CN111730189A - 一种金属盖容器电磁脉冲密封装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种金属盖容器电磁脉冲密封装置及其方法，包括螺旋线圈，所述螺旋线圈电连接脉冲电流产生装置形成闭合回路，所述螺旋线圈内套有磁场集中器，所述磁场集中器上竖向开设有密封加工孔，所述密封加工孔用于容纳金属盖和容器，所述密封加工孔正上方固设有压紧机构，所述密封加工孔正下方固定有用于放置容器的高度可调底座。能够进行非接触式密封包装，减少对金属表面的损伤。

Description

一种金属盖容器电磁脉冲密封装置及其方法

技术领域

本发明涉及包装密封技术领域，具体涉及一种金属盖容器电磁脉冲密封装置及其方法。

背景技术

带金属盖的容器是生产生活中一种常见的包装种类，主要用于对密封性能、无菌化要求较高的药物或者食品的包装，能够有效防止药物、食品在保质期期间受到环境因素影响或者潜在的微生物污染。然而，目前对于此类包装的密封方法都采用机械设备密封，如轧盖机，在机械设备实施密封过程时，直接的机械接触与相互摩擦往往会造成容器以及金属盖表面产生外观缺陷以及金属污染微粒，极大危及药物、食品质量安全。因此，有必要探寻一种有效的封盖工艺，实现非接触式的对带金属盖容器的有效密封，从而避免产生包装外观缺陷和金属污染微粒，进而确保药物与食品的质量安全。

电磁脉冲成形是一种高效、快速、环保的金属成形加工技术。如文献“Psyk V,Risch D,Kinsey B L,et al.Electromagnetic forming—a review[J].Journal ofMaterials Processing Technology,2011,211(5):787-829.”中所述，电磁脉冲成形基于脉冲功率技术，依靠储能系统进行能量瞬时释放产生高强度脉冲电流，电流经成形线圈将产生脉冲磁场，根据电磁感应原理，金属工件上会感应出涡流，涡流与脉冲磁场共同作用产生电磁力，受到高强度电磁力作用，加工工件产高速变形。文献“Fang J,Mo J,Li J,etal.Electromagnetic pulse assisted progressive deep drawing[J].ProcediaEngineering,2014,81:801-807.”中的研究表明，相较于传统成形技术，如冲压成形、铸造成形，电磁脉冲成形技术可改善金属的延展性、提高金属成形极限、减少褶皱，且成形过程不接触金属本身，不会对金属表面造成损伤。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种金属盖容器电磁脉冲密封装置及其方法，能够进行非接触式密封包装，减少对金属表面的损伤。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种金属盖容器电磁脉冲密封装置，包括螺旋线圈，所述螺旋线圈电连接脉冲电流产生装置形成闭合回路，所述螺旋线圈内套有磁场集中器，所述磁场集中器上竖向开设有密封加工孔，所述密封加工孔用于容纳金属盖和容器，所述密封加工孔正上方固设有压紧机构，所述密封加工孔正下方固定有用于放置容器的高度可调底座。

脉冲电流产生装置用于产生脉冲电流，螺旋线圈用于产生电磁场，磁场集中器用于磁场集中在一起，密封加工孔用于容纳金属盖，使得金属盖位于磁场中。磁场集中器上下两侧均向中部凹陷，用于将磁场集中于密封加工孔内，增加磁场强度，提高密封效果。利用电磁脉冲产生的强大脉冲电流，产生电磁力使金属盖变形，进而紧锁到容器上。

上述方案中：螺旋线圈由刚性圆筒状金属沿螺旋旋转路径切割形成一条导线，且螺旋线圈的两端头分别与脉冲电流产生装置电连接，形成闭合回路，所述磁场集中器完全位于螺旋线圈的围绕中心内，且互相固定形成一体化结构。结构紧凑。

上述方案中：所述螺旋线圈上还设有匝间绝缘，所述匝间绝缘向螺旋线圈外侧延伸，并将螺旋线圈包裹在内。能够将电磁力限定于对密封加工有利的区域内，提高密封牢固性。

上述方案中：所述匝间绝缘由绝缘胶固化形成，并且包裹在螺旋线圈外侧的厚度超过1mm。采用绝缘胶固化进行匝间绝缘和螺旋线圈外表面绝缘，不仅保证了绝缘性能，同时提高了线圈的力学强度与使用寿命。

上述方案中：所述金属盖盖裙厚度s小于0.05mm时，所述导线的匝数n＝1，当s大于等于0.05mm时，s每增大0.02mm，所述导线匝数n增加1匝。保证对不同规格容器的适用性。

上述方案中：所述高度可调底座包括固定座，所述固定座上安装有高度调节杆，所述高度调节杆上连接有容器安装座，所述容器安装座上设有固定夹具。设置固定夹具能够适用于不同大小的容器，提高适用范围，且产生的夹紧力能够更好的固定容器。

上述方案中：所述压紧机构为活塞，所述活塞的伸出杆下端面大于金属盖的上表面。采用活塞能够更好的调节压紧力度，伸出杆下端面大于金属盖的上表面能够保证金属盖完全压紧在容器上，进一步提高密封效果。

上述方案中：所述磁场集中器的上侧面、下侧面均向内凹陷形成圆锥面，所述磁场集中器一侧沿开设有微间隙，所述微间隙宽度小于等于3mm，所述磁场集中器的上表面、下表面和外侧壁均覆盖有绝缘薄膜。设置绝缘薄膜能够进一步加强限定电磁力的分布范围。

本发明还提供了一种金属盖容器电磁脉冲密封方法，包括上述方案中的一种金属盖容器电磁脉冲密封装置，还包括以下步骤：

S1：调整固定夹具口径至待密封的容器合适的大小，将待密封的容器放入固定夹具上；

S2：收紧固定夹具口径，将待密封的容器进行固定，再将金属盖置于容器上；

S3：伸长高度调节杆，向上移动容器与金属盖的位置，直到金属盖完全处于磁场集中器的密封加工孔中；

S4：调节压紧机构，将金属盖压在容器上；

S5：操作脉冲电流产生装置，向螺旋线圈中通入脉冲电流，对金属盖和容器进行电磁脉冲密封加工；

S6：加工完毕后，松开压紧机构，缩短高度调节杆，松开固定夹具，取出密封好的容器。

上述方案中：步骤S4中所述压紧机构为活塞，调节压紧机构时，向活塞缸体内注入流体，从而将活塞的活塞杆推出，通过活塞产生压紧力将金属盖压紧在容器上。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：其设计了螺旋线圈与磁场集中器一体化结构及其绝缘环节，将电磁力限定于对金属盖密封有作用的加工区域，配合包括活塞、底座在内的调节并固定金属盖与容器的装置，实现对带金属盖容器的电磁密封，整个密封过程靠电磁力完成，密封装置与容器、金属盖不产生任何接触，不会造成任何外观缺陷、损坏乃至微粒污染。

本发明利用均匀分布的电磁力替代传统包装密封设备不均匀的机械力，克服了机械力作用造成了表面缺陷及金属污染微粒的产生，使得对于此类带金属盖容器的密封更加快速有效且无缺陷产生。同时相比于机械力，电磁力控制更加方便，精度更高。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明装置的示意图；

图2是本发明装置中磁场集中器和线圈的立体图；

图3是本发明装置高度调节底座的结构示意图；

图4是本发明方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-3所示的一种金属盖容器电磁脉冲密封装置，包括螺旋线圈1，螺旋线圈1电连接脉冲电流产生装置5形成闭合回路，螺旋线圈1内套有磁场集中器2，磁场集中器2上竖向开设有密封加工孔2a，密封加工孔2a用于容纳金属盖3和容器4，密封加工孔2a正上方固设有压紧机构6，密封加工孔2a正下方固定有用于放置容器4的高度可调底座7。

最好是，螺旋线圈1由刚性圆筒状金属沿螺旋旋转路径切割形成一条导线，且螺旋线圈1的两端头9分别与脉冲电流产生装置5电连接，形成闭合回路，磁场集中器2完全位于螺旋线圈1的围绕中心内，且互相固定形成一体化结构。

最好是，螺旋线圈1上还设有匝间绝缘12，匝间绝缘12向螺旋线圈1外侧延伸，并将螺旋线圈1包裹在内。

最好是，匝间绝缘12由绝缘胶固化形成，并且包裹在螺旋线圈1外侧的厚度超过1mm。

最好是，金属盖3盖裙厚度s小于0.05mm时，导线11的匝数n＝1，当s大于等于0.05mm时，s每增大0.02mm，导线11匝数n增加1匝。

最好是，高度可调底座7包括固定座15，固定座15上安装有高度调节杆14，高度调节杆14上连接有容器安装座13，容器安装座13上设有固定夹具。

压紧机构6为活塞，活塞的伸出杆下端面大于金属盖3的上表面。磁场集中器2的上侧面、下侧面均向内凹陷形成圆锥面，磁场集中器2一侧沿开设有微间隙8，微间隙8宽度小于等于3mm，磁场集中器2的上表面、下表面和外侧壁均覆盖有绝缘薄膜10。

如图4所示，本发明还提供了一种金属盖容器电磁脉冲密封方法，包括上述方案中的一种金属盖容器电磁脉冲密封装置，还包括以下步骤：

S1：调整固定夹具口径至待密封的容器4合适的大小，将待密封的容器4放入固定夹具上；

S2：收紧固定夹具口径，将待密封的容器4进行固定，再将金属盖3置于容器4上；

S3：伸长高度调节杆14，向上移动容器4与金属盖3的位置，直到金属盖3完全处于磁场集中器2的密封加工孔2a中；

S4：调节压紧机构6，将金属盖3压在容器4上；

S5：操作脉冲电流产生装置5，向螺旋线圈1中通入脉冲电流，对金属盖3和容器4进行电磁脉冲密封加工；

S6：加工完毕后，松开压紧机构6，缩短高度调节杆14，松开固定夹具，取出密封好的容器4。

其中，步骤S4中所述压紧机构6为活塞，调节压紧机构6时，向活塞缸体内注入流体，从而将活塞的活塞杆推出，通过活塞产生压紧力将金属盖3压紧在容器4上。

以下以医用7mL西林瓶及其配套铝合金盖作为待密封对象举例说明：

铝盖直径20mm，盖裙厚0.03mm，高9mm，西林瓶瓶底直径22mm，瓶口直径19.6mm，高39.7mm。

将西林瓶及其配套铝合金盖放置在上文所述装置中，并设定脉冲电流产生装置5的额定电压和放电能量为20kV，14kJ，放电电压5kV，根据上文所述方法进行操作。

铝盖在电磁力作用下向内缩颈，完全紧锁与西林瓶瓶口法兰上，铝盖表面光滑，且铝盖与西林瓶能够抵抗人工扭转力。满足容器密封要求，容器表面质量良好，无缺陷，设备密封速度快，操作简单，易于自动化控制，满足大规模集成工业生产条件。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种金属盖容器电磁脉冲密封装置，其特征在于：包括螺旋线圈(1)，所述螺旋线圈(1)电连接脉冲电流产生装置(5)形成闭合回路，所述螺旋线圈(1)内套有磁场集中器(2)，所述磁场集中器(2)上竖向开设有密封加工孔(2a)，所述密封加工孔(2a)用于容纳金属盖(3)和容器(4)，所述密封加工孔(2a)正上方固设有压紧机构(6)，所述密封加工孔(2a)正下方固定有用于放置容器(4)的高度可调底座(7)。

2.根据权利要求1所述的一种金属盖容器电磁脉冲密封装置，其特征在于：螺旋线圈(1)由刚性圆筒状金属沿螺旋旋转路径切割形成一条导线，且螺旋线圈(1)的两端头(9)分别与脉冲电流产生装置(5)电连接，形成闭合回路，所述磁场集中器(2)完全位于螺旋线圈(1)的围绕中心内，且互相固定形成一体化结构。

3.根据权利要求2所述的一种金属盖容器电磁脉冲密封装置，其特征在于：所述螺旋线圈(1)上还设有匝间绝缘(12)，所述匝间绝缘(12)向螺旋线圈(1)外侧延伸，并将螺旋线圈(1)包裹在内。

4.根据权利要求3所述的一种金属盖容器电磁脉冲密封装置，其特征在于：所述匝间绝缘(12)由绝缘胶固化形成，并且包裹在螺旋线圈(1)外侧的厚度超过1mm。

5.根据权利要求4所述的一种金属盖容器电磁脉冲密封装置，其特征在于：所述金属盖(3)盖裙厚度s小于0.05mm时，所述导线(11)的匝数n＝1，当s大于等于0.05mm时，s每增大0.02mm，所述导线(11)匝数n增加1匝。

6.根据权利要求1所述的一种金属盖容器电磁脉冲密封装置，其特征在于：所述高度可调底座(7)包括固定座(15)，所述固定座(15)上安装有高度调节杆(14)，所述高度调节杆(14)上连接有容器安装座(13)，所述容器安装座(13)上设有固定夹具。

7.根据权利要求1所述的一种金属盖容器电磁脉冲密封装置，其特征在于：所述压紧机构(6)为活塞，所述活塞的伸出杆下端面大于金属盖(3)的上表面。

8.根据权利要求1所述的一种金属盖容器电磁脉冲密封装置，其特征在于：所述磁场集中器(2)的上侧面、下侧面均向内凹陷形成圆锥面，所述磁场集中器(2)一侧沿开设有微间隙(8)，所述微间隙(8)宽度小于等于3mm，所述磁场集中器(2)的上表面、下表面和外侧壁均覆盖有绝缘薄膜(10)。

9.一种金属盖容器电磁脉冲密封方法，其特征在于：包括权利要求1-8的任意一项权利要求所述的一种金属盖容器电磁脉冲密封装置，还包括以下步骤：

S1：调整固定夹具口径至待密封的容器(4)合适的大小，将待密封的容器(4)放入固定夹具上；

S2：收紧固定夹具口径，将待密封的容器(4)进行固定，再将金属盖(3)置于容器(4)上；

S3：伸长高度调节杆(14)，向上移动容器(4)与金属盖(3)的位置，直到金属盖(3)完全处于磁场集中器(2)的密封加工孔(2a)中；

S4：调节压紧机构(6)，将金属盖(3)压在容器(4)上；

S5：操作脉冲电流产生装置(5)，向螺旋线圈(1)中通入脉冲电流，对金属盖(3)和容器(4)进行电磁脉冲密封加工；

S6：加工完毕后，松开压紧机构(6)，缩短高度调节杆(14)，松开固定夹具，取出密封好的容器(4)。

10.根据权利要求9所述的一种金属盖容器电磁脉冲密封方法，其特征在于：

步骤S4中所述压紧机构(6)为活塞，调节压紧机构(6)时，向活塞缸体内注入流体，从而将活塞的活塞杆推出，通过活塞产生压紧力将金属盖(3)压紧在容器(4)上。

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