CN1166390A - 用于加工容器体端部锥口槽的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带减小半径的容器端部环槽。在实施例中，利用减小容器端部环槽半径的二次加工方法和装置来提高容器端部的强度。该方法包括对容器端部环槽进行二次加工，从而把容器端部环槽半径由第一半径值减小到第二半径值，主要通过相对环槽在环槽局部施加内向力，并把环槽局部相对于环槽向内压陷的方法。二次加工采用的装置包括内、外模具表面，至少其中之一接合环槽底部，还包括可相对于环槽和模具表面轴向移动的冲头。

Description

用于加工容器体端部锥口槽 的方法及设备

本发明一般涉及与金属容器体分离相连的容器体端部的加工方法和设备，尤其涉及加工带减小半径的(如：小于约0.010英寸)容器体端部的环形沟槽的方法及设备。

金属容器一般具有至少与容器分离相连的一个端部件，以便对容器进行封闭。在双部件结构中，对容器体进行拉拔及压边，使其底部和侧壁形成一体，因此只需单一的端部来封闭容器体。在三部件结构中，金属片材辊压成筒状并沿容器体整个长度延伸的卷边接缝连接，因而形成两个开口端，其中每一个开口端通过分离连接该端部而封闭。

金属容器设计必须满足一些所需的强度指标。例如，饮料容器一般是双部件结构，经常承受相当高的内部压力。而且容器必须能承受在装运过程中容器经常下落的操作。与容器体分离相连的端部是容器的一部分，其必须满足所需的这些强度指标。包括容器端部的容器即需要坚固又要考虑经济和环境因素，例如减少用于制造减少了材料的容器端部所用的金属量和运输成本以及制造容器所使用的原料量。即使是容器或容器端部的规格或厚度有一点变化，也会产生重大的经济效果并节省所用材料，这是因为每年要制造大量的容器和容器端部。这样就不断需要用越来越薄的原料构成仍能满足特殊强度要求的容器体和容器端部。

按照本发明的一个方面，公开了一种对与容器体的开口端可连接的容器端部进行改进的方法(如拉拔和压边)。“未改进”的容器端部包括具有第一嵌板直径的中心嵌板，在其周边设置的环槽，该槽基本上由在其较低部分的第一半径限定，以及设在环槽周围的法兰。环槽的较低部分包括位于环槽底部且未改进的第一半径的第一圆弧部分，在法兰和第一圆弧部分之间延伸的夹持壁，以及从第一圆弧部分并相对于第一圆弧向上延伸形成的内嵌板壁。法兰用于与容器体端部相连(如通过卷边接合操作)。

上述对容器端部改进的方法包括二次加工环槽的步骤，使该环槽的第一半径值减少至第二半径值。这可以通过至少在环槽的局部并相对于环槽施加内向力来实现，相对环槽至少使环槽局部向内产生凹陷。例如，可以对环槽的第一圆弧部分作用一内向力(即一般指向环槽内部)，以便把环槽的底部向其内部推动(如一般朝向环槽底部的圆弧中心)。在一个实施例中，这种内向力一般作用于垂直第一圆弧部分的指定部分，这样当接合的部分成角度分布时，内向力也可包括通常指向上的分力。另外，内向力值足够大，以使环槽的第一圆弧部分向环槽内部向内推动而凹陷。此时，通过环槽的第一圆弧部分的向内凹陷使环槽的第一半径减小至第二半径，基本上不用伸展或拉伸环槽，那样通常会减小环槽的厚度。

在一实施例中，作用在环槽底部的内向力是沿圆周施加的。例如，内向力可以作用在靠第一圆弧部分内部的环槽的外表面上(即，邻近中心嵌板的环槽的第一圆弧的局部)，因此，相对于容器体端部的中心嵌板，第一圆弧部分的内部相对环槽被径向向外推动，并基本上远离中心嵌板。同样，内向力可以作用在靠第一圆弧部分外部的环槽的外表面(即，邻近法兰的环槽的第一圆弧局部)，此时，相对于容器体端部的中心嵌板，第一圆弧部分的外部相对环槽被径向向内推动，并基本上指向中心嵌板。在另一实施例中，用于把环槽第一圆弧部分的第一半径减小至第二半径的作用在环槽局部上的内向力包括环向作用的平衡力(即直径方向相反分布的力)。例如，平衡力可以作用在环槽第一圆弧部分相对侧面上的环槽的外表面上。具体说，内向平衡力可以径向作用在环槽的外表面上靠环槽第一圆弧部分的内和外部分，从而把第一圆弧的内和外部分向内推向环槽的内部。径向作用的平衡力相对于容器体端部的中心嵌板，会导致靠环槽的第一圆弧的内和外部分分别作用的向外的径向力和向内的径向力。

在所述方法的另一实施例中，为了向环槽的第一圆弧部分的局部施加这种内向力，从而向其内部向内推动至少第一圆弧部分的一部分，该方法设想至少利用一个二次加工工具，该工具包括内、外模具表面和具有用来接合围绕第一圆弧部分的环槽内表面的凸起部分的冲头。在此，施加步骤包括：在冲头和内、外模具表面之间接合环槽部分，如环槽的夹持壁部分，内嵌板壁和第一圆弧部分，冲头接合环槽的内表面和内、外模具表面接合环槽下侧部分。在起始的“接合”形式中，冲头接合夹持壁和内嵌板壁，凸起部分接合第一圆弧部分。相对于冲头有形成“未得到支撑”的环槽第一圆弧部分凹陷的内、外段，它们相对于冲头发生位移。压陷步骤包括迫使这些未受支撑的凹陷段向内指向冲头，并基本上靠在冲头的相应部分，从而把环槽的第一圆弧的半径减小到第二半径。在一实施例中，具有集中限定凹陷表面的内、外模具表面的单一模具接合环槽的第一圆弧部分，尤其是第一圆弧部分未受支撑的凹陷的内、外段。在另一实施例中，分离的内、外模具相互连接，总体包括限定凹陷表面的内、外模具表面，模具接合环槽未受支撑的凹陷的内、外段。内、外模具表面最好分别接合第一圆弧的内、外段，在第一圆弧部分的外表面，一般在内、外模具表面和第一圆弧部分的内外段之间垂直于接合部位有一定角度。

在所述方法的另一实施例中，施加步骤可包括在容器端部施加轴向力。更具体说轴向力可以施加在环槽内部并相对于环槽施加，进而在环槽的第一圆弧部分上作用内向力，使环槽的第一圆弧部分向环槽内部压陷。例如，可以相对于环槽和内、外模具表面移动冲头来实现施加轴向力。作用于靠环槽内部的轴向力使环槽向内、外模具表面移动，造成环槽第一圆弧部分未受支撑的凹陷的(相对于冲头)内、外段朝向冲头向内压陷。

在所述方法的另一实施例中，为防止由于在第一圆弧部分和中心嵌板之间“抓取”或接合环槽部分而产生的容器体端部中心嵌板的挠曲的目的，施加步骤还包括通过接合环槽的上部(如点或带)外表面在环槽上相对于中心嵌板施加一径向外向力，以及在环槽中间部分的内表面上(如点或带)相对于中心嵌板施加一径向内向力，中间部分位于第一圆弧和上部之间。这种径向外向力和径向内向力可以环向作用在环槽上，或者在围绕环槽周边的特殊位置环向作用，在一实施例中，上部和中间部分位于环槽的内嵌板壁上。径向外向力可以利用贴近内模具表面基本上竖直的表面施加在内嵌板壁。径向内向力可以利用冲头，尤其是冲头的内圆弧部分施加在内嵌板壁上。

在所述方法的另一实施例中，为了提高容器端部的强度，二次加工步骤还包括增加容器端部环槽的深度。二次加工步骤也包括增加容器端部法兰的高度。

另一方面，本发明的设备尤其适于改进容器体端部，使环槽的第一圆弧部分从第一半径减小至第二半径。设备包括开有槽的内、外模具表面，为了推动靠住至少环槽的底部，还包括冲头，其可相对于内、外模具以及位于两者之间的环槽轴向移动，从而接合并推动环槽靠近内、模具表面，以便把第一半径减小至第二半径。在这方面，当冲头被推动靠近第一圆弧时，模具表面至少在环槽的第一圆弧部分相对于环槽施加内向力(即，指向冲头或环槽的内部)。内、外模具表面推动环槽的第一圆弧部分朝向冲头。在一实施例中，分离的内、外模具包括开有槽的内、外模具表面。在另一实施例中，单体的模具包括开有槽的内、外表面，其集中限定了用于接合环槽的第一圆弧部分的凹陷表面。

在所述设备的一实施例中，当环槽包括夹持壁、内嵌板壁和在其间延伸的第一圆弧部分和具有“未改进”的第一半径的第一圆弧部分时，冲头可以相对于环槽和内、外模具表面移动，其中冲头推动环槽的第一圆弧部分局部靠近内、外模具表面。在此为了推动第一圆弧部分的内、外侧向里指向冲头，不需拉伸环槽而获得改进的第二半径，本发明的设备在第一圆弧的外表面施加内向力(即指向冲头)，特别是靠住第一圆弧的内、外侧，在一实施例中，内、外模具表面各自以一定角度接合第一圆弧的内、外侧。第一圆弧的内、外侧被向内推动并压陷靠住冲头相应部分而获得第二半径。

在所述设备的另一实施例中，为了在二次加工操作中基本上防止容器端部的中心嵌板的挠曲，并为了保证环槽的端部(即底端)向下转变朝内、外模具表面的顶角端(即指内、外模具表面的“交界”)，内模具还包括从内模具表面向容器体端部的中心嵌板向上延伸的基本上竖直的工作表面。在二次加工操作中，当冲头移动接合环槽并推动环槽的第一圆弧靠近内、外模具时，竖直工作表面“抓住”(即摩擦接合)并推动靠在内嵌板壁的上部(点或带)，以便在其上相对于容器体端部的中心嵌板(即指向冲头)施加径向外向力。为了进一步有助于防止中心嵌板的挠曲以及将环槽的端部转变朝向内、外模具表面的交界端，冲头也包括内弯曲部分，便于在环槽上相对于中心嵌板施加径向内向力(即远离冲头)，尤其相对于内嵌板壁的中间部分(即点或带)，该部分一般位于接合了被开有槽的内表面的环槽部分和竖直工作表面之间。冲头和内模具协同操作在环向或沿环槽周围的特殊部分施加这种径向外向和径向内向力。

在所述设备的另一实施例中，冲头可包括用于接合环槽内表面的凸起部分，尤其至少接合环槽的第一圆弧部分。在二次加工操作中，冲头的凸起部分与环槽的第一圆弧部分接触，并与内、外模具表面协同操作来“校正”环槽下面的端部(即底端)朝向内、外模具表面“交界”的“顶角端”，进而获得第二半径。由内、外模具表面所限定的顶角端在内外模具表面之间没有间隙时位于它们的交界处。内、外模具表面尤其是其间的顶角端处的间隙可以向下调整圆弧端部，由于该间隙可以使端部移动。

在上述方面，容器端部经改进获得了减小半径的环槽。这种改进可以发生在产品制造过程中压制容器端部时的初始卷边或最终卷边阶段。这种改进也可以发生在制造过程中的整个单独的压制过程中，如转化压制。本发明的另一方面可以指导制造具有半径小于0.010英寸环槽的容器端部，其可直接从制造容器端部本身工位完成(如在冲切下料和成形工位)。金属片材首先送入冲切下料和成形工位，部分片材经冲切下料形成一张坯料，然后坯料形成具有中心嵌板的端部部件，环槽位于中心嵌板的圆周，并且其半径小于0.010英寸，其法兰置于环槽周围。在这种工艺中，首先形成法兰，然后在法兰上施加轴向力，使坯料局部靠着基本上凹陷的模具表面挠曲。通过至少接合中心嵌板的一部分产生相对的所述轴向力来强化这种挠曲。

图1是根据本发明原理二次加工容器端部的设备的横截面图；

图2A至2B示出了根据本发明原理分别在二次加工前后容器端部的环槽；

图3A至3C示出了分别在二次加工前、加工中和加工后的容器端部环槽的进一步的局部横截面图，其中通过相对于环槽和内、外模具轴向移动冲头来完成二次加工；

图4A至4B是以容器端部分别在二次加工前后的局部横截面图的形式示出了根据本发明原理的容器端部二次加工的设备的另一可选择的实施例。

图5A至5F示出了根据本发明原理的加工容器端部的装置，以容器端部局部横截面图的形式在加工过程的不同点从坯料到成形的过程。

图1示出了根据本发明原理的容器端部。该容器端部与容器体开口端部相连来封闭其内容物。这些容器端部在双体结构和三体结构形式中都可采用。

在本发明中，如图1和图2A至2B所示，容器端部10一般包括平面中心嵌板16，位于中心嵌板16圆周的环槽22，以及位于环槽22周围的法兰28。环槽22包括位于其底部的第一圆弧部分34(即锥口槽)。环槽22还包括夹持壁40和内嵌板壁46，第一圆弧部分34在夹持壁40和内嵌板壁46之间延伸并与它们连接一体。如图1至2所示，夹持壁40在法兰28和第一圆弧34之间延伸并与它们连接一体，而内嵌板壁46在中心嵌板16和第一圆弧34之间延伸并与它们连接一体。重要的是环槽22的第一圆弧部分34具有初始半径R₁。环槽22具有初始深度De和二次加工深度De′。法兰28具有初始高度H和二次加工高度H′。按照本发明原理的方法的一实施例，对容器端部10尤其是环槽22可以进行二次加工，以使第一圆弧34的半径R₁减小至R₁′，这样第一圆弧部分34基本上呈V形。将第一圆弧34的半径R₁的这种减小增加了环槽22的抗挠曲能力。在按本发明原理的方法的另一实施例中，中心嵌板16的直径Di在二次加工前后保持基本恒定。在这方面，二次加工的初始和结束阶段的中心嵌板16的直径Di基本是相同的。

图1和图3A至3C示出了采用本发明原理的方法的二次加工工具54。二次加工工具54的目的是减小第一圆弧部分34的半径R₁，从而可以提高环槽22强度和抗挠曲能力。通过至少在环槽22的局部施加内向力(即指向环槽22的内部)，使二次加工工具54造成的第一圆弧部分34的半径减小，因此环槽22部分靠着二次加工工具54的相应部分向环槽22内部推动(如指向第一圆弧34的圆弧中心)，下面将详细说明。

在图1和图2A至2B所示实施例中，二次加工工具54包括再成形冲头70和内、外模具90、100。冲头70包括用于连接环槽22、尤其是环槽22的第一圆弧34的内表面的凸起部分74，凸起部分74具有半径R₂并包括内、外工作表面77、79。凸起部分74的内、外工作表面77、79终结于具有半径R₃和R₄的内、外圆弧部分76、78，R₃和R₄各自终止于基本上是竖直的表面80和倾斜表面82。冲头70的凸起部分74的半径基本上对应于再成形/二次加工的环槽22的半径，特别是V形第一圆弧34的半径。这样，凸起部分74的半径R₂约在0.003至0.007英寸之间，最好小于0.010英寸。凸起部分74的内、外圆弧部分76、78的半径R₃、R₄大约在0.028至0.032英寸之间，最好是大约0.030英寸。内、外工作表面77、79基本上互相对称倾斜，从而获得减小的第一圆弧34的大致V形半径R₁。在该实施例中，内工作表面77相对竖直表面80成45°角倾斜，外工作表面79也与表面80成45°角倾斜。但是，可以认为表面77和79处于30°到60°的角度范围内。为了连接环槽22的夹持壁40，倾斜表面82对应并大致平行于外模具110的顶面，下面将说明。在所述实施例中，倾斜表面82基本上与外工作表面79成33°角。

如图1至3所述，二次加工工具54包括冲头70和开有槽的内、外模具表面98、114。在所述实施例中，内、外模具表面98、114是内、外模具90、110的一部分。内、外模具表面98、114与冲头70相配合，使位于其间的环槽22的半径R₁减小至R₁′。由图3A至3C所示，二次加工工具54的内模具90包括开有环形槽的内模具表面98，基本竖直的工作表面96和具有半径R₇的凸起工作表面92。内模具表面98与第一圆弧34的内段36的未受支撑部分(如凹陷形或在冲头和相应的环槽部分之间的间隙)相配合，并且具有基本上与所需的第一圆弧34的二次加工半径和冲头70的凸起部分74的半径相应的斜度。这样，内模具表面98的作用就是接合第一圆弧部分的内段的局部36，并使其向冲头70推动或压陷，使得未受支撑的内段36靠着相应的冲头70的凸起部分74的表面在支撑或再成形下被压制。内模具表面98最好与表面77以配合角度倾斜，如上述该角度与竖直参考轴线大约成30°至60°，最好在42°至48°之间，在所述实施例中示出的大约是45°。

大体上竖直的工作表面96在内模具表面98和凸起工作表面92之间延伸并与它们连成一体。竖直工作表面96的作用是用于摩擦接合或“抓取”环槽22，特别是内嵌板壁46的上部(如点或带)102，在二次加工操作中，利用冲头70基本上避免容器端部10的中心嵌板16的挠曲，并促使环槽22半径的减小，使环槽22的端部48向下转移向内、外模具表面98、114的交界。这样，内模具表面98、竖直工作表面96和冲头70一起相配合来减小第一圆弧34的半径，这是通过在环槽22的内段36施加内向力(即指向冲头70)使内段36压陷，在顶部102施加内向力(即指向冲头70)，冲头70的内圆弧部分76在环槽22之间的中部104(如点或带)施加外向力(即远离冲头70)来实现的。竖直工作表面96和/或内圆弧部分76的构成可以分别产生环向围绕环槽22或围绕环槽22圆周指定部分的径向向外和径向向内的力。

通过图3A至3C所示的外模具110，冲头70和内模具90配合来二次加工环槽22，该外模具110包括开有环槽的外模具表面114和倾斜表面116，其基本上可接合靠住环槽22，尤其接合外段38和夹持壁40。可以认为，在外模具110、夹持壁40和外段38之间的可滑动接合基本上避免在二次加工操作中的夹持壁40的变薄。外模具表面114与第一圆弧34的外段38的未受支撑部分(如凹陷或具有冲头与相应的环槽部分之间的间隙)接合，且具有基本上对应于所需第一圆弧34的二次加工的半径以及冲头70的凸起部分74的圆弧的斜度。这样外模具表面114的功能是接合大体上与其垂直的外段38的局部，并向冲头70的凸起部分74向里推动或压陷第一圆弧部分的38未支撑的外段38，使得外段38在靠着冲头70的凸起部分74的相应表面被支撑和再接合下受压制。外模具110的外模具表面114相对于内模具表面98对称倾斜而形成基本上是V形的环槽150，该外模具表面与内模具90的内模具表面98贴近(即两者之间有间隙或邻近)，以完成二次加工操作。外模具表面114与表面79以相配角度倾斜，如上述该角度与竖直参考轴呈30°至60°角，最好在42°至48°之间，在所述实施例中呈45°角。倾斜表面116与冲头70的倾斜表面82成一角度，使其易于在环槽22和夹持壁40之间可滑动配合。在图3A至3C所述的实施例中，倾斜表面116相对外模具表面114成大约33°角。

如图3A至3C所示，内、外模具90、114的内、外模具表面98、114基本上分别形成带有间隙的V形槽150，其与二次加工的第一圆弧34和冲头70的凸起部分74协调一致。在内向力(即指向环槽22的内部)相对环槽施加在环槽22的未受支撑部分(如内、外段部分)时，V形槽150的深度和内、外模具90、110的间隙足以使环槽22的第一圆弧34产生再变形。这样，当第一圆弧34的内、外段36、38相对于环槽22向内塌陷时，V形槽150调整环槽22的端部48造成向下转移。

参照图3A至3C，为了减小环槽22的半径特别是第一圆弧34(即锥口槽)的半径而增加容器端部10的强度，在冲头70和内、外模具90、110之间可以形成容器端部10。具体说容器端部10开始可位于冲头70和内、外模具90、110之间，如图3A所示，至少在内、外模具90、110的开有槽的内、外模具表面98、114形成的V形槽150内可以形成环槽22局部。这样，在二次加工具有第一半径的环槽22之前，环槽22可以首先位于冲头70和内、外模具90、110之间。在这种初始构形中，倾斜表面116接合夹持壁40部分，且外模具表面114接合第一圆弧34的外段局部38。另外，倾斜表面80和冲头70的内圆弧部分76分别接合夹持壁40和内嵌板壁46，而冲头70的凸起部分74的端部75接合第一圆弧34。此外，内模具表面98接合与其垂直的第一圆弧部分34的内段36，竖直工作表面96接合内嵌板壁46的上部。重要的是，第一圆弧34的内、外段36、38在二次加工以前是未受支撑的，因此使内、外段36、38相对于冲头70的内、外倾斜工作表面77、79发生位移。另外，在环槽22端部48与内、外模具90、110之间存在间隙或空隙，同时在内、外模具90、110的竖直表面99、117之间也有间隙。冲头70就在三个区域，即冲头凸起部分74的端部75，冲头内圆弧部分76和沿着倾斜工作表面80，从外圆弧78向上接合环槽22。

如上所述，通过至少在环槽22的局部，并相对环槽22向环槽22施加内向力(即指向冲头)，使至少环槽22局部向冲头70向内压陷，就可以减小第一圆弧34的半径，如图3A至3C所示。通过相对内、外模具90、110移动容器端部10就可实现上述效果。在一实施例中，冲头70相对于环槽22和内、外模具90、110轴向移动，于是在环槽22上施加轴向力，以使环槽22贴靠在内、外模具90、110。这样，如图3A至3C所示，内向力作用于环槽22的第一圆弧34的未受支撑的内、外段36、38，对于环槽22来说又施加了轴向力。在一实施例中，如图3A所示，经向相对的内向力(即指向环槽22的内部)相对于环槽22垂直作用于未受支撑的内、外段36、38。这样，当内、外模具90、110推“入”环槽22的第一圆弧34上时，该力是对称并径向相对分布的。如图3B至3C所示，由于作用于内、外段36、38的内向力的数值及内、外段36、38的未受支撑的特性，这种作用于内、外段36、38的内向力进一步使内、外段36、38相对于环槽22向内塌陷，使得内、外段36、38靠着冲头70压陷，尤其靠着冲头的内、外倾斜工作表面77、79压陷，在一致配合作用下，造成第一圆弧34的半径减小。

在按照本发明原理的方法的一实施例中，其中第一圆弧部分34的初始半径约0.020英寸，环槽22的壁厚大约0.0086英寸，周向作用的线性内向力值约在110磅至170磅之间，该力周向作用在并相对于内、外段36、38上，使未受支撑的内、外段36、38贴着冲头70的内、外倾斜工作表面77、79压陷。轴向力大约在1000磅至1500磅之间。该力作用在环槽22上，以便在内、外段36、38上获得内向力。

为了易于对环槽22进行二次加工，在内段36上施加内向力(即指向冲头70)以使其向内压陷，按照本发明原理的方法还包括在上部102施加内向力(即指向冲头基本上远离中心嵌板)，在内段36上的中部104上施加外向力(即远离冲头基本上指向中心嵌板)。在二次加工中可以通过竖直表面96把径向外向力施加在环槽22的上部102，以便于摩擦接合内嵌板壁46。在二次加工中，也可以通过冲头的内圆弧部分76在中部104把外向力(即远离冲头基本上指向中心嵌板16)施加在内嵌板壁46。可以认为对环槽22施加这种力基本上避免了容器端部10的中心嵌板16的挠曲，并有益于环槽22的再变形(即减小环槽22的半径)。也可以认为在环槽22上施加这种力基本上可保持容器端部10的中心嵌板16直径Di恒定，这表明了基本上不会使端部10减薄。还可以认为在内嵌板壁46上施加这种力并与外模具110、夹持壁40和冲头之间的可滑动界面配合，在内、外段36、38压陷时有助于向下“引导”第一圆弧部分34的端部48，从而获得基本上是V形的第一圆弧部分34。

最终的环槽22的二次加工半径，即第一圆弧34的二次加工半径R₁′小于0.010英寸左右，最好小于0.007英寸，最佳选择是0.004英寸。最终的二次加工环槽22也具有增加了的深度De′和法兰高度H′，这些都提高了环槽22的强度。这样，所述工艺可以增加环槽深度约5％至8％，可增加法兰高度约1.5％至3％。

在如图4A至4B所示的另一实施例中，冲头270包括具有半径R₅的凸起274和用于在靠近内嵌板壁246接合环槽222的带半径R₆的内圆弧部分276。冲头270也包括用于接合环槽222的倾斜工作表面277和在夹持壁附近接合环槽222的基本上线性倾斜的外表面280。这种冲头270可以对环槽222进行二次加工，从而获得基本上是V形的第一圆弧部分234，以便提高其强度。为了获得环槽222的基本上是V形的第一圆弧234的半径，倾斜工作表面277与冲头270的竖直表面282成30°至60°角度，在所述实施例中选取约45°角，且倾斜外表面280与冲头270的竖直表面282成11°至14°角，最好选取12.5°角。

图4A至4B所示的内、外模具290、310基本上类似于图3A至3C所示的内、外模具。但是为了与冲头270协同而获得减小了半径的基本上V形的二次加工环槽222，内模具290内模具表面298和外模具310的外模具表面330与冲头270的倾斜内工作表面277和倾斜外表面280基本一致。这样，内模具290的内模具表面298最好与内工作表面277成一定的配合角，其与内模具290的竖直表面299成30°至60°角，而在所述实施例中成45°角；外模具310的外模具表面330与外表面280成一定配合角，其与外模具310的竖直表面317成11°至14°角，最好成12.5°角。

参照图4A至4B，环槽222位于冲头270和内、外模具290、310之间。在该实施例中，冲头270和内模具290接合内段236和内嵌板壁246，基本上与上述图2A至2E类似。这样，环形内向力(即指向环槽222内部)可以在靠近第一圆弧部分234，并相对于环槽222对未受支撑的内段236作用，使内段236贴着冲头270的内倾斜工作表面277压陷，从而获得减小了半径的第一圆弧部分234。按照该实施例，环槽222的最终二次加工半径小于0.010英寸，最好小于0.007英寸，最好选取0.005英寸。另外，环槽222的最终二次加工深度De可从约0.090英寸增加到0.095英寸，最好环槽222的深度增加4％到6％，优选的是5％。此外，法兰228的高度H可从0.270英寸增加至0.275英寸，该高度H最好增加1.5％至2.0％，优选的是1.8％。

上述实施例适用于二次加工预成形容器端部的环槽。首先形成环槽(如在冲切下料和成形工位)，然后把容器端部置于附加工序，用来减小环槽的半径，并对环槽和/或附近的容器端部结构的轮廓进行可能的改进。上述的这种环槽的二次加工可以在生产过程的不同位置进行。例如，二次加工操作可以在形成容器端部的压制过程的法兰预卷边或最终卷边时进行。除了加工容器端部外，单独的压制过程中也可进行这种二次加工(如转化压制)。与二次成形或二次加工端部环槽相反，具有所要求的半径在小于0.010英寸范围内最好是0.003英寸至0.007英寸的环槽的容器端部也可直接由容器端部成形工序制成。具有上述范围内的该容器端部可以作为容器端部本身的环槽形成。例如，带有上述所需半径的容器端部可以在容器端部压制的下料和成形阶段进行。

图5A至5F说明了直接获得容器端部的方法和设备的实施例，该容器端部具有半径小于0.010英寸，最好在0.003英寸至0.007英寸之间的环槽。这些附图进一步说明带有这样半径的容器端部的形成过程，其主要在冲切下料和成形工位进行。在冲切下料和成形工位400，从金属板材430或其它合适的进给坯料冲切下基本上是圆形或盘形的坯件。然后将该坯件434通过下述的不同模具的相互作用拉伸成容器端部。带有上述所需半径的环槽直接从该拉伸工序获得。

参照图5A至5F，冲切下料和成形工位包括第一和第二冲切模具560和570和一支撑基座600，该基座位于冲切模具560、570的径向外侧。金属板材430位于支撑基座600上在第一冲模560下，并处于第二冲模570之上方。如图5A所示，随后冲模560沿图5A中箭头A的方向相对于静止的支撑基座600进行轴向运动从金属板材430上加工出坯件434。如图5A所示，此时坯件434位于第二内模具550之上方。

第二冲模570可以在箭头A的方向移动，但它在指向第一冲模560或与箭头A相反方向被加以偏压。这可以通过弹簧对第二冲模570弹簧加载实现，该弹簧(未示出)在第一冲模560所示运动方向上被压缩，使得在冲切操作中第二冲模570也沿箭头A的方向移动。也可以使用其它“运动偏压”机构，如气压系统。虽然此时坯件434的外圆周442置于第一和第二冲模560、570之间，坯件434可以相对于第一和第二冲模560、570“滑动”或移动，该滑动易于对容器端部410的法兰成形(如，坯件434在法兰412成形过程中可以在第一冲模560和第二冲模570之间滑动)。

在拉伸工序的第一步形成法兰412，其中冲切和成形工位400还采用了第一和第二外模具510、520和第一和第二内模具530、550。如图5A所示，第一冲模560继续在箭头A的方向移动。冲切和成形工位400还利用第一外模具510对坯件434的外部438在环面上施加环形轴向力。这样，如图5A所示，第一外模具510相对于坯件434沿箭头B方向轴向移动。第二外模具520也沿箭头B方向移动，但在指向第一外模具510或与箭头B相反方向承受偏压。这可以通过弹簧对第二外模具510弹簧加载来实现，该弹簧(未示出)可以被压缩，使得第二外模具520也能如图5A所示沿箭头B方向移动。也可采用其它“运动偏压”机构，如气压系统。

当第一和第二外模具510、520以及第一和第二冲切模具560、570相对支撑基座600运动一定量后，坯件434的中心部分就接合第二内模具550如图5B所示。一旦发生这种接合，第一和第二外模具510、520在箭头A的方向以及第一和第二冲切模具在箭头B的方向上产生的进一步运动，就会造成坯件434相对于冲切模具560、570的一定量的滑动运动(如在模具560和570之间的滑动)；坯件434和外模具510、520之间的一定量的滑动运动(如通过模具510和520之间的滑动)和/或坯件434的拉伸。在图5B所示位置之前发生的第一内模具530把坯件434压靠在第二内模具550上的作用易于获得所述的滑动运动。当坯件434通过图5B所示的滑动而脱离模具560、570时，第一冲模560和第二冲模570沿箭头B方向的进一步运动就停止了。

外模具510和520沿箭头A的方向继续运动一段时间，坯件434脱离冲模560、570以后，造成坯件434的相应部分被压制成的形状与图5C所示的第一外模具510的表面512和514的形状一致。这是通过坯件434部分在第二冲模570和第一外模具510之间的间隙以及第一外模具510和第二内模具550之间的间隙之间的滑动来实现的。一旦第一外模具510到达如图5C所示之后很短一段的底部终点中心位置时，法兰412就完全形成了。如图5C所示，当外模具510和520继续沿箭头B运动，在坯件434不再与冲切模具接合后一段时间，冲切模具560和570在第二冲切模具570的偏压作用下沿箭头C所示方向移动。

利用第一内模具530的第一模具表面540至少接合坯件434中部436的部分450；与第一模具表面540配合使用的第一外模具510的第二模具表面514；以及接合法兰412的第二外模具520，在形成法兰412后构成环槽420。第一模具表面540和第二模具表面514都相对竖直方向成一定角度。在一实施例中，第一模具表面540与竖直参考轴成大约30°至60°角，在所述实施例中选取了45°角，而第一外模具510的第二模具表面514相对竖直参考轴成10°至15°角。在所述实施例中，第一内模具530的竖直部分长度约0.060英寸，第一表面长度约0.045英寸。

为了在坯件434的中部436上形成环槽420，环向轴向力作用于刚刚形成的法兰412，使中部436有效地挠曲成环槽420。参照图5D，在连接的弹簧产生的偏压力传递到第二外模具520时，由于偏压而沿箭头D的方向向法兰412施加轴向力。该力成为驱动第一外模具510沿箭头D方向脱离或反向运动的轴向驱动力，或者是由模具510上去除该力，该力在上述沿箭头B初始驱动模具510。所述第一外模具530此时处于基本固定位置，以便强行保持被拉伸的坯件434的中心部分靠住第二内模具550。由于拉伸坯件434的阻挡作用以及由弹簧恢复或其它偏压机构产生的对第二外模具520的轴向力作用于法兰412的结果，中部436就如图5D所示开始向远离第二内模具550的表面方向挠曲。通过第二外模具520将轴向力继续施加到法兰412，以及第一外模具510的第二模具表面514和坯件434的相互作用，迫使中间部分挠曲与第一内模具530的第一模具表面540形状一致，并使环槽430的基座位于第一内模具530和第一外模具510间的间隙中，如图5E所示。为由坯件434的中间部分调节构成环槽420，第一外模具570和第一内模具530之间存在间隙460。另外通过第一外模具510的第二模具表面514，调节环槽420的形成，即在环槽420形成过程中，向中部436施加内向力。这样，受偏压力(如弹簧力)的第二外模具520相对于第一和第二内模具530、550向上推动法兰412，使坯件434的中部436进一步挠曲到间隙460中，从而形成凹槽420。

如图5E所示，当第二外模具520继续在法兰412上施加轴向力并向上推动法兰412时，中部436的局部450接合并被推动抵靠在第一内模具530的第一模具表面540上。这样，当法兰412相对第一模具表面540向上移动时，第一模具表面540对中部436局部450施加的外向力。因而，当第二外模具520继续对法兰施加轴向力，以便相对第一模具表面540和局部450向上移动法兰412时，由第一外模具510的第二模具表面514和第一内模具530的第一模具表面540的共同作用形成环槽的上部424，该部分邻近局部450并在其间挠曲，而局部450基本与第一模具表面540一致。这样，在冲压和成形工位形成的环槽420的上部424的半径小于0.010英寸，该半径最好在0.003和0.007英寸之间。位于上述第一模具表面上面的点的间隙460宽度大约在0.02至0.03英寸之间。一旦第一外模具510与容器端部410脱离，第一内模具530如图5F所示沿箭头E的方向移动，使得端部410可以从工位400上取下。

对根据本发明原理形成的端部部件进行检测，目的是为了确定其是否具有改善的强度性能(如抗挠曲能力)。因此对按照本发明形成的规格为0.0088英寸厚和0.0086英寸厚(成形组)的端部进行检测，并与同样规格的传统端部(控制组)进行比较。

按照本发明原理形成的端部改善了强度性能。0.0086英寸规格的成形组端部在平均102.2磅/英寸²发生挠曲，而同样规格的控制组端部在平均94.7磅/英寸2时发生挠曲。同样，规格为0.0088英寸厚的成形组端部比同类的控制组有较好的强度性能。此时形成组端部在平均106.4磅/英寸²挠曲，而控制组在平均99.2磅/英寸²挠曲。

根据本发明原理的容器端部很明显提高了强度。这就允许减少用于形成容器端部的所采用的金属板材的厚度，这不仅降低了材料成本，而且也保护了我们的自然资源。显然降低板材的规格通常会产生强度的降低，但利用本发明的原理，至少能保证一定强度，使容器端部仍能满足不同容器体的强度需要。

为了叙述和说明而对本发明进行了上述描述。但本发明不限于说明书所公开的内容。因此，在本发明的范围内利用本领域技术或知识可以对上述内容进行改变和修改。上述实施例是为了解释实现本发明的已知的最好方式，使本领域的其他技术人员能以这个或其他实施例采用本发明，并根据本发明的特殊应用或使用要求进行各种改型。附加的权利要求书还包括现有技术所允许的范围内的其他实施例。

Claims (24)

1、一种二次形成可与容器体开口端相连的端部件的方法，所述的端部件包括具有第一嵌板直径的中心嵌板，位于所述中心嵌板圆周且具有基本上由第一半径限定的底部的环槽，以及位于所述环槽周围的法兰，所述方法包括如下步骤：

对所述环槽进行二次加工，用以把所述第一半径值减小至第二半径值，还包括的步骤是相对于所述环槽至少对所述环槽的局部施加内向力，并使所述环槽的局部相对于环槽向内压陷。

2、如权利要求1所述方法，其中所述施力步骤包括至少对所述环槽的局部相对于所述环槽作用直径方向上相对的内向力。

3、如权利要求1所述方法，其中所述施力步骤包括在所述容器端部施加轴向力。

4、如权利要求1所述方法，其中所述环槽包括在其夹持壁和内嵌板壁之间延伸并连成一体的第一圆弧部分，所述第一圆弧部分位于所述环槽底部，其中在所述施力步骤中采用的至少一个二次加工工具包括冲头和内、外模具表面，其中所述施力步骤包括在所述冲头和所述内、外模具表面之间接合所述夹持壁、所述第一圆弧部分和所述内嵌板壁部分。

5、如权利要求4所述方法，其中所述施力步骤还包括相对所述环槽和所述内、外模具表面移动所述冲头，从而向所述冲头向内推动所述第一圆弧的未受支撑的凹陷部分。

6、如权利要求5所述方法，其中所述压陷步骤包括迫使未受支撑的凹陷部分向内靠，使其形状与所述冲头相应部分一致。

7、如权利要求5所述方法，其中所述施力步骤还包括通过接合所述环槽上部在所述环槽上施加指向所述冲头的内向力，通过接合所述环槽中部在所述环槽下部施加远离所述冲头的外向力，其中所述的上部和中部位于所述内嵌板壁上，其中所述二次加工工具还包括靠近所述内模具表面的竖直工作表面，其中对冲头施加内向力的所述步骤包括接合所述竖直工作表面靠在所述内嵌板壁的上部。

8、如权利要求5所述方法，其中所述施力步骤还包括通过接合所述环槽上部在该环槽上施加指向冲头的内向力，利用接合所述环槽中部在所述环槽下部施加远离所述冲头的外向力，其中所述上部和中部位于所述内嵌板壁上，其中所述冲头包括用于接合第一圆弧的凸起部分和位于所述凸起部分上方的内圆弧部分，其中所述施加远离冲头的外向力的步骤包括接合所述冲头的所述内圆弧靠住所述内嵌板壁的中部。

9、如权利要求1所述方法，其中所述环槽包括在夹持壁和内嵌板壁之间延伸并与它们连为一体的第一圆弧部分，所述第一圆弧位于所述环槽的底部，其中施力步骤采用的一个二次加工工具包括冲头和内、外模具表面，所述方法还包括在所述夹持壁和所述内嵌板壁之一上施加指向冲头的内向力的步骤，从而在环槽上形成和第一圆弧部分分离的第二圆弧部分。

10、如权利要求1所述方法，其中所述环槽基本上还由第一深度所限定，其中所述二次加工步骤还包括把所述第一深度值增加至第二深度值。

11、如权利要求1所述方法，其中所述法兰由第一高度限定，其中所述二次加工步骤还包括把所述第一高度值增加至第二高度值。

12、如权利要求1所述方法，还包括的步骤是在所述二次加工后基本上保持所述中心嵌板的所述第一嵌板直径不变。

13、一种用于二次加工容器端部的装置，该容器端部具有中心嵌板、位于所述中心嵌板圆周且带有基本上由第一半径所限定的底部的环槽和位于环槽圆周的法兰，所述装置包括：

用于接合至少所述环槽的底部的内、外模具表面；和

可以相对于所述内、外模具表面和位于其间的环槽反向和轴向移动的冲头，该冲头用于接合环槽底部靠住所述内、外模具表面，从而把所述第一半径减小为第二半径，其中在冲头相对于所述环槽和所述内、外模具表面移动时，在所述环槽底部相对于环槽施加指向所述冲头的内向力，以使所述环槽底部向所述冲头的相应部分压陷。

14、如权利要求13所述装置，其中所述环槽包括夹持壁、内嵌板壁和在其间延伸的第一圆弧部分，其中所述环槽还包括靠近第一圆弧部分凹陷的内段和外段，其中所述冲头的形状使内段和外段部分相对所述冲头是未受支撑的且是移位的。

15、如权利要求13所述装置，其中所述环槽包括夹持壁、内嵌板壁和在其间延伸的第一圆弧部分，其中所述环槽包括靠近所述第一圆弧的凹陷的内段和外段，其中所述内、外模具表面的形状使其分别接合贴靠所述内段和外段，以便对所述内段和外段施加直径方向相对的内向力，从而向内指向所述冲头推动所述内段和外段。

16、如权利要求13所述装置，其中所述内、外模具表面各自与竖直参考轴线方向呈30°至60°角。

17、如权利要求13所述装置，还包括竖直工作表面，其中所述竖直工作表面与环槽上部接合，以便在其上施加指向所述冲头的内向力。

18、如权利要求17所述装置，其中所述竖直工作表面靠近所述内模具表面并在内模具表面上方延伸。

19、如权利要求13所述装置，还包括靠近所述外模具表面并在外模具表面上方延伸的倾斜表面，其中所述倾斜表面与所述环槽是可滑动配合。

20、如权利要求13所述装置，其中所述冲头包括至少接合所述第一圆弧部分的凸起部分用以推动所述环槽至少要贴靠在内、外模具表面上。

21、如权利要求20所述装置，其中所述冲头还包括靠近所述凸起部分的内、外倾斜表面，以基本上配合的关系至少支撑所述环槽的局部，从而至少对所述环槽局部进行压陷。

22、如权利要求21所述装置，其中所述冲头的内、外倾斜表面基本上各自与所述内、外模具表面相符合成一定角度。

23、如权利要求21所述装置，其中所述冲头的内、外倾斜表面相对所述冲头的轴线各自成30°至60°的倾斜角度。

24、如权利要求20所述装置，其中所述冲头还包括位于所述凸起部分上方的用于接合所述环槽的内圆弧部分，以便在所述环槽上施加远离所述冲头的外向力。

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