ES2294532T3 - Fabricacion de latas. - Google Patents

Abstract

Un aparato para la producción de un recipiente de metal, comprendiendo el aparato: al menos una matriz (1, 2) que tiene un inserto (12) adaptado para reducir el espesor de la pared lateral del recipiente mediante embutición; caracterizado porque al menos una matriz (3, 4, 5, 6) refrigerante adyacente a la matriz o matrices de embutición y que tiene una cavidad (8) de refrigeración interna para hacer circular refrigerante en la matriz refrigerante y adyacente al inserto (12) de embutición de la matriz de embutición (1, 2).

Description

Fabricación de latas.

Esta invención se refiere a la fabricación de latas y, en particular, a la producción de latas de metal de pared delgada mediante el llamado proceso de "estirado y embutición de pared" (DWI).

En un proceso de DWI, una pieza bruta circular plana de metal se hace pasar a través de una o más matrices de estirado para formar una copa poco profunda. La copa es montada a continuación en el extremo libre de un punzón que se extiende desde un émbolo alternativo, y la pared de la copa es a continuación "embutida" haciéndola pasar a través de una o más matrices de embutición para alargar la pared lateral de la copa y formar una lata.

El proceso de embutición provoca el alargamiento de la pared lateral mediante una compresión radial muy elevada de la pared de la copa mientras la copa es empujada a través de matrices de embutición y es embutida mediante insertos de matriz (referenciados a veces como las "cabezas" ("nibs") de matriz).

El rozamiento resultante del proceso de embutición produce calor en el punzón y en las matrices de embutición. Además, la desalineación del punzón con el conjunto de matriz o "paquete de herramientas" puede provocar una distribución no uniforme de la temperatura alrededor del punzón y de los insertos de matriz. Una técnica que se ha usado para absorber la desviación del punzón desde su posición central es usar las llamadas matrices "flotantes" que son soportadas por anillos tóricos de caucho o resortes helicoidales en las matrices que pueden proporcionar elasticidad a las matrices y permitir que éstas se muevan radialmente con respecto al eje del punzón.

Una propuesta para reducir la temperatura del inserto de matriz se describe en el documento WO 03/039780 (Sequa Machinery, Inc.), en la cual un paquete de herramientas incluye matrices de embutición que disponen de conductos para canalizar fluido de refrigeración entre una superficie exterior del inserto de matriz y la carcasa de la matriz. Este paquete de herramientas difiere de muchos paquetes de herramientas convencionales en que el fluido refrigerante no se aplica al exterior del paquete de herramientas donde el fluido refrigerante puede correr el riesgo de contaminar la superficie del recipiente, haciendo necesaria una limpieza de las latas después de formarse. Este es un problema particular si el material de la lata tiene un recubrimiento que podría ser atacado o dañado por el refrigerante.

No obstante, aunque no se necesita ningún lavado extra con el sistema Sequa, presenta un cierto número de otros inconvenientes. Primeramente, aunque el paquete de herramientas de Sequa es un sistema flotante, las matrices están fijadas entre sí y no pueden extraerse radialmente para permitir el mantenimiento individual de los módulos de matriz. En segundo lugar, se utilizan varios anillos tóricos en cada matriz de este sistema que actúan como juntas de obturación y es preciso tener cuidado para remplazar éstos correctamente sin un asiento deficiente. Finalmente, los insertos de matriz ("cabezas" en la descripción de Sequa) están sujetos a grandes tensiones durante la operación de embutición, pero, debido a que el refrigerante está canalizado cerca de la superficie del inserto de matriz de carburo, esto hace a los insertos demasiado frágiles para una producción a alta velocidad de latas de DWI. El documento WO 03/039780 describe un aparato de acuerdo con la porción precaracterizadora de la reivindicación 1.

De acuerdo con la presenta invención, se proporciona un aparato para la producción de un recipiente de metal, comprendiendo el aparato: al menos una matriz que tiene un inserto adaptado para reducir el espesor de la pared lateral del recipiente mediante embutición; al menos una matriz refrigerante adyacente a la matriz o matrices de embutición y que tiene una cavidad de refrigeración interna para hacer circular refrigerante dentro de la matriz refrigerante y adyacente al inserto de embutición de la matriz de embutición.

Mediante el uso de una matriz refrigerante en lugar de introducir canales en la propia matriz de embutición, el refrigerante es dirigido a la proximidad del inserto de embutición, como en los sistemas conocidos, pero sin debilitar el inserto de matriz. El inserto de matriz de embutición puede también reducirse en anchura puesto que la acción de refrigeración se alcanza usando una matriz o matrices de refrigeración independientes. El inserto matriz es típicamente de carburo, puesto que la conductividad térmica del carburo es aproximadamente dos veces la del acero del cual está hecho el resto de la matriz de embutición. Este inserto de carburo puede ser extendido, esto es aumentado en diámetro, en el presente aparato con el fin de aumentar el área de contacto con la cavidad de refrigeración adyacente, y extraer por ello calor más rápidamente. Puede utilizarse cualquier número de matrices refrigerantes, dependiendo de la longitud de avance deseada y del intervalo de alturas de latas que se va a fabricar.

Habitualmente la cavidad de refrigeración tiene una entrada y una salida, incluyendo la salida un limitador. Usar un limitador a la salida crea una contra-presión con el fin de asegurar que la cavidad de refrigeración permanece llena de refrigerante, presentando por ello la máxima superficie de refrigeración posible al inserto de matriz adyacente y evitando puntos calientes que podrían permitir que el calor aumente.

La matriz refrigerante puede incluir una lumbrera de vaciado para la eliminación de restos. La matriz refrigerante a la salida del aparato (esto es, donde el punzón sale del paquete de herramientas) puede incluir una serie de chorros de aire dispuestos alrededor de su superficie interior para evitar que se deposite ningún resto en la superficie de la lata.

Preferiblemente la cavidad de refrigeración incluye una porción que está inclinada hacia el inserto de matriz adyacente con el fin de formar una cara de refrigeración. Generalmente se dispone una matriz refrigerante a cada lado de una matriz de embutición para que al inserto de matriz de la matriz de embutición se le extraiga calor de ambos lados mediante matrices refrigerantes adyacentes. Inclinando las cavidades de refrigeración hacia los insertos de matriz de embutición, la porción de trabajo de las cavidades refrigerantes (mesetas) están tan cerca como se puede del centro del inserto de matriz.

En una realización preferida, el aparato comprende también un sistema para cargar o empujar la cara de refrigeración contra la matriz de embutición. Por ejemplo, la cara de refrigeración puede estar formada a partir de un pistón anular que esté montado elásticamente sobre el cuerpo de la matriz refrigerante, siendo el sistema de empuje para activar el pistón proporcionado por la presión de fluido de refrigeración. Esta presión de fluido de refrigeración puede ser proporcionada por la contrapresión que se deriva del uso de un limitador a la salida de la cavidad de refrigeración.

Las matrices flotantes deben tener holgura axial con el fin de moverse ("flotar") y en consecuencia pueden vibrar. Un beneficio adicional del sistema de empuje es que actúa como un amortiguador con el fin de reducir la vibración anular que puede provocar marcas anulares radiales en la superficie de una lata en un paquete de herramientas flotante. El pistón mantiene la cara de refrigeración en total contacto con la matriz en todo momento mientras aun permite que la matriz flote. Esta sujeción podría conseguirse alternativamente mediante resortes helicoidales, resortes de disco, anillos tóricos, resortes de caucho, poliuretano, etc.

Generalmente, el aparato comprende también un émbolo que tiene un conjunto de tubo de refrigeración en un extremo y un punzón en el otro extremo, estando el punzón conectado al émbolo mediante una espiga de émbolo, estando formada una entrada de fluido de refrigeración parcialmente entre los tubos interior y exterior concéntricos del conjunto de tubo de refrigeración y parcialmente entre una extensión axial de un tubo interior del tubo de refrigeración y el interior de la espiga de émbolo, una cavidad adyacente a la nariz del punzón que está conectada a la entrada de fluido de refrigeración mediante uno o más agujeros, estando la cavidad conectada también a una salida de fluido de refrigeración mediante uno o más agujeros, estando la salida de fluido de refrigeración formada (a) entre el punzón y el exterior de la espiga de émbolo, (b) por uno o más agujeros en el cuerpo del émbolo y (c) entre el tubo exterior del conjunto de tubos de refrigeración y el interior del émbolo.

El aparato puede incluir también un conjunto tubular para guiar el émbolo a lo largo de su ánima, teniendo el conjunto una entrada de fluido, una salida de fluido y ranuras alrededor de la superficie del ánima para el paso del fluido de refrigeración alrededor del exterior del émbolo. Este conjunto de espiga refrigera también por consiguiente el punzón/émbolo externamente con el fin de ayudar a disipar el calor del punzón. Esto mantiene también al émbolo a una temperatura uniforme y evita la distorsión del émbolo debida a un aumento no uniforme del calor.

El conjunto de espiga de émbolo puede emplear una disposición de junta de obturación en ambos extremos para evitar que el fluido de refrigeración se filtre hacia la máquina en la parte posterior y se filtre hacia la herramienta en la parte delantera.

Se describirán ahora realizaciones preferidas de la invención, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los cuales:

La figura 1 es una vista en sección de una primera realización del paquete de herramientas de matriz;

la figura 2 es una vista lateral en sección de una segunda realización del paquete de herramientas de matriz;

las figuras 3 a 7 son vistas laterales en sección de un sistema de refrigeración de émbolo;

la figura 8 es una vista lateral en sección de un conjunto de tubo de refrigeración;

la figura 9 es una vista lateral ampliada en sección del émbolo de la figura 3; y

la figura 10 es una vista lateral en sección de un conjunto de espiga de émbolo.

La figura 1 es una sección lateral del conjunto de paquete de herramientas de matriz de la invención que comprende una serie de matrices de embutición 1, 2, y separadores 3, 4 y 5, 6 y que rodean a un ánima 7 central. El rozamiento debido al proceso de embutición genera calor en la porción de trabajo de la matriz de embutición. En contraste con los sistemas de refrigeración conocidos, este calor es extraído de las matrices de embutición a ambos lados por los separadores en lugar de refrigerarlo por medio de frágiles insertos en los propias matrices. Como resultado de esto, las matrices de embutición pueden ser extraídas o cambiadas directamente sin quitar tornillos o correr el riesgo de derrame de fluido de refrigeración. Además, el paquete de herramientas de la invención es refrigerado sin permitir que entre refrigerante en el ánima de la máquina a través del cual pasa el punzón durante la embutición. Esto es particularmente importante si el material del cual se hace la lata o del cual se recubre puede ser atacado por tal refrigerante.

Cada separador incluye una cavidad de refrigeración 8 que es alimentada con refrigerante desde una única entrada 9 fijada en un lado del separador. La cavidad puede estar formada, por ejemplo, por ranuras en separadores de matriz interiores y exteriores que forman un canal cuando las partes están sujetas entre sí.

El agua circula alrededor del separador y sale en el lado opuesto 10 a través del limitador 11 hasta un sumidero común para ser devuelta a la unidad de refrigeración. El uso de limitadores en las lumbreras de salida 10 crea una contrapresión con el fin de asegurar que la cavidad de refrigeración permanezca llena y mantiene una superficie de refrigeración óptima alrededor de la matriz. Además, regulando el flujo con limitadores de flujo en el lado de salida, el flujo puede ser ajustado alrededor de cada matriz independientemente. Esto significa que las matrices pueden ser refrigeradas por diferentes cantidades y a diferentes temperaturas de acuerdo con el trabajo realizado por la matriz, tal como el grado de embutición. Extrayendo refrigerante al tanque, nada de refrigerante entra en contacto con la lata. Esto es particularmente útil si el revestimiento de la lata pudiese ser atacado o dañado por el refrigerante y requiere por otra parte un lavado ácido/alcalino.

Cada matriz de embutición 1, 2 incluye un inserto de carburo 12 con la porción de trabajo 13 cerca del centro del inserto. Este inserto de carburo es puesto en contacto con separadores de refrigeración, típicamente de acero mecanizado, en ambos lados. Cada uno de los canales de refrigeración en los separadores está inclinado hacia el inserto de carburo 12 de la matriz de embutición de manera que se proporcione el área de superficie de refrigeración óptima.

Un sistema de vaciado 14 elimina el polvo o los restos de la superficie de la lata. Si se permitiese que esos restos se acumulasen internamente, ello provocaría un rallado superficial en el proceso de embutición, particularmente cuando la lata tiene un revestimiento tal como un revestimiento de polímero. Chorros de aire 15 o un sistema de cuchilla pueden ser incorporados en alguno o en todos los separadores, mostrados aquí en el separador extremo 6, para evitar que se acumulen restos alrededor de la matriz de extremo. Puede usarse otro chorro de aire/cuchilla para evitar que se acumulen restos en el área de desprendedor (no mostrada).

Usando un paquete de herramientas fijo en lugar de flotante, no se requiere el uso de juntas en la realización de la figura 1. Cuando se necesita cambiar tales juntas debido a daño o fugas, deben ser reemplazados con cuidado para evitar un asiento defectuoso.

Un conjunto de paquete de herramientas de matriz alternativo de acuerdo con la invención se muestra en la figura 2. El paquete de herramientas de la figura 2 es un sistema de paquete de herramientas flotante que utiliza anillos tóricos 16 para permitir la deformación. En este paquete de herramientas, la contrapresión creada por los limitadores 11 se usa para operar un cilindro 17 que asegura que la superficie de refrigeración 18 permanezca en contacto con las matrices. El cilindro 17, que está en la cara trasera del separador, forma un pistón. Las matrices flotantes inherentemente deben tener holgura axial con el fin de moverse, lo que puede provocar vibración y hacer que aparezcan marcas anulares alrededor de la lata. El pistón se dobla como un amortiguador para reducir la vibración que provoca estas marcas de anillo. Tal vibración de matriz es común en los sistemas flotantes.

El pistón es activado por la presión del fluido de refrigeración que mantiene la cara de refrigeración en contacto con la matriz en todo momento, aun permitiendo que la matriz flote. Esta sujeción podría aplicarse también mediante un sistema de resortes, que podrían ser resortes helicoidales, resorte de disco, anillos tóricos, resortes de caucho, poliuretano etc.

Cuando se embute la pared de una lata, es transportada mediante un punzón en el cual también se genera calor debido al rozamiento implicado en el proceso. La refrigeración del punzón/émbolo es por tanto también de gran importancia, particularmente si la lata tiene un revestimiento que puede ser dañado por el calor, tal como un recubrimiento plástico o acero revestido con estaño. Un sistema de refrigeración de émbolo para usar con el paquete de herramientas de la matriz de la figura 1 se muestra en las figuras 3 a 9. En el sistema de la presente invención, todo el conjunto de émbolo es refrigerado a lo largo de su longitud, bajando hacia e incluyendo la nariz 21 del punzón. El fluido de refrigeración está en contacto con la parte trasera de la nariz 21 del punzón, el diámetro interno del punzón y cualesquiera separadores 23.

Con particular referencia a las figuras 8 y 9, el émbolo está provisto de un conjunto 30 de tubos de refrigerante. El conjunto 30 de tubo de refrigerante comprende tubos 31 y 32 concéntricos interior y exterior que están sujetos entre sí en los puntos de conexión 33, 34. Galerías en los puntos de conexión permiten el flujo de refrigerante, tal como agua de refrigeración, y aire.

Con referencia a las figuras 6 y 7, el émbolo 20 está conectado a una corredera 41 de horquilla, obturando una junta 36 en ese extremo del conjunto 30 del tubo de refrigerante los suministros de aire, agua entrante y agua saliente. El aire desciende a través del tubo central 37 con el fin de ayudar a separar la lata del punzón 50. Un conjunto de obturación en el punto de conexión 35 en el extremo del punzón del conjunto de tubos de agua de refrigeración separa el agua de refrigeración y desprendimiento de aire. Alternativamente se podría incorporar una junta en la nariz del punzón.

Se suministra agua de refrigeración en el interior mediante un colector 40 montado en la corredera 41 de horquilla, no directamente al émbolo (véase la figura 7). El refrigerante desciende por el conjunto 30 de tubo de agua de refrigeración, entre los tubos 31 y 32 interior y exterior. Desde allí, el refrigerante fluye al interior de la cavidad 24 tubular, entre el tubo interior 31 y el interior de la espiga 25 del émbolo. Como se muestra en la figura 9, el refrigerante fluye a continuación hasta sobrepasar el retenedor del punzón a través de los agujeros 22 y al interior de la cavidad 26.

El refrigerante vuelve entonces entre el exterior de la espiga 25 del émbolo y el interior del punzón 50 a lo largo de las ranuras 27. Vuelve al interior del cuerpo principal del émbolo a través de los agujeros 28 y regresa entre el tubo exterior 32 del conjunto de tubos de agua de refrigeración y el interior del émbolo hasta el colector 40 en la corredera 41 de horquilla.

Se ha de observar que los términos "agujeros", "cavidades" y "ranuras" usados anteriormente se utilizan con referencia a los dibujos y sólo por razones de diferenciación en lugar de tener el propósito de ser en ningún modo limitativos.

Mediante el uso de un único conjunto de tubo de agua de refrigeración y canales cortados en el diámetro exterior de la espiga 25 del émbolo en el cual está montado el punzón 50, no hay requisito para una cavidad en el interior del punzón con el fin de conectar las lumbreras de entrada y de salida. Además, la refrigeración es ayudada reduciendo la porción o porciones centrales de la espiga del émbolo con el fin de crear una gran cámara para que el fluido entre en contacto con la superficie interior del punzón. La integridad de la espiga del émbolo se mejora en el conjunto de la presente invención, puesto que se evitan los agujeros practicados radialmente usados en los sistemas de la técnica anterior. Éstos crean elevadores de tensión y pueden provocar fallo prematuro del émbolo si la grieta en la superficie del émbolo discurre radialmente desde un agujero al siguiente.

Además de refrigerar el punzón/émbolo internamente, el émbolo es refrigerado también externamente por el conjunto de espiga del émbolo 60 de la figura 10. Este conjunto ayuda a disipar calor del punzón y a mantener el émbolo a una temperatura uniforme. Si un calor no uniforme aumenta en el émbolo, esto puede provocar distorsión del émbolo. El conjunto de espiga del émbolo 60 evita la aparición de tales diferencias de temperatura.

El conjunto 60 tiene una disposición de juntas de obturación 61 a ambos extremos con el fin de evitar que el fluido de refrigeración se filtre al interior de la máquina en la parte trasera y se filtre en el interior de la herramienta en la parte delantera. El fluido es suministrado en sub presión en la posición 62, como se indica mediante la flecha. Fluye a continuación a lo largo de casquillos y alrededor de ranuras 63 helicoidales en ambos sentidos, lubricando y refrigerando al émbolo 20. El refrigerante sale al interior de las cavidades 64 entre los casquillos y los paquetes de juntas 61. Sale a continuación del conjunto de espiga del émbolo a través de ranuras y agujeros de la carcasa y hacia fuera a través de una válvula 65 de retención de nuevo hacia el sumidero de recogida de la máquina, donde es enviado de nuevo a la unidad de refrigeración. La válvula de retención 65 asegura que el conjunto permanece lleno de fluido y hay una cubrición completa del émbolo.

Cuando el émbolo está completamente hacia atrás, el extremo del punzón fijado al émbolo está situado a nivel con el extremo del paquete de juntas en la posición 66 del dibujo.

Claims (11)

1. Un aparato para la producción de un recipiente de metal, comprendiendo el aparato:

al menos una matriz (1, 2) que tiene un inserto (12) adaptado para reducir el espesor de la pared lateral del recipiente mediante embutición; caracterizado porque

al menos una matriz (3, 4, 5, 6) refrigerante adyacente a la matriz o matrices de embutición y que tiene una cavidad (8) de refrigeración interna para hacer circular refrigerante en la matriz refrigerante y adyacente al inserto (12) de embutición de la matriz de embutición (1, 2).

2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la cavidad de refrigeración tiene una entrada (9) y una salida (10), incluyendo la salida un limitador (11).

3. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el cual la matriz refrigerante (3, 4, 5, 6) incluye una lumbrera de vaciado (14) para la eliminación de restos.

4. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual una matriz refrigerante de salida (6) incluye una serie de chorros de aire (15) dispuestos alrededor de su superficie interior con el fin de evitar que se acumulen restos en la superficie de la lata.

5. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual la cavidad de refrigeración (8) incluye una porción que está inclinada hacia el inserto (12) de matriz adyacente para formar una cara de refrigeración.

6. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende también un sistema para cargar la cara de refrigeración (18) contra la matriz de embutición.

7. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual la cara de refrigeración (18) está formada a partir de un pistón (17) anular que está montado elásticamente en el cuerpo de la matriz refrigerante, siendo el sistema de carga para activar el pistón proporcionado por la presión del fluido de refrigeración.

8. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende también, un émbolo (20) que tiene un conjunto de tubo de refrigeración (30) en un extremo y un punzón (50) en el otro extremo, estando el punzón conectado al émbolo mediante una espiga (25) del émbolo.

9. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 8, en el cual está formada una entrada de fluido de refrigeración parcialmente entre tubos concéntricos interior y exterior (31, 32) del conjunto de tubos de refrigeración (30) y parcialmente entre una extensión axial del tubo interior (31) del tubo de refrigeración y el interior de la espiga (25) del émbolo.

10. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende también una cavidad (26) adyacente a la nariz (21) del punzón, que está conectada con la entrada del fluido de refrigeración por uno o más agujeros (22), estando la cavidad (26) conectada también a una salida de fluido de refrigeración mediante uno o más agujeros (28), estando la salida del fluido de refrigeración formada (a) entre el punzón y el exterior de la espiga del émbolo, (b) por uno o más agujeros en el cuerpo del émbolo y (c) entre el tubo exterior (32) del conjunto de tubo de refrigeración (30) y el interior del émbolo (20).

11. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende también un conjunto tubular (60) para guiar el émbolo (20) a lo largo de su ánima, teniendo el conjunto una entrada (62) de fluido, una salida de fluido y ranuras (63) alrededor de la superficie del ánima para el paso de fluido de refrigeración alrededor del exterior del émbolo (20).