CN101060948A - 用于成形金属容器端部封闭件的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述了以改进的内部扭曲强度来制造容器端部密封件的成形方法和装置。本发明通过使用压力套来支承该端部密封件的夹持壁的至少一部分，以及支承着接缝板半径，同时使得该端部密封件的沉口在成形过程中处于压缩状态，从而在成形工艺中提供了更大程度的材料控制和尺寸控制。

Description

用于成形金属容器端部封闭件的方法及装置

技术领域

本发明涉及用于成形金属容器及容器端部密封件(closure)的制造工艺，特别是用于成形出高强度几何形状的、同时保持所需夹持壁和接缝板特征的成形方法及其装置。

背景技术

金属饮料罐的端部密封件传统地被设计和制造成具有一个称为沉口(countersink)的加强带。这一特征可以包括由形成了沟槽的完整半径底部所连接的垂直壁，以及在一些实施例中也可以包括弧形的或其它几何廓形的壁。绝对垂直的壁可能是不存在的，但通常是壁越垂直它们抵御内部压力导致的变形的能力就越强。

目前的为了降低制造工艺的总成本以及降低最终产品的重量而用很薄的耐用材料，例如铝，所制造的饮料罐罐体和端部密封件必须能够耐久地承受内部高压。因此，显然很需要有一种耐用的饮料罐端部密封件，它能够承受由碳酸饮料所产生的内部高压以及装运时所施加的外部作用力，而且它要由耐用的、重量轻的和很薄的金属材料制成，并具有能够降低材料用量的几何构形。为了获得这些特性，饮料罐端部密封件需要以材料的主动加工来得到各种形状和几何形状，这通常是利用凸/凹模具组合来实现的。遗憾的是，这种工艺可能会导致给定的廓形或几何形状中的不一致性。形成不一致性也影响到强度性能。沉口的主动成形也可能改变整个结构体中的其它特性。因此，显然需要提供一种装置和材料的成形技术，它可以改进容器的端部密封件的几何形状，这些几何形状能够提高强度和抗扭曲性。在一个实施例中，这些特征通过在成形期间使端部密封件处于压缩状态获得，以避免材料减薄和出现不希望的变形，同时在成形期间对端部密封件的夹持壁和接缝突起几何形状的某些部位进行支承而不支承另外的一些部位，从而产生出预定的形状。

在美国专利US 5,685,189(简称189号专利)中描述了与制造容器端部密封件的沉口的方法和装置有关的一项专利，该文献的全部内容在此引作参考。在189号专利中，当沉口处于压缩状态时，在工具不对沉口进行支承的情况下成形出沉口的一部分。不幸的是，随着更轻规格的原材料的使用，发现这一方法会在夹持壁部和接缝突起上产生不希望的变形，以及因此在端部密封件的几何形状中产生不一致性。

发明内容

本发明涉及能够改进强度特性和材料特性的、使用薄壁材料(0.0084或更低规格)以成形出容器和容器端部密封件的优选几何形状的装置和方法。因此，在本发明的一个方面中，在金属容器端部密封件的制造中，使用“自由成形”工艺，其中至少一部分材料在成形中处于压缩状态，因而很少会出现“压纹”或变薄以及最终的削弱。本发明的另一方面在于，提供一种将金属材料成形为预定形状的方法及装置，其中在成形过程中，一部分金属材料不由工具进行支承。因此，允许一部分金属材料能够“自由成形”为所需的形状，材料的整个上和下表面都基本上不受支承。

本发明的另一方面在于提供一种成形压力机，以目前本领域中现有的高速成形工艺和改进的可靠性成形出金属端部密封件的优选几何形状。因此，在本发明的一方面中，使用内压力套并且结合严格的成形工艺参数，以保证端部密封件达到预定的几何形状，并且以每分钟1800-11000个端部密封件的速度高效地从成形工艺中产出。

本发明的另一方面在于提供一种内压力套，它由在该压力套自身和气动活塞、或弹簧板、或独立的弹簧之间延伸的销来驱动，以施加充分的作用力对端部密封件的夹持壁的一部分进行支承，以便在制造过程中成形出优选的几何形状。

本发明的另一方面在于，提供一种用于成形容器端部密封件中的优选几何形状的方法及装置，其中端部密封件的其它部分的内外表面都受到支承，以防止产生运动和不希望的变形，而另一部分则允许其“自由成形”。因此，在本发明的一个实施例中，使用一个“压力套”，以在成形期间将端部密封件的夹持壁和/或接缝板(seaming panel)半径贴靠在模具芯环上，而沉口的至少一部分处于压缩状态，以成形出优选的几何形状。因此，本发明的一个方面在于提供一种用于使金属坯料成形为优选几何形状、以产生具有优选几何形状的饮料罐容器端部密封件的装置。本发明的另一方面在于，提供一种用于成形出具有改进的端部密封件几何形状的方法及装置，其通过通常使用容器端部密封件制造工厂中已知的工具装备，因而只需很少的改型即可实施。因此，在本发明的一个实施例中，提供了一种用以成形金属的端部密封件的装置，其通常包括：

与第二工具面对的第一工具，其适于在金属材料的接缝板的一部分上提供夹紧力；

与第四工具面对的第三工具，其适于在金属材料的中央板部分上提供夹紧力；

位于所述第一工具和第三工具之间的第五工具，其适于支承所述金属材料的夹持壁部分的至少一部分；以及

至少在所述第五工具与所述第一和第二工具之间提供往复运动，在容器端部密封件的沉口的一部分保持未受支承，其中在产生材料增厚的沉口中产生出优选的几何形状，从而避免沉口材料厚度的降低。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于成形金属容器端部密封件的预定形状的方法，该端部密封件通常包括一与向下延伸的夹持壁互相连接的接缝板，一具有基本垂直的中心轴线的中央板，以及一整体互相连接到夹持壁部和中央板下部分的沉口，该方法包括：

将端部密封件的坯料定位在成形压力机中；

在第一工具和第二工具之间的接缝板的至少一部分上提供夹紧力；

在第三工具和第四工具之间中央板的至少一部分上提供夹紧力，以基本上防止中央板的运动；

对于夹持壁的至少一部分在其内外表面上提供支承，以基本上防止夹具壁的至少一部分的运动；

通过所述第三工具和第四工具至少其中之一为沉口的第一部分提供支承，同时允许所述沉口的另一部分保持不被支承；以及

在沉口上提供压缩力，同时使夹持壁保持在优选位置，其中并使端部密封件成形为预定的形状。

附图说明

图1是典型的饮料容器端部密封件的截面前视图；

图2是饮料容器端部密封件的另一实施例的截面前视图；

图3是饮料容器端部密封件的又一实施例的截面前视图；

图4是由现有技术的单作用成形压力机所成形的端部密封件的截面前视图；

图5是图4中所示端部密封件的沉口部在其成形时的截面前视图；

图6是美国专利US 5,685,189中所公开的、用于成形端部密封件的现有技术装置的截面前视图；

图7是图6所示的现有技术装置的截面前视图，并且进一步表明了其中夹持壁的运动；

图8是本发明一个实施例的截面前视图，并且表明了贴靠夹持壁定位的内压力套，以及在沉口成形期间作用力作用在端部密封件上；

图9图示了内压力套的时间计时，以及内压力套从顶部中心死点运行到底部中心死点，再返回到顶部中心死点的成形循环；

图10是本发明一个实施例的端部密封件在成形中的截面前视图，并且表明了压力套为夹持壁的一部分和接缝板内半径提供支承；

图11是内压力套的一个实施例的截面前视图；

图12是截面前视图，以图中右侧的现有技术的成形装置与图中左侧所示的本发明的一个新颖实施例进行成形工艺的比较；

图13是截面前视图，以图中右侧的现有技术的成形装置与图中左侧的本发明的一个新颖实施例进行成形工艺的比较；

图14是截面前视图，以图中右侧的现有技术的成形装置与图中左侧的本发明的一个新颖实施例进行成形工艺的比较；

图15是截面前视图，以图中右侧的现有技术的成形装置与图中左侧的本发明的一个新颖实施例进行成形工艺的比较；

图16是截面前视图，以图中右侧的现有技术的成形装置与图中左侧的本发明的一个新颖实施例进行成形工艺的比较；

图17是截面前视图，以图中右侧的现有技术的成形装置与图中左侧的本发明的一个新颖实施例进行成形工艺的比较；

图18是截面前视图，以图中右侧的现有技术的成形装置与图中左侧的本发明的一个新颖实施例进行成形工艺的比较；

图19是截面前视图，以图中右侧的现有技术的成形装置与图中左侧的本发明的一个新颖实施例进行成形工艺的比较；

图20是截面前视图，以图中右侧的现有技术的成形装置与图中左侧的本发明的一个新颖实施例进行成形工艺的比较；

图21是截面前视图，以图中右侧的现有技术的成形装置与图中左侧的本发明的一个新颖实施例进行成形工艺的比较；

图22是截面前视图，以图中右侧的现有技术的成形装置与图中左侧的本发明的一个新颖实施例进行成形工艺的比较；

图23是截面前视图，以图中右侧的现有技术的成形装置与图中左侧的本发明的一个新颖实施例进行成形工艺的比较；

尽管已经努力地描述了优选实施例的各种替换形式，但本领域的技术人员仍将能够容易地想到其它的替换形式。因而应当理解，在不脱离本发明的精神及核心特征的范围内，本发明能够以其它的特定形式来实施。因此，这里的示例和实施例完全应当认为是说明性的而不是限制性的，本发明并不局限于这里给出的各种细节。

明细表

序号     名称

1        未接缝的饮料罐端部密封件

2        接缝板

3        接缝板外半径

4        接缝板半径

5        接缝板内半径

6        夹持壁

7        沉口

8        沉口外板壁

9        沉口部内板壁下部分

10       沉口部内板壁

11       中央板半径

12       中央板

13       未接缝高度

14    金属材料

15    显示停止位置的模具结构

16    落料冲模

17    切割刃

18    拉环

19    模具芯环

20    板冲模

21    沉口冲模

22    外压力套

23    再拉模

24    内压力套

25    内板壁下端

26    杯形半径

27    第一沉口半径

28    第二沉口半径

29    第三沉口半径

30    杯形底部

31    落料冲模表面

32    落料冲模内径

33    拉环表面

34    模具芯环顶表面

35    模具芯环最外径

36    模具芯环内壁

37    板冲模表面

38    板冲模外壁

39    板冲模半径

40    板冲模的模芯角

41    模芯半径

42    模芯表面

43    脱模面

具体实施方式

现在参见图1-3，图中示出了能够用本发明方法成形的、未卷边的饮料罐端部密封件的几个可选择的实施例的截面前视图。如本领域技术人员能够理解的那样，通过这里所述的本发明方法还可以成形出这里未示出的其它的端部密封件几何形状。更具体地，金属的饮料罐端部密封件1通常包括：圆形的接缝板2，夹持壁6，沉口7，中央板12，以及将该中央板12连接于沉口7上的内板半径11。另外，未卷边接缝的高度13可以延伸到接缝板2之外。圆形的接缝板2包括：接缝板外半径3，接缝板半径4，以及接缝板内半径5。接缝板2设计成用于通过双接缝方法或者本领域中的其它方法而互相连接至饮料罐的颈部。沉口7通常包括：外沉口板壁8，沉口半径9，以及内沉口板壁10。在一些实施例中，夹持壁6根据特定的应用场合还可以包括多个直角、半径和弧线。如本领域技术人员能够理解的那样，这里所述的本发明的方法并不局限于任何一种特定的端部密封件形状或几何形状。

现在参见图3，图中示出了能够以本发明方法成形的端部密封件的另一个实施例。在该图中，标记“A”表示一个特定的角度，标记“D”表示特定的直径，标记“G”和“H”表示特定的高度，“R”表示特定的半径，以及“W”表示特定的宽度。如本领域技术人员能够理解的那样，任何的这些变量都可以进行改变，以提供一种特别适合于给定的容器、压力或设计用途等的端部密封件。

现在参见图4和图5，图中示出了一个现有技术的、用以成形出容器端部密封件的单作用压力机实施例的截面前视图。更具体地，图5是同样的截面前视图，但更加详细地表示了端部密封件的沉口相对于图4所示成形工具的几何形状。如图4和图5所示，未卷边的饮料罐壳体1的接缝板2被夹持定位在模具芯环的顶表面34和脱模或压力套面43之间，而端部密封件夹持壁6则定位贴靠于模具芯环的内壁36。端部密封件的中央板12被夹持在沉口冲模21和板部冲模20之间。图5更加详细地表示了端部密封件1的几何形状，图中表示了模具芯环19、板部冲模20和模具芯21的位置。

现在参见图6和图7，图中表示了授予Nguyen和Farley的美国专利US 5,685,189中所述的现有技术的端部密封件成形方法的截面前视图。更确切地，其中明确了端部密封件1的位置，更具体地表示为：如箭头所示，夹紧力作用在端部密封件的接缝板和中央板上。更确切地，与图5D和图5E这些附图相关的数字标记也出现在上述的189号专利中，该专利的全部内容在此引作参考。

现在参见图8，图中表示了本发明的一个实施例的截面前视图，并且图中进一步明确了内压力套24的使用，其配合定位在模具芯环的对面，以便将端部密封件的夹持壁6和接缝板半径5保持在优选的位置。更具体地，当模具芯环和外压力套22向上运动时，内压力套24为夹持壁6和接缝板半径5提供支承，并且沉口处于压缩状态中。如图中进一步所示，中央板12随同未卷边的饮料罐壳体1的接缝板一起被夹紧。

现在参见图9，图中表示了内压力套的时间计时，图中还表示了当内压力套从顶部的中心死点运动到底部的中心死点，再返回到顶部的中心死点时的运行步骤。更具体地，成形循环开始于模具中心将材料夹持贴靠在板冲模上，然后，内压力套将材料夹持贴靠模具芯环上，同时通过数字标记3所示和所确定的压缩而实现最终的成形。

现在参见图10，图中表示了本发明的一个实施例的截面前视图，并且表示了各个元件相对于未卷边的饮料罐壳体1以及在成形加工结束时的定位的细节。如该图中进一步表示的，内压力套24在端部密封件的夹持壁和接缝板半径5的外表面处提供支承，并且将端部密封件的夹持壁牢牢地保持在模具芯环19上，以防止其中产生任何的相对运动。在向未卷边的饮料罐壳体的沉口7提供压缩力时，就获得了优选的几何形状，同时将夹持壁6和接缝板半径5的几何形状保持在优选的方向上。

现在参见图11，图中表示了内压力套的截面前视图，图中还表示了在未卷边的饮料罐壳体1的夹持壁上的压缩部位，以在控制成形过程中控制夹持壁的几何形状。另外，如本领域技术人员能够理解的那样，内压力套表面的几何形状还将确定了夹持壁6和接缝板半径5在成形过程中的整体几何形状。

现在参见图12-23，图中表示了前视图，并且比较了位于图中右侧的现有技术的用以成形未卷边饮料罐壳体的成形方法，以及左侧的本发明新颖的自由成形方法。如图中所示，使用了现有技术中以前未曾使用的内压力套24，以便在成形过程中在夹持壁和接缝板半径5的外表面上提供支承，与此同时，使得端部密封件的沉口处于压缩状态，以允许其自由成形。

再参见图10-23，每个附图表示了截面前视图，其旨在明确表示用以产生出未接缝的饮料容器端部密封件所需的带有各个部件的工具组件。一个完整的模具可以如图所示包括单一凹口或工具组件，或者包括多个凹口，其数量更多地受限于材料的宽度，而不是压力机的功率或吨位。下方的工具部件通常包括：切割刃17，拉环18或模具芯环19，以及板冲模20。上方的工具部件可以包括：沉口冲模21，落料冲模16，以及还可以包括内压力套24。模具通常工作在一包括单一滑动装置或压头的压力机中，但不局限于此。在开始时的开模位置，上方的工具固定在模瓦(shoe)上，模瓦则连接到由曲轴和连杆所驱动的压力机滑动装置上。金属的成形材料14尽管也可以使用容器工业中已知的其它金属，但最常用的是铝，所述材料进给越过下方的工具部分。

现在更详细地参照下述附图，简略地描述成形过程：

图12：表示了上方的工具向下运行，落料冲模16与材料14相接触，于是开始落料作业。

图13：随着继续向下运行，在落料过程中或以后，金属坯料14被夹紧在落料冲模的表面31和拉环表面33之间。夹紧力可以来源于弹簧、气压或其它用于施加作用力的类似方法。材料被拉紧在模具芯环的顶表面34上。随着继续向下运行，金属材料14被拉到落料冲模的最内侧直径32和模具芯环35的最外侧直径35之间。与此同时，金属材料14被夹紧在模具芯环的上表面34和拉环22之间。在随后的成形中，拉环22向金属材料14施加压力，以控制材料的流动以及防止出现不希望的扭曲。同样，夹紧力可以由弹簧、气压或其它用于施加作用力的类似方法来实现。

图14-15：随着继续向下运行，模芯21开始与材料相接触，并且金属材料14开始拉伸过程，以开始成形出饮料罐端部的内部几何形状。在向下运动的过程中，金属材料14开始被夹紧在模芯21和板部冲模20之间，以及模具芯环19和内压力套24之间。

图16：随着继续向下运行，后续的成形过程到达了其向下运动的终点，称之为底部中心死点。在成形过程的这一阶段，接缝板2和夹持壁部6相继形成。此外，能够形成沉口7最终几何形状和中央板部12最终几何形状的金属材料14被拉到表面36和表面39之间的模具芯环19的内径处。

图17-18：图中表示了随着落料冲模16、模芯21、以及板冲模20向上运行时的后续成形过程。后续继续向上直到板冲模20返回到其初始位置，或者也可称之为停止位置；随着内压力套24继续地夹紧在模具芯环19上到达或超过停止位置之上，自由地和压缩地成形出沉口7的最终几何形状。

在该后续阶段中，未卷边的饮料罐端部件完成了它的成形，然而，还必须完成对这个成形后的饮料容器端部件的脱模工作。

图19-23：在后续过程中继续向上直至到达完全开启的位置。外压力套22起着将新完成的但尚未卷边的饮料容器端部件从落料冲模16的最内侧直径32处剥离的作用，然后通过吹气或其它类似方法将壳体顶出。

再次参见图12-23，现有技术的端部密封件的成形方法表示在右侧，而新的成形技术表示在左侧。如这些顺序的附图中所示，这一新的成形工艺具有许多显著的优点，包括：

a)能够生产出具有生动几何形状的端部密封件，同时保持着对夹持壁和接缝板的总控制；

b)能够成形出困难的夹持壁和沉口的复杂几何形状，而不降低金属壁的厚度；

c)能够成形出具有一定材料厚度的端部密封件沉口，而现有技术在多个部位可能产生出金属的减薄或压纹；

d)较之现有技术的装置，本发明的附加控制使得工具的设计能够更加精确地确定出具有生动形状的密封件轮廓；

e)能够以更高强度的材料制造出密封件，而不会发生通常与紧凑形状和半径关联的金属疲劳；

f)通过本发明所提供的更大的控制和范围(latitude)能够以较低的材料规格而获得更高强度的端部密封件；

g)在容器端部密封件的制造和从成形压力机中移出的过程中，能够提高工作效率。

尽管已经努力地描述了优选实施例的各种可选择形式，但本领域的技术人员仍将能够容易地想到其它的替换形式。因而应当理解，在不脱离本发明的精神及核心特征的范围内，本发明能够以其它的特定形式来实施。因此，这里的示例和实施例完全应当认为是说明性的而不是限制性的，本发明并不局限于这里给出的各种细节。

Claims (22)

1.一种在适于互相连接容器颈部上的金属的容器端部密封件中成形预定形状的方法，包括：

将金属的端部密封件坯料定位在成形压力机中；

在第一工具和第二工具之间接缝板的至少一部分上提供夹紧力；

在第三工具和第四工具之间中央板的至少一部分上提供夹紧力，以基本上防止中央板在所述第一工具和第二工具中的运动；

将夹持壁和接缝板内半径的至少一部分支承在其内表面和外表面二者上，以基本上防止夹持壁和接缝板半径的至少一部分的运动；

用第三工具和第四工具中至少其中之一支承沉口的第一部分，同时使得沉口的另一部分保持不受支承；以及

在沉口上提供压缩力，同时使夹持壁保持在优选的位置，其中使端部密封件成形为预定的形状。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述端部密封件沉口的材料在其成形的过程中基本上保持相同的厚度。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述沉口的未受支承的部分在成形过程中改变形状。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一工具包括压力套，所述第二工具包括模具芯环。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述夹持壁的内表面支承在模具芯环上，其外表面支承在压力套上。

6.如权利要求2所述的方法，其中，所述第三工具包括沉口冲模，所述第四工具包括板冲模。

7.如权利要求1所述的方法，其中，当内压力套从顶部中心死点的位置向底部中心死点运行时，沉口处于压缩状态。

8.如权利要求1所述的方法，其中，所述端部密封件的夹持壁由压力套支承在外表面上。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述压力套可以具有各种的几何形状，以在成形工艺期间确定夹持壁的形状。

10.如权利要求1所述的方法，其中，在接缝板的一部分上提供的夹紧力使在所述第一工具和第二工具之间提供压缩。

11.一种用于在金属材料中成形优选形状以产生适于互相连接到容器上的饮料罐端部密封件的装置，包括：

与第二工具相互面对的第一工具，其适于在金属材料的接缝板的一部分上提供夹紧力；

与第四工具相互面对的第三工具，其适于在金属材料的中央板部分上提供夹紧力；

位于所述第一工具和第三工具之间的第五工具，其适于支承所述金属材料的夹持壁部分的至少一部分；以及

至少在所述第五工具与所述第一和第二工具之间提供往复运动，同时容器端部密封件的沉口的一部分保持未受支承，其中沉口中产生优选的几何形状，从而基本上避免沉口的材料厚度的降低。

12.如权利要求11所述的装置，其中，所述第一工具包括外压力套。

13.如权利要求11所述的装置，其中，所述第二工具包括模具芯环。

14.如权利要求11所述的装置，其中，所述第三工具包括沉口冲模。

15.如权利要求11所述的装置，其中，所述第四工具包括板冲模。

16.如权利要求11所述的装置，其中，所述第五工具包括内压力套。

17.如权利要求11所述的装置，还包括落料冲模和拉环，其适于在制造过程中保持金属材料的一部分，并且其位于模具芯环和外压力套的附近。

18.一种用于成形适于互相连接到容器颈部的金属的端部密封件的方法，包括：

第一夹紧装置用于保持金属材料第一部分；

第二夹紧装置用于保持金属材料第二部分，所述金属材料的第二部分定位于所述第一部分的内部；

将压力套定位于所述第一夹紧装置和第二夹紧装置之间，其包括与所述金属材料操作接合的接合表面，其中在所述第一夹紧装置、第二夹紧装置、和压力套之间定位一空间；

其中，在所述金属材料的一部分保持着被保持在所述压力套和第一夹紧装置之间时，所述第一夹紧装置和所述第二夹紧装置的至少一部分相对于所述压力套运行，从而一优选的金属几何形状在压缩状态下成形于所述空间中。

19.如权利要求18所述的方法，其中，所述第一夹紧装置包括和模具芯环面对的外压力套。

20.如权利要求18所述的方法，其中，所述第二夹紧装置包括和板冲模面对定位的沉口冲模。

21.如权利要求18所述的方法，其中，在所述空间中的优选的金属几何形状包括金属端部密封件中的沉口。

22.如权利要求19所述的方法，还包括分别定位于所述外压力套和模具芯环附近的落料冲模和拉环，其分别适于夹紧所述金属材料的一部分。

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