CN113329887B - 拉环压力机和在拉环料上标记印记的方法 - Google Patents

Abstract

一种在拉环料上标记印记的方法，该拉环料用于提供与罐端一起使用的拉环。该方法包括向包括冲头和冲模的拉环压力机提供拉环料。所述冲头包括一组凸起的特征，并且所述冲模包括相应的一组凹陷的特征，使得这些特征协作以便在所述拉环附接到罐端时，在面向外的拉环形成区域内的拉环料的区域上压凹所述印记。所述特征使得当所述压力机完全关闭时，每个所述凸起的特征的至少一部分与每个相应的凹陷的特征的至少一部分之间的间隔小于所述拉环形成区域内的区域中的拉环料的厚度。

Description

拉环压力机和在拉环料上标记印记的方法

技术领域

本发明涉及一种在拉环料上标记印记的方法，该拉环料用于提供与罐端一起使用的拉环，以及一种用于生产标记有印记的拉环的拉环压力机(tab press)。特别地，但非排他地，本发明涉及带有凹痕的拉环以用于饮料罐。

背景技术

诸如饮料罐之类的罐的端盖通常具有易碎刻痕的面板，该刻痕可通过提起拉环而破裂以将面板的一部分推入罐中并由此在面板中形成开口。图1示出了已知的拉环100的示例，该拉环具有鼻部102、与鼻部102相对的提升端104以及靠近鼻部104的“铆钉岛(rivetisland)”106。铆钉岛106被马蹄切口108部分地包围，并具有用于容纳铆钉(未示出)的孔109，以便将拉环附接到罐端。大多数拉环设计具有在马蹄108与提升端104之间的带有卷曲的边缘的切口区域(或“指孔”)，这有助于加强拉环，使得在罐被打开时它不会弯曲。但是，在其他设计中，省略了切口。对于图1的拉环100就是这种情况，其中省略切口会导致在马蹄108与提升端104之间形成平板110。众所周知，标记具有平板的拉环用于品牌和促销目的，或者将关于罐的内容的详细信息传达给用户。

已经考虑了对拉环进行标记的不同方法，包括浮雕、穿孔、刻痕、蚀刻和彩色印刷。例如，US 2010/0193519描述了标记有浮雕图形的拉环。如本文中所使用的，术语浮雕是指在表面上形成“凸起”特征(feature)，使得该特征从表面突出。

浮雕通常不允许将复杂的设计应用于罐端的拉环，因为与拉环上可用的区域相比，浮雕可产生的最小特征尺寸相对较大。一个困难是拉环材料的厚度(通常为0.25mm左右)使得周围表面上方的浮雕特征的高度不会太大，从而使浮雕特征难以清晰看到。特征之间的小间隙也可能无法清晰再现，导致特征相互融合，这是刻字的一个特殊问题。可以通过(例如)激光蚀刻拉环的表面来产生更详细的设计，但是此类技术的实现起来很复杂且耗时(特别是当设计非常详细时)，因此不适合现代高速生产方法)。

因此，需要提供一种标记拉环的方法，该方法允许使用更详细的设计并且可以容易地集成到现有的制造工艺中。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种在拉环料上标记印记的方法，该拉环料用于提供与罐端一起使用的拉环。该方法包括向包括冲头和冲模的拉环压力机提供拉环料。所述冲头包括一组凸起的特征，并且所述冲模包括相应的一组凹陷的特征，使得这些特征协作以便在所述拉环附接到罐端时，在面向外的拉环形成区域内的拉环料的区域上压凹所述印记。所述特征使得当所述压力机完全关闭(close)时，每个所述凸起的特征的至少一部分与每个相应的凹陷的特征的至少一部分之间的间隔小于所述拉环形成区域内的区域中的拉环料的厚度。

在本文中使用术语“压凹”来指代将设计压印到表面上的工艺，以便将设计作为凹痕从消费者所见的侧面转移到表面上。标记可以例如包括以下中的一种或更多种：字符、形状、数字、徽标、图案和/或图形图像。

每个所述特征可以包括相对于所述冲头和所述冲模的平面倾斜的表面，并且所述凸起的特征和所述凹陷的特征的所述部分可以由所述倾斜的表面提供，所述部分的间隔小于所述拉环形成区域内的区域中的拉环料厚度。

所述冲头的每个所述凸起的特征可以包括基本平行于所述平面的平坦外表面，每个平坦外表面与所述倾斜的表面之一具有角接合。

所述冲模的所述凹陷的特征的倾斜的表面可以与所述冲模的外表面具有角接合。小于所述拉环形成区域内的区域中的所述拉环料的厚度的间距可以是所述凸起的特征和所述凹陷的特征的角接合之间的间距。

该间隔可以小于在所述拉环形成区域内的区域中的所述拉环料的厚度的80％或小于60％。

所述间隔可以大于在所述拉环形成区域内的区域中的所述拉环料的厚度的20％或大于40％。

所述压力机可以被配置为将所述冲头的凸起的表面压入所述拉环料的所述区域中小于所述拉环形成区域内的区域中的拉环料的厚度的70％或小于50％。

该方法可以在拉制和卷曲所述拉环形成区域的边缘的步骤之前执行。

该方法可以在刺穿所述拉环形成区域的外围以形成边缘的步骤之前执行。

该方法可以与拉制沿在所述拉环形成区域中形成的马蹄切口周围延伸的边缘的步骤之后执行。

该方法可以与在所述拉环形成区域中形成铆钉切口的步骤之后执行。

所述印记可以包括一个或更多个离散特征，例如字母数字字符，并且在所述拉环的平面中凹陷的特征尺寸小于0.25mm，优选地小于0.15mm。

所述冲头的两个或更多个凸起的特征的最大高度可以不同。

根据本发明的第二方面，提供了一种压力机，所述压力机被配置为接收厚度在0.24mm至0.26mm之间的拉环料。所述拉环压力机还被配置为产生标记有印记的拉环，并且包括冲头，所述冲头包括一组凸起的特征；以及冲模，所述冲模包括相应的一组凹陷的特征，使得这些特征协作以便在所述拉环附接到罐端时，在面向外的拉环形成区域内的拉环料的区域上压凹所述印记，所述特征使得当所述压力机完全关闭时，每个所述凸起的特征的至少一部分与每个相应的凹陷的特征的至少一部分之间的间隔小于所述拉环料的厚度，所述拉环压力机被配置为接收。

间隔可以小于0.20mm，或者小于0.15mm。

拉环压力机可以包括用于拉制和卷曲所述拉环料的拉环形成区域的边缘的压印图案(tooling)，并且所述拉环压力机可被配置为在拉制和卷曲所述边缘之前在所述拉环料上压凹所述印记。

拉环压力机可以包括用于刺穿所述拉环料的拉环形成区域的外围以形成边缘的压印图案，并且拉环压力机可以被配置为在形成所述边缘之前在所述拉环料上压凹所述印记。

拉环压力机可以包括用于拉制沿围绕在拉环料的拉环形成区域中形成的马蹄切口延伸的边缘的压印图案，并且拉环压力机可以被配置为在形成围绕所述马蹄切口延伸的所述边缘的同时，在所述拉环料上压凹所述印记。

拉环压力机可以包括用于在所述拉环形成区域中形成铆钉切口的压印图案，并且拉环压力机可以被配置为在形成所述铆钉切口的同时在所述拉环料上压凹所述印记。

根据本发明的第三方面，提供了一种具有固定在其上的拉环的罐端，该拉环包括一个或更多个凹陷的印记，该凹陷的印记从罐端面向外，使得消费者在打开之前可以看见它们。

最小凹陷特征深度可以是至少0.05mm或至少0.10mm。拉环可以由具有0.24至0.26mm的厚度的材料制成。

拉环平面中的最小凹陷特征尺寸可以小于0.25mm或小于0.15mm。

印记可以包括凹陷到不同深度的特征。

该第三方面可以完全独立于本发明的其他方面。例如，可以不使用本文所述的在拉环料上标记印记的方法来形成拉环，而可以使用另一种方法来形成拉环。类似地，可以在不使用在此描述的压力机的情况下生产拉环，并且可以替代地使用另一种设备来形成。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于罐端的拉环。拉环包括一个或更多个凹陷的印记，所述印记设置在当拉环附接至罐端时拉环的面向外的一侧。

最小凹陷特征深度可以是至少0.05mm或至少0.10mm。拉环可以由具有0.24至0.26mm的厚度的材料制成。

拉环平面中的最小凹陷特征尺寸可以小于0.25mm或小于0.15mm。

印记可以包括凹陷到不同深度的特征。

该第四方面可以完全独立于本发明的其他方面。例如，可以不使用本文所述的在拉环料上标记印记的方法来形成拉环，而可以使用另一种方法来形成拉环。类似地，可以在不使用在此描述的压力机的情况下生产拉环，并且可以替代地使用另一种设备来形成。

附图说明

图1是现有技术中已知的用于饮料罐的拉环的示意性俯视图；

图2A是根据本发明的实施例的具有凹陷的图像的拉环的示意性俯视图；

图2B是包括图2A的拉环的罐端的示意性俯视图；

图3是根据本发明的实施例的用于将图像压凹成金属薄板的冲头和冲模的示意性透视图；

图4是图3所示的冲头和冲模的一部分的放大图；

图5是冲模中的凹部的示意性俯视图；

图6是示出了现有技术中已知的在拉环压力机中的拉环料的进程的示意性俯视图；

图7是示出了根据本发明的实施例的拉环压力机中的拉环料的进程的示意性俯视图；以及

图8是示出了根据本发明的替代实施例的拉环压力机中的拉环料的进程的示意性俯视图。

具体实施方式

现在将要描述的实施例旨在通过使用压凹工艺来解决上述问题，该压凹工艺能够将包括小的最小特征尺寸的印记转移到拉环上。压凹工艺因此允许制作带有详细的字母、图案或图像的拉环。例如，使用这种压凹工艺，可以用字母标记0.25mm厚的拉环，该字母的最小高度约为1mm并且包括特征线宽约为0.1mm。意料之外的是，可以实现这种细节程度而不会损坏制成拉环的材料。特别地，该方法允许仅以较小的成型深度来产生“鲜明(crisp)”轮廓，从而避免了拉环材料在压凹期间受到过大的应力。

图2A示出了能够根据本发明提供的设计类型的示例。在这种情况下，拉环200(就其整体结构而言类似于拉环100)设置有冠的凹陷的图像202。图2B示出了在将罐端接合到罐本体之前被附接到罐端的拉环200。

使用拉环压力机制作拉环，该拉环压力机作用在拉环料上以形成拉环的各种特征。从拉环压力机输出的拉环料被直接送入转换压力机(conversion press)，在转换压力机中将拉环从拉环料中压出并铆接到罐端，然后将其接合到罐本体上。

图3示出了穿过形成拉环料的长金属薄板的小区域302的横截面，该小区域302位于冲头304和冲模306之间，所述冲头304和冲模306被结合到拉环压力机中以在拉环制造期间标记拉环料。特别地，该图以横截面示出了冲头和冲模的某些凸起和凹陷特征。拉环料通常是5000系列铝，规格(厚度)为0.24至0.27mm。

冲头304的面对金属薄板302的表面通常是平坦的，但是具有从其凸出的平顶脊308，该平顶脊308限定了将被压入金属薄板302中的印记或标记(诸如字母或符号)的形状。该印记具有等腰梯形的横截面，梯形的底边限定平坦脊308，在如图4所示的近视图中更容易看出。梯形的腰在平坦脊308的两侧上限定了侧壁，该侧壁从平坦脊308向外倾斜。该倾斜有助于避免在压制期间损坏金属薄板302，并且还有助于冲头的撤出。

冲模306具有大体上平坦的表面，该平坦的表面具有与平坦脊308对准的通道或凹部312并且具有与它们互补的形状和轮廓，使得冲头304和冲模306以公-母的关系彼此协作。在该示例中，凹部的横截面也是梯形的，使得它们的顶部比底部宽。冲头304和冲模306由硬化的且涂覆的工具钢或碳化物制成，但是也可以使用其他适当的耐磨材料。应当理解，凸起和凹陷特征的所有侧表面可以相对于冲模和冲头的平面具有相似的倾斜度。

在操作中，将冲头304和冲模306一起推到完全闭合的位置(其中“完全”闭合表示压力机的最大闭合程度)以使金属薄板302变形，使得由脊308限定的标记或印记凹陷到金属薄板的上表面。在金属薄板的被容纳在凹部312中的下表面上产生凸起或突起402。凹部312的开口(即，顶部)上的宽度大于相应的平坦脊308的宽度，以便为突起402提供间隙。

图5以实线示出了冲模中的示例性“+”形凹部的外周长500，即，进入凹陷特征的开口的周长，并以虚线示出了冲头的凸起特征的平坦外区域的周长502的轮廓线。两个周长500、502之间的空间限定了“偏移”距离或间隔504，该“偏移”距离或间隔504围绕整个周长大致恒定。

返回图4，偏移距离404在这里被表示为冲头304的平坦边缘308和凹部312的外边缘之间的水平距离(在冲模的平面中测量)。将理解的是，偏移距离404影响了在压力机操作期间产生的剪切力的作用下拉环料如何变形。通常，在具有相对较小尺寸的特征的常规浮雕和压凹技术中，冲模凹部被加工成具有大于金属薄板的厚度的偏移距离，以便提供足够的间隙以允许金属薄板弯曲成期望的形状而不会在材料中产生过大的应力。然而，在图3和图4的冲模306中，偏移距离404被选择为0.10mm，而金属薄板302的厚度为0.25mm，即，偏移距离404小于金属薄板302的厚度。令人惊奇地发现，由于金属薄板302通过小于其厚度的凸起表面308与冲模306之间的间隙而被压缩到凹部312中，因此使用该较小的偏移距离产生具有更好清晰度的凹陷特征。在此示例中，此“最小工具间隙”为0.2mm。

此过程类似于切割的初始阶段，在该阶段中，将刻痕工具压入材料的一侧，而另一侧由平砧(flat anvil)支撑。然而，在这里描述的压凹工艺中，冲模没有完全支撑材料的下侧，从而使其变形进入凹部中，并且由于特征深度(即，冲头304进入金属薄板的穿透深度)仅为0.1mm，因此材料没有被完全剪切。当在冲头与冲模之间的水平间隙中的材料中引起塑性流动时，此处采用的压凹工艺可能被认为涉及部分“压印(coining)”。应该注意的是，使用完全压印工艺在拉环上标记印记的工艺将是不合适的，因为它很可能会损坏金属表面上的涂层。

还已经发现，压凹工艺从面板吸纳松弛的材料，并因此改善了拉环的平坦度。这一点很重要，因为将拉环固定在罐端，该罐端在被送入封口机(用于将端部密封到罐本体上)之前被堆叠，而“波浪形”拉环可能会导致处理问题，从而破坏生产线，例如将端部送入封口机。具有凹陷的特征的拉环也可能是优选的(例如，优于浮雕特征)，因为在上部拉环表面上将特征形成为刻痕减少了将罐端堆叠在用于分配的套筒中时“磨损(scuffing)”的风险。另外，由于压凹工艺不需要改变拉环材料的颜色，因此非常适合彩色和普通拉环材料，并且在粗暴处理方面更坚固。任何磨损都会从浮雕特征的边缘去除涂层。

冲头304的凸起表面308可以延伸到冲头304的表面上方的不同高度，从而可以产生不同深度的特征。这样，即使在拉环上可用的小区域内，也可以创建更详细的“三维”图像，特别是因为压凹工艺可以精确再现甚至很小的特征。

通常地，拉环压力机包括压印图案(tooling)的“生产线”，通过该“生产线”逐步地将拉环料推进，以逐步建立拉环的特征。当压印图案被同时施加到拉环料的相邻区域时，不同的制造阶段彼此并行进行。压印图案通常也被复制，以使得同时生产多排平行的拉环，这进一步提高了生产率。例如，拉环压力机通常可具有3-4条通道，从而每分钟可生产约750个拉环。压印图案阶段之间的停留时间通常约为50毫秒。

图6显示了常规拉环压力机中的拉环料的“快照”。拉环的形成可以根据如下阶段从图的左到右：

a)凹部切口

b)铆钉切口

c)第一承载部切口

d)第二承载部切口

e)刺破边缘并拉制凹部

f)拉制马蹄

g)压铆区域

h)拉边

i)预卷曲凹部和边缘

j)卷曲凹部和边缘

由于在第一阶段(a)中从拉环料上拉制一个凹部，因此该过程不会产生带有平板的拉环。然而，当形成确实具有平板的拉环时，可以省略用于切出凹部的压印图案，这在拉环压制压印图案内提供了可用于容纳冲模和冲头的空间。这意味着用于制造具有指孔的拉环的拉环压力机可以很容易地适应于生产具有浮雕或凹陷特征的“平板”型拉环。

为了说明在拉环生产过程中标记印记的方法，图7和8示出了已提供给包括上述的冲头和冲模的拉环压力机的拉环料。

除了在拉环压力机中省略了用于阶段(a)的压印图案，图7与图6类似，因此制作了带有平板的拉环(对最终的预卷曲和卷曲阶段的压印图案进行了相应的更改)，然后在“马蹄拉制阶段”中加入“压凹”阶段的压印图案。在此示例中，在拉制马蹄铁的同时，拉环料的“平板”区域被压凹为带有无穷大符号形状的徽标和字母。最好在边缘卷曲之前进行压凹工艺，因为这会最大化可打印印记的区域，即凹陷冲模需要延伸超过印记外围约0.3mm，并位于平坦的拉环料下方，并且边缘卷曲后，拉环料上的空间被消耗了。

图8与图6相似，除了压凹阶段被合并到“铆钉切出”阶段，而不是马蹄拉制阶段。通常优选的是，同时形成铆钉切出或在压凹阶段之前形成，因为它可用于帮助使拉环料相对于随后的压印图案对准。最好在刺穿边缘之前执行压凹阶段，因为一旦刺入拉环料，就可以通过压凹工艺将材料向内拉出，形成翘曲的上表面，甚至破坏将部分形成的拉环保留在拉环料中的承载部。

可以使用诸如激光蚀刻的激光工艺来增强凹陷的特征。例如，设计的一般特征(例如，面部图像)可以在拉环的表面上凹陷，并且可以通过激光烧蚀蚀刻掉材料来添加精细的细节(例如，与嘴和眼睛有关的细节)。由于激光蚀刻仅用于提供细微的细节，因此不需要很长的处理时间，否则可能会限制拉环生产线的运行速度。在拉环料离开拉环压力机并且在其进入转换压力机之前，激光蚀刻优选地在拉环料的停留时间期间进行。

本领域技术人员将理解，可以在不脱离本发明的范围的情况下对上述实施例进行各种修改。例如，压凹技术也可以用于将印记转移到罐端或罐本体的其他部分。另外，冲模和压制可以被并入进拉环压力机的任何阶段中或之间，或者拉环料在进入拉环压力机之前用印记进行标记。

Claims (17)

1.一种在拉环料上标记印记的方法，该拉环料用于提供与罐端一起使用的拉环，所述方法包括：

向包括冲头和冲模的拉环压力机提供拉环料，所述冲头包括一组凸起的特征，并且所述冲模包括相应的一组凹陷的特征，使得这些特征协作以便在所述拉环附接到罐端时，在所述拉环料的面向外的拉环形成区域内的区域上压凹所述印记，每个所述凸起的特征和所述凹陷的特征包括相对于所述冲头和所述冲模的平面倾斜的表面，所述冲头的每个所述凸起的特征包括基本平行于所述冲头的平面的平坦外表面，每个平坦外表面与所述倾斜的表面之一具有角接合，所述冲模的所述凹陷的特征的倾斜的表面与所述冲模的外表面具有角接合，所述凸起的特征和所述凹陷的特征使得当所述拉环压力机完全关闭时，所述凸起的特征的各角接合和所述凹陷的特征的各角接合之间的间隔小于所述拉环形成区域内的所述区域中的拉环料的厚度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述间隔小于在所述拉环形成区域内的所述区域中的所述拉环料的厚度的80％。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述间隔大于在所述拉环形成区域内的所述区域中的所述拉环料的厚度的20％。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述拉环压力机被配置为当所述拉环压力机被完全关闭时，将所述冲头的凸起的表面压入所述拉环料的所述区域中小于所述拉环形成区域内的所述区域中的拉环料的厚度的70％。

5.根据权利要求1所述的方法，包括在拉制和卷曲所述拉环形成区域的边缘的步骤之前执行所述的方法。

6.根据权利要求5所述的方法，包括在刺穿所述拉环形成区域的外围以形成边缘的步骤之前执行所述的方法。

7.根据权利要求5所述的方法，包括在拉制沿在所述拉环形成区域中形成的马蹄切口周围延伸的边缘的步骤的同时执行所述的方法。

8.根据权利要求6所述的方法，包括在所述拉环形成区域中形成铆钉切口的步骤的同时执行所述的方法。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述印记包括一个或更多个离散特征，并且在所述拉环的平面中凹陷的特征尺寸小于0.25mm。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述一个或更多个离散特征是字母数字字符。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述冲头的两个或更多个凸起的特征的最大高度不同。

12.一种拉环压力机，所述拉环压力机被配置为接收厚度在0.24mm至0.26mm之间的拉环料，并且还被配置为产生标记有印记的拉环，所述拉环压力机包括：

冲头，所述冲头包括一组凸起的特征；以及冲模，所述冲模包括相应的一组凹陷的特征，每个所述凸起的特征和所述凹陷的特征包括相对于所述冲头和所述冲模的平面倾斜的表面，所述冲头的每个所述凸起的特征包括基本平行于所述冲头的平面的平坦外表面，每个平坦外表面与所述倾斜的表面之一具有角接合，所述冲模的所述凹陷的特征的倾斜的表面与所述冲模的外表面具有角接合，使得这些特征协作以便在所述拉环附接到罐端时，在面向外的拉环形成区域内的拉环料的区域上压凹所述印记，所述凸起的特征和所述凹陷的特征使得当所述拉环压力机完全关闭时，所述凸起的特征的各角接合和所述凹陷的特征的各角接合之间的间隔小于所述拉环压力机被配置为接收的所述拉环料的厚度。

13.根据权利要求12所述的拉环压力机，其中，所述间隔小于0.20mm。

14.根据权利要求12所述的拉环压力机，包括用于拉制和卷曲所述拉环料的拉环形成区域的边缘的压印图案，所述拉环压力机被配置为在拉制和卷曲所述边缘之前在所述拉环料上压凹所述印记。

15.根据权利要求14所述的拉环压力机，包括用于刺穿所述拉环料的拉环形成区域的外围以形成边缘的压印图案，所述拉环压力机被配置为在形成所述边缘之前在所述拉环料上压凹所述印记。

16.根据权利要求14所述的拉环压力机，包括用于拉制沿围绕在拉环料的拉环形成区域中形成的马蹄切口延伸的边缘的压印图案，所述拉环压力机被配置为在形成围绕所述马蹄切口延伸的所述边缘的同时，在所述拉环料上压凹所述印记。

17.根据权利要求15所述的拉环压力机，包括用于在所述拉环形成区域中形成铆钉切口的压印图案，所述拉环压力机被配置为在形成所述铆钉切口的同时，在所述拉环料上压凹所述印记。

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