CN104302420A - 容器、选择性地成形的壳板及用于提供壳板的加工工具和相关方法 - Google Patents

Abstract

提供了壳板、采用该壳板的容器和用于形成该壳板的加工工具及相关方法。壳板包括中央面板、周向夹壁、位于中央面板与周向夹壁之间的环形凹部、以及从夹壁处径向向外地延伸的卷边。将壳板的至少一个预定部分的材料相对于壳板的至少一个其它部分有选择地拉伸，从而提供相应的变薄部分。

Description

容器、选择性地成形的壳板及用于提供壳板的加工工具和相关方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年5月18日提交的名称为“容器、选择性地成形的壳板及用于提供壳板的加工工具和相关方法”、编号为No.61/648,698的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请因此通过引用而并入本文中并视同为全文引用。

技术领域

本公开构思整体上涉及容器，并且更具体地涉及用于金属容器(例如，诸如啤酒罐或饮料罐以及食物罐)的罐端部或壳板。本公开构思还涉及用于选择性地形成罐端部或壳板以减少其中所用材料量的方法和加工工具。

背景技术

用于保存制品(例如，诸如食品和饮料)的金属容器(例如，罐)通常设置易开的罐端部，在所述易开的罐端部上，拉片被附接(例如但不限于，铆接)至撕开条或可割断面板。所述可割断面板由罐端部的外表面(例如，面向公众侧)中的刻痕线所限定。拉片构造成被提起和/或拉动以断开刻痕线并且偏转和/或移除可割断面板，从而形成用于分配罐中内容物的开口。

在制造罐端部时，罐端部源自于罐端部壳板，该罐端部壳板由从金属片制品(例如但不限于铝片、钢片)上切下(例如，冲切)的坯板形成。然后，壳板被传送至具有多个连续工位的转换冲床。随着壳板从一个工位前进到下一个工位，执行转换操作(例如但不限于铆接成型、嵌镶面板、刻痕、压花、拉片固定和拉片桩式接合)，直到将壳板完全转换为所期望的罐端部并从冲床排出为止。

在制罐行业中，需要大量金属来制造出相当多的罐。因而，制罐行业的发展目标是减少所消耗的金属量。因此不断在努力以减少制造罐端部和罐体的原材料的厚度或者尺度(有时称为“下调尺度”)。然而，由于使用更少的材料(例如，更薄的尺度)，出现了需要研发独特解决方案的问题。因此，业内持续渴望减小尺度并从而减少用于形成所述容器的材料量。然而，在与由相对较薄尺度材料来形成罐端部有关的各种不利情况中，其中一种不利情况是例如在形成壳板期间罐端部易于起皱。

关于减少所用材料量的在先建议减小了用于罐端部的坯板尺寸，但是损失了端部面板的面积。这不期望地限制了例如用于刻痕线、可割断面板和/或拉片的可用空间。

因此，对于容器(例如，啤酒罐/饮料罐和食品罐)、以及选择性地成形的罐端部或壳板和用于提供所述罐端部或壳板的加工工具和方法，存在改进的空间。

发明内容

本公开构思满足所述及其它需求，本公开构思涉及选择性地成形的壳板、采用所述选择性地成形的壳板的容器、以及用于制造壳板的加工工具和相关方法。其中的好处之一是，选择性地拉伸并减薄壳板还在维持预期强度的同时减少了所需的金属量。

作为本公开构思的一个方面，壳板被构造成附连至容器。壳板包括：中央面板；周向夹壁；位于中央面板与周向夹壁之间的环形凹部；以及从夹壁处径向向外延伸的卷边。将壳板的至少一个预定部分的材料相对于壳板的至少一个其它部分有选择地拉伸，从而提供相应的变薄部分。

壳板可以是由材料坯板形成的，其中，材料坯板在被成形之前具有一基础尺度，并且其中在被成形之后，壳板在变薄部分处或变薄部分附近的材料具有一厚度。变薄部分处或变薄部分附近的材料的厚度小于基础尺度。变薄部分可包括夹壁。

作为本公开构思的另一方面，提供了一种用于形成壳板的方法。该方法包括：将材料引入加工工具之间，使材料成形以包括中央面板、周向夹壁、位于中央面板与周向夹壁之间的环形凹部、以及从夹壁处径向向外延伸的卷边，以及将壳板的至少一个预定部分相对于壳板的至少一个其它部分有选择地拉伸以提供壳板的相应变薄部分。

该方法可包括将壳板转变为成品罐端部的阶段。该方法还可包括将成品罐端部卷边接合到容器主体上的阶段。

作为本公开构思的又一方面，提供了一种用于形成壳板的加工工具。该加工工具包括：上部工具组件；和下部工具组件，该下部工具组件与上部工具组件相配合以将设置在下部工具组件与上部工具组件之间的材料成形成包括中央面板、周向夹壁、位于中央面板与周向夹壁之间的环形凹部、以及从夹壁处径向向外延伸的卷边。上部工具组件和下部工具组件相配合以将壳板的至少一个预定部分的材料相对于壳板的至少一个其它部分有选择地拉伸，从而提供相应的变薄部分。

附图说明

在结合附图阅读时，根据对优选实施例的以下说明，能够完全理解本公开构思，其中：

图1是用于饮料罐端部的壳板的侧面剖视图，该图还示出了以虚线按简化形式绘出的饮料罐的一部分；

图2是图1的壳板的侧面剖视图，示出了根据本公开构思的一个非限制性方面的各种变薄位置；

图3是根据本公开构思的实施例的加工工具的侧面剖视图；

图4是图3的加工工具的一部分的侧面剖视图；

图5是图4的加工工具的所述部分的侧面剖视图，但变更成示出根据本公开构思的非限制示例性成形方法的且处于不同位置中的加工工具；以及

图6A-6E是根据本公开构思的非限制示例性实施例的且用于形成壳板的顺次成形步骤的侧面视图。

具体实施方式

为了阐明目的，本公开构思的实施例将被描述成应用于壳板，该壳板用于业内已知为“B64”端部的罐端部，尽管很显然这些实施例还可以应用于适当地选择性拉伸及减薄预定部分或区域，所述预定部分或区域位于除B64端部以外的任何已知或合适的替代性样式(例如但不限于，饮料罐端部/啤酒罐端部；食品罐端部)和/或构造中。

将意识到的是，本文的附图中示出并在以下说明书中描述的具体元件仅仅是本公开构思的示例性实施例，其仅作为非限制性示例来提供以用于阐明目的。因此，与本文公开的实施例有关的具体尺寸、定向及其它物理特征不认为是对本公开构思的范围的限制。

除非其中特别叙述外，本文中所使用的方向性短语(例如，左侧、右侧、向上、向下、顶部、底部、上部、下部及其派生词)与附图中所示元件的定向有关，而不是对权利要求的限制。

如本文中所应用的，术语“罐”和“容器”基本上可互换地使用以指示被构造成容纳物质(例如但不限于，液体；食品；任何其它合适物质)的任何已知或合适的容器，并明确包括但不限于饮料罐(例如，啤酒罐和苏打罐)以及食品罐。

如本文中所应用的，术语“罐端部”指的是被构造成联接至罐以密封罐的盖子或者闭合件。

如本文中所应用的，术语“罐端部壳板”基本上可与术语“罐端部”互换地使用。“罐端部壳板”或者简单地“壳板”是通过所公开的加工工具来加工并转换以提供所期望罐端部的构件。

如本文中所应用的，术语“加工工具”、“加工工具组件”和“工具组件”基本上可互换地使用，以指示用于形成(例如但不限于，拉伸)根据本公开构思的壳板的任何已知或合适的工具(多种工具)或部件(多种部件)。

如本文中所应用的，术语“紧固件”指的是任何适于连接或者拧紧的机构，明确包括但不限于，螺钉、螺栓、以及螺栓与螺母(例如但不限于，锁定螺母)的组合和螺栓、垫片与螺母的组合。

如本文中所应用的，两个或更多个部分被“联接”到一起的陈述是指所述部分被直接结合到一起或通过一个或更多个中间部分结合到一起。

如本文中所应用的，术语“个数”是指1个或大于1个的整数个(即，多个)。

图1和2示出了根据本公开构思的一个非限制示例性实施例的且选择性地成形的罐端部壳板4。具体地说，如在下文中详细描述的，壳板4的某些预定区域中的材料被拉伸，从而对其进行减薄，而壳板4的其它区域优选维持基础金属厚度。虽然本文中所示出和描述的示例是指用于饮料罐100(图1中以虚线描绘并按简化形式局部地示出)的壳板(参见，例如但不限于图1-3、图5和图6E中的壳板4)，将意识到的是，本公开构思可应用来拉伸和减薄任何已知或合适的罐端部壳板的样式和/或构造，其中所述罐端部壳板的样式和/或构造用于任何已知或合适的替代性样式的容器(例如但不限于，食品罐(未显示))，所述罐端部壳板随后被进一步形成(例如，转换)为用于这类容器的成品罐端部。

本文所示出和描述的非限制性示例中的壳板4包括圆形的中央面板6，所述中央面板通过基本上圆筒形的面板壁8连接到环形凹部10上。示例性环形凹部10具有大致U形的截面型面。如图1、图2和图6E中所示，锥形夹壁12将凹部10连接至拱顶14，并且外周卷边或外唇缘16从拱顶14处径向向外地延伸。

在图2的非限制性示例中，壳板4具有大约0.0082英寸的基础金属厚度。优选在例如中央面板6和外唇缘或卷边16的区域中基本上维持该基础金属厚度。使中央面板6保持处于基础金属厚度有助于转换后的罐端部(未明确地示出)中的铆接、刻痕和拉片功能。例如但不限于，通过基本上维持面板6中的基础厚度基本上消除了不希望的问题(例如，起皱和/或不希望的刻痕线和/或铆接或拉片故障)，所述不希望的问题可归因于与减薄金属有关的降低强度。类似地，基本上维持外唇缘16处于基础尺度有助于卷边接合性能，该卷边接合性能用于将盖子或者罐端部4卷边接合到罐身100(图1中以虚线描述并按简化形式局部地示出)。在图2中，大体上由附图标记18指代优选发生最小减薄乃至未发生减薄的区域。

因此，大部分减薄(例如但不限于，减薄10-20％之间)优选发生在夹壁12中。更具体地，减薄优选发生在位于拱顶14与凹部10之间的区域中，在图2中该区域大体上被标为区域20。因此，通过图示，在图2的非限制性示例中，夹壁12中的材料的厚度可减小至大约0.0065英寸。将意识到的是，这是显著的减小，与传统罐端部相比，这导致了显著的重量减少以及成本节省。

还将意识到的是，图2(和本文所提供的所有附图)中所示的特定壳板样式和/或构造和/或尺寸仅为了图示目的而提供，而不对本公开构思的范围进行限制。也就是说，在不脱离本公开构思的范围的情况下，能够在壳板(例如但不限于，4)的另外和/或替代性的区域中执行对基础尺度的任何已知或合适的替代性减薄，上述区域用于任何已知或合适的壳板、或罐端部样式和/或构造。

此外，本公开构思实现了材料减薄和材料总量和重量方面的相关减少，而不致使与原材料有关的材料加工费增加，所述原材料被供给来形成罐端部制品。例如但不限于，增加对原材料进行的加工(例如，轧制)以减小材料的基础尺度(即，厚度)会不期望地导致材料的原始成本相对显著地增加。本公开构思实现了期望的减薄和减少，但仍然使用以下的原材料，所述原材料具有更常规并因此价格更低的基础尺度。

图3-5示出了根据本公开构思的一个非限制示例性实施例的且用于拉伸并减薄壳板材料的不同加工工具200。具体地说，借助于精确的加工工具几何形状、放置和相互作用来实现选择性成形(例如，拉伸和减薄)。根据一个非限制性实施例，加工过程起始于将具有基础金属厚度或尺度的材料坯板(参见，例如但不限于图6A的坯板2)引入到加工工具组件200的部件之间。

图3图示了被联接至冲床400的多工位加工工具组件200的单个工位300。例如但不限于，在联接有本公开构思的多工位加工工具组件200的常规高速单动或双动机械冲床400的每个冲程中，通常在每个工位300处生产出一个壳板4。根据本公开构思，加工工具组件200包括对置的上部工具组件202和下部工具组件204，所述上部工具组件和下部工具组件相配合来成形(例如但不限于，拉伸；减薄；弯曲)金属(参见，例如但不限于图6A中的金属坯板2)以获得期望的壳板(参见，例如但不限于图1-3、图5和图6E中的壳板4)。

更具体地，上部工具组件202和下部工具组件204被联接至上部模座206和下部模座208，所述上部模座和下部模座分别由冲床400内的冲压头和冲床机座和/或冲床垫板以通常众所周知的方式支承。环形冲切拉深模210包括上部凸缘部分212，该上部凸缘部分通过多个紧固件216联接至止动器或提升器主体214。冲切拉深模210包围上部压力套筒218。也就是说，冲切拉深模210紧邻上部压力套筒218并且自上部压力套筒218径向向外地设置。内模构件或模具定心装置220被模具定心装置提升器222支承在上部压力套筒218内。冲切拉深模210包括内部弯曲的成形表面224(图4和5)。上部压力套筒218的下端包括波状的环形成形表面226(图4和5)。

继续参见图3，环形的模具止动器230在凹部232内被联接至下部模座208。环形的切边模234通过适当的紧固件236被联接至模具止动器230。环形的下部压力套筒240包括用于在模具止动器230内移动的下部活塞部分242。下部压力套筒240还包括上端244，该上端具有与前述冲切拉深模210的下端相对的基本平直表面。如图所示,切边模234紧邻下部压力套筒240地定位并且自下部压力套筒240的上端244径向向外地定位。模芯环250被设置在下部压力套筒240内，并且模芯环包括与上部压力套筒218的下端或成形表面224相对的上端252，如在图4和5中最佳地示出的。上端252包括锥形表面254、倒圆内表面256和倒圆外表面258(全部在图4和5中示出)。圆形的面板冲头260与上述模具定心装置220相对地设置在模芯环250内。面板冲头260包括具有外周倒圆表面264的圆形且基本平直的上部表面262。外周内凹部分266自倒圆表面264向下延伸，如图4和5中最佳地示出的。

因此，由上部工具组件202与下部工具组件204组成的前述工具相配合以成形(特别地，拉伸和减薄)壳板4的预选区域，如现在将参照图6A-6E更详细地描述的，图6A-6E图示了根据本公开构思的一个非限制性实施例的用于形成被拉伸并减薄的壳板4的方法和相关成形步骤。

图6A示出了第一成形阶段，其中，利用前述加工工具200来提供坯板2(图3-5)。更具体地，冲切拉深模210的相应切边与环形切边模234相配合来例如从材料的幅材或片材上切出(例如，冲切)坯板2。在图6B中所示的第二阶段中，如图所示，加工工具200相配合以制造第一弯角，即，向下弯曲坯板2的外周边缘。然后，在图6C所示的成形阶段中，如图所示，进一步成形坯板2的外部部分。这是通过将冲切拉深模210的内部倒圆表面224与模芯环250的上端252相配合并且通过将上部压力套筒218的成形表面226与模芯环250的上端252相配合来实现的。

参照图4和图6D中所示的第四成形阶段，将进一步描述和理解根据本公开构思的上述非限制性实施例的拉伸和减薄。具体地说，图4示出了下行冲程后的加工工具200，其中全部的所示工具已经沿箭头500方向向下移动至所示位置。也就是说，冲切拉深模210以及下部压力套筒240已经沿箭头500方向向下移动，以进一步形成外唇缘或者卷边16。如图所示，上部压力套筒218也已经沿箭头500方向向下移动，从而使得上部压力套筒218的成形表面226与模芯环250的上端252相配合来进一步形成拱顶14。在模具定心装置220的下端的基本平直表面将材料夹紧在模具定心装置220与面板冲头260的基本平直的上部表面262之间时，也沿箭头500方向向下移动的模具定心装置220拉伸坯板2中的位于夹壁12的区域中的金属。在夹壁12与模芯环250的锥形表面254相配合时，模具定心装置220和面板冲头260两者都沿箭头500方向向下移动以拉伸和减薄位于夹壁12的区域中的金属。因此，在第四成形阶段中，在将变为夹壁12的区域中，对坯板2的材料进行拉伸和减薄，但在外唇缘或卷边区域16中、或者稍后将被成形为面板6的区域中(图5和图6E)、或者稍后将被成形为环形凹部10的区域中(图5和图6E)则几乎不发生乃至不发生拉伸或减薄。这些区域基本上保持如在上文中先前论述的基础尺度金属厚度。

在第五且最后的壳板成形阶段中，完成了壳板4的成形。具体地说，如图5中所示，在图5中一些加工工具200已经沿箭头600方向向上移动以成形出壳板4的面板6，其中图5图示了上文中参考图4的下行冲程所示出和描述的相同加工工具200。具体地说，冲切拉深模210、模具定心装置220、下部压力套筒240和面板冲头260全部都沿箭头600方向向上移动，而在此刻上部压力套筒218已经停止沿箭头500方向向下移动并且上部压力套筒将压力保持在壳板4上。这导致在模芯环250的倒圆外表面258上进一步成形外唇缘或者卷边16，以及在上部压力套筒218的成形表面226与模芯环250的上端252之间进一步成形拱顶14。通过上部压力套筒218与模芯环250的表面254和表面256的相互作用来提供夹壁12的期望的最终成形。在面板冲头的基本平直的上部表面和模具定心装置与坯板2中的变为面板6且被设置(例如，夹紧)在上述上部表面和模具定心装置之间的金属都沿箭头600方向向上移动时，面板6通过面板冲头260的基本平直的上部表面262与模具定心装置220的相互作用成形。这种移动也有助于圆筒形的面板壁8和凹部10的成形。具体地说，在面板冲头260向上移动并且上部压力套筒218向下移动时，在面板冲头260的外周内凹部分266内形成了环形凹部10。因此，在金属与面板冲头260的外周倒圆表面264相配合时，成形出了圆筒形面板壁8。

因此，将意识到的是，本公开构思实质上与传统的壳板成形方法和加工工具不同，在本公开构思中坯板2或者壳板4的材料没有受到具体拉伸或者减薄。也就是说，虽然不拉伸或者象征性地拉伸示例性壳板4(图1-3、图5和图6E)的面板6、凹部10和外唇缘或卷边16部分，但是在成形过程期间且特别是在图5和图6D中所示的第四成形阶段期间对凹部10与拱顶14之间的区域20(图2)进行拉伸和减薄。

将意识到的是，虽然图6A-6E中示出了五个成形步骤，但是根据公开构思可以执行任何已知或合适的替代性个数和/或次序的成形步骤，来适当地选择性拉伸及减薄材料。还将意识到的是，在不脱离本公开构思的范围的情况下，可以应用任何已知或合适的机构来充分固定材料的特定区域，从而在材料的其它预定区域被拉伸和减薄时抵抗材料的移动(例如，滑动)或流动或减薄。此外、替代性地或另外，可以适当地拉伸和减薄除本文中示出和描述的壳板区域以外的壳板(例如但不限于，4)的区域，并且本公开构思也可应用来拉伸具有完全不同样式和/或构造的壳板(未示出)。

因此，将意识到的是，本公开构思提供了用于选择性地拉伸和减薄壳板4(图1-3、图5和6E)的预定区域(参见，例如但不限于，图2中的区域20)的加工工具200(图3-5)和方法，因而提供了相对显著的材料节省和成本节省。

虽然已经详细描述了本公开构思的具体实施例，但是本领域技术人员将意识到的是，依照本公开构思的全部教导，可以对上述细节研发出多种变型和替代方案。因此，所公开的具体构造仅为了说明，而不限制本公开构思的范围，所述范围是由所附权利要求的全部范围及其任何等同和所有同等范围所给出的。

Claims (15)

1.一种壳板，所述壳板被构造成附连至容器，所述壳板包括：

中央面板；

周向夹壁；

环形凹部，所述环形凹部位于所述中央面板与所述周向夹壁之间；以及

卷边，所述卷边自所述夹壁处径向向外地延伸，

其中，所述壳板的至少一个预定部分的材料相对于所述壳板的至少一个其它部分被选择性地拉伸，从而提供相应的变薄部分。

2.如权利要求1所述的壳板，其中，所述壳板是由材料的坯板形成的；其中，材料的坯板在被成形前具有一基础尺度；其中，在被成形之后，所述壳板的材料在所述变薄部分处或变薄部分附近具有一厚度；并且其中，材料在所述变薄部分处或变薄部分附近的厚度小于所述基础尺度。

3.如权利要求2所述的壳板，其中，所述变薄部分包括所述夹壁。

4.如权利要求2所述的壳板，其中，所述壳板的材料在所述中央面板处或中央面板附近具有一厚度；并且其中，所述中央面板处或中央面板附近的所述厚度与所述基础尺度基本上相同。

5.如权利要求2所述的壳板，其中，所述壳板的材料在所述环形凹部处或环形凹部附近具有一厚度；并且其中，所述环形凹部处或环形凹部附近的所述厚度与所述基础尺度基本上相同。

6.如权利要求2所述的壳板，还包括位于所述夹壁与所述卷边之间的拱顶；其中，所述卷边具有外唇缘；其中，所述壳板的材料在所述外唇缘处或外唇缘附近具有一厚度；并且其中，所述外唇缘处或外唇缘附近的所述厚度与所述基础尺度基本上相同。

7.如权利要求1所述的壳板，所述壳板与容器结合。

8.一种方法，该方法将材料引入加工工具之间以形成根据权利要求1-7中任一项所述的壳板。

9.如权利要求8所述的方法，还包括：

将模具定心装置和面板冲头连同被布置在所述模具定心装置和面板冲头之间的材料移动，以及

在模芯环的锥形表面、倒圆内表面和倒圆外表面中的至少一个上拉伸材料，以减薄夹壁处或夹壁附近的材料。

10.如权利要求8所述的方法，还包括将所述壳板转换为成品罐端部。

11.如权利要求10所述的方法，还包括将所述成品罐端部卷边接合至容器主体。

12.用于形成壳板的加工工具，所述加工工具包括：

上部工具组件；以及

下部工具组件，所述下部工具组件与上部工具组件相配合，从而将被布置在所述下部工具组件与上部工具组件之间的材料成形成根据权利要求1-7中任一项所述的壳板，

其中，所述上部工具组件和下部工具组件相配合来将所述壳板的至少一个预定部分相对于所述壳板的至少一个其它部分有选择地拉伸，从而提供相应的变薄部分。

13.如权利要求12所述的加工工具，其中所述上部工具组件包括冲切拉深模、在所述冲切拉深模的径向内侧布置的上部压力套筒、模具定心装置提升器、以及由所述模具定心装置提升器支承在所述上部压力套筒内的模具定心装置；并且其中，所述下部工具组件包括环形的模具止动器、联接至所述模具止动器的环形切边模、在所述模具止动器的径向内侧布置的环形的下部压力套筒、安置在所述下部压力套筒内的模芯环、以及安置在所述模芯环内的面板冲头。

14.如权利要求13所述的加工工具，其中，所述下部压力套筒包括具有基本平直表面的上端，所述上端与冲切拉深模的下端相对以在所述上端和下端之间夹持材料；其中，所述上部压力套筒包括具有环形成形表面的下端；并且其中，所述模芯环具有上端，所述模芯环的上端与所述上部压力套筒的环形成形表面相对并相配合以形成所述壳板的卷边。

15.如权利要求14所述的加工工具，其中，所述模芯环的上端包括锥形表面、倒圆内表面和倒圆外表面；并且其中，在材料与所述模芯环的锥形表面、倒圆内表面和倒圆外表面中的至少一个相配合时，所述模具定心装置和所述面板冲头一起移动以拉伸并减薄所述夹壁处或夹壁附近的材料。