

80用于反向成形的独立工具(中心圆顶成形件)

85杯支座。

Claims (11)

1.一种用于制造金属罐体的方法，所述方法包括以下阶段：

i)第一拉伸阶段，包括：

获取具有侧壁和一体式底座的杯，所述杯由金属片形成，

夹紧所述底座上的环形区，以限定包括所述底座的中心部分的第一被包围部分，以及

使所述第一被包围部分的至少一些进行变形和拉伸，从而增大表面面积和减小所述底座的厚度；

ii)第二拉伸阶段，包括：

拉伸所述底座的第二被包围部分，所述第二被包围部分可包括与所述第一被包围部分相同或不同的区域，并且其包括所述底座的中心部分；

其中环形夹紧操作适于限制或防止在拉伸期间金属从被夹紧区的径向外侧流入所述第二被包围部分中；以及

iii)拉制操作，所述拉制操作包括通过从经拉伸和变薄的底座向外拉动和转移材料来将所述杯拉制成罐体。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一拉伸阶段和所述第二拉伸阶段以两个独立的冲压操作来执行，其中：

i)所述第一拉伸阶段为第一冲压操作；

ii)所述第二拉伸阶段为第二冲压操作，且包括：

夹紧所述底座的第二环形区以限定所述第二被包围部分，所述第二被包围部分限定了与所述第一被包围部分不同的区域，并且其包括所述底座的中心部分；以及

使所述第二被包围部分的至少一些进行变形和拉伸，以更进一步减小所述底座的厚度；

iii)所述第一拉伸阶段和所述第二拉伸阶中的各个拉伸阶段的环形夹紧操作均适于限制或防止在拉伸期间金属从被夹紧区的径向外侧流入相应的被包围部分中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二拉伸阶段还包括支承所述第二被包围部分的经拉伸部分。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其特征在于，夹紧第二环形区的步骤限定了具有比所述第一被包围部分大的区域的所述第二被包围部分。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，夹紧第二环形区的步骤包括夹紧第二环形区，从而限定所述第二被包围部分，所述第二被包围部分仅基本包括所述底座的中心部分。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二拉伸阶段包括所述底座的中心部分的反向拉伸。

7.一种用于用由金属片形成的杯(5)制造金属罐体的设备，其中所述杯(5)具有侧壁(2,3)和一体式底座(1)，所述设备包括：

i)杯支座(10,30)，杯可安装在所述杯支座(10,30)上；

ii)第一夹紧环(20,40)，所述第一夹紧环(20,40)适于夹紧所述底座(1)上的第一环形区，以限定包括所述底座的中心部分的第一被包围部分；

iii)第一拉伸冲头(15,35)，所述第一拉伸冲头(15,35)适于使所述底座(1)的中心部分的至少一些进行变形和拉伸，从而增大其表面面积且减小所述底座(1)的厚度；

iv)第二夹紧环(27,45)，所述第二夹紧环(27,45)适于夹紧所述底座上的第二环形区且限定第二被包围部分，所述第二被包围部分具有与所述第一被包围部分的区域不同的区域，但包括第一拉伸操作得到的经拉伸的中心部分；其中所述第一夹紧环(20,40)和所述第二夹紧环(27,45)适于限制或防止在拉伸期间金属从径向外侧的相应被夹紧区流入相应的被包围部分中；

v)第二拉伸冲头(25,50)，所述第二拉伸冲头(25,50)适于使所述第二被包围部分的至少一些进行变形和拉伸，以进一步减小所述底座的厚度，以及

vi)用于通过向外拉动和转移经拉伸和变薄的底座的材料来将所述杯拉制成罐体的器件。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第二拉伸冲头(25)包括用于支承所述第二被包围部分的经拉伸部分的互补支承表面。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第一拉伸冲头的中心部分(32)基本为平的。

10.根据权利要求7至权利要求9中的任一项所述的设备，其特征在于，所述第二夹紧环(27)抑制所述底座的中心部分的径向外侧的材料流入所述第二被包围部分中，且所述第二拉伸冲头(25,50)接触所述第一拉伸操作得到的经拉伸的中心部分且进一步拉伸该部分。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述设备包括第二操作杯支座(48)，且所述第二拉伸冲头(50)用作中心圆顶成形件，以及所述第一拉伸冲头(35)具有适于形成较大的外部圆顶的轮廓，以此在使用中，在完成所述较大的外部圆顶的成形期间或之后以单独的操作形成所述杯的中心部分。