CN104254410A - 用于罐成形的气体冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于制罐机工具包的冷却气体系统。冷却气体系统利用压缩气体来冷却冲模和/或模具包。也就是，压缩气体被传递到与冲模和模具包相邻的至少一个位置。喷嘴组件将压缩气体引向选择的位置。当压缩气体穿过喷嘴组件时，或者紧接着穿过喷嘴组件之后，压缩气体膨胀。已知的是，膨胀的气体随着其膨胀而冷却。因此，冷却气体被引导到冲模和模具包的表面。冷却气体从冲模和模具包吸热，由此冷却受热的部件。

Description

用于罐成形的气体冷却方法

技术领域

本发明涉及制罐机工具包，其被构造成用以形成杯状本体，更具体地，本发明涉及用于制罐机工具包的冷却气体系统。

背景技术

在容器成形领域中已知的是形成两件式容器，例如罐，其中容器的壁和底部是一体式杯状本体，顶部或端部闭合件为单独的部件。在容器被填充之后，两个部件连接并密封，由此完成容器的形成。

杯在制罐机中形成，该制罐机具有工具包，该工具包被构造成用以由片材形成杯状本体。也就是，杯状本体通常开始于平坦材料，通常为金属，为片材或箔的形式。坯体(即盘)由片料切割而成，然后被拉延成杯。也就是，通过在设置于撞锤或冲模上的同时使盘运动穿过一系列模具，盘成形为杯，该杯具有底部和悬置的侧壁。杯初始可以在一个制罐机中形成，并被传送到另一个制罐机中以拉延成长形的罐，或者杯可以在单个制罐机中形成并拉延成罐。

在形成罐时，杯可以被拉过额外的模具，以达到选择的长度和壁厚。之后，罐的底部可以形成向内延伸的穹顶部。也就是，罐运动成与制穹顶器接合；制穹顶器具有穹顶形端部，罐可以被压到该穹顶形端部上。这种动作通常发生在冲模的行程结束的时候。在形成穹顶部之后，从冲模移除罐以进一步进行处理。

该过程是反复的过程，因此使用往复式撞锤。例如，假设杯形成并设置在待杯拉到罐中的撞锤上，该过程通常包括以下步骤。撞锤在成形行程期间向前运动，由此使杯穿过至少一个模具包。模具包包括模具环。模具环中的开口的半径稍稍大于冲模的半径。然而，模具环中的开口的半径稍稍小于设置在冲模上的罐的半径。因此，随着冲模运动通过模具环，杯变形，更具体地，杯沿轴向杯拉长，由此使得侧壁变薄，从而杯可以穿过模具环。冲模和杯可以穿过模具包中的一个或多个模具环。

该过程由于摩擦而产生热，这是不期望的。因此，撞锤、冲模和模具包需要进行冷却。另外，期望的是在产生热之前减小摩擦。已知的是在操作期间将诸如水、油或水包油乳液的冷却液体喷洒到冲模和模具包上。水的导热性使得冲模和模具包冷却，而使用油则减小了摩擦。然而，这样的冷却液体具有不期望的特性。例如，由于微生物侵袭或硬水离子积聚，水包油乳液可能随着时间而降解。另外，如果混合物包含毒性添加剂，那么液体可能存在废物处理问题。

已知的是，在许多金属加工操作中，超临界流体可以用来代替冷却液体。超临界流体(例如但不限于超临界CO₂)同样可以灌输有润滑剂。然而，用于产生、操纵和施加超临界流体的系统是昂贵的。另外，在制罐机的情况下，喷洒的超临界流体将作为液体，更具体地作为微液滴施加到冲模和模具包。超临界流体的微液滴将几乎立即蒸发，以进行局部冷却，而不是在冲模和模具包的整个表面上进行大致均匀的冷却。另外，润滑剂在使用的情况下聚集在部件上，最终产生物理/化学破坏而留下必须被清理的残留物。

发明内容

因此，需要一种使用大致干式冷却流体冷却制罐机工具包的系统。在公开的且要求保护的实施例中，用于制罐机工具包的冷却气体系统使用压缩气体来冷却冲模和模具包。也就是，压缩气体被传递到与冲模和模具包相邻的至少一个位置。喷嘴组件将压缩气体引向选择的位置。当压缩气体穿过喷嘴时，或者紧接着穿过喷嘴组件之后，压缩气体膨胀。已知的是，膨胀的气体随着其膨胀而冷却。因此，冷却气体被引导到冲模和模具包的表面。冷却气体从冲模和模具包吸热，由此冷却受热的部件。然后，气体从该系统排出。

在一个实施例中，气体是氮、CO₂或其它气体，被压缩到大约10至50巴之间的压力。当气体通过喷嘴组件或在喷嘴组件之后膨胀时，气体将处于大约-75℃至-200℃之间的温度下。在另一个实施例中，喷嘴组件被构造成用以沿着与冲模或模具环的表面相对应的圆形或涡旋(例如螺旋状)路径引导气体。在这个实施例中，气流优选地是层状的。作为另外一种选择，喷嘴组件可以包括紊流器，该紊流器被构造成用以形成紊流路径。另外，压缩气体可以灌输有液体，例如但不限于水、润滑剂和水包润滑剂乳状液。在一个实施例中，液体是水，水在应用之后立即蒸发。

附图说明

参考附图，从以下优选实施例的说明中可以获得本发明的完整理解，其中：

图1为制罐机的等轴视图。

图2为工具包的示意图。

图3为喷嘴组件的示意图。

具体实施方式

如在此所用的，“联接”意味着两个或更多个元件之间的连接，无论是直接的还是间接的，只要发生连接即可。

如在此所用的，“直接地联接”意味着两个元件彼此直接接触。

如在此所用的，“固定地联接”或“固定”意味着两个部件联接以成一体地运动，同时相对于彼此保持恒定的定向。固定的部件可以是或可以不是直接联接的。

如在此所用的，词语“一体的”指的是部件形成为单个零件或单元。也就是，包括单独地形成然后联接在一起成为一个单元的多个零件的部件不是“一体的”部件或本体。

如图1所示，制罐机10包括工具包12，该工具包具有往复式撞锤14和模具包16。撞锤14优选地包括长形的大致圆柱形本体15，其中冲模17安装在圆柱形本体15的端部上。模具包16具有至少一个模具环18，模具环具有开口20，开口的尺寸形成为允许冲模17从开口中穿过。撞锤14的结构形成为用以在成形行程期间向前穿过该至少一个模具环18，并且在返回行程期间向后穿过至少一个模具环18。该循环是重复的。

杯2由延展性材料制成并具有底部4和悬置的侧壁6，在每个循环开始时临时设置在冲模17的前部中。杯2可以在随后的熨烫之前在制罐机10中重新拉延，或者杯2可以在插入到制罐机10中之前重新拉延。在重新拉延操作之后，杯2的尺寸形成为稍稍大于冲模17而稍稍小于至少一个模具环18。在这点上，杯识别为罐3(图2)。因此，当承载罐3的冲模17穿过至少一个模具环18时，罐3变形，更具体地，罐3变得被拉长，同时侧壁6变得更薄。如果存在多于一个的模具环18，那么罐3总是稍稍大于下游的模具环18，即罐3运动所朝向的模具环18。因此，当罐3穿过每个模具环18时，罐3变得更加被拉长，并且侧壁6变得更薄。在成形行程结束时，可以通过已知的方法在罐的底部4中形成穹顶部。另外，在返回行程开始时，罐3通过任何已知的方法或装置从冲模17射出，例如但不限于剥离装置或者将压缩气体传递到罐3的内侧。在下一个成形行程开始时，新的杯2设置在冲模17的端部上。

制罐机10还包括冷却气体系统30，该冷却气体系统被构造成用以冷却冲模17、模具环18和罐3。冷却气体系统30包括压缩气体系统40和至少一个喷嘴组件50。压缩气体系统40包括压缩气体源42(示意性地示出)和压缩气体管道44。优选地，压缩气体源42是压缩气体圆筒(未示出)。在一个可供选择的实施例中，压缩气体源42包括联接到蒸发回路的液化气体圆筒或类似装置。在另一个替代形式中且典型地，如果压缩气体是压缩空气，那么压缩气体源42可以是压缩机。压缩气体管道44与压缩气体源42和每个喷嘴组件50两者联接且流体连通。每个喷嘴组件50设置成与冲模17和/或模具环18相邻。因此，压缩气体系统40被构造成用以将气体传递到至少一个喷嘴组件50，并且至少一个喷嘴组件50被构造成用以将气体引向冲模17和至少一个模具环18中的至少一者。

在一个实施例中，具有多个喷嘴组件50，它们围绕和沿着冲模17设置，并且设置在每个模具环18处。也就是，一组喷嘴组件50可以沿着冲模17的行进路径设置在选择的纵向位置处。另外，优选地，一组喷嘴组件50设置成与每个模具环18相邻。优选地，每一组喷嘴组件50环绕冲模17或绕相邻模具环18的周边设置。每个喷嘴组件50都是大致类似的，因此，以下的讨论仅仅涉及单个喷嘴组件50。然而，应当理解，可以使用多个喷嘴组件50，如上所述。

每个喷嘴组件50包括本体52，该本体具有入口联接件54和出口56，并且限定了通道58。喷嘴组件的入口联接件54与压缩气体管道44联接且流体连通。在一个实施例中，喷嘴组件的通道58是膨胀腔室60。也就是，膨胀腔室60具有比压缩气体管道44大的横截面积。在这种构造中，经由压缩气体管道44传递的压缩气体在膨胀腔室60中膨胀，使得气体的温度降低。膨胀腔室60的尺寸可以根据压缩气体的温度和压力以及气体的期望离开温度来进行选择。在可供选择的实施例中，喷嘴组件的通道58不是膨胀腔室60。在这个实施例中，压缩气体以大致压缩状态穿过喷嘴组件50，并且在离开喷嘴组件50的情况下快速膨胀并冷却。喷嘴组件的出口56被构造成用以提供用于气体的层状(即平滑的)流动路径。喷嘴组件的出口56将气体引向冲模17和至少一个模具环18中的至少一者。在示意图中，喷嘴组件50示出为处于模具包16外部。然而，喷嘴组件50可以形成在包括模具包16的元件内。也就是，包括模具包16的元件可以包括腔体，当包括模具包16的元件组装时，该腔体形成喷嘴组件50和压缩气体系统40的各种通道。

喷嘴组件50可以包括流动方向组件70。流动方向组件70可以结合到喷嘴组件的本体52中，或者可以与喷嘴组件的本体分开，但是处于实现来自喷嘴组件50的气流路径的位置中。在一个实施例中，喷嘴组件50被构造成用以沿着与冲模圆柱形本体19相对应的路径引导气体。也就是，气流路径大致是圆形的，或者是绕冲模圆柱形本体19延伸的涡旋(螺旋状)。相似地，靠近模具环18的喷嘴组件50可以被构造成用以沿着与模具环50的轮廓相对应的路径(即圆形或螺旋形路径)引导气体。通过流动方向组件70可以形成或者实现这样的流动路径。也就是，流动方向组件70可以被构造成用以形成螺旋形气体流动路径，该螺旋形气体流动路径与冲模圆柱形本体19或者模具环18的轮廓之一相对应。流动方向组件70可以是但不限于设置在制罐机10中的叶片72。另外，流动方向组件70可以是被构造成用以形成紊流的紊流器74。如在此所用的，“紊流器”是特别设计成用以在特定位置处形成气体紊流的构造。可能具有形成紊流效果的结构，例如但不限于模具包16的边缘、模具包中的紧固件头部等，不是“紊流器”。

在一个实施例中，压缩气体是压缩氮、CO₂或其它气体，但是也可以使用任何不易燃气体。压缩气体在大约10至50巴之间的压力下被压缩。如下所述，压缩气体在喷嘴组件50处膨胀至大约大气压力。当处于大约10至50巴之间的压力下的氮、CO₂或其它气体降低至大约大气压力时，气体的温度也降低。因此，在大约室温下开始的气体在大约-75℃至-200℃之间的温度下离开喷嘴组件50。要注意的是，在指明的温度和压力下的氮、CO₂或其它气体并不处于超临界状态。另外，本发明所公开的和要求保护的压缩气体系统40并不将气体压缩至超临界状态。

因此，在这种构造中，冷却气体系统30被构造成用以将冷却的气体传递和引导到冲模17和至少一个模具环18以及模具包16的表面。冷却的气体从冲模17和至少一个模具环18吸热。此外，在这个实施例中，冷却气体系统30是干式的；也就是，冷却系统并不向冲模17、至少一个模具环18或杯2的表面施加液体。在杯2也被构造成采用干式润滑剂或不采用润滑剂(以及不施加湿式润滑剂)的情况下，这样的构造是尤其期望的。也就是，如果杯2是干式的且冷却气体系统30是干式的，那么制罐机10可以是“干式制罐机”。如在此所用的，“干式制罐机”是这样一种制罐机10，其中杯2是干式的且冷却气体系统30是干式的。

在替代实施例中，压缩气体系统40可以包括液体系统80，该液体系统被构造成用以将液体结合到压缩气体、喷嘴组件50内的气体或者离开喷嘴组件50之后的气体中。液体系统80被构造成用以将液体施加到冲模17、至少一个模具环18和杯2中的至少一者。液体系统80中的液体为水、润滑剂和水包润滑剂乳状液中的至少一种。因此，液体系统80被构造成用以将水、润滑剂和水包润滑剂乳状液中的至少一种施加到冲模17、至少一个模具环18和杯2中的至少一者。如在此所用的，“大致干式制罐机”是这样一种制罐机10，其中杯2和冷却气体系统30利用有限量的液体。也就是，“有限量的液体”是每杯2或罐3的液体为0.1ml或更少。

虽然已经详细描述了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员应当理解，在本公开的整体教导下可以对这些细节进行各种修改和替换。因此，所公开的特定布置仅仅是示意性的而非限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求及其任何和全部等效来限定。

Claims (20)

1.一种用于制罐机工具包的冷却气体系统，所述制罐机工具包具有往复式撞锤和模具包，该模具包具有至少一个模具环，所述至少一个模具环具有开口，开口的尺寸形成为允许冲模从该开口中穿过，该往复式冲模被构造成用以在成形行程期间与处于该往复式冲模的端部上的金属杯一起沿轴向穿过模具包，其中该杯在穿过模具环时形成为罐，当撞锤在返回行程期间沿反向运动通过模具环时罐从冲模上脱离，所述冷却气体系统包括：

压缩气体系统，该压缩气体系统被构造成用以将气体传递到至少一个喷嘴组件；以及

与模具环相邻地设置的至少一个喷嘴组件，所述至少一个喷嘴组件被构造成用以将气体引向冲模和至少一个模具环中的至少一者。

2.根据权利要求1所述的冷却气体系统，其中：

压缩气体系统被构造成用以将压缩气体传递到所述至少一个喷嘴组件；并且

其中压缩气体在穿过所述至少一个喷嘴组件时膨胀。

3.根据权利要求2所述的冷却气体系统，其中压缩气体系统在大约10至50巴之间的压力下将压缩气体传递到喷嘴组件。

4.根据权利要求2所述的冷却气体系统，其中喷嘴组件在大约-75℃至-200℃之间的温度下将气体引向冲模和至少一个模具环中的至少一者。

5.根据权利要求2所述的冷却气体系统，其中冲模具有大致圆柱形的本体，并且其中所述至少一个喷嘴组件被构造成用以沿着与冲模的圆柱形本体相对应的路径引导气体。

6.根据权利要求2所述的冷却气体系统，其中所述至少一个喷嘴组件被构造成用以沿着与模具环的轮廓相对应的路径引导气体。

7.根据权利要求2所述的冷却气体系统，其中所述至少一个喷嘴组件被构造成用于以层状流动的方式引导气体。

8.根据权利要求2所述的冷却气体系统，其中所述至少一个喷嘴组件包括流动方向组件。

9.根据权利要求8所述的冷却气体系统，其中流动方向组件被构造成用以形成螺旋形气体流动路径，该螺旋形气体流动路径与冲模的圆柱形本体或者模具环的轮廓之一相对应。

10.根据权利要求8所述的冷却气体系统，其中流动方向组件是紊流器。

11.根据权利要求1所述的冷却气体系统，其中压缩气体系统不将气体压缩至超临界状态。

12.根据权利要求1所述的冷却气体系统，其中：

压缩气体系统包括液体系统；并且

液体系统被构造成用以将液体施加到冲模、至少一个模具环以及杯或罐中的至少一者。

13.根据权利要求12所述的冷却气体系统，其中液体系统被构造成用以施加水、润滑剂和水包润滑剂乳状液中的至少一种。

14.一种制罐机，其包括：

模具包，该模具包具有至少一个模具环，所述至少一个模具环具有开口，开口的尺寸形成为允许冲模从该开口中穿过；

往复式撞锤；

冲模，该冲模安装在撞锤上；

撞锤定位成使得冲模往复通过模具包；

冷却气体系统，该冷却气体系统包括压缩气体系统和至少一个喷嘴组件；

压缩气体系统，该压缩气体系统被构造成用以将气体传递到所述至少一个喷嘴组件；以及

与模具环相邻地设置的所述至少一个喷嘴组件，所述至少一个喷嘴组件被构造成用以将气体引向冲模和至少一个模具环中的至少一者。

15.根据权利要求14所述的制罐机，其中：

压缩气体系统被构造成用以将压缩气体传递到所述至少一个喷嘴组件；并且

其中压缩气体在穿过所述至少一个喷嘴组件时膨胀。

16.根据权利要求15所述的制罐机，其中冲模具有大致圆柱形的本体，并且其中所述至少一个喷嘴组件被构造成用以沿着与冲模的圆柱形本体相对应的路径引导气体。

17.根据权利要求15所述的制罐机，其中所述至少一个喷嘴组件被构造成用以沿着与模具环的轮廓相对应的路径引导气体。

18.根据权利要求14所述的制罐机，其中压缩气体系统不将气体压缩至超临界状态。

19.根据权利要求14所述的制罐机，其中：

压缩气体系统包括液体系统；并且

液体系统被构造成用以将液体施加到冲模、至少一个模具环以及杯或罐中的至少一者。

20.根据权利要求19所述的制罐机，其中液体系统被构造成用以施加水、润滑剂和水包润滑剂乳状液中的至少一种。