CN1342109A - 薄板件的深拉延方法及深拉延工具 - Google Patents

Abstract

一种薄板件的深拉延方法,所述薄板件由至少一侧涂有塑料的金属薄板构成,所述工具包括一个所述具有塑料涂层的薄板件在深拉延过程中沿其移动的加工面,所述加工面相对部件移动方向有一个入口角,入口角在加工面长度范围内并且在经过加工面的薄板件移动方向上是变化的,所述入口角在加工面的起始区内小于在其后续区域内。

Description

薄板件的深拉延方法及深拉延工具

本发明涉及由至少一侧涂有一层塑性材料的金属薄板构成的薄板件的深拉延方法以及包括一个一侧涂有塑性材料涂层的产品在深拉延过程中沿其移动的加工面的深拉延工具，所述加工面相对产品移动方向有一个入口角。这种方法被广泛用于制造包括底和管体的罐，尽管本发明不局限于这种特定用途。

入口角是深拉延中的一个重要参数。人们发现，在入口角很小的情况下，延展力即相对于产品移动方向横向地作用在加工面上的力变得很大。例如，在深拉延制罐的情况下，这可能导致很高的负荷作用在所用深拉延环上，深拉延环可能因此受损并甚至破裂。

选择大一些的入口角会带来塑性材料层破裂并且金属薄板剥离的危险。这是因为，大入口角导致了更大的力沿移动方向作用在塑性材料层上，结果，塑性材料层的应力超过断裂极限。

过去，有人提出了使工艺更适用于加工涂覆塑性材料的金属薄板的方案。欧洲专利EP 0 298 560提出了在深拉延过程中采用附加润滑并且提议连续的深拉延环采用特定入口角。尽管如此，人们仍然需要利用更大入口角进行加工，以便能够获得更长的深拉延工具使用寿命。现在，本发明提供了一种能够减小塑性材料层在深拉延过程中破裂和剥离的危险并因而可以采用更大的入口角的解决方案。

本发明是在利用以下所观察到的事实的基础上而作出的，即当作用在所有侧面上的压力增大时，许多塑性材料在成型加工过程中显示出更高的断裂极限。附图画出了加工率(沿水平轴线绘制，dε/dt，s^-1)和屈服应力σv(兆帕，沿垂直轴线绘制)以及所有侧面上的主压力P₀(兆帕)。这张图是在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的基础上做出的，其线段表示模型研究结果，十字表示实验结果。可以清楚地从这张图中看到，当所有侧面的压力增大时，屈服应力明显变得更高。因此，本发明的目的是在利用大入口角深拉延涂层金属薄板的部位上所有侧面产生大压应力，而不必对整个深拉延装置施加很高压力。

因此，本发明在于以下事实，入口角在加工面长度范围内并且在产品经过加工面的移动方向上是变化的，所述入口角在加工面的起始区内小于在其后续区域内。这种措施的结果就是，在入口角小的起始区内，在材料中累积了高的侧面压应力，这种压力在后续加工过程中保持在入口角大的后续区内。在施加加工发生的区域内，在所有侧面上都主要存在高压力，尽管对加工面(如深拉延环的加工面)施加了比较小的延展力。

在塑料层中所有侧面上产生的高压力可能略微在深拉延工具已移向入口角大的区域端部后向着内腔松弛。这可能意味着，塑性材料的断裂应力在该位置再次降低了，结果造成破裂并被深拉延工具剥离。为此，使一端区域内的加工面又处于一个小于在中间区内的入口角，证明是有利的。

如果在具有最大入口角的区域的后面的加工面包括入口角为零的所谓接合区，则也获得了改进。所述接合区的长度可以为0.3毫米-1.5毫米。

在本发明的一个可能应用场合中，入口角在每个区域内具有固定值。但是，在某些情况下，入口角可以优选地在加工面的长度范围内平滑地过渡。这防止了在要深拉延材料中的应力突变，因此，在某些情况下，深拉延可以更顺利地进行。

在这个平滑过渡的优选方案中，前后区域之间的过渡部和/或这些区域本身的走向成圆弧状。如果圆弧半径为0.1毫米-10毫米，则获得了良好的结果。

尤其是，如果应用新方法对最终需成型为罐状的产品进行深拉延，则深拉延工具包括许多个上述类型的深拉延环是有利的。尤其是，整个壁厚减薄的60％-90％是由最大入口角的区域内即在所谓的主区内的对应加工面产生的，这已经被证明是有利的。如果整个壁厚减薄的10％-30％是由在起始区内的对应加工面产生的，则获得了更好的改善。此外，如果使用端部区域，那么使不到30％的壁厚减薄总量是由在端部区域内的对应加工面产生的，则这是有利的。

如上所述，当采用本发明的新方法时，尤其是可以在中间主区内采用更大的入口角，从而允许在加工面即深拉延环上的机械负荷降低。尽管入口角较大，但通常可以通过采用一个具有小入口角的起始区和端部区域来防止塑性涂层屈服和剥离。

当在类型和厚度不同的金属薄板上使用厚度不同的各种塑料时，如果想采用没有塑性层破裂和剥离危险的最佳深拉延条件时，则对中间区内的入口角以及起始区和端部区域长度及其入口角的限制条件通常是不一样的。我们发现，在采用各种材料涂层时，最佳条件可以采用其起始区和/或端部区域的长度是变化的加工面(如深拉延环的加工面)并通过实验来确定。

在塑料涂层金属薄板的深拉延过程中，以下函数关系适用于塑料的屈服应力σ_v(兆帕)： ${\mathrm{\σ}}_v=\frac{3}{\sqrt{3+\mathrm{\μ}}}\·[{\mathrm{\τ}}_0\ln (2\sqrt{3}\·A_0\·\mathrm{d\ϵ}/\mathrm{dt})+\mathrm{\μ}{P}_0]$

其中，P₀是在塑料所有侧面上的压力(兆帕)；

τ₀是屈服应力的基础水平(兆帕)；

dε/dt是加工塑料的拉伸速率(s^-1)；

μ是无单位参数，它代表塑料压敏性；

A₀是代表时间常数(秒)，它与塑料松弛行为有关；

根据本发明，我们发现，如果涂层所用塑料的参数μ、τ₀、A₀满足以下条件，则能成功地在增大的侧面压应力P₀的情况下对涂层薄板件进行深拉延，即μ≥0.03；τ₀≥0.60兆帕；A₀≥2.0×10¹⁹秒。

最好采用其参数是这样的塑料：μ≥0.047；τ₀≥0.90兆帕；A₀≥3.0×10¹⁹秒。

我们发现，被称为塑料玻璃转化温度的参数T_g在塑料涂层金属薄板的深拉延中是很重要的。T_g是塑料中的非晶区性能的转化点。一般，在低于T_g的情况下，聚合物主链的自由移动是可行的。高于T_g时，这种自由移动是可行的，导致了材料硬度急剧降低。由于许多塑料是部分晶体，这些晶体部分在熔点前部分地保持其强度，在很接近超过T_g的温度下，仍然可以使用许多塑性材料。

在深拉延的情况下，T_g大小是重要的，因为塑料必须仍在深拉延时具有较高的机械强度。T_g低的塑料涂层可能通过在深拉延工具中积累很高的压力来获得足够的强度。但是，在这个压力区外，塑料是如此软弱，以至它马上被压掉并脱落。

在深拉延过程中，在拉延材料中，温度明显升高。这个温度可能超过约200℃。

我们发现，如果塑料的T_g在各种条件下足够高，则可以成功地深拉延塑料涂层金属薄板。在大气压下的T_g(T_g，latm)和在塑料承受600兆帕侧面压应力的情况下的T_g(T_g，600Mpa)对此特别重要。根据本发明，T_g，latm、T_g，600MPa必须是这样的，T_g，latm≥30℃；T_g，600MPa≥200℃。T_g，latm最好必须是≥70℃。

除了上述方法外，本发明还涉及一种深拉延工具且尤其是深拉延环，它包括一个薄板件可以在深拉延过程中沿其移动的加工面，所述加工面相对薄板件移动方向成一个入口角，其中入口角在产品运动方向上加工面的整个长度范围内变化，所述入口角在加工面的起始区内小于在其后续区域内。

在新方法的在先说明(在此参照上述描述)中，已经解释了本发明深拉延工具的多个优选实施例。

本发明的深拉延环的一个特别优选的实施例是，所述深拉延环的外周面因带材或线材已经在应力下卷绕其上而承受径向预应力。

深拉延环和象入口角、主区和接合区这样的有关术语一样是众所周知的。

因此，没有必要在参见附图的说明中更具体地描述上述深拉延环。

Claims (26)

1.一种薄板件的深拉延方法，所述薄板件由至少一侧涂有塑料的金属薄板构成，所述深拉延工具包括一个所述具有塑料涂层的薄板件在深拉延过程中沿其移动的加工面，所述加工面相对产品移动方向有一个入口角，其特征在于，入口角在加工面长度范围内并且在经过加工面的薄板件移动方向上是变化的，所述入口角在加工面的起始区内小于在其后续区域内。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在一端部区域内的加工面又处于一个比在中间区内更小的入口角角度。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在具有最大入口角的区域的后面的加工面包括入口角为零的所谓接合区。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，入口角在每个区域内具有一个固定值。

5.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，入口角在加工面的长度范围内平滑地过渡。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，前后区域之间的过渡部和/或这些区域本身的走向成圆弧状。

7.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，深拉延工具包括许多加工面。

8.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，深拉延工具包括许多深拉压延环。

9.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，整个壁厚减薄的60％-90％是由在以最大入口角延伸的区域内即在所谓的主区内的对应加工面产生的。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，整个壁厚减薄的10％-30％是由在起始区内的对应加工面产生的。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，不到30％的壁厚减薄总量是由在端部区域内的对应加工面产生的。

12.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，起始区和/或端部区域的长度在其它条件相同的情况下是如此设定的，即塑性涂层没有因深拉延而从金属薄板剥离。

13.一种薄板件的深拉延方法，所述薄板件由至少一侧涂有塑料的金属薄板构成，所述深拉工具包括一个所述具有塑料涂层的薄板件在深拉延过程中沿其移动的加工面，所述加工面相对部件移动方向有一个入口角方法，其特征在于，在一个以最大入口角延伸的加工面区域内，塑料层在所有侧面上被保持在增大压力P₀(兆帕)下，用于涂层的塑料的特点是它具有如说明书所定义的参数μ(无单位)、τ₀(兆帕)、A₀(秒)，

μ≥0.03；τ₀≥0.60；A₀≥2.0×10¹⁹。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，参数μ、τ₀、A₀是这样的，μ≥0.047；τ₀≥0.90；A₀≥3.0×10¹⁹。

15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所用塑料的特征它具有如说明书所定义的参数T_g，latm(℃)、T_g，600MPa(℃)，T_g，latm≥30℃；T_g，600MPa≥200℃。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，参数T_g，latm是这样的，T_g，latm≥70℃。

17.一种深拉延工具且尤其是深拉延环，它包括一个薄板件可以在深拉延过程中沿其移动的加工面，所述加工面相对该产品移动方向成一个入口角，其特征在于，入口角在加工面的整个长度范围内并且在薄板件的移动方向上变化，所述入口角在加工面的起始区内小于在其后续区域内。

18.如权利要求17所述的深拉延工具，其特征在于，在一端部区域内的加工面又处于一个比在中间区内更小的入口角角度。

19.如权利要求17或18所述的深拉延工具，其特征在于，在中间区与端部区域之间，有一个长度为0.3毫米-1.5毫米的接合区。

20.如权利要求17-19之一所述的深拉延工具，其特征在于，入口角在每个区域内具有一个固定值。

21.如权利要求17-19之一所述的深拉延工具，其特征在于，入口角在加工面的长度范围内平滑地过渡。

22.如权利要求21所述的深拉延工具，其特征在于，前后区域之间的过渡部和/或这些区域本身的走向成半径为0.1毫米-10毫米的圆弧状。

23.如权利要求17-22之一所述的深拉延工具，其特征在于，在其纵向的横向上，主区构成了加工面横向尺寸的60％-90％。

24.如权利要求23所述的深拉延工具，其特征在于，起始区构成了加工面横向尺寸的10％-30％。

25.如权利要求23或24所述的深拉延工具，其特征在于，端部区域形成了不到30％的加工面横向尺寸。

26.如权利要求17-25之一所述的形状为深拉延环的深拉延工具，其特征在于，深拉延环的外周面因带材或线材已经在应力下卷绕于其上而承受径向预应力。

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