NO814041L - Fremgangsmaate til fremstilling av hule, tynnveggede metallegemer i et stykke, hovedsakelig for bruk som trykkbeholdere, og produkter fremstilt ved fremgangsmaaten - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte til å forme hule legemer av metaller, særlig aluminiumlegeringer, er basert på en egnet kombinasjon av mekaniske operasjoner omfattende dyptrekking, dimensjonsdyptrekking, avsmalning og maskinell bearbeiding, hvorved det er mulig å oppnå hovedsakelig sylindriske metallegemer i ett stykke med konkav bunn og et kuppelformet hode med en vulståpning. Det spesielle for disse legmer er at de sylindriske vegger er meget tynne, sterkt deformasjons-herdede og har høye mekaniske egenskaper. Der-ved oppnås der ifølge oppfinnelsen en bemerkel-sesverdig reduksjon av den anvendte mengde metall i de foran nevnte i ett stykke fremstilte legemer som er beregnet på anvendelse hovedsakelig som trykkbeholdere, f.eks. til aerosoler.

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av hule, tynnveggede metall-legemer i ett stykke, hovedsakelig for bruk som trykkbeholdere, og produkter fremstilt ved fremgangsmåten.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til i ett stykke å fremstille hule, tynnveggede metallegemer som er særlig

egnet som trykkbeholdere.

Som kjent har produsenter av metallbeholdere, særlig i de siste år, ofret meget oppmerksomhet på problemet med en reduksjon av kostnadene, og da prisen for en beholder for om-trent 50 %'s vedkommende utgjøres av materialprisen, er det klart at anstrengelsene for å begrense de samlede utgifter hovedsakelig er rettet mot en reduksjon av den anvendte materialmengde, noe som hovedsakelig oppnås ved reduksjon av tykkelsen av beholderens sylindriske vegg, hvor det meste av materialmengden ligger.

Disse anstrengelser kan imidlertid ikke føre til noen lettvint løsning, idet veggene foruten å motstå det indre arbeidstrykk, også skal gi en passende motstand mot ytre mekaniske påkjenninger under de forskjellige stadier av bruken, f.eks. ved transport, fylling, lukking og mange andre hånd-teringer.

Et annet problem i forbindelse med fremstillingen av de nevnte beholdere av metaller som ved ønskede høye mekaniske egenskaper ikke ér lett bearbeidbare, er å oppnå beholderne, særlig når disse er bestemt for anvendelse med høye indre arbeidstrykk, i form av legemer som er fremstilt av ett stykke uten forbindelser og sveiser og med en eneste smal åpning i hodet - som stort sett gis en halvkule- eller spissbueform - for påsetting av lukke- og utleveringsventilen.

Sammenlignet med beholdertyper, hvis hode er påsatt ved en sveisesøm eller på annen måte, fremviser den nevnte beholdertype den vesentlige fordel at den har en høyere sikkerhet overfor utslipp av innholdet, som også kan være farlig. Den i ett stykke fremstilte beholder oppviser i forhold til den annen beholdertype, foruten de nevnte funksjonelle fordeler, også den fordel at materialtapet ved fremstillingen blir mindre. De nevnte fordeler blir enda mer utpregede i forhold til beholdere som også har skjøter i veggen og/eller bunnen.

Hva fremstillingsprosessene angår er det kjent at de ovenfor angitte trykkbeholdere av metall, særlig f.eks. beholdere-for aerosoler, generelt kan oppnås ved at der først fremstilles en sylinder med ønsket veggtykkelse av et eneste stykke med konkav bunn, idet det øverste veggparti av sylinderen deretter enten omdannes til en enkel flens eller suk-sessivt avsmalnes, alt etter om der skal fremstilles en beholder av typen med påsatt hode eller en beholder tildannet i ett stykke, idet begge typer i sin endelige form har en smal flensåpning for anbringelse av ventilen etter fyllingen.

Den ovenfor angitte sylinder kan fremstilles på forskjellige måter, men stort sett ved invers ekstrudering og dyptrekking og dimensjonsdyptrekking.

Ved invers ekstrudering fremstilles sylinderen i en eneste operasjon, som imidlertid i de fleste moderne prosesser etterfølges av en kalibreringsoperasjon med lett strekking, hvor bunnen gjøres konkav, i en trekkbenk.

Den nevnte ekstrudering kan anvendes med økonomisk godt resultat for lett bearbeidbare metaller som f.eks. aluminium, mens den ikke er anvendelig ved forming av andre materialer, f.eks. den aluminiumlegering som er kjent som 3004 H 19, pga. de store tekniske vanskeligheter i forbindelse med oppnåelse av den lille tykkelse og av produktivitetsgrunner (antall stykker pr. tidsenhet).

.Den annen av de nevnte metoder, som anses for den mest avanserte, er hovedsakelig basert på en stanse- og dyptrekkings-operasjon (som generelt finner sted i en dobbeltvirkende multipel matrisepresse som mates med platemetall) og på en strekking eller dimensjonsdyptrekking av den således fremstilte sylindriske kopp i en trekkbenk, hvis stempel, som er av passende form, presser koppen gjennom to eller tre kali-brerte ringer som står på innbyrdes avstand fra hverandre og hver har en noe mindre diameter enn den foregående ring. På denne måte blir veggen av koppen forlenget ved strekking med

medfølgende reduksjon av tykkelsen, som på denne måte blir godt tilpasset til den ønskede veggdimensjon av sylinderen.

Ved begge de foran nevnte fremgangmåter måtte man av mekaniske grunner også regne med en trimmeoperasjon ved en konstant høyde av sylinderen og en lett forming av dens øverste kant for suksessiv påføring av hodet.

Når der skal fremstilles beholdere i ett stykke, er det mulig å kombinere•sylinderekstruderingsoperasjonen med avsmalningsoperasjonen for sylinderhodet, idet der for bearbei-delse i henhold til den nevnte metode kjennes metallmaterialer som - av grunner som allerede er nevnt - har gode formnings-egenskaper, og som ved avslutningen av formningsoperasjonen på ekstruderen ikke oppviser en slik deformasjonsherding at avsmalningsoperasjonen bli vanskelig eller umulig å gjennom-føre.

Derimot har en slik kombinasjon ikke vært gjennomført i forbindelse med en fremstilling av sylinderen ved dyptrekking og dimensjonsdyptrekking i en trekkbenk, hvor sylinderveggene, særlig de veggpartier som har den minste tykkelse, får en meget sterk deformasjonsherding som gjør de etterfølgende formingsoperasjoner meget vanskelige, særlig når det gjelder metallmaterialer som på grunn av sin strukturelle og fysisk-mekaniske egenskaper er særlig følsomme overfor deformasjonsherding ved strekking.

Det er en hensikt med oppfinnelsen å skaffe en fremgangsmåte til fremstilling av hule metallegemer i ett stykke med konkav bunn og kuppelformet, fortrinnsvis halvkuleformet eller spissbueformet hode forsynt med en flensåpning. Slike i ett stykke fremstilte legemer har den egenskap at de er fremstilt med meget tynne sidevegger og har en høy grad av deformasjonsherding foruten høye mekaniske egenskaper.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å skaffe en fremgangsmåte til fremstilling av metallegemer som er fremstilt i et stykke som angitt ovenfor, og som er lettere enn de legemer som er fremstilt ved vanlige fremgangsmåter, selv om de har tilsvarende mekaniske egenskaper.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en kombinasjon av den kjente prosess med fremstilling av sylinderen ved dyptrekking og dimensjonsdyptrekking i en trekkbenk, og en fremgangsmåte til avsmalning av sylinderhodet basert på et stort antall etter hverandre følgende avsmalningstrinn for hodet, eventuelt ved at fremgangsmåten kompletteres med en oppvarming som hovedsakelig er begrenset til det øverste parti av sylinderen som skal underkastes avsmalningsoperasjonen, idet en slik oppvarming utføres mellom dimensjonsdyptrekkingen og avsmalningen. Den nevnte avsmalningsprosess med etter hverandre følgende avsmalningstrinn integrert med det angitte oppvarmingstrinn er absolutt nødvendig for oppnåelse av et ferdig legeme som er fremstilt av ett stykke, og som er uten bearbeidingsfeil.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utføres ved anvendelse av en automatisert tilvirkningslinje som omfatter de operative trinn (utført ved hjelp av kjente maskiner og apparater) som er beskrevet kort nedenfor etter tur og i kombinasjon under henvisning til tegningen. (a) Tilførsel av en metallplate ved avvikling fra en rull til en loddrett dobbeltvirkende presse til stansing og dyptrekking med en multipelmatrise. Ved denne operasjon oppnås utskjæring av skiver og dyptrekking i form av kopper som vist på fig. 1, hvor 1 er stansematrisen og holdeklemmen, 2 er dyp-trekkingsstempelet, 3 er metallplaten og 4 er den fremstilte kopp. Ved hjelp av multipelmatrisen er det mulig å fremstille flere kopper samtidig. På fig. 2 er der vist en trippelmatrise hvor de skiver som blir stanset ut og samtidig dyptrukket

fra metallplaten 3, er betegnet med 5 og skravert.

(b) Tilførsel av koppene 4 til en vannrett presse-trekkbenk med tre ringer til dyptrekking og dimensjonstrekking. Form-variasjonen av koppen inntil den får form av en tynnvegget langstrakt sylinder er vist på fig.. 3, hvor 4 er koppen, 6 den dyptrukne kopp og 7, 8 og 9 tre trekke- og dimensjonerings-forløp gjennom de tre ringer 10, mens 11 belyser fremstillingen av bunnens konkave form ved hjelp av et motstempel. (c) Trimming av de i ett stykke fremstilte sylindriske legemer 9 med konkav bunn i henhold til konvensjonell teknikk til ønsket konstant høyde. (d) Avfetting, dvs. rensing for smøremidler som ble benyttet ved de foregående operasjoner. (e) Oppvarming av hodene av de i ett stykke tildannede sylindriske legemer som befinner seg på en transportkjede, ved hjelp av gassflammer, idet oppvarmingen er hovedsakelig begrenset til den sone som skal avsmalnes. For oppnåelse av den riktige oppvarming er både antallet og intensiteten av flammene på forhånd innstilt som en funksjon av transport-kjedens hastighet for at den i sylinderhodene oppnådde temperatur skal være tilstrekkelig til å gjøre materialet egnet for de etterfølgende avsmalnings- og børtleoperasjoner og dess-uten forhindre at det parti av sylinderen som skal opprett-holde sin sylindriske form under avsmalningsoperasjonen, ut-settes for noen vesentlig forrringelse av sine mekaniske egenskaper. Til dette formål styres prosessen gjennom en perio-disk undersøkelse av temperaturen av de angjeldende partier ved hjelp av kontakttermometre eller andre tilsvarende tekniske anordninger.

Oppvarmingen er skjematisk vist på fig. 4, hvor 12 er gassflammene, 13 viser de sylinderhoder som oppvarmes, og 14 er transportkjeden.

Oppvarmingen kan utføres i overensstemmelse med mange andre, med hensyn til virkningen teknisk ekvivalente metoder, f.eks. i spesielle typer av gassovner, i induksjonsovner eller i elektriske ovner.

Lokaliseringen av oppvarmingen kan eventuelt være enda strengere kontrollert ved at der om nødvendig sørges for en passende avkjøling av den del av sylinderen som ikke skal avsmalnes, f.eks. ved hjelp av en trykkluftdyse.

(f) Innvendig og utvendig maling og trykking av tekst.

(g) Forming av sylinderhodet i en automatisk avsmalnings-maskin som har sirkulær form og bevegelse og 24 operative stasjoner, hvori det øverste sylindriske parti gis den ønskede estetiske funksjonelle form, som generelt er spissbuet eller halvkuleformet og har en flensåpning. Avsmalningsmaskinen er skjematisk vist på fig. 5, hvor x og y angir innmatnings-resp. smøringsstasjonen, bokstavene a-s angir 18 stasjoner for like mange suksessive avsmalningsoperasjoner med matriser som skaffer en avsmalnende form, idet der i hver matrise oppnås en størrelsesreduksjon i størrelsesordenen 2-4 mm, og de tre bokstaver t, u og v angir de roterende spindler for henholdsvis halsdreining, tilhørende børtling og endelig ferdigbehandling av hodets åpning. Den siste bokstav z betegner uttagningsstasjonen. Fig. 6 viser skjematisk de former sylinderhodet får etter de foran beskrevne avsmalningstrinn. På fig. 6 er 15 det hode som skal avsmalnes, mens 16 er den tynne vegg som skal bibeholde sin form uendret. 17

er sylinderhodet med hals etter den siste matrise, 18 angir halsdreiningsoperasjonen og 19 børtle- og sluttbehandlings-operasjonen. Den siste operasjon utføres for å gi åpningen en perfekt, flat form med henblikk på sikker anbringelse av ventilen etter fylling.

Eksempel

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil fremgå bedre av det etterfølgende eksempel som gjelder to i ett stykke fremstilte legemer med en ytterdiameter på henholdsvis 53 og 74 mm.

Idet det henvises til beskrivelsen av den ovennevnte ut-førelsesform og tegningen skal det bemerkes at platen i den rull av platemateriale som ble anvendt, var fremstilt av en aluminiumlegering som er kjent som 3004 H 19. Matehastigheten ble Innstilt i overensstemmelse med hastigheten av den lodd-rette presse med trippelmatrise som skjærer og dyptrekker platen og dermed skaffer koppene som skal føres til trekk-benken hvor de underkastes en ny trekking og tre kaldtrek-kinger. Trekkbenkens stempel er utformet på en slik måte at den sylindriske ende som skal underkastes en avsmalning, får en litt større tykkelse enn det øvrige veggparti. Hovedkalib-reringsparametrene med hensyn til dyptrekkings- og dimensjons-dyptrekkingsoperasjonene er angitt i tabell 1.

Tabellens verdier gjelder de to i ett fremstilte legemer med en diameter på henholdsvis 53 og 74 mm.

Oppvarmingen ble utført mellom dimensjonsdyptrekkingen og avsmalningen like etter avfettingen og før malingen. Ved oppvarmingen er den temperatur som oppnås i de i ett stykke fremstilte legemer i det varmeste parti av den ytre, øvre kant^

320-350°C. Avsmalningen ble hovedsakelig utført som allerede vist ifølge den foretrukne utførelsesform, med et antall av-smalninger i matrisen på henholdsvis 12 og 18 for de to nevnte legemer hvis åpningshøyde og diameter i ferdig tilstand er angitt i tabell 1.

Endelig viser tabell 2 vekten av de i ett stykke frem-'stilte legemer fremstilt henholdsvis ved hjelp av den kjente ekstruderingsprosess (komplettert med kalibrering) som i tabell 2 er betegnet som prosess E, resp. ved hjelp av den ovenfor beskrevne ekstruderings- og dyptrekkingsprosess som i tabell 2 er betegnet som prosess I & S.

Dimensjonene av de i ett stykke fremstilte legemer som er angitt i tabellen, er diameteren multiplisert med høyden uttrykt i mm. De legemer fremstilt i henhold til de to prosesser som er angitt i tabellen, har samme motstand mot indre arbeidstrykk.

De i tabell 2 angitte data viser klart den material-besparelse som oppnås ved bruk av de legemer som fremstilles i henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av hule, tynnveggede metallegemer i ett stykke, hovedsakelig for bruk som trykkbeholdere, bestående av et tynnvegget sylindrisk midtparti, en konkav bunn og et utpreget kuppelformet, fortrinnsvis halvkuleformet eller spissbueformet hode med en åpning med vulst, karakterisert ved at det sylindriske, hule legeme med konkav bunn fremstilles ved dyptrekking og dimensjonsdyptrekking med utgangspunkt i en metallplate eller -bane som ved dyptrekking og dimensjonsdyptrekking er tilbøyelig til å underkastes store deformasjonsherdinger og oppnå derav føl-gende høye mekaniske egenskaper, at avsmalningen av det sylindriske legemes hode utføres i matriser av kjent type i en rekke etter hinannen følgende gradvise avsmalningstrinn i et antall på minst 12 og fortrinnsvis mellom 12 og 18, og at de vanlige sluttbearbeidingsoperasjoner til slutt utføres.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at der mellom dyptrekkingen og dimensjonsdyptrekkingen av sylinderen og formingen av dens hode ved avsmalning utfø res en oppvarming som hovedsakelig påvirker det øverste sylinderparti som skal underkastes en avsmalning.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at de enkelte avsmalningsoperasjoner ved avsmalningen omfatter en diameterreduksjon på høyst 4 mm, fortrinnsvis 2-4 mm.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at metallet er en aluminiumlegering, fortrinnsvis legeringen 3004 H 19.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at de i ett stykke fremstilte legemer gis en diameter på 22-80 mm og en hø yde på 65-300 mm.

6. Hule metallegemer i ett stykke for bruk som trykkbeholdere, karakterisert ved at de er fremstilt i henhold til fremgangsmåten i krav 1, og at de består av en i ett stykke fremstilt sylindrisk beholder med konkav bunn og et kuppelformet eller lignende formet hode med en vulståpning, idet beholderen er særlig egnet for produkter under trykk, f.eks. som aerosolbeholder, slukningsapparater o.l.

7. Hule metallegemer som angitt i krav 6, karakterisert ved at metallet er en aluminiumlegering, fortrinnsvis legeringen 3004 H 19.