DE3229246C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachziehen eines einen Randflansch aufweisenden Vornapfes aus relativ dünnem Blech mit relativ niedrigen Dehnungswerten zu einem längli­ chen Behälter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Des weiteren wird eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens angege­ ben.

Aus der US-PS 42 62 510 ist es bekannt, zylindrische Behälter aus Metallblech zu ziehen, welche gewöhnlich längere Längsab­ messungen als Querabmessungen aufweisen. Derartige Vorrich­ tungen arbeiten mit einer Produktionsrate von 100 bis 125 Stück pro Minute und weisen mehrere Bearbeitungsstationen auf. So gibt es eine Station, in der die Platine ausgeschnit­ ten wird, eine nächste zum Vorziehen und eine weitere zum Nachziehen und/oder Bodenprofilieren und schließlich eine vierte zum Trimmen des Randflansches auf einen vorbestimmten Durchmesser. Werden solche Behälter produziert, wie sie in der US-Patentanmeldung Ser.Nr. 234 452 vom 13.2.1981 beschrieben sind, so arbeitet dieser Vorrichtungstyp nicht zufriedenstellend, wenn die Dosen aus einem einfach reduzierten Material oder einem billigen Material, das zweifach kalt reduziert ist, hergestellt werden, d.h. einem Material, das relativ niedrige biaxiale Dehnungswerte von annähernd 14% oder weniger aufweist. Da ein solches Material relativ billig ist, wird angestrebt, Behälter, z.B. Dosen, aus einem solchen Material herzustellen. Dieses Material tendiert jedoch dazu, daß während des Bodenprofiliervorgangs der Boden reißt. Es wurde herausgefunden, daß dieses Reißen mit dem unkontrollierten Falten des Randflansches zusammenhängt, der an dem Behälter von dem vorhergehenden Verfahrensschritt verblieben ist. Weiter ist es bekannt, daß das unkontrollierte Falten des Randflansches das Fließen des Ziehmaterials in die Ziehmatrize durch erneutes Festlegen an der Niederhalterhülse verhindert. Dann kann es jedoch zu einer übermäßigen Zugspannung in der Seitenwandung oder dem Boden während des Bodenprofilierens kommen, wodurch die Risse im Boden entstehen. Ist das Material dicker und weist relativ hohe Dehnungswerte unter den gleichen Belastungen auf, so werden die Spannungen an dem Dosenboden während des Bodenprofiliervorgangs, zum Teil durch die Dehnung des Materials kompensiert.

Um dieses Problem zu lösen, wurde in der US-PS 44 25 778 vor­ geschlagen, einen Nestring um die Niederhalterhülse herum an­ zuordnen. Der Spalt zwischen diesem Nestring und der Nie­ derhalterhülse ist wesentlich breiter als das Material dick ist, wobei der Spalt konform der unteren Umfangskante der Niederhalterhülse ist. Ein solcher Nestring dient in erster Linie zur Kontrolle des Metallflusses an der Niederhalter­ hülse vorbei und ist nicht geeignet, ein Falten des Rand­ flansches so zu entfernen, daß das Material faltenfrei am Außenradius der Niederhalterhülse ankommt. Die Falten werden erst an dieser Stelle geglättet, so daß sich zusätzlich zur Belastung infolge des Nachziehens noch eine Formoperations­ belastung infolge des Glattstreichens der Falten hinzuad­ diert, und somit eine Spitzenbelastung entsteht, welche negative Auswirkungen in Form von Rissen zur Folge haben kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Gattung anzugeben, bei dem die Falten des Randflansches beim Nachziehvorgang so geglättet werden, daß die Gefahr von Rissen nicht auftreten kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Des weiteren wird eine Vorrichtung angegeben, mit der das er­ findungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angege­ benen Merkmale ist es möglich, den Randflansch eines vorgezo­ genen Behälters so zu behandeln, daß während der Ausbildung des Bodendoms keinerlei übermäßig Spannungen auftreten, die evtl. zu Rissen führen könnten, obwohl Blech mit niedrigem Dehnungskoeffizienten oder insgesamt geringerer Materialqua­ lität verwendet wird. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann das dünne Material entlang dem Behälterboden und der Seitenwand so fließen, daß keinerlei übermäßige Spannungen entstehen.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestal­ tungen der Erfindung angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Behälterziehvorrichtung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2, 3 u. 4 jeweils Schnittansichten einer Folge von Ope­ rationsschritten der erfindungsgemäßen Zieh­ vorrichtung,

Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht eines Schnitts, in der ein Detail des ringförmigen Flanschab­ streifteils der Erfindung dargestellt ist,

Fig. 6 eine teilweise perspektivische Darstellung des ringförmigen Abstreifteils, und

Fig. 7 einen Graphen, in dem die Belastungscharakte­ ristika nach dem Stand der Technik mit demje­ nigen der Erfindung verglichen werden.

In Fig. 1 ist eine Behälternachziehvorrichtung 10 nach dem Stand der Technik dargestellt. Der Behälter ist aus Ziehmate­ rial 11 hergestellt, welches bei einer bevorzugten Ausführung doppelt kalt reduziert ist und eine biaxiale Dehncharakteri­ stika von ca. 14% oder weniger aufweist.

Der Nachziehvorgang wird auf einer Presse durchgeführt, durch die ein Ziehstempel 14 relativ zu einem Ziehring, als Matrize 12 bezeichnet und einem Niederhalter 16 bewegt wird. Der Nie­ derhalter ist für die Zentrierung und zum Aufbringen von Druck auf das Ziehteil 11 während des Nachziehens vorgesehen. Es wird darauf hingewiesen, daß der Randflansch 17 an dem Behälter von dem vorhergehenden Ziehen oder Nachziehen faltig ist. Es wurde herausgefunden, daß diese Falten des Randflan­ sches das Fließen des Materials in den Spalt zwischen dem Niederhalter 15 und der Matrize 12 hinein während des Nach­ ziehvorgangs hindern. Als eine Folge davon kann ein Riß 19 in dem Boden des Behälters auftreten, wenn ein Formteil 18 gegen den Boden des Behälters geführt wird, um diesem eine Profil­ form zu geben.

Es wird nun Bezug genommen auf die Fig. 2, 3 und 4, in denen schrittweise die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Nachziehvorrichtung 20 dargestellt ist, wobei gleiche Ele­ mente von gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Es ist zu erkennen, daß ein Faltenstreichring 30 an dem oberen Ende der Ziehmatrize 12 befestigt ist und sich mit dieser bewegt. Der Faltenstreichring der Matrize ist an geeigneter Weise befe­ stigt, beispielsweise durch eine Vielzahl von Haltebolzen 31 (Fig. 6).

Der Faltenstreichring 30 bewegt sich während des Ziehvorgangs gemeinsam mit der Matrize 12 relativ zum Stempel 14, so daß der Randflansch des Behälters beim Durchgang durch den Spalt zwischen dem Faltenstreichring und dem Niederhalter nach oben gestrichen und gesteuert wird, um ein Falten dieses Randes 17 zu verhindern und ein freies Hineinbewegen in den Spalt zwi­ schen dem Niederhalter 16 und der Matrize 12 zu ermöglichen. Somit kann das Material des Ziehteils 11 ungehindert in den Ziehspalt hineinfließen, schwächt den Boden des Behälters nicht und vermeidet so unnötige Beanspruchungen der gestreckten Seitenwand oder während des Ausbildens des Bodenprofils. Daraus resultiert, daß die Seitenwände nicht zum Zerreißen neigen und der Boden des Behälters ebenfalls nicht bricht.

Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, in welcher ein ver­ größerter Schnitt einer alternativen Ausführung der Ziehvor­ richtung dargestellt ist, um das Verfahren besser darzustel­ len. Die gleichen Teile haben wieder die identischen Bezugs­ ziffern und das Behältermaterial hat die identischen Dimen­ sionen wie in den Fig. 2-4.

Die bevorzugte Blechdicke beträgt ca. 0,1778 mm Metalldicke mit einer organischen Beschichtung auf beiden Seiten von ca. 0,0127 mm Dicke und somit eine Gesamtdicke von ca. 0,1905 mm vor dem Nachziehen. In dem Randbereich ist jedoch die Gesamt­ dicke ca. 0,254 und zwar aufgrund der durch das vorange­ gangene Ziehen aufgetretenen Verdickung. Das Material wird zunächst, wenn die Matrize 12 das Material trägt, über den festen Stempel 14 gezogen. Das Material 11 weist die Form ei­ nes Teils eines Napfes auf, welcher zunächst über einen Matrizenradius 12 b gezogen wird. Der Randflansch 17 bewegt sich in Richtung auf den ringförmigen Faltenstreichring 30 durch die Einwirkung des Stempels 14 und der Matrize 12, wobei anschließend der Randflansch in Kontakt mit dem Falten­ streichring 30 gerät.

Der Radius 33 bewirkt, daß der Randflansch 17 glatt parallel gestrichen wird, so daß er koaxial mit dem Niederhalter 16 verläuft. Der Radius 33 beträgt in dieser Ausführungsform ca. 2,3622 mm. An dem Punkt, an dem der Radius 33 tangential in die Vertikale übergehen würde, ist das Abstreifteil in einem Winkel α von ca. 3° abgeschrägt, wie es in Fig. 5 dar­ gestellt ist; diese Abschrägung erstreckt sich bis zu einer Ausnehmung für einen Entlastungsspalt 34, welcher ca. 0,127 mm tief ist. Diese Ausnehmung 34 erstreckt sich die Seitenwandung des Falten­ streichrings hinunter zu einer Abschrägung 35, die am Fuß des Faltenstreichrings 30 nahe der Matrizenfläche 12 a vorgesehen ist, um eine weitere Abstützung des Materials 11 bereitzustellen, wenn dieses um den Außenradius des Niederhalters 16 herum fließt. Diese Abstützung hilft der Steuerung der Bewegung des Behältermaterials zwischen der den Niederhalter bildenden Hülse 16 und der Matrizenfläche 12 a. Der Außenradius 36 der Niederhalterhülse 16 beträgt ca. 2,032 mm, während die Ab­ schrägung 35 gewöhnlich einen Winkel von 45° aufweist und so angeordnet ist, daß der Spalt zwischen dem Radius 36 und der Abschrägung 35 am Punkt des Materialmaximums, das sich zwi­ schen den vertikalen und horizontalen Tangentenpunkten des Radius 36 biegt, ca. 0,3048 mm beträgt.

Während des Betriebs wird das Material 11 durch einen ähnlich zwischen dem Radius 33 des Abstreifers 30 und der Seite der Niederhalter­ hülse 16 verlaufenden Spalt von ca. 0,3048 mm geführt, wenn es um den Radius 33 gebogen wird.

Der Entlastungsspalt 34 führt eine Verringerung der Zugsspannung her­ bei, wenn das Material 11 zwischen dem Faltenstreichring 30 und der Niederhalterhülse 16 hindurchpassiert, wodurch die Reibungs­ belastung auf das Material reduziert wird. Die weitere durch die Abschrägung 35 be­ wirkte Steuerung am Fuß des Faltenstreichrings 30 verbessert die Materialführung und verhindert das Falten an dem Radius 36, da sich das Material, das sich an diesem Punkt biegt, unter dem Druck des reduzierten Spalts zwischen der Abschrägung 35 und der Hülse 16 befindet. Obwohl es wünschenswert wäre, der Krümmung des Radius 36 an der Stelle der Abschrägung 35 zu folgen, ist dies aufgrund der Schwäche einer zugeschärften Kante nicht praktikabel, welche sich dort ergeben würde, wo der Falten­ streichring auf die Klemmfläche 12 der Matrize auftritt. Da­ her wurde die Abschrägung 35 gewählt, wobei ein teilweiser Radius ohne eine geschärfte Kante arbeitet.

In Fig. 7 ist eine graphische Darstellung der Belastung auf den Stempel 14 über die Zeit des Nachziehens und des Boden­ profilierens des Behälters aufgetragen. Die ausgezogene Li­ nie, durch X gekennzeichnet, stellt die Belastung des Stem­ pels einer Vorrichtung ohne das ringförmige Abstreifteil dar. Die durch Y gekennzeichnete unterbrochene Linie stellt die Belastung des Stempels über die Zeit dar, wobei der erfin­ dungsgemäße Abstreifring Verwendung findet. Es ist festzu­ stellen, daß im Falle der Verwendung des erfindungsgemäßen Abstreifrings die maximale Belastung des Stempels im Vergleich zur Stempelbelastung ohne diesen Abstreifring reduziert ist. Die maximale Belastung tritt im letzten Abschnitt des Boden­ profilierens auf. Es hat sich herausgestellt, daß dies auf­ grund der Führung des Randflansches 17 während des Ab­ streifens mittels des Abstreifers 30 bewirkt wird. Da dies vor dem Bodenprofilieren geschieht, reduziert der erleich­ terte Materialfluß von den Seitenwandungen in den Boden die Spannungen während des Bodenprofilierens. Als ein Ergebnis resultiert daraus eine Reduzierung der Spitzenbelastung des Materials während des Bodenprofilierens.

Durch die oben beschriebene Erfindung ist es möglich, einen Behälter aus einem Material, das zweifach kalt reduziert ist, und der relativ niedrige Dehnungscharakteristika aufweist, in einen Behälter zu ziehen und zu glätten, der einen Kuppelbo­ den aufweist, ohne daß übermäßige Spannungen in den Seiten­ wandungen und dem Boden auftreten. Es wird darauf hingewie­ sen, daß das neue erfindungsgemäße Verfahren und die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung Verfahrensoperationen ermöglichen, welche mit einem Minimum an Kosten und ohne das Erfordernis komplizierter Ausrüstungen mit teuren Werkzeugen und Arbeits­ zeit durchführbar sind.

Claims (11)

1. Verfahren zum Nachziehen eines einen Randflansch aufwei­ senden Vornapfes aus relativ dünnem Blech mit relativ niedrigen Dehnungswerten zu einem länglichen Behälter und zum Ausbilden eines Bodendoms am Behälterboden durch relatives Bewegen eines Ziehstempels mit einer zugeord­ neten konzentrischen Niederhalterhülse gegenüber einem Ziehring, wobei zwischen dem Ziehstempel und dem Zieh­ ring ein Ziehspalt vorgesehen ist, durch den hindurch der Vornapf in seine Behälterform gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandung und der Rand­ flansch vor dem Eintritt in den Ziehspalt ohne Wandredu­ zierung durch einen hinterschnittenen Ringspalt gezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Ziehstempel wirkende Kraft während des Aus­ formens des Bodendoms reduziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ziehmaterial kalt reduziert ist und eine Dicke von ca. 0,254 mm und Dehnungseigenschaften von we­ niger als 14% aufweist.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Stempel, einer diesen umgebenden Niederhal­ terhülse und einem Ziehring, wobei der Stempel und der Ziehring relativ zueinander bewegbar sind, und wobei auf dem Ziehring ein die Niederhalterhülse im Abstand umge­ bender Faltenstreichring angeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an dem Faltenstreichring (30) eine der Niederhalterhülse (16) zugewandte Hinterschneidung (34) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine oberer, das Ziehmaterial berührender Bereich (33) des Faltenstreichrings (30) gerundet ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidung (34) mittels einer Abschrägung tan­ gential in den gerundeten oberen Bereich (33) über­ geht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer durchschnittlichen Blech­ dicke von 0,254 mm im Flanschbereich der Spalt (33) zwischen dem oberen Bereich des Faltenstreichrings (30) und der Niederhalterhülse (16) mindestens ca. 0,3048 mm beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidung den Spalt zu­ sätzlich um 0,127 mm erweitert.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidung (34) in ihrem unteren Bereich in einer Abschrägung (35) ausläuft, die das Ziehmaterial berührt und eine Abstützung für dieses bildet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer durchschnittlichen Blechdicke von 0,254 mm im Flanschbereich die Abschrägung (35) mit der Niederhal­ terhülse (60) einen Spalt von ca. 0,3048 mm bildet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenstreichring (30) aus gehärtetem Stahl besteht.