CN1071156C - 用于罐体制造机的改进了的轻冲头顶杆 - Google Patents

Abstract

一种用于把浅的杯形件制成细长的单件金属罐体的高速装置中的冲头顶杆(10)，它是把头部构件(12)熔接到主体(15)上构成的，主体(15)由一个整体构件构成，它是带前端(19)和与驱动装置连接的尾部段(13)的薄壁细长管段(11)。

Description

用于罐体制造机的改进了的轻冲头顶杆

发明背景

本发明涉及一种把相对较浅的杯形件制作成细长的单件金属罐体的高速设备上使用的冲头顶杆结构，特别是关于一种改进了的轻冲头顶杆，它提高了整体性以便抵抗罐体制造机工作中所产生的应力。

通常用作啤酒/饮料的所谓双件式金属容器或罐的主要部分或罐体包括细长的圆筒形的侧壁、成为一体的底部与开口的顶部。这种罐体常常是在拉制与熨平机上形成的，这种机器在下列专利中描述了：1972年12月5日公开的美国专利US 3,704,619，它是授与E.Paramonoff的题为用于诸如金属罐体成形机之类的杯形件成形机的再拉制坯料夹持定位机构，1973年5月29日公开的授与E.Paramonoff的题为用来制作单件金属罐体的装置的美国专利US 3,735,629和1985年7月23日公开的授与W.Snyder和D.Dettmer的题为生产无缝容器罐体的装置的美国专利US 4,530,228。前述各专利所描述的装置把相对较浅的杯形坯料制成罐体，它们用往复运动的冲头驱使每个杯形件通过具有分级的开孔的一系列环形模具件的组合模具。首先使每个坯件通过最大的开孔，驱动坯件通过的每个后续的开孔都比坯件已经通过的前一开孔略小。

安装在冲头顶杆前端的可更换的冲头与每个杯形件接合，以将其驱入组合模具。顶杆后端连接在驱动装置上，它使顶杆沿水平方向定位的纵向轴线作往复运动，经过一个向前的工作冲程，然后进行一个向后的返回冲程。

传统上，顶杆是用一整根棒材制成。这样就极大地限制了顶杆的细长的空心中间主段内部的易加工性。此问题的发生是由于顶杆两端的轴向通道的直径是受限制的，它们远小于中间段的直径，中间段的这一直径仍能给中间段提供所需的机械强度(而不需要过大的壁厚)。于是，在现有技术中，中间主段的壁厚就远大于满足强度要求所需，致使顶杆无谓地变重。

在US 5,208,435中，提供了一种顶杆，它为一种焊接结构，其中有一细长管，一个熔接于管的一端上的尾部构件和一个熔接于管的另一端上的头部构件。虽然这样是行之有效的，但是这种顶杆在焊接区会承受过大的应力，特别是尾部件与管结合的焊接区，当焊接存在缺陷时这些应力的作用变得更大。

发明的公开

为了生产出相对较轻的顶杆，本发明提供一种整体的结构，其构成为把头部构件熔接在主体上，主体由有细长的薄壁管部的一个整体件构成，并有前端部和尾部段，尾部段与使该顶杆沿其纵向轴线作往复运动的驱动装置相连接。主体的前端与头部构件最好有搭接部分，并通过冷缩配合组装在一起。通过焊接来实现其结合，这样可使其结合强度在所有实际应用中均与由一整根棒材制成的顶杆所具有的强度相同。最好把管壁厚度选定为基本上不超过能提供该顶杆完成其工作的足够强度所需要的厚度，以使重量最小。通过把两构件焊接在一起而构成顶杆可以使其重量极大地降低，并且由于可使机器的循环速率增大还可使罐的生产量提高。

相应地，本发明的主要目的是提供一种用于罐体制造机的重量相对较轻的顶杆。

另外的目的是提供一种这种型式的顶杆，它的结构是把两构件熔接在一起而形成的一个整体结构。

其另外目的是提供一种此类型的顶杆，其中还把两构件冷缩配合在一起。

另一目的则是借助于搭接冷缩配合区的支撑而降低焊接接头处弯曲应力。

其再一目的是提供一种此类型的顶杆，它是由焊接制成的。

其进一步的目的是提供一种此类型的顶杆，其中细长的中间主体部的长度对壁厚之比大于100。

本发明的又一目的是提供一种能提高机器速率的此种类型的顶杆。

附图的简要说明

在阅读了结合附图所作的下面的说明之后，将易于了解本发明的这些以及其它各种目的，其中：

图1是按照本发明的内容制成的轻顶杆的局剖侧视图；

图2是轻顶杆的主体的局剖侧视图；

图3是轻顶杆的主体的沿图3中箭头3-3方向的端视图；

图4是轻顶杆的头部构件的局剖侧视图；

图5是轻顶杆的头部构件沿图4中箭头5-5方向的端视图。

现在，参照各附图。

实现本发明的最佳方式

顶杆10是利用焊缝14把头部构件12熔接在主体15的薄壁管状中间段11的前端19上而构成的。主体15由带有前端19和尾部段13的细长的薄壁管段11构成的单一整体件(即，为单一构件结构)。该主体最好是由对实心杆件或管进行钻削而形成薄壁的管段11和与之成为一体的尾部段13而构成的。具有成为一体的管段11和尾部段13的主体15的结构的优点是可以省去在罐体制造机工作中会呈现应力增大的顶杆10上部位的在此两段之间的焊接或连接，由于不存在会断裂的连接，故能增强顶杆结构的整体性。

通常，主体段11具有约42英寸或短些的长度L，而且，至少要比管段11的壁厚大100倍。在实际结构中，管段11的外径约为2.5英寸，内径约为2英寸。这样就使其壁厚为1/4英寸，这比由一整根棒材切削加工而成的现有技术中的顶杆的中间段壁厚的5/8英寸至11/16英寸减少了64％。而当管段11壁厚为1/8英寸时，就会比现有技术中的壁厚11/16英寸减少82％。最好管段11具有一个直径大于管段11外径的75％的轴向通道。

头部构件12和主体的尾部段13的适当的轴向长度分别约为6.6英寸与1.7英寸。头部和尾部件各自的轴向通道16、17的直径约为3/4英寸。管段11的轴向通道的直径最好至少是头部构件12和尾部段13的轴向通道直径的两倍。

头部构件12适于使冲头和套筒(未示出)进行安装与有效定位，使冲头和套筒包围并紧密配合在头部构件12的外圆柱面18上。冲头可借助有与通道16前端的内螺纹相配的外螺纹的保持螺钉固定在位。用冲头头部保持螺钉可把冲头头部固定在图1中所示的头部构件12上。

尾部段13则适于与使顶杆10沿其纵向轴线25作往复运动的驱动装置(未示出)连接。顶杆10所适用的驱动装置以及罐体成形装置的其它细节已然在前述美国专利US 3,704,619,US3,735,629和/或US4,530,628中描述了。有关这三个专利的教导在此均被结合进来作为参考。

形成焊缝14的焊接与构件12和15的熔接所达到的结合强度在实际应用中等于一个单一构件单元所具有的强度。为了降低焊缝14的应力水平，最好使管段11的前端19与头部构件12的结构为其中一构件的一部分搭接在另一件的一部分之上，并使其紧配合，以便它们可以冷缩配合在一起，即，通过把前端19的搭接部分加热使其膨胀并把它适贴配合到位于其下面的支承部分20上而把它们装配起来。搭接部分至少应为3/4英寸，最好是11/4到11/2英寸，以便达到很好的冷缩配合。把主体15加热到400～450°F，然后把头部构件12的位于下面的支承部分20插入主体15的前端19的搭接部之中就能实现适当的冷缩配合。把头部构件12和主体15冷缩配合在一起有助于在罐体制造机工作时使应力离开焊缝；即，使由于弯曲焊接接合区所产生的所有环状应力分散配置，这样就增大了顶杆10的整体性。焊缝14可用通常的钨极惰性气体保护电孤焊形成。试验样品进行了10,000磅的拉伸试验，在焊接处未发现问题。

由于管状主段11的壁实际上不比所需要的厚，顶杆10相对较轻，故减少了惯性力。与传统的整件结构的钻制顶杆10相比，可使重量减少达到约45％。由于这一原因，减轻了基础的振动，减缓了机器磨损，故允许提高机器速度而不致产生有害的作用。顶杆10也可以与传统的整件结构的各种顶杆互换使用。

构件12与15由合金钢制成，93 10 VAR就适于作此用途。在把构件12、15在轴向上对准，进行冷缩配合后，再用焊缝14接合在一起，然后再对该组合体进行应力消除，渗碳和精密机加工。作为一种替代办法，可在构件12和15被组装之前与施加焊缝14之后只对邻近焊缝14的局部区域对构件12和15进行应力消除。

虽然本发明是对其特定的实施例加以描述的，对于本领域熟练技术人员来说显然它还可以有许多其它的变型和修正，也可有其它的用途。因而要提出，对本发明的限定不取决于这种特定的公开内容，而是由后附诸权利要求所限定。

Claims (20)

1．一种高速装置用的轻顶杆，该装置靠驱动相对较浅的杯形件通过环式模具而制出相对细长的罐体，所述顶杆包括：

一细长的薄壁的管部分、一头部段和一尾部段；

所述头部段构造成把一冲头安装在并使所述冲头有效定位在所述顶杆上；

所述尾部段适宜于连接到一驱动装置，所述驱动装置使所述顶杆沿其纵向轴往复运动；

所述头段部和所述尾部段与所述管部分在一轴线方向上对准，所述管部分位于所述尾部段和所述头部段之间，且所述头部段和所述尾部段分别从所述管部分的相对端部以相反方向突伸；

一熔接结合部将所述头部段固定在所述管部分的前端；

所述管部分和所述尾部段由一材料的整体构件构成。

2．如权利要求1中所述的顶杆，其特征在于：所述材料的整体构件是通过对材料进行钻削而形成薄壁管部分和所述尾部段的。

3．如权利要求2中所述的顶杆，其特征在于：所述管部分的前端与所述头部段构造成使得在把所述头部段固定到所述管部分的前端上时，则所述头部段的一部分搭接在所述管部分的一部分之上。

4．如权利要求3中所述的顶杆，其特征在于：搭接部的宽度至少为1.91厘米。

5．如权利要求4中所述的顶杆，其特征在于：所述前端与所述头部段的组装是先对搭接部分进行加热使之膨胀，然后使所述前端与所述头部段件冷缩而紧配合在一起的。

6．如权利要求5中所述的顶杆，其特征在于：前端的一部分搭接在头部构件的一部分上。

7．如权利要求1中所述的顶杆，其特征在于：用焊接熔接把所述管部分结合在所述头部段上。

8．如权利要求1中所述的顶杆，其特征在于：所述管部分与所述头部段由合金钢制成。

9．如权利要求1中所述的顶杆，其特征在于：所述管部分的长度大于其壁厚的100倍。

10．如权利要求9中所述的顶杆，其特征在于：穿过所述头部段、所述管部分和所述尾部段有对准的轴向通道，且所述管部分的轴向通道的直径至少为所述头部段和尾段部分的轴向通道的直径的两倍。

11．如权利要求9中所述的顶杆，其特征在于：所述管部分具有轴向通道，其直径大于所述管部分外径的75％。

12．一种制造重量轻的钢顶杆的方法，该顶杆用于驱动相对较浅的杯形件通过环形模具而制出相对细长的罐体的高速装置中，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

形成适于顶杆冲头的安装与有效定位的头部构件，并由单一的整体件形成主体，该件具有薄壁的细长管部分和适于连接使顶杆沿其纵向轴线方向作往复运动的驱动装置的尾部段；

把头部构件熔接结合在薄壁细长管部分的前端而形成顶杆，其中所述头部构件、管部分与尾部段在轴向上对准。

13．如权利要求12中所提出的制造顶杆的方法，其特征在于：所述熔接结合是焊接。

14．如权利要求12中所提出的制造顶杆的方法，其特征在于：在熔接结合工序之后，对顶杆进行应力消除与渗碳。

15．如权利要求12中所提出的制造顶杆的方法，其中还包括下列步骤：

在把头部构件和主体结合在一起之前，对它们进行热处理；以及

只在靠近主体与头部构件间相接的局部区域对已组装好的头部构件和主体进行应力消除

16．如权利要求12中所述的方法，其特征在于：主体是通过对材料进行钻削而形成薄壁管部分和尾部段而制成的。

17．如权利要求16中所述的方法，其特征在于：所述管部分的前端与头部构件的结构应使在把头部构件固定在所述管部分的前端之上时一构件的一部分搭接在另一构件的一部分之上。

18．如权利要求17中所述的方法，其特征在于：搭接部分的宽度至少为3/4英寸。

19．如权利要求18中所述的方法，其特征在于：所述前端与头部构件的组装是先对搭接部分加热使其膨胀，再使所述前端与头部构件冷缩配合在一起的。

20．如权利要求18中所述的方法，其特征在于：所述前端的一部分搭接在头部构件的一部分上。

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