CN1039289C - 用于在薄钢板上形成被管状凸缘所环绕的圆形开口的设备 - Google Patents

用于在薄钢板上形成被管状凸缘所环绕的圆形开口的设备 Download PDF

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用于在薄钢板上形成被管状凸缘所环绕的圆形开口的设备，包括：用于在薄钢板上冲压出圆孔的冲孔装置，圆孔的直径小于开口的内径；及内模，其包括基本上圆柱状的下部和具有平的顶表面的上头部，以及第一和第二截锥台的成型面，第一成型面包括环形凸面，设置在平的顶表面之下且从中径向向外突出，第二成型面包括环形凸面，设置在第一成型面之下且从中径向向外突出，还包括环形凹面，设置在第一和第二成型面之间。

Description

用于在薄钢板上形成被管状凸缘所环绕的圆形开口的设备
本发明涉及一种用于在薄钢板上形成被管状凸缘所环绕的圆形开口的设备。
一般的金属桶状容器包括一个圆柱状桶体，一个封闭该圆柱状桶底部的盘状底板，和一个封闭该圆柱状桶顶部的盘状顶板。
附图中的图6示出了一种金属桶状容器的常见的顶板50，顶板50具有一个限定于其上的开口51，用于将一种材料引入金属桶状容器或从其内卸出。顶板50具有一个设在围绕开口51的周边并由此向上延伸的管状凸缘52。
一个圆柱状附件53插入管状凸缘52内，并具有一带内螺纹的内壁面54。圆柱状附件53用于接受一个装入其内的、封闭开口51的塞子(未示出)。该塞子具有一带外螺纹的外壁面，将其旋入该圆柱状附件53的带内螺纹的内壁面54从而封闭开口51。
为了防止装入物从金属桶状容器中泄漏出来，插入管状凸缘52的圆柱状附件53必须牢固地与该凸缘52联接在一起。如果圆柱状附件53与管状凸缘52不是相互牢固地联接，那么装入物就会从圆柱状附件53和管状凸缘52之间的间隙中泄漏出。当将塞子从开口51中卸下时，圆柱状附件53与塞子可能一起转动，塞子可能无法从圆柱状附件53中卸下。为减轻这个缺陷，将一个密封件55插在管状凸缘52与圆柱状附件53之间，以使圆柱状附件53可靠地固定在管状凸缘52上，与其紧密接触。但是将密封件55插入的装配工艺复杂且成本高。
插入管状凸缘52内的圆柱状附件53具有一个径向向外延伸的周边56，周边56伸入到顶板50的内表面上，且在其上限定了一个阶梯状凹口57。在被贮存的材料从金属桶状容器中卸出时，一些材料容易被截留在凹口57中，桶状金属容器不能完全排空。当为重新使用而清洗金属桶状容器的内部时，截留在凹口57中的材料不容易从其中清除出来。
美国专利NO.4,852,238(日本专利公开号No.1-313119)公开了一种制造顶板的方法，该顶板有一个开口，但没有分离的附件。
按照所公开的方法，顶板限定一个开口的区域向上升起，在其顶部上形成一个平盘，将顶板坯料从盘的中间向其周边拉伸。然后，一个直径比最终形成的开口小的圆孔在盘上被确定。已经朝向盘的周边变形的顶板坯料向上升起成一管状凸缘。同时，圆孔直径扩大了。然后，将凸缘的顶端的整个周边沿垂直方向挤压以增加凸缘的厚度。然后在凸缘的内壁面上加工出内螺纹。
增加的凸缘厚度提高了凸缘的机械强度。通过与管状凸缘的内螺纹壁面的螺纹啮合将一个塞子直接插入到管状凸缘内。
由于无分离附件，降低了成本，并且该桶状容器的内部可容易清洗。
然而，凸缘和顶板的整体成形产生了如下问题：
用于桶状容器的顶板通常由厚度范围在1.0mm至1.2mm的薄钢板制成，特别是按照热轧低碳薄钢板、钢带和钢板的日本工业标准常用的SPHC，或按照冷轧碳钢薄板和钢带的日本工业标准常用的SPCC制成。按照国际标准，该顶板需要有一个与一个2英寸(50.8mm)的塞子螺纹接合的开口和一个与一个3/4英寸(19.05mm)的塞子螺纹接合的开口。围绕开口的凸缘高度必须约为8mm，以便在其内壁面上加工出与塞子螺纹接合的内螺纹长度大于6mm或更长。
上面提到的SPHC的钢厚度是1.6mm或更少，其延伸率为27％，这比通过拉伸加工的SPHD30％延伸率和通过深拉伸加工的SPHE31％延伸率都小。同样，SPCC的钢厚度是1.6mm或更少，其延伸率为37％，这比通过拉伸加工的SPCD39％延伸率和通过深拉伸加工的SPCE的41％的延伸率都小。
按照上面提到的普通生产工艺，在一块壁厚为1.0mm至1.2mm的SPHC或SPCC的顶板上成型一个8mm高的凸缘，以确定一个3/4英寸的开口时，由于有限的延伸率，该凸缘会受应力作用而产生破裂。
凸缘的内壁面的螺纹应以轧制为好而不是切削加工，因为切削螺纹会减小凸缘的机械强度。如果在拉伸时凸缘的顶部出现一个小裂口，在加工凸缘的内螺纹时就会发展成一个较大的裂口，该顶板就不能成为最终产品。即使凸缘上没有形成裂口，如果凸缘向其上部边缘处逐渐变薄，那么在成形内螺纹时凸缘也会破裂。为了避免这一缺陷，按照上述通常的方法，在深拉伸成形凸缘后将其向下挤压以防止凸缘的上部边缘变薄。然而，除成形凸缘的步骤外还要有向下挤压的步骤，这就使得制造设备更加复杂。
鉴于前面述及的用于制造金属桶状容器顶板的普通方法和设备中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种用于在薄钢板上形成被管状凸缘所环绕的圆形开口的设备。
按照本发明，提供了一种用于在薄钢板上形成被管状凸缘所环绕的圆形开口的设备，其特点在于，所述设备包括：用于在薄钢板上冲压出一个圆孔的冲孔装置，所述圆孔的直径要小于所述开口的所要求的内径；及内模，其包括一个基本上圆柱状的下部，和一个具有一平的顶表面的上头部，以及第一和第二截锥台的成形面，所述第一成形面包括一环形凸面，该凸面设置在平的顶表面之下且从中径向向外突出，而所述第二成形面包括一环形凸面，该凸面设置在第一成形面之下且从中径向向外突出，其还包括一环形凹面，该凹面设置在第一和第二成形面之间；这样，所述环形凹面与所述第一和第二成形面交汇，且所述第一成形面的曲率半径要小于所述第二成形面的曲率半径，而所述环形凹面的曲率半径要大于所述第一和第二成形面的曲率半径；具有一圆孔的上模，所述内模的圆柱状的下部可插入到所述上模中的所述圆孔中。
所述冲孔装置包括一圆柱状的冲孔棒和一在所述内模的所述头部上开设的孔，所述冲孔棒可插入到所述孔中。
圆孔的周缘被提高并径向向外扩展，使之成为直径比最终形成的管状凸缘小的第一凸缘坯料。因此，形成第一凸缘坯料的延伸相对要小，以防止在形成笫一凸缘坯料时产生破裂。
然后，将第一凸缘坯料的邻近部分提高并径向向外扩展成第二凸缘坯料。然后将由第一和笫二凸缘坯料构成的第三凸缘坯料提高形成管状坯料，同时圆孔的直径增大。由于管状坯料是通过相继地提高和包括一个用于在一个薄钢板的顶板坯料上形成一个圆孔的冲孔装置，圆孔的直径比开口的内径小，挤压圆孔的周边，以提高并径向向外扩展该圆孔的周边，使其成为一个基本上是截锥台的第一凸缘坯料的第一成形装置，第一凸缘坯料有一个直径小于开口内径的圆孔，高度小于管状凸缘的预定高度；用于提高并径向向外地扩展第一凸缘坯料的一个邻近部分的一个周边，使其成为一个基本上是截锥台的与第一凸缘坯料相近的第二凸缘坯料的第二成形装置，第二凸缘坯料有一个在该邻近部分周边之下的下部，该下部直径基本上等于管状凸缘的内径，第一和笫二凸缘坯料一起用于一个基本上是截锥台的第三凸缘坯料；和将第三凸缘坯料拉制成具有预定内径和预定高度的一个管状凸缘的第三成形装置。
第一，笫二和第三成形装置包括一个具有一个圆柱状底部和一个头部的第一模具，头部包括一个形状上与第一凸缘坯料的一个内壁面互补的上部和一个与上部相邻的、在形状上与第二凸缘坯料的一个内壁面互补的下部，和有一个圆孔的第二模具，第一模具的底部可插入到第二模具的圆孔中。
冲孔装置包括一个圆柱状的第三模具和一个开在第一模具头部的孔，第三模具可插入孔中。
圆孔的周缘被提高并径向向外扩展，使之成为直径比最终形成的管状凸缘小的第一凸缘坯料。因此，形成第一凸缘坯料的延伸相对要小，以防止在形成第一凸缘坯料时产生破裂。
然后，将第一凸缘坯料的邻近部分提高并径向向外扩展成第二凸缘坯料。然后将由第一和第二凸缘坯料构成的第三凸缘坯料提高形成管状坯料，同时圆孔的直径增大。由于管状坯料是通过相继地提高和径向向外扩展这些凸缘坯料逐步地从顶板坯料形成的，从而防止了管状坯料的局部厚度的大量减少。
因此，防止了管状凸缘成形时其顶端破裂。这样在顶板上开口周围成形的管状凸缘具有相当高的机械强度。
本发明上述的和其它的目的，特征和优点将连同下面的附图的说明是显而易见的这些附图通过实例描述了本发明的优选实施例。
图1是按照本发明制造的一个顶板的局部平面视图；
图2是沿图I中II-II线截取的横截面图；
图3是按照本发明的一个设备的一个纵剖面图；
图4是图3所示设备中的一个内模的放大局部剖面图；
图5(a)至图5(d)是示出了按照本发明的方法的连续的步骤的纵剖面图；
图6是带有一个开口和一个附件的普通的顶板剖面图。
如图1和图2所示，一个用于一金属桶状容器(未示出)上的盘状顶板1具有一限定其上的圆形开口2。顶板1还有一个向上伸出并带有一内螺纹的内壁面4的管状凸缘3。一个带有外螺纹的外壁面的塞子(未示出)能够可拆卸地旋入到开口2中。
顶板1可由SPCC或SPHC制成，壁厚l1为1.2mm 。凸缘3离顶板1的高度l2为8mm，内径l3为25.1mm，因此，通常的3/4时的塞子能旋入凸缘3中。凸缘3的带内螺纹的内壁面4的轴向长度l4为6mm，其内螺纹的内壁面4上螺纹的螺距为1/14英寸。
开口2通过一个由图3示出的设备5被限定在顶板1上。设备5有一个带有一确定在其中心的管状通孔6的下模7，下模7装在一下底座9上。下模7通常受设置在下底座9和下模7之间的弹簧8推动向上移动。一圆柱状内模10垂直地固定安装在下底座9的中心，并插入下模7的通孔6中。当下模下降时，内模10能够通过孔6向上延伸并伸出下模7之上。内模10的上端部分有一肩部11和一位于肩部11上部的减小直径的顶部12。内模10和下底座9有一在垂直方向上贯穿其中心延伸的通孔13。内模10在肩部11之下为一主体部，其外径等于凸缘3的内径15。
设备5还包括一个位于下模7之上并与其正对着的上模15，上模15有一管形成形区域14，其直径与开口2的直径相一致。上模15装在一个安装在一上底座18上的导向件16上，且通常受一个在上模15和导向件16之间的弹簧17的推动，同时由导向件16引导向下移动。导向件16有一个冲孔棒19固定其上并从其下端中心向下伸出。冲孔棒19的直径与内模10的通孔13的内径相对应，这样，冲孔棒19能够插入通孔13中。上底座18可由一控制器(未示出)控制其向下移动。
内模10和冲孔棒19将参考图4予以详细的描述。
以l5标出的通孔13的内径决定着已成形的凸缘3的高度。内径l5越小，凸缘3就越高。如果内径l5太小，凸缘3在成形时可能破裂。因此，内径l5应根据所需凸缘3的高度适当地选择。如果所需凸缘3的高为8mm，内径l5应选定10.5mm为好。
内模10的顶部12有一个宽度为l5的平面12a。平面12a有一边缘12b围绕着通孔13的上开口端，边缘12b用作切缘与冲孔棒19配合将顶板1的坯料冲孔。如果宽度l5太小，内模10的顶部12会由于施加于顶部12的负荷而损坏。如果宽度l5太大，当凸缘3成形时，其顶端会破裂。因此，应适当选择宽l5，以避免顶部12损坏和凸缘3的破裂。如果内模10是根据日本工业标准中的SKD11或美国钢铁学院美国测试材料标准(AISIASTM)的D2制成，宽度l5应该在1.0mm至1.5mm范围内，最好在1.2mm至1.3mm范围内，这样才能满足成形凸缘3的条件。
内模10的肩部11由绕其整个环周面延伸的第一，第二和笫三环形部分R1、R2、R3构成。第一环形部分R1是最上面的环形部分，它与顶部12的平面12a邻接并具有一个径向向外凸出的曲面。第二环形部分R2是最低的环形部分，与肩部11下的内模10的圆柱状部分相邻并且有一径向向外凸出的曲面。第三环形部分R3位于第一和第二环形部分R1，R2之间并有一径向向内凹陷的曲面。
第一和第二环形部分R1，R2基本上用于向上拉拔在顶板坯料上由冲孔棒19形成的，直径小于第一和第二环形部分R1，R2的圆孔20的周边，同时提高圆孔20的周边，使其成为一个基本上呈截锥合形，并径向向外挤压周边。特别是如图4中虚线所示，圆孔20的周边基本上沿第一和第二环形部分R1，R2成形。最初，顶板坯料不与第三环形部分R3接触。当圆孔20的周边移过笫三环形部分R3时，周边弹性变形回复与第三环形部分R3接触。当圆孔20的周边移过第三环形部分R3时，周边沿第三环形部分的轮廓运动，释放了当周边由第一环形部分R1成形时在其上迅速积累的应力。此后，通过第二环形部分R2将圆孔20的周边向上提起大致呈截锥台形，并径向向外扩展至所需直径。
当圆孔20的周边被第一和第二环形部分R1，R2径向向外扩展时，其扩展的程度在第一和第二环形部分R1，R2的下部区域减小。
为使第一，第二和笫三环形部分R1，R2，R3形成凸缘3而不发生破裂，并且凸缘3的上缘厚度基本与顶板坯料的厚度相同，必须满足下列条件：
圆孔20的周边由通过第一环形部分R1从平面12a延至第三环形部分R3的中间位置的一区域A成形的程度与通过第三环形部分R3的中间位置延至第二环形部分R2的下端的区域B所成形的程度之间相互关系如下：
在径向向外方向上，周边由区域A所成形程度比由区域B在径向向外方向上所成形的程度大。特别是周边由区域A径向向外所成形的程度为周边被成形的整个程度的55至65％，最好为60％，而周边由区域B径向向外所成形的程度为周边被成形的整个程度的35～45％，最好为40％。若周边由区域A径向向外所成形的程度大于整个成形程度的65％，那么凸缘在成形时易于破裂。若周缘由区域A径向向外所成形的程度小于55％，那么所成形的凸缘会得不到所需的高度。
在凸缘的高度方向，即轴向上，周边由区域A所成形的程度基本上等于或小于由区域B所成形的程度。特别是周边由区域A在轴向上成形的程度为其轴向上成形的整个程度的40至50％，最好为45％至49％，而由区域B在轴向上成形的程度为其轴向上成形的整个程度的50至60％，最好为51至55％。若周边由区域A在轴向上成形的程度小于整个程度的40％，那么所形成的凸缘在成形时就得不到所需的高度。如果周边由区域A在轴向上成形的程度大于50％，那么凸缘成形时易于破裂。
为了满足拉拔凸缘3的这些条件，区域A的径向长度l7在4.0mm至4.8mm范围内，区域B的径向长度l8在2.6mm至3.3mm范围内，区域A的轴向长度l9在3.8至4.8mm范围内，区域B的轴向长度l10在4.8至5.7mm范围。
第一环形部分R1的曲率γ1最好应小于第二环形部分Rn的曲率γ2。第三环形部分R3的曲率γ3最好应大于曲率γ2 ，γ2。在拉伸凸缘3的条件下，曲率γ2的半径在5.0mm至7.0mm范围内，曲率γ2的半径在6.0至8.0mm范围内，曲率γ3的半径在8.0mm至12.0mm范围内。
为了无破裂地形成凸缘3，当在顶板坯料上确定圆孔20时，最好将冲孔棒19与内模10上的通孔13的边缘之间的间隙l11减至最小。最好间隙l11应在0.03m至0.05mm范围内。若间隙l11过大，已由冲孔棒19切出的圆孔20的周边和通孔13的边缘将被冲孔棒19压入通孔13中，这将阻碍圆孔20的周边在径向向外方向上的扩大。
利用设备5成形凸缘2的工艺过程将在下面参考图3，图4及图5(a)至5(d)加以描述。
如图3所示，一个顶板坯料1被放在下模7的上表面上，将确定开口2的一个区域与通孔6对准。
然后如图5(a)所示，将上底座18向下移动，直到顶板坯料1在上模15和下模7之间被夹住。继续向下移动上底座18，使冲孔棒19刺穿顶板坯料1进入通孔13，从而在顶板坯料1上限定一圆孔20。这样所限定的圆孔20的直径小于与开口2(图2)内径相应的内模10的外径。
如图5(b)所示，使上底座18下移并下压下模7，从而使内模10的上部伸出下模7之上。由内模10的肩部11的区域A将圆孔20的周边提高，与此同时将其径向向外扩展为一个基本上是截锥台形的第一凸缘坯料21。第一凸缘坯料21的直径和宽度都小于围绕在顶板1上的开口2形成的凸缘3的直径和宽度。
然后，如图5(c)所示，使上底座18继续下移，以下压下模7，从而使内模10的上部进一步伸出下模7之上。由肩部11的区域B将第一凸缘坯料21的一个相邻部分的周边提起，并径向向外扩展，从而在此形成一个向下与第一凸缘坯料21邻接的基本上是截锥台形的第二凸缘坯料22。现在第一与第二凸缘坯料21，22一起构成一个基本上是截锥台形的第三凸缘坯料23。该第三凸缘坯料23的下部的内径与最后成形的凸缘3的内径接近。
然后如图5(d)所示，使上底座18继续下移，下压下模7，从而内横10的上部进一步伸出下模7之上。同时由在肩部11下的内模10的外壁面23和上模15的成形区14将第三凸缘坯料23拉成凸缘3。
如上所述，凸缘3相继由内模10的顶部12，肩部11和外壁面23成形。以这种方式防止了凸缘3的破裂，并使其具有与顶板坯料基本上相同的壁厚。
此后，用带沟槽的轧辊(未示出)轧制出凸缘3的内壁面4(见图2)上的内螺纹。这样，在顶板1上限定了围绕凸缘3的开口2。
虽然一个优选的本发明的实施例已详细地示出并加以描述，但应理解为在不超出本发明权利要求书范围的情况下可以对其进行各种变化和修改。

Claims (1)

1.用于在薄钢板(1)上形成被管状凸缘(3)所环绕的圆形开口(2)的设备，其特征在于，所述设备包括：
用于在薄钢板上冲压出一个圆孔的冲孔装置，所述圆孔的直径要小于所述开口(2)的所要求的内径；
内模(10)，其包括一个基本上圆柱状的下部(23)，和一个具有一平的顶部(12)的上头部，以及第一和第二截锥台的成型面，所述第一成型面包括一环形凸面(R1)，该凸面设置在平的顶部(12)之下且从中径向向外突出，而所述第二成型面包括一环形凸面(R2)，该凸面设置在第一成型面之下且从中径向向外突出，其还包括一环形凹面(R3)，该凹面设置在第一和第二成型面之间；
所述环形凹面(R3)与所述第一和第二成型面(R1，R2)交汇，且所述第一成型面(R1)的曲率半径要小于所述第二成型面(R2)的曲率半径，而所述环形凹面(R3)的曲率半径要大于所述第一和第二成型面(R1，R2)的曲率半径；
具有一圆孔(14)的上模(15)，所述内模(10)的圆柱状的下部(23)可插入到所述上模(15)中的所述圆孔(14)中，
所述冲孔装置包括一圆柱状的冲孔棒(19)和一在所述内模(10)的所述头部上开设的孔(13)，所述冲孔棒(19)可插入到所述孔(13)中。
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