CN110545931B - 罐底座成形 - Google Patents

Abstract

一种设备(100)，用于在金属容器上形成底座轮廓，金属容器由沿轴线移动的冲头携带。该设备包括模具(105)，该模具(105)用于在容器上形成底座轮廓；以及弹性支撑，该弹性支撑用于将模具(105)保持在基本上沿着所述轴线的静止位置，同时允许模具(105)垂直于所述轴线可偏离，且提供恢复力以将模具(105)返回到静止位置。

Description

罐底座成形

技术领域

本发明涉及用于在容器上形成底座轮廓的设备，特别地，尽管不一定，涉及包含该种设备的圆顶站或罐体制作机。本发明还涉及在容器上形成底座轮廓的方法。本发明进一步涉及用于罐体制作机的调整机构和调整罐体制作机中部件位置的方法。

背景技术

在已知的通过所谓的拉延和壁部变薄拉深(DWI)过程生产薄壁金属罐的罐体制作机中，将杯状物送入罐体制作机并由在往复式滑块端部上的冲头携带，通过一系列模具，从而获取所需罐的尺寸和厚度。该系列模具可以包括用于减小杯状物直径和延长其侧壁的再拉延模具，以及用于将杯状物壁部变薄拉深为罐体的一个或更多个变薄拉深模具。最终，由冲头携带的罐体与底部成形工具或“圆顶站”接触，从而在罐的底座形成如圆顶的形状。

在冲头携带着罐体与圆顶站接触时，任何未对准都可能导致罐体端部开裂，特别是在罐体为铝的情况下。例如，未对准可能“挤压”罐底座的一个局部区域，这导致诸如“微笑痕迹”(外观损坏)、“局部变薄”(削弱罐底座)或“分离圆顶”等缺陷，所有这些都是不能接受的质量问题。罐底座的损坏可能无法用肉眼立即看到，并且一旦罐体被装满，则可能导致罐破裂。直到消费者购买了装满的罐之后，问题才可能发生。

为了确保罐底座正确成形，将圆顶站与冲头精确对准是非常重要的，这是一项需要技巧和耐心的任务。为了确保机器能够安全有效地运转，同样也需要精确的对准。在大批量运行期间，确保最佳罐质量的完美对准不仅很难实现，而且也很难维持。例如，如果圆顶站与冲头“静态”对准(即当机器未运行时)，则在机构改变冲头对准的动态效应下，当罐体制作机运行时，可能会发现其未对准。不同的温度也会产生类似的影响。

已知的体制造机的对准和重新对准是一个耗时的过程，这需要停止罐体生产线。罐行业的高容量特性意味着任何生产时间的损失对生产商都是代价最贵的。

用于对准圆顶站的已知方法涉及在圆顶站本体内移动壳体，该壳体包含底部成形工具。壳体使用四个螺钉安装，这些螺钉围绕壳体外部等距分布，指向其中心，并与圆顶站支撑在其上的水平床呈45度倾斜。必须依次调整每个螺钉，从而调整壳体的竖直或水平位置。

WO99/14000描述了用于在饮料罐的底座形成圆顶的圆顶站。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种设备，该设备用于在金属容器上形成底座轮廓，金属容器由沿轴线移动的冲头携带。该设备包括模具，模具用于在容器上形成底座轮廓；以及弹性支撑，弹性支撑用于将模具基本上沿着所述轴线保持在静止位置，同时允许模具垂直于所述轴线可偏离，并提供恢复力以将模具返回到静止位置。

模具可以垂直于所述轴线可偏离超过100μm，优选地超过500μm。

该设备可以包括压紧环，压紧环围绕模具，并克服恢复力而在模具上可滑动，从而与模具前方的容器底座接触，压紧环连同模具是垂直于所述轴线可偏离的。

该设备可以包括一个或更多个传感器，用于测量模具和/或压紧环垂直于所述轴线的偏离。传感器可以是涡流传感器。设备可以包括壳体，壳体围绕模具，且壳体连同模具垂直于所述轴线可偏离。涡流传感器可以构造为测量壳体垂直于所述轴线的偏离。涡流传感器可以包括关于轴线基本上为等角度布置的四个涡流传感器。

该设备可以用于罐体制作机中。

根据本发明的进一步的方面，提供了一种用于在金属容器上形成底座轮廓的方法。该方法包括将容器定位在冲头上，利用冲头沿轴线驱动容器底座抵靠限定所述底座轮廓的模具。在容器底座对模具的冲击或对联接到模具的部件的冲击下，模具克服恢复力垂直于所述轴线方向可偏离。该部件可以是压紧环。

该方法可以包括测量由于冲头导致的模具在垂直方向上的偏离。

根据本发明的进一步的方面，提供了一种调整机构，该调整机构用于在平面上调整罐体制作机部件的位置，平面基本上垂直于冲头行进的中心线。调整机构包括第一平移机构和第二平移机构，用于沿各自的、相互正交的轴线在平面内平移部件，每个平移机构包括：绕中心线可旋转的圆柱齿轮；以及第一致动器和第二线性致动器，第一致动器和第二线性致动器具有各自的用于支撑线性致动器之间部件的支撑，致动器在基本直径上相对的位置与齿轮啮合，使得齿轮的旋转以基本上相同的方向和基本上相同的距离移动支撑，以便实现部件沿着对应轴线平移。

调整机构可以包括用于可释放地将部件锁定到位的锁定机构，锁定机构包括锁定板和固定板，锁定板和固定板基本上彼此平行并通过各自的相对面相互接触，固定板用于将锁定板保持压缩抵靠部件，板中的一个抵靠并相对于另一个板可旋转，以允许相对面上的突起区域进入和脱离旋转对准，以便有选择地迫使锁定板从固定板上离开并抵靠部件。突起区域中的一个或更多个可以由弹簧提供。

根据本发明的进一步的方面，提供了一种设备，该设备用于在金属容器上形成底座轮廓，金属容器由沿轴线移动的冲头携带。该设备包括：模具，模具用于在容器上形成底座轮廓；压紧环，压紧环围绕模具并在其上克服沿所述轴线的恢复力可滑动，从而接触模具前方的容器底座；及弹性支撑，弹性支撑用于将压紧环保持在围绕模具的静止位置，同时允许压紧环垂直于所述轴线可偏离，并提供垂直于所述轴线的恢复力，以将压紧环返回到静止位置。

压紧环可以垂直于所述轴线可偏离超过100μm，优选超过500μm。

模具可以是通过冲头不可移动的。

该设备可以包括一个或更多个传感器，用于测量压紧环垂直于所述轴线的偏离。该一个或更多个传感器可以是涡流传感器。

该设备可以包括壳体，壳体围绕压紧环并连同压紧环垂直于所述轴线可偏离，涡流传感器被构造为测量壳体垂直于所述轴线的偏离。涡流传感器可以包括关于轴线基本上为等角度布置的四个涡流传感器。

该设备可以用于罐体制作机中。

根据本发明的进一步的方面，提供了一种用于在金属容器上形成底座轮廓的方法。该方法包括将容器定位在冲头上，利用冲头沿轴线方向驱动容器底座抵靠围绕模具的压紧环，模具限定所述底座轮廓；压紧环在模具上克服沿所述轴线的恢复力可滑动以与模具前方的容器底座接触。在容器底座对压紧环的冲击下，压紧环克服垂直于所述轴线方向的恢复力而垂直于所述轴线方向可偏离。

该方法可以包括测量由于冲头导致的压紧环垂直于所述轴线的偏离。

附图说明

图1是已知圆顶站的示意横截面侧视图；

图2是图1中已知圆顶站与携带在冲头上的罐相接触的示意横截面侧视图；

图3是根据本发明的实施例的圆顶站的一部分的示意横截面侧视图；

图4是图3中圆顶站的另一示意横截面侧视图；

图5是图3中圆顶站沿图4所示A-A’线截取的示意横截面前视图；

图6是图3中圆顶站的示意横截面俯视图；

图7是图3中圆顶站的示意前视图；

图8是图3中圆顶站的示意透视图；

图9是图3中圆顶站沿图6所示B-B’线截取的示意横截面前视图；以及

图10是说明图3中圆顶站位移测量系统的使用的图。

具体实施方式

图1是已知罐体制作机的圆顶站1的横截面示意图，其中虚线A表示对准轴线，并且在生产中罐沿着该虚线A行进(首先从左向右，然后沿反向方向行进)。圆顶站1包括：圆顶形模具5；压紧环10；“顶帽”形圆顶模具支撑15；聚氨酯环20；外环25；轴承30、31；前板45和背板26；以及壳体50。图2显示了在驱动携带罐80的冲头85从左手侧进入圆顶站1后的圆顶站1。

模具支撑15使用外环25安装在壳体50中。模具支撑15具有向外突出的法兰18，该法兰18紧密配合在外环25内，但当模具支撑15受到冲头85的冲击时，该法兰能够在外环25内滑动。聚氨酯环20安装在模具支撑15的周围，以用作法兰18和壳体50之间的减振器。前板45螺栓连接在壳体50面向冲头的面上，以确保模具支撑15保持在外环25内。背板26螺栓连接在壳体50的另一面上。模具支撑15关于冲头85的对准由轴承31维持，该轴承安装在背板26中。

模具5刚性地螺栓连接在模具支撑15内，从而当模具5被冲头85撞击时，冲击力传递到模具支撑15。压紧环10围绕模具5，并具有罐接收端和法兰端，该法兰端封闭模具支撑15内的环形腔35。罐接收端支撑在轴承30内，轴承30安装在前板45中。压紧环10的法兰端抵靠前板45定位，使压紧环10延伸突出于模具5。这种布置确保在冲头85的向前行程中，罐80在与模具5接触之前撞击环10。然后，压紧环10由冲头85沿模具5驱动进入环形腔35，作为模具支撑15内的活塞。密封在环形空间35内的空气压缩向压紧环10提供制动力，压紧环10将罐80夹紧在冲头85和压紧环10之间。冲头85迫使罐80的底座压在模具5的圆顶表面上，以在罐上形成底座轮廓。当冲头随后从圆顶站1缩回时，压缩空气的重新膨胀迫使压紧环10沿着模具5后退，以恢复其抵靠前板45的原始位置。

上述已知圆顶站的局限是，它需要非常精确地对准冲头，以确保生产出高质量的罐。例如，模具中心线和冲头之间仅仅250-500μm的未对准可能足以导致缺陷。因此，希望降低圆顶站对未对准的灵敏度，并提供一种使圆顶站容易对准的机构或方法。

图3显示了罐体制作机的示例性改进的圆顶站100的示意横截面侧视图。在该图中，圆顶站100定向为从右手侧接收冲头(未示出)(该定向与图1和图2相反)。圆顶站100包括圆顶模具105、适配器法兰106、压紧环110、模具支撑115、减振器环116、浮动缸120、壳体150、锁定环151、阻尼环160和前板170。

圆顶模具105具有带向外弯曲(圆顶状)正面和平坦背面的圆柱形本体，该平坦背面绕其圆周形成凸缘107。在逐渐缩小到正面的前面的点之前，“子弹”形出口通道108延伸通过沿本体轴线的后端。一系列连接通道109将出口通道108与围绕模具正面的空间结合。在冲头将罐体(未示出)压到模具105上后，受迫通过通道109的压缩空气迫使罐体底座离开模具105。模具105的背面螺栓连接到适配器法兰106，凸缘107与法兰106的突出部分配合，以确保模具105保持在中心。

模具支撑115包括空心圆柱杆117，空心圆柱杆117在适配器法兰106螺栓连接到其的一端处具有法兰118。壳体150包括空心圆柱形本体，其在一端处由后壁封闭，在另一开口端处有向外突出的法兰(见图4)。模具支撑115的杆117穿过位于后壁中的轴承152，进入锁定环151。当冲头撞击模具105时，杆117能够在轴承152内移动，并且减振器环116位于模具支撑115的法兰118和后壁之间，以抑制冲击。锁定环151固定到模具支撑115，以防止在冲头缩回时模具支撑115反弹到壳体150中过远。

浮动缸120配合在模具支撑115法兰118的周围，并且具有法兰118螺栓连接到其的后壁121，使得模具支撑115和浮动缸120作为单个物体被约束着移动。浮动缸120略小于壳体150的内部空间，以允许浮动缸在冲头撞击期间进行少量的径向移动。导向环122和活塞密封123配合在浮动缸120的本体的外表面周围并部分地嵌入浮动缸120的本体的外表面中。导向环122防止缸与壳体150接触，而活塞密封123防止壳体150内的加压气体在缸120周围逸出。

压紧环110围绕模具105，并具有凹陷平面111，该凹陷平面111用于接收在冲头端部上的罐(未示出)。尽管与模具105紧密配合，但是压紧环110能够沿着模具105前后滑动。压紧环110的后端具有法兰112，该法兰112在浮动缸120内形成活塞，以产生制动力，在形成底座轮廓期间，该制动力将罐夹紧在冲头上。为了增加制动力，壳体150和浮动缸121的内部空间可以用通过一对入口153、154供应的气体来加压。该对入口位于壳体150后壁中。法兰112通过前板170保持在壳体151内，该前板170螺栓连接在壳体151的法兰端上。压紧环110的前端由阻尼环160支撑在前板170内，阻尼环160由弹性材料(例如聚氨酯等塑料材料)形成，该弹性材料可以压缩以允许压紧环110关于前板170和冲头的径向移动。在冲头撞击后，阻尼环160的重新膨胀将压紧环110恢复到其更中心的静止位置。轴承161可以安装在压紧环110和阻尼环160之间，以便允许压紧环110在浮动缸120内往复运动，而不脱离或损坏阻尼环160。

改进的圆顶站100关于冲头需要较少的精确对准，因为模具105和压紧环110能够在壳体150内径上少量地移动以响应冲头的冲击。通常，在形成罐的底座轮廓期间，冲头和模具105/压紧环110之间的任何径向未对准都会产生不平衡的径向力。这种不平衡力起作用以将模具105和压紧环110转移为改进与冲头的对准，从而防止或减少在罐形成时对其底座的损坏。由于冲头和模具105/压紧环110之间改进的配合，圆顶站的部件的磨损或损坏也可以减少。注意，由于压紧环110紧密地配合在模具105周围，并紧密地配合在浮动缸120内，因此压紧环110和模具105之间的径向对准在整个冲头撞击过程中被维持。

或者，模具105可以相对于罐体制作机固定在适当的位置，同时压紧环110能够在壳体150内径上少量地移动，以响应冲头的冲击。在这种情况下，压紧环110没有紧密地配合在模具105周围，即压紧环110的内部和模具105之间有小间隙。压紧环110由弹性支撑支撑，当压紧环110偏离其围绕模具105的静止位置时，弹性支撑向压紧环110提供径向恢复力。当未对准的冲头撞击压紧环110时，压紧环110和冲头保持接触，使得作用在压紧环110上的径向恢复力引导压紧环110和冲头朝向模具，从而在底座轮廓形成期间提高径向对准。在进一步实施例中，模具105和压紧环相对于壳体150可独立地通过冲头偏离。

图4显示了用于将壳体150关于冲头对准的调整机构200的示意横截面侧视图。在该示例中，调整机构200包括两对线性致动器201A-B、202A-B，用于在垂直于冲头的平面中，例如在竖直和水平方向上，移动壳体150。从图5中可以清楚地看到线性致动器201A-B、202A-B的正交布置，图5显示了圆顶站100沿着A-A’线截取的示意横截面前视图。图6也显示了对准机构200的细节，图6是圆顶站100的示意横截面俯视图。

在此示例中，线性致动器201A-B和202A-B均由楔块机构提供，该楔块机构包括正齿轮203、螺纹轴205、可动楔206、固定楔207和一对夹爪208A-B。正齿轮203固定在螺纹轴205的一端处，以允许用正齿轮使轴旋转。固定楔207安装于轴205在轴205另一端处的凹陷部内，同时允许轴205在固定楔207内保持自由旋转。可动楔206位于正齿轮203和固定楔207之间的轴205上。可动楔209的螺纹部209与螺纹轴205配合，使得当轴转动时，可动楔206向固定楔207移动。一对夹爪208A-B包括内夹爪208A和外夹爪208B，外夹爪208B关于壳体150布置在轴205的任一侧上。两个楔206、207的锥度彼此向内，并且夹爪中的每一个具有与楔中的每一个的锥度匹配的锥度轮廓。通过将可动楔207朝向(远离)固定楔206移动，夹爪208A-B在楔上滑动从而增大(减少)它们的间隔。

对准机构200进一步包括一对内齿轮210、211，用于壳体150的竖直和水平调整；以及一对手柄212、213(图6中可见第二手柄213)，用于分别旋转每对内齿轮210、211。

圆顶站100进一步包括带有圆柱形内孔215的本体214，对准机构200容纳于其中。每个内齿轮210、211与内孔215大致尺寸相同，且包括围绕其内面布置的带齿的钢环。沿孔215的轴线接连地布置内齿轮210、211。在内孔215内，该对楔块机构201A、B在直径上相对，从而将壳体保持在它们各自的内夹爪208之间的压缩状态。每个楔块机构201A、B的正齿轮203与内齿轮中的一个211的齿啮合，使得当使用手柄212转动内齿轮211时，两个楔块机构都运行。类似地，通过使用手柄213转动另一内齿轮210，楔块机构202A、B同时运转。楔块机构201A、B设有相反旋向性的螺纹，使得它们通过内齿轮211(210)的旋转沿相反方向驱动。通过转动两个调整手柄212、213，这种构造允许壳体150在二维平面内通过成对线性致动器201A-B、202A-B平滑地平移。

调整后，使用锁定机构216可以将壳体150锁定到位，该锁定机构与圆顶站150的正面附接。在此示例中，锁定机构216包括固定前板217、可旋转锁定环218和四组碟形弹簧219A-D。前板螺栓连接到圆顶站100的本体214，以将锁定环218保持抵靠壳体150的前板170(见图4和图6)。碟形弹簧组219A-D布置在前板217面周围，每组219A-D包括两个弹簧，用于将保持锁定环218压缩抵靠壳体150。

图7显示了圆顶站100示意端视图。锁定环218使用附接到环外侧边缘的手柄220在锁定位置和解锁位置之间可旋转。锁定环218围绕其圆周具有可变的(锥形的)厚度，使得当其处于锁定位置时，环218的较厚部段与碟形弹簧组219A-D对准。这种布置使锁定环施加力，以将壳体150抵靠圆顶站100的本体214夹紧。在解锁位置，环218的较薄部段与碟形弹簧组219A-D对准，从而减小或消除在壳体150上的夹紧力，以允许壳体位置的调整。注意，无论锁定机构216是锁定还是解锁，浮动缸120仍然能够相对于壳体150移动。

图8是圆顶站100的示意透视图，显示了部分的锁定机构216。在本例中，锁定环218处于锁定和解锁位置之间的中间位置：锁定环218进一步的顺时针旋转将使环的锥形前表面与碟形弹簧组219A接触。环218的后表面可以是平坦的，以确保当锁定机构216锁定时，施加到壳体150的力是均匀的。

图9显示了圆顶站100沿着图6所示B-B’线截取的示意横截面前视图。圆顶站100包括涡流传感器系统300，用于测量浮动缸120在壳体150内的位移。在该示例中，传感器系统300包括四个涡流传感器301A-D，涡流传感器安装在延伸通过圆顶站的本体214和内孔215并进入包含浮动缸120的壳体150中的通道内。传感器301A-D在本体214周围等距分布，并且朝向浮动缸120中心定向到点。传感器301A-D每个输出电压信号，该电压信号取决于它们与浮动缸120的距离，浮动缸120必须包含导电材料，以便涡流传感器工作。当浮动缸120的位移改变时，例如在被冲头击中后，来自传感器301A-D的电压根据位移的大小和方向而增加或减少。

由于涡流传感器301A-D具有较大的表面积，其灵敏度高，涡流传感器301A-D能够测量浮动缸120的位置。缸120的大直径(如与模具105相比)还意味着可以将多个传感器放置在缸120附近以获得更精确的测量。此外，传感器301A-D的高测量频率和精度允许在位置测量中具有高的时间和空间分辨率。

当浮动缸120联接到模具105和压紧环110时，缸120的位移可以用于推断这些部件的位置并识别与冲头的任何未对准。因此，传感器系统300提供可以用于帮助将圆顶站100关于冲头对准的信息(如实时反馈)，例如，使用调整机构200。此信息可能有助于允许具有较少技能和经验的罐体制作机的操作员执行对准。

传感器系统300可以向处理器提供与浮动缸的位置有关的信号，处理器例如可以使用信号数据以生成模具105和/或压紧环110关于冲头的对准报告。罐体制造机的操作员可以使用此报告来监控机器的对准和性能，例如评估和纠正对准中随时间的漂移，或识别罐体制造机部件的磨损或损坏。处理器可以连接到一个或更多个显示装置，以便为操作员显示从信号中导出的对准信息，例如使用数据的图形表示，诸如图10所示的图。处理器还可以连接到报警器(例如汽笛)以在发生未对准时提醒操作员。

先前记录的传感器数据可以用于将圆顶站100返回到先前的对准，从而例如通过消除或减少对试错过程的需要来加快对准过程。

由于由传感器系统300测量的是浮动缸120的位置，而不是直接测量模具105和压紧环110的位置，因此可以在不需要重新校准传感器系统300的情况下更换这些部件，例如，可以将模具105换成较小直径的模具并可以保持浮动缸120的位置不受影响。

传感器系统300还允许监控底座成形过程，用于质量控制、安全监控和/或评估更换损坏或磨损部件的需要。例如，从传感器系统300收集的数据可以用于在质量问题出现之前识别质量问题，例如在冲头和圆顶站100开始从对准漂移的情况下。

图10是显示了如何处理从涡流传感器301A-D获得的电压信号的图，以获得关于水平X轴线和竖直Y轴线的浮动缸120的位移。该图显示了与X和Y轴线成45°定向并与传感器301A-D对准的第二对“电压”轴线。在本例中，传感器301A-D测量的电压分别为：6.265V、7.134V、3.835V和2.868V。该组测量用于限定电压轴线上的点302，例如，根据相对的传感器对301A-C、301B-D获得的电压的相对大小来确定点302沿各电压轴线的距离。然后读出X和Y轴线上的点302的位置，以获得浮动缸120的位移。

本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。例如，虽然传感器系统被描述为测量浮动缸120的位置，但是在替代布置中，传感器系统可以用于直接测量模具105和/或压紧环110的位置，例如通过将传感器系统共同定位或集成到壳体150的前板170中。

Claims (13)

1.一种用于在金属容器上形成底座轮廓的设备，金属容器由沿轴线移动的冲头携带，设备包括模具，模具用于在容器上形成底座轮廓；以及弹性支撑，弹性支撑用于将模具基本上沿着所述轴线保持在静止位置，同时允许模具垂直于所述轴线可偏离，并提供恢复力以将模具返回到静止位置。

2.根据权利要求1所述的设备，其中模具垂直于所述轴线可偏离超过100µm。

3.根据权利要求2所述的设备，其中模具垂直于所述轴线可偏离超过500µm。

4.根据权利要求1所述的设备，包括压紧环，压紧环围绕模具，并克服恢复力而在模具上可滑动，从而与模具前方的容器底座接触，压紧环连同模具是垂直于所述轴线可偏离的。

5.根据权利要求1所述的设备，包括一个或更多个传感器，用于测量模具垂直于所述轴线的偏离。

6.根据权利要求4所述的设备，包括一个或更多个传感器，用于测量压紧环垂直于所述轴线的偏离。

7.根据权利要求5所述的设备，其中一个或更多个传感器是涡流传感器。

8.根据权利要求7所述的设备，包括壳体，壳体围绕模具，且壳体连同模具垂直于所述轴线可偏离，一个或更多个涡流传感器构造为测量壳体垂直于所述轴线的偏离。

9.根据权利要求8所述的设备，其中涡流传感器包括关于轴线基本上为等角度布置的四个涡流传感器。

10.一种罐体制作机，包括上述权利要求中任一项所述的设备。

11.一种用于在金属容器上形成底座轮廓的方法，包括将容器定位在冲头上，利用冲头沿轴线方向驱动容器底座抵靠限定所述底座轮廓的模具，其中在容器底座对模具的冲击或对联接到模具的部件的冲击下，模具克服恢复力垂直于所述轴线方向可偏离。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述部件是压紧环。

13.根据权利要求12所述的方法，包括测量由于冲头导致的模具垂直于所述轴线方向的偏离。

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