專利名稱：用于衛(wèi)生罐包裝的罐體的改進(jìn)的拉伸方法
本申請(qǐng)是本中請(qǐng)人的下述待批申請(qǐng)的后續(xù)申請(qǐng)US-07/596，854，名稱為“其側(cè)壁拉伸受控制的單片罐體的生產(chǎn)”，申請(qǐng)日為1990年10月12日；US-07/866,611，名稱為“單片拉伸罐體”，申請(qǐng)日為1992年4月8日，它是1990年8月27日申請(qǐng)的、申請(qǐng)?zhí)枮?7/573,548、并于06/09/92授予專利權(quán)、專利號(hào)為5,114,657的分案申請(qǐng)；US-08/014,263，名稱為“拉伸罐體的方法、裝置和產(chǎn)品”，申請(qǐng)日為1993年2月5日；它是1986年2月21日申請(qǐng)的、申請(qǐng)?zhí)枮?6/831,624、名稱為“拉伸板狀金屬罐坯的方法和裝置”、并于05/14/91授予專利權(quán)、專利號(hào)為5,014,536的分案申請(qǐng)；該申請(qǐng)又是US-06/712,238，名稱為“拉伸罐體的方法、裝置和產(chǎn)品”，申請(qǐng)日為1985年3月15日(現(xiàn)已放棄)；US-08/053,458，名稱為“用于生產(chǎn)單片罐體的拉伸處理方法、系統(tǒng)和工具”，申請(qǐng)日為1993年4月27日；它是1990年3月8日申請(qǐng)的、申請(qǐng)?zhí)枮?7/490,781、名稱為“用于生產(chǎn)單片罐體的拉伸處理方法、系統(tǒng)和工具”、現(xiàn)已授予專利權(quán)、專利號(hào)為5,209,099的分案申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及用于改進(jìn)由包括預(yù)涂有有機(jī)涂層和拉伸潤(rùn)滑劑的壓延板狀金屬基材生產(chǎn)新的包裝罐體的新的拉伸處理生產(chǎn)方法和裝置。特別是由這種罐坯拉伸處理用于衛(wèi)生罐裝的側(cè)壁厚度基本均勻的罐體，無(wú)須任何側(cè)壁壓平步驟。
所述新的拉伸處理的作用是可以在杯形工件成型并再成型為筒形單片罐體過(guò)程中保持預(yù)涂在壓延板狀金屬上面的有機(jī)聚合涂層的完整性。所述拉伸處理生產(chǎn)獨(dú)立與所述扁平板狀金屬涂層和處理加工；所拉伸處理的罐體在加工中無(wú)須處理，并可直接用于食品的衛(wèi)生罐包裝生產(chǎn)，無(wú)須涂覆有機(jī)涂層或?yàn)橥繉有迯?fù)目的而涂覆有機(jī)涂層。
本發(fā)明的一個(gè)突出的經(jīng)濟(jì)效果是可以減少衛(wèi)生包裝罐體所消耗的板狀金屬。現(xiàn)有的常規(guī)拉伸—再拉伸方法增加側(cè)壁金屬厚度超過(guò)對(duì)衛(wèi)生罐包裝的強(qiáng)度要求。在上述傳統(tǒng)拉伸—再拉伸方法中側(cè)壁厚度的加厚是沿接近單片板狀金屬罐體開(kāi)口端逐步增加的。而且，當(dāng)為了克服側(cè)壁厚度問(wèn)題而要進(jìn)行側(cè)壁壓平時(shí)，在開(kāi)始拉伸和壓平處理時(shí)必須采用較厚的原始材料。結(jié)果，在拉伸中底部金屬和壓平的罐體的厚度會(huì)明顯超過(guò)衛(wèi)生罐包裝強(qiáng)度的正常要求，而且在拉伸和壓平之后需要有機(jī)涂層處理。
本發(fā)明通過(guò)減少相對(duì)于常規(guī)拉伸—再拉伸中對(duì)坯料切邊直徑的要求的降低，明顯減少了板狀金屬的消耗，并且在預(yù)涂過(guò)的罐坯的拉伸處理生產(chǎn)能夠更均勻地降低側(cè)壁金屬厚度。
本發(fā)明的罐體是由輕質(zhì)的、預(yù)涂過(guò)的罐坯制成的，在其開(kāi)口端有卷邊，能夠滿足衛(wèi)生罐包裝強(qiáng)度的要求，并能直接用于衛(wèi)生罐包裝生產(chǎn)，無(wú)須生產(chǎn)后有機(jī)涂層或有機(jī)涂層修補(bǔ)處理。用于經(jīng)濟(jì)的達(dá)到上述目的的優(yōu)選實(shí)施例是預(yù)涂過(guò)的、加工硬化的、壓延的鋼材。
為了更詳細(xì)地說(shuō)明落料和壓杯沖壓裝置，改進(jìn)過(guò)的新的拉伸處理步驟的具體實(shí)施例、更均勻的側(cè)壁張力控制和用于衛(wèi)生罐裝的新的單片罐體請(qǐng)參見(jiàn)附圖。其中

圖1是一個(gè)整體布置示意圖，用以描述本發(fā)明用以改進(jìn)新的預(yù)涂過(guò)的單片罐體流水生產(chǎn)的具體拉伸處理步驟及順序；圖2—8是位于選擇的順序周期時(shí)間的落料、壓杯和工具的橫截面的部分視圖，用于描述本發(fā)明的落料和壓杯方法以及工具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系；圖9-13是本發(fā)明的壓杯沖壓裝置的相互關(guān)聯(lián)的部分示意圖，用于描述本發(fā)明的具有單獨(dú)的連接桿的轉(zhuǎn)動(dòng)(360度)曲軸的工作，由它們產(chǎn)生分別驅(qū)動(dòng)壓杯模和壓杯沖頭的驅(qū)動(dòng)裝置的相位差；圖14-19是放大的局部橫截面視圖，用于描述在再拉伸圖2-8所示的拉伸的杯形工件的底部和側(cè)壁之間的曲面整體過(guò)渡區(qū)的處理中的再成型；圖20用于描述在生產(chǎn)位于圖11-14所示的夾持平面與筒形側(cè)壁之間的多半徑弧面過(guò)渡區(qū)時(shí)的幾何圖；圖21-23是用于描述另一個(gè)多半徑曲面過(guò)渡區(qū)的實(shí)施例局部截面圖，該過(guò)渡區(qū)用在本發(fā)明的模腔的筒形內(nèi)壁和環(huán)繞所述壓杯?；蛟倮炷Ｈ肟趨^(qū)的夾持平面之間；圖24-25是底部成型工具和具有最終的再拉伸底部造型的罐體的局部截面視圖。
根據(jù)本發(fā)明，平面罐頭盒的毛坯包括帶有有機(jī)聚合涂料和拉伸加工潤(rùn)滑劑的壓延金屬板，該毛坯被加工成型為杯狀工件，其開(kāi)口端上帶有金屬卷邊。然后，該淺杯狀工件經(jīng)拉伸加工再次成型，制成一個(gè)帶預(yù)涂層的、圓筒狀的單個(gè)罐體。經(jīng)預(yù)涂的壓延金屬板材從平面毛坯上切下，被加工成一個(gè)帶有底面、側(cè)壁和金屬卷邊的杯狀物，該卷邊位于單個(gè)工件的開(kāi)口端。這樣，一個(gè)小直徑的單個(gè)罐體加工成型，在加工過(guò)程中，在拉伸加工中，隨著高度的增加，側(cè)壁的厚度基本均勻地減小，同時(shí)保留上端卷邊。
在拉伸加工圓筒狀單個(gè)罐體的過(guò)程中，平的金屬板被轉(zhuǎn)變?yōu)榍€形的金屬側(cè)壁，拉伸加工總是伴有直徑的縮小，以便增加側(cè)壁的高度。然而，為了增加側(cè)壁高度對(duì)杯狀工件的金屬側(cè)壁進(jìn)行的冷拔加工僅涉及對(duì)金屬側(cè)壁的加工，在罐頭制造業(yè)中，該加工步驟被稱這側(cè)壁壓平。該壓平步驟不包括把金屬板轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢慕饘賯?cè)壁，也不改變?nèi)萜鞯闹睆健?br> 在壓延金屬板再次成型為圓筒杯時(shí)，用現(xiàn)有的拉伸—再拉伸方法生產(chǎn)出的單個(gè)罐體的金屬側(cè)壁的厚度在靠近罐體開(kāi)口處增加。由于改進(jìn)了工具的形狀和夾持操作，本發(fā)明消除了上述金屬側(cè)壁的增厚現(xiàn)象。在罐體的拉伸和再拉伸加工過(guò)程中，在改善的拉伸的控制下，拉伸杯的金屬側(cè)壁，使其厚度均勻減小。該罐體具有金屬卷邊，并用于圓筒形的衛(wèi)生罐頭包裝。在本發(fā)明的兩步加工過(guò)程中，罐體直徑超過(guò)罐體側(cè)壁的高度；并在一個(gè)三步加工過(guò)程中，生產(chǎn)出衛(wèi)生罐頭包裝用的罐體，例如用于濃縮湯罐頭的罐體，其側(cè)壁高度超過(guò)罐體直徑。
參見(jiàn)圖1所示的一般生產(chǎn)流程的示意圖，在生產(chǎn)線32的入口處設(shè)立一個(gè)輸送已預(yù)涂的罐頭毛坯的輸送線30。在工位33上，壓延金屬板材被加工成預(yù)定的規(guī)格，并進(jìn)行表面處理，在工位34上，預(yù)涂有機(jī)聚合涂料和拉伸潤(rùn)滑劑。在工位35上，檢測(cè)潤(rùn)滑劑的量是否足夠及是否需要表面潤(rùn)滑。
本發(fā)明在杯狀工件的成型過(guò)程中避免了側(cè)壁材料的增厚。工件直徑在一次單獨(dú)的或兩次的拉伸加工過(guò)程中減小，同時(shí)，改善的拉伸控制作用于側(cè)壁，以便在封閉的底部和開(kāi)口端的金屬卷邊之間的整個(gè)側(cè)壁高度上形成均勻的板材厚度。平面夾持本身即可在新的拉伸操作的全部步驟中均勻地控制側(cè)壁拉伸，而且在本發(fā)明的整個(gè)加工過(guò)程中，完全無(wú)須壓平步驟。
由于金屬板材的制備工位33和罐頭毛坯的預(yù)涂工位34獨(dú)立于生產(chǎn)線，對(duì)于拉伸加工的涂有有機(jī)聚合涂層的罐體來(lái)說(shuō)，改善的金屬經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效果。在封罐之前無(wú)須對(duì)罐頭毛坯或罐體進(jìn)行處理，即可進(jìn)行拉伸加工。
在一個(gè)新的落料和壓杯沖壓裝置36(見(jiàn)圖1)的沖壓階段，預(yù)定直徑的毛坯從已預(yù)涂的壓延罐頭毛坯上切下。然后，成型的杯狀工件37被加工出來(lái)，并直接輸送到生產(chǎn)線上的輸送線上，并且開(kāi)口端朝下。
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，直徑的大部分減小是在壓杯加工期間完成，這與現(xiàn)有技術(shù)有很大區(qū)別，上述直徑的減小是指從切下毛坯的直徑減小到成品罐體的直徑。本發(fā)明可以在一次單獨(dú)的沖壓壓杯操作中實(shí)現(xiàn)上述直徑的顯著減小，而不會(huì)在金屬罐頭盒板材毛坯上產(chǎn)生皺褶或波紋。從切下毛坯的直徑減小到成品罐體的直徑的過(guò)程中，至少有50％到90％的直徑減小量是在本發(fā)明的落料和壓杯操作的壓杯步驟中完成的。
過(guò)去的落料壓杯加工是在單行程壓力機(jī)上慢慢進(jìn)行的，或需要對(duì)杯形工件進(jìn)行特殊處理，以便后續(xù)加工。本發(fā)明的一個(gè)方面特別涉及沖壓時(shí)間的減少，在壓杯加工過(guò)程中，壓杯模具與壓杯沖頭進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即可縮短中壓時(shí)間。所述的壓杯操作(圖2—13)還避免了產(chǎn)品的拉穿，并且在后續(xù)加工之間無(wú)需翻轉(zhuǎn)拉伸杯或進(jìn)行其它的處理。生產(chǎn)率的提高部分歸功于杯子成型模具運(yùn)動(dòng)速度的提高。另外，一旦杯子37(圖1)加工完成，拉伸成的杯狀工件37被直接輸送到生產(chǎn)線的輸送線上，其卷邊開(kāi)口端向下。杯狀工件37具有金屬側(cè)壁38，該側(cè)壁38位于底部40的過(guò)渡區(qū)39與開(kāi)口端的金屬卷邊41之間。該杯狀工件37向再拉伸工位42輸送，輸送時(shí)其開(kāi)口朝下，且金屬卷邊41位于生產(chǎn)線的輸送線上。開(kāi)口朝下的工件在一臺(tái)單獨(dú)的再拉伸沖壓機(jī)上加工成淺罐體43，罐體43具有一個(gè)底部44及位于過(guò)渡區(qū)46和開(kāi)口端卷邊47之間的側(cè)壁45。
這樣在壓杯加工過(guò)程中，防止了側(cè)壁厚度的增加，并且在后續(xù)的再加工拉伸過(guò)程中，隨著容器的一個(gè)新直徑的形成，側(cè)壁的厚度進(jìn)一步減小。為均勻拉伸工件，在新的直徑的加工過(guò)程中，改善了拉伸控制。即，通過(guò)對(duì)拉伸進(jìn)行控制，側(cè)壁尺寸均勻減小，同時(shí)側(cè)壁高度有所增加，上述拉伸所用的方法和裝置容后詳述。
在工位35上，加工出預(yù)定規(guī)格(且最好具有加工硬化特性)的壓延金屬板，并且在板的兩面預(yù)涂有機(jī)聚合涂層和潤(rùn)滑劑。這種制備和涂覆工作最好在連續(xù)的帶上進(jìn)行，而切下的金屬板被預(yù)涂并輸送到新的落料和壓杯沖壓裝置36上。拉伸加工后，罐體可直接用來(lái)罐裝食物，無(wú)須除去潤(rùn)滑劑、進(jìn)行清理、涂覆有機(jī)物或在預(yù)涂層上增加有機(jī)涂層。作為生產(chǎn)線的一部分，罐體修整包括底部壓型(圖中標(biāo)號(hào)為48)。在本發(fā)明的實(shí)際操作過(guò)程中，作為兩步加工的一部分，底部壓型在再拉伸沖壓機(jī)42上進(jìn)行；或作為三步加工的一部分，底部壓型在再拉伸工位49上進(jìn)行，該工位第二次進(jìn)行直徑減小的拉伸。也就是說(shuō)，生產(chǎn)時(shí)在最終的再拉伸沖機(jī)上帶有底部壓型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與再拉伸模具為一體，下文中還將詳細(xì)描述。
在工位52上對(duì)金屬卷邊47或第二再拉伸罐體51的金屬卷邊50進(jìn)行修邊。隨著卷邊修整工作的完成，在工位53上對(duì)側(cè)壁進(jìn)行優(yōu)化壓型(這種優(yōu)化壓型是對(duì)一些選出的罐體進(jìn)行的，這些罐體的側(cè)壁高度超過(guò)罐體直徑)。在工位54上，對(duì)進(jìn)入工位55之前的罐體的缺陷等進(jìn)行檢查。
在圖11到13所示的落料和壓杯沖壓機(jī)中，采用圖2到8所示的模具將提高金屬板拉伸成的杯狀工件的生產(chǎn)率，使其超過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的生產(chǎn)率。這樣，整個(gè)罐體生產(chǎn)線的生產(chǎn)率可以在更寬的范圍內(nèi)調(diào)整，從而獲得罐體生產(chǎn)與就地罐裝操作良好的協(xié)調(diào)性。
涂覆在一個(gè)預(yù)制的金屬基板上的有機(jī)聚合涂料包括一種“起膜劑”，即一種潤(rùn)滑劑，它由拉伸加工產(chǎn)生的熱和/或壓力激活。在工位35上對(duì)潤(rùn)滑劑涂層(起膜劑和添加的表面涂層)的預(yù)測(cè)重量進(jìn)行判斷，以便用表面涂布的方法向處于平面狀態(tài)的罐頭毛坯施加潤(rùn)滑劑。預(yù)涂的有機(jī)涂層和拉伸潤(rùn)滑劑(必要的起膜劑和/或添加的表面涂層)可預(yù)先選擇，以滿足政府管理部門(例如美國(guó)食品與藥品管理局和/或美國(guó)農(nóng)業(yè)部)的要求，對(duì)食品罐體的內(nèi)表面(產(chǎn)品側(cè)面)就更是如此。
上述起膜劑包含在有機(jī)涂料和/或施加于表面的增加的潤(rùn)滑劑中，對(duì)每個(gè)表面的起膜劑加以選擇。每個(gè)表面上潤(rùn)滑劑涂層的總重量預(yù)定在約15-20mg/ft2范圍內(nèi)。罐體外表面上為適應(yīng)加工應(yīng)力所選用的有機(jī)物和潤(rùn)滑劑，可以與罐體內(nèi)表面(或稱產(chǎn)品側(cè)面)的選用的不同。
在此引用本人的如下待批美國(guó)專利申請(qǐng)作為參考文獻(xiàn)，它們是申請(qǐng)日為1992年8月6日、序號(hào)為07/926,055、名稱為“復(fù)合涂層壓延金屬板的制造及產(chǎn)品”的申請(qǐng)，及申請(qǐng)日為1993年4月19日、序號(hào)為08/047,451、名稱為“大規(guī)格復(fù)合涂層的壓延鋼材的制造及產(chǎn)品”的申請(qǐng)。這些參考文件用于進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明壓延鋼材的表面制備過(guò)程，它是帶有機(jī)涂層的罐頭毛坯的較好的基材。熱定型有機(jī)聚合涂料和拉伸潤(rùn)滑劑已得到美國(guó)食品與藥品管理局的許可，可在食品罐頭中使用，這些涂料和拉伸潤(rùn)滑劑在待批的07/866,661號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)中揭示，在此引證以為參考。
一次壓延基板后的壓延金屬板厚度(后稱為開(kāi)始厚度)最好這50至約85lb/bb。由于加工硬化金屬板如基材特性等的變化小，所以將其用于拉伸過(guò)程是非常有利的。二次壓延后的鋼板開(kāi)始厚度約為50-70lb/bb和/或三次壓延后的加工硬化鋼板開(kāi)始厚度約為35-50lb/bb，關(guān)于前者的內(nèi)容參見(jiàn)美國(guó)賓州匹茲Herbick和Held出版公司出版的、版權(quán)屬AISE的《鋼的制造、成型和處理》一書(shū)1971年第九版第971頁(yè)，而后者的內(nèi)容則在序號(hào)為08/045,451的待批美國(guó)專利申請(qǐng)中有進(jìn)行了描述，在此可供參考。
杯件37封閉底部40的平面部分厚度即為開(kāi)始厚度。應(yīng)選用一個(gè)較大的弧面沖頭加工出底部40金屬卷邊41之間的過(guò)渡區(qū)39。壓杯沖頭弧形面的面積與杯狀工件的過(guò)渡區(qū)39弧形面的面積相當(dāng)，且選用一個(gè)面積較大的沖頭促成金屬板運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始。
主要的直徑減小(從坯料的直徑到成品罐體直徑)是在落料和壓杯沖壓過(guò)程中完成的，大約總直徑59-90％的減小是在壓杯操作中完成的，上述的直徑減小即是從坯料直徑尺寸加工到所需的成品罐體直徑尺寸。
沖頭預(yù)先選定的大的圓弧面面積可以完成壓延板材的初始運(yùn)動(dòng)，將其從平板形狀加工為圓筒狀。拉伸杯37的過(guò)渡區(qū)被拉伸成約為沖頭的圓角，該圓角的弧形面面積應(yīng)盡可能大，以避免金屬板材出現(xiàn)皺紋。沖頭弧形面的面積超過(guò)罐頭毛坯基板標(biāo)稱開(kāi)始厚度的30倍，直至達(dá)到該厚度的約40倍，所述的弧形面面積為凸出夾持平面并在圓弧上測(cè)出的。如測(cè)出的凸出部分的沖頭圓角約為0.3″的大圓弧面可用于加工厚度為65lb/bb的二次壓延鋼板。
壓杯拉伸模的腔體進(jìn)入?yún)^(qū)的形成包括凸出水平夾持平面約為1-5倍金屬板的厚度，該腔體進(jìn)入?yún)^(qū)大約與實(shí)際的弧表表面一樣小，以免將基板撕裂。與傳統(tǒng)的拉伸操作不同，選定的沖頭間隙等于罐頭毛坯的厚度，以便罐體形成，并避免了在壓杯操作中任何使金屬側(cè)壁變厚的情況。
具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明拉伸模弧形表面進(jìn)入?yún)^(qū)為多半徑弧面，此內(nèi)容在序號(hào)為07/596,854的待批美國(guó)專利中已有描述，在此僅供參考。
下面對(duì)新的落料和壓杯過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。杯形工件37帶有朝下的開(kāi)口端，并以向下開(kāi)口處的卷邊進(jìn)行傳送。在本發(fā)明的制造系統(tǒng)中，在整個(gè)拉伸過(guò)程中始終以這種向下開(kāi)口處的卷邊進(jìn)行的傳送。所述的卷邊應(yīng)分布在一個(gè)通過(guò)(或幾乎垂直于)杯狀工件縱向中心軸的平面上。杯狀工件的縱向中心軸垂直通過(guò)工件圓形底部的幾何中心。在開(kāi)口端的整個(gè)圓周上，卷邊的分布最好適于支承工件在生產(chǎn)線上的輸送，從而防止工件開(kāi)口端處的圓筒形狀受到破壞，以利其適當(dāng)?shù)厮腿朐倮煅b置中。
單獨(dú)的平面夾持能夠在杯成型過(guò)程中更均勻地控制整個(gè)周長(zhǎng)上的拉伸，并且在再拉伸過(guò)程中也得到更均勻的拉伸，以便在整個(gè)側(cè)壁高度上的側(cè)壁厚度基本均勻，所述的整個(gè)側(cè)壁高度是指從封閉底部的弧形過(guò)渡區(qū)到罐體開(kāi)口端的卷邊。
現(xiàn)參照?qǐng)D2-8和圖11-13進(jìn)行說(shuō)明，壓杯模和壓杯沖頭均沿一個(gè)正對(duì)著的方向彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以形成杯罐；隨后它們又沿彼此分開(kāi)的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便松開(kāi)并排出經(jīng)拉伸的杯形工件，然后杯罐以其卷邊在生產(chǎn)線的輸送線上傳送，同時(shí)一塊新的金屬板進(jìn)入到工位36中進(jìn)行落料處理。
也就是說(shuō)，拉伸模和拉伸沖頭均以很快的速度彼此分開(kāi)將杯罐放開(kāi)。杯成型沖程的總長(zhǎng)等于側(cè)壁的高度，但是與傳統(tǒng)的拉伸裝置的操作相比，該沖程的時(shí)間大大地縮短了，并且罐頭毛坯的進(jìn)料時(shí)間也提前和增加了。
采用一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)曲軸驅(qū)動(dòng)動(dòng)力可以在壓杯模60和壓杯沖頭62之間產(chǎn)生所選定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。所述的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力在圖9中為標(biāo)號(hào)56，它是由如電動(dòng)馬達(dá)(圖中未示)等通過(guò)連接桿來(lái)帶動(dòng)的。通過(guò)選擇每次運(yùn)動(dòng)的相位差(約135度)，沖壓定時(shí)可以一個(gè)超過(guò)360度的循環(huán)中都有效。該循環(huán)共同作用形成杯罐的階段可選擇成這樣形成杯罐時(shí)，各沖頭的運(yùn)動(dòng)速率較低；而當(dāng)各沖頭以較快的速率運(yùn)動(dòng)時(shí)，成型杯罐的釋放速率應(yīng)加快。在沖壓機(jī)中罐頭毛坯的運(yùn)動(dòng)可以提前，以利于杯罐從沖壓機(jī)中釋放出來(lái)的運(yùn)動(dòng)。
如圖9所示，一個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)曲軸裝置帶動(dòng)不同的連接桿，以分別驅(qū)動(dòng)壓杯模和壓杯沖頭。
在圖2中，壓杯模60處于上死點(diǎn)(TDC)位置，而壓杯沖頭62則沿箭頭63所指的方向向下運(yùn)動(dòng)，離開(kāi)模腔64。夾持環(huán)65由彈簧壓在夾持平面66上，該夾持平面位于生產(chǎn)線的輸送線上；而落料模70的切割刃也由夾持環(huán)65一起被彈簧向上壓住。
如圖2-13所示，壓杯模和壓杯沖頭被曲軸和連接桿驅(qū)動(dòng)，并具有一定的相位差(約為135度)。上述模和沖頭的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使杯的成型時(shí)間減少，成型后杯罐的釋放速度加快并且沖壓的生產(chǎn)效率提高。成型杯罐的迅速釋放能使罐頭毛坯進(jìn)入沖壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)提前，并迅速將其以開(kāi)口向下的方式排出到系統(tǒng)的輸送線上。
在圖2中，位于上死點(diǎn)的壓杯模60處于圖9所示旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)曲軸裝置56的360度循環(huán)的開(kāi)始位置。在上述360度的循環(huán)中，在大約40度的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)(見(jiàn)圖3)，壓杯模是沿著箭頭73所示的方向向下運(yùn)動(dòng)的。在圖2中為向下運(yùn)動(dòng)的壓杯沖頭62，在圖3中則到棕其下死點(diǎn)(BDC)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，壓杯模和壓杯沖頭的運(yùn)動(dòng)相位相差約150度。
如圖4所示，在360度旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)循環(huán)中，從大約40度到147度的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)，壓杯模60和壓杯沖頭62是從生產(chǎn)輸送平面30的兩側(cè)彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的(沿靠近的方向)。沖頭62向罐頭毛坯表面運(yùn)動(dòng)，形成工件的內(nèi)表面，而沖頭64沿箭頭73所示的方向運(yùn)動(dòng)，形成杯罐的外側(cè)，并將其拉伸為開(kāi)口向下的杯罐。
在圖4中，供入中壓機(jī)中的罐頭毛坯被夾持在壓杯模60的夾持平面61和夾持環(huán)65的平面66之間。夾持環(huán)65與壓杯沖頭同軸。壓杯模60的外圓周上帶的切割刃75。切割刃75與固定落料工具70上的切割刃共同作用，而切割刃68則位于生產(chǎn)線的輸送平面30上。作為圖4所示之落料操作的一部分，將一塊圓形的坯料切下。在圖5中，該罐頭毛坯仍被夾持上述兩個(gè)夾持平面之間。
從壓延罐頭毛坯到杯狀工件的成型過(guò)程開(kāi)始于沖頭62和模60沿圖中箭頭73和74的運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)是同步、共軸且相互重疊的。如圖5所示，隨著罐頭毛坯在模腔64中被拉伸，壓杯模60到達(dá)其下死點(diǎn)(BDC)。在圖6中，沖頭和沖模與模60一起沿相同的方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)為圖中箭頭78所示的向上的方向，同時(shí)沖模和沖頭繼續(xù)在相互重疊的部分相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
壓杯模60和沖頭62在與中心軸85同軸的方向運(yùn)動(dòng)(見(jiàn)圖6)；該軸垂直通過(guò)杯形工件底部的幾何中心，并且是圖2-8所示工具的對(duì)稱中心。曲軸和連接桿以選定的相位差驅(qū)動(dòng)模60和沖頭62，該相位差介于135度和150度之間。在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，始終保持該相位，直到壓杯模62再次到達(dá)上死點(diǎn)(TDC)。沖頭62的下死點(diǎn)狀態(tài)(見(jiàn)圖3)與壓杯模60的下死點(diǎn)狀態(tài)(見(jiàn)圖5)的相位相差40度。
該相位差可以使得各工具在循環(huán)的不同階段的運(yùn)動(dòng)速率不同。在杯成型過(guò)程中，工具的運(yùn)動(dòng)速率越低(以產(chǎn)生大的力)，則在杯罐形成以后，工具的運(yùn)動(dòng)速率越高，以便更快地釋放杯罐并將其移出。
在模60接近下死點(diǎn)附近將坯料切下(見(jiàn)圖)后，模60的運(yùn)動(dòng)速度放慢，并位于其向上運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始位置，而此時(shí)沖頭62繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速率大于杯罐成型完成時(shí)模60的速率。隨著沖頭62在360度循環(huán)中的220度到達(dá)其上死點(diǎn)(見(jiàn)圖7)，壓杯過(guò)程完成。隨著杯成型過(guò)程的完成，各工具沿彼此相反的方向運(yùn)動(dòng)，從而可迅速釋放工件。當(dāng)工具放開(kāi)拉伸杯時(shí)，該杯便可自由地脫離沖壓機(jī)而運(yùn)動(dòng)。如圖8所示，在整個(gè)循環(huán)的293度轉(zhuǎn)角之前一點(diǎn)，即拉伸杯剛從沖壓機(jī)中運(yùn)動(dòng)出來(lái)后，壓延罐頭毛坯開(kāi)始進(jìn)入到?jīng)_壓機(jī)中。在從該循環(huán)的293度(見(jiàn)圖8)到下一個(gè)循環(huán)略小于的147轉(zhuǎn)角之前這段時(shí)間內(nèi)，完成拉伸杯的排出和加工下一個(gè)罐杯的罐頭毛坯的進(jìn)入，且進(jìn)入的毛坯恰位于落料位置處。圖9-13各圖中的裝置顯示了在360度循環(huán)的一半轉(zhuǎn)角內(nèi)其相位差關(guān)系。
夾持環(huán)65預(yù)先加載，以提供落料時(shí)有限的運(yùn)動(dòng)，并由氣壓缸或彈簧型的預(yù)加載結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的夾持力，所述的氣壓缸可以從美國(guó)密執(zhí)安州DEARBORN的Teledyne一Hyson公司買到。
隨著沖頭62到達(dá)圖8所示的位置，未落料的罐頭毛坯或其它裝置的進(jìn)入可用以促成杯罐離開(kāi)沖壓機(jī)的運(yùn)動(dòng)；壓杯模和沖頭為杯罐的運(yùn)動(dòng)提供間隙。由于板狀罐頭毛坯的縱向移動(dòng)距離等于開(kāi)始夾持的金屬的徑向尺寸(見(jiàn)圖4)，所以未落料的金屬板材在輸送平面30上的運(yùn)動(dòng)在離開(kāi)圖8所示的位置之前一點(diǎn)便可進(jìn)行，即沖頭62完全縮回到圖8所示的位置之前便可進(jìn)行。罐頭毛坯的這種運(yùn)動(dòng)可以依靠工件從壓杯工位到輸送面30的開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，或用輸送線上的機(jī)械的或磁的驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)杯罐向第一再拉伸工位的運(yùn)動(dòng)。
圖9-13示意性地表示了借助連接臂58曲，軸56的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述的連接臂驅(qū)動(dòng)壓杯模和壓杯沖頭在圖2-8所示的位置間運(yùn)動(dòng)。
圖14詳細(xì)表示了杯成型工具的某些部分。通過(guò)對(duì)工具的尺寸和形狀的選擇、沖頭和模之間周向均勻的預(yù)定間隙、以及平面夾持，杯罐42與縱向中心軸對(duì)稱地被拉伸，并且不增加其側(cè)壁厚度。
沖頭頭部82具有一具凸出于水平面并帶的圓角的表面，其面積大約為罐頭毛坯厚度的40倍。腔體入口區(qū)84由多半徑的圓弧構(gòu)成，并保持其凸出于夾持面帶圓角的部分是罐頭毛坯開(kāi)始厚度的約2到5倍。采用多半徑弧面可以增大金屬板材進(jìn)入腔體開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)的弧面面積，而不必增大夾持平面的入口區(qū)的凸出部分，并同時(shí)提供一個(gè)銳邊，以便在圓筒形側(cè)壁的多個(gè)方向上再拉伸金屬平板。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，用于腔體入口區(qū)84的多半徑分別為0.05″/0.02″/0.05″。外側(cè)表面半徑0.05″能使罐頭毛坯慚慚地進(jìn)入和離開(kāi)過(guò)渡區(qū)；而表面中間部分的半徑則為0.02″，它能在提供一個(gè)銳邊形狀，罐頭毛坯在其附近進(jìn)入腔體內(nèi)，這是得到均勻側(cè)壁厚度的一個(gè)重要方面，并且隨著金屬板漸漸被加工為圓筒形其厚度減小，但卻不會(huì)在這些銳邊外發(fā)生金屬板的斷裂、撕裂或切斷現(xiàn)象。
對(duì)75lb/bb的壓延板來(lái)說(shuō)，中間半徑0.02″小于金屬板在腔體內(nèi)的拉伸量，該拉伸量大約為上述金屬板厚度的2倍，而當(dāng)其開(kāi)始進(jìn)入過(guò)渡區(qū)時(shí)，其半徑則是該厚度的5-7倍。沖頭62與壓杯模60的內(nèi)壁58之間的間隙(處于兩者的整個(gè)周長(zhǎng)上)至少約等于預(yù)涂罐頭毛坯的厚度，且其允許金屬板材的標(biāo)準(zhǔn)公差。同樣，腔壁88略為內(nèi)錐形，這樣隨著進(jìn)入該腔體深度的增加，其直徑也不斷增大。
在后一再拉伸階段(或稱為二次處理的階段)，或二個(gè)拉伸階段，沖頭和腔體間的間隙相對(duì)于腔體中正在被拉伸的金屬的厚度減小，以便在縱向拉伸的作用下側(cè)壁的高度增加。在腔體中被拉伸金屬由于平面夾持的作用在其圓周上得到均勻的拉伸，且其拉伸量逐慚增加。隨著罐頭毛坯進(jìn)入腔體過(guò)渡區(qū)進(jìn)行縱向拉伸，模側(cè)壁處的間隙(再拉伸模腔體入口區(qū)后)略小于罐頭毛坯的厚度。這一縱向拉伸從過(guò)渡區(qū)開(kāi)始，并由沖頭和模整個(gè)直徑上所選定的間隙來(lái)控制。在再拉伸期間金屬板的縱向拉伸大約在再拉伸腔體入口區(qū)銳角的中間半徑較小處為最大。在整個(gè)再拉伸杯罐的成型過(guò)程中，夾持壓力始終保持。在本發(fā)明的再拉伸處理過(guò)程中，所選定的整個(gè)側(cè)壁周向的均勻加工間隙等于罐頭毛坯的厚度，該厚度并不是放入平面夾持區(qū)域時(shí)的厚度，而是腔體入口過(guò)渡區(qū)附近拉伸時(shí)的罐頭毛坯厚度，這種拉伸是為了使毛坯進(jìn)入凹陷的模腔內(nèi)側(cè)壁。金屬板材在拉力的作用下被拉伸，無(wú)須壓平，并且不需要象側(cè)壁壓平工序那樣再將板材壓入一個(gè)小直徑孔中。為了均勻地對(duì)側(cè)壁進(jìn)行再拉伸，加工過(guò)程中在再拉伸模與再拉伸沖頭之間設(shè)定間隙，該間隙小于帶有涂層的罐頭毛坯的開(kāi)始厚度，但等于被平面夾持并在腔體入口過(guò)渡區(qū)拉伸的側(cè)壁的厚度。再拉伸使厚度減小，例如一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)過(guò)兩次壓延的鋼板開(kāi)始厚度為0.0072″，而間隙約為0.007″(在截面上徑向測(cè)得)，該間隙位于再拉伸壓杯模的圓周上，以便在腔體入口區(qū)周圍實(shí)現(xiàn)拉伸，從而使側(cè)壁厚度減至約0.0066″。在封閉的底部與開(kāi)口端卷邊之間的整個(gè)側(cè)壁高度上，厚度基本均勻地減小。對(duì)三步加工而言，在直徑不斷減小的再拉伸加工過(guò)程中，也可以預(yù)定上述間隙，以便在本實(shí)施例中得到一個(gè)均勻的厚度約為0.0055″的側(cè)壁。側(cè)壁厚度的平均減小量略大于20％。
在壓杯操作的毛坯直徑減小以及隨后的杯直徑減少操作過(guò)程中，弧形表面夾持或任何弧形夾持表面配合被消除，單平面夾持可以提供均勻的周向夾持和沿圓周均勻的夾持壓力更準(zhǔn)確的控制。再拉伸裝置如圖14所示。不過(guò)在杯形工件37的封閉的底部和側(cè)壁之間的弧面過(guò)渡區(qū)39，首先繞再拉伸夾持工具較小的弧形外表面再成型，如圖16-18所示，并在待批美國(guó)專利申請(qǐng)07/866,661中有詳細(xì)描述，再此以供參考。該過(guò)渡區(qū)的再成型的開(kāi)始是以這種方式進(jìn)行的它能在工件封閉的底部產(chǎn)生一個(gè)力。該力朝向遠(yuǎn)離杯體縱向中心軸的橫面。曲面工件過(guò)渡區(qū)再成型的重要性(以及在隨后的直徑減少再拉伸操作中)是相同的，如上所述，在罐體新直徑成型期間，在罐頭毛坯的表面區(qū)上再成型這種弧形過(guò)渡區(qū)，上述表面區(qū)在兩個(gè)夾持表面之間。圖15-19中的夾持環(huán)的多半徑過(guò)渡區(qū)的產(chǎn)生如圖20所示，并且在本申請(qǐng)的在先申請(qǐng)中已有詳細(xì)描述。
圖16所示為杯42與用于上述再成型的接近封閉底部過(guò)渡區(qū)39的工具的放置形式。再拉伸模102(見(jiàn)圖15)具有一個(gè)單獨(dú)的夾持平面103，該夾持平面位于與縱向中心軸80垂直的平面內(nèi)。
當(dāng)再拉伸模是由燒結(jié)硬化的可機(jī)加工的材料(如碳化鎢)制成的時(shí)候，所述夾持表面區(qū)是延展過(guò)的(如圖16所示)，并且兩夾持平面之間具有一個(gè)鈄度。例如，平面103可以在1度之內(nèi)(如0度5分)向外傾鈄，以便于罐頭毛坯沿該表面向腔體移動(dòng)；燒結(jié)硬化工具錐體的應(yīng)用在申請(qǐng)人的題為“拉伸工藝方法，用于單片罐頭生產(chǎn)的系統(tǒng)和工具”的待批申請(qǐng)07/490,781中有詳細(xì)描述。
可軸向運(yùn)動(dòng)的夾持工具104有一個(gè)套筒狀結(jié)構(gòu)，并被設(shè)置在再拉伸沖頭106周圍。再拉伸被用于將罐頭毛坯移動(dòng)到由再拉伸模102所形成的腔體108中。在再拉伸腔體108的內(nèi)壁與沖頭外壁之間的間隙相對(duì)于開(kāi)始厚度有選擇地在每次拉伸中減少。在再拉伸沖頭周圍的徑向間隙比基材厚度少5-15％，但是，被選擇為大體上等于或稍大于環(huán)繞銳邊腔體入口區(qū)側(cè)壁的厚度。罐頭毛坯的拉伸是由大的再拉伸沖頭的運(yùn)動(dòng)開(kāi)始的，此時(shí)金屬在腔體入口區(qū)的銳邊中徑周圍被拉伸。通過(guò)減少進(jìn)入過(guò)渡區(qū)上邊的模腔的間隙，基材側(cè)壁上的拉伸被增加。當(dāng)弧形沖頭半徑進(jìn)入模腔時(shí)，通過(guò)在腔體入口區(qū)銳邊上張力拉伸，可以拉伸基材并降低其厚度。
這類拉伸和再拉伸的結(jié)果是沿再拉伸罐頭體的過(guò)渡和卷邊之間的側(cè)壁高度的側(cè)壁厚度被均勻減小。再拉伸的側(cè)壁基材厚度在圖1所示的第一次再拉伸中減少10-20％。綜合的側(cè)壁基材厚度在圖1所示的最終的和第二次再拉伸過(guò)程中可以選擇，使總的厚度減少高達(dá)約25％；總的減少還可達(dá)到約35％；不過(guò)，側(cè)壁厚度的減少量取決于開(kāi)始厚度和衛(wèi)生罐包裝使用對(duì)側(cè)壁的要求。
參見(jiàn)圖15-19，夾持套筒104包括側(cè)壁110、平面夾持底部111和它們之間的曲面過(guò)渡區(qū)112。夾持套筒104的側(cè)壁110的尺寸提供了一個(gè)相對(duì)于工件杯體37的內(nèi)側(cè)尺寸的內(nèi)壁38的工具間隙(約0.0025″)。
夾持套筒104的過(guò)渡區(qū)112的表面區(qū)明顯小于杯體34過(guò)渡區(qū)39的表面區(qū)的一半；例如1/4-1/2。即，在一個(gè)具體實(shí)施例中，朝向與縱向中心軸線垂直的夾持平面的過(guò)渡區(qū)112的凸起小于該平面上杯體過(guò)渡區(qū)101凸起的40％。通過(guò)選擇這些弧面的相互關(guān)系使在夾持截面上它們的徑向凸起相差至少60％。杯體37的過(guò)渡區(qū)39在其它的金屬材料因再拉伸沖頭106而移向模具腔體之前，在過(guò)渡區(qū)112上被再成型。杯狀工件過(guò)渡區(qū)的再成型如圖12—15所示。
一個(gè)較小的再拉伸模腔入口區(qū)表面(在以后的附圖中有更詳細(xì)的描述)也能增加該再拉伸模的與再拉伸夾持環(huán)的平面共同作用的夾持面積。在操作過(guò)程中，再拉伸模腔入口的徑向凸起為基材厚度的5一0.5倍。綜合再拉伸杯體過(guò)渡區(qū)及采用較小的腔體入口區(qū)的效果可以增加夾持平面到相當(dāng)于采用傳統(tǒng)拉伸工具的罐體尺寸的至少2倍。
再拉伸夾持套筒周向過(guò)渡區(qū)(從截面方向看)被制成多半徑。如圖20所示，夾持套筒124包括一個(gè)與杯體中心軸垂直的平底126；夾持套筒124還包括一個(gè)周向側(cè)壁127。在優(yōu)選的用夾持工具生產(chǎn)弧形過(guò)渡區(qū)的過(guò)程中，在中心128處用一個(gè)“大”的半徑R，以形成與平底126相切的圓弧129。延長(zhǎng)的圓弧129轉(zhuǎn)過(guò)45度后與延長(zhǎng)的周向側(cè)壁127在一個(gè)虛點(diǎn)130處相交。
中心132以R的半徑形成與側(cè)壁127相切的圓弧143；延伸的弧134轉(zhuǎn)過(guò)45度與橫向夾持面在虛點(diǎn)136處相交。
在虛點(diǎn)136和圓心132之間畫(huà)直線137；在虛點(diǎn)130和圓心128之間畫(huà)直線138；在平行線137和138之間畫(huà)一與之等距的虛線139。虛線139包括曲面“小”半徑的圓心點(diǎn)，所述曲面與圓弧129和134相切，以避免兩表面在虛點(diǎn)141處陡然相交。在線139上找一個(gè)半徑為1/2R的圓心142，然后畫(huà)一段圓弧143，以完全再拉伸夾持套筒124的過(guò)渡區(qū)的光滑的、多半徑的曲面。
圖16所示的夾持工具設(shè)計(jì)導(dǎo)致底部111的橫夾持面上的多半徑曲面的凸起為0.0707X2，使得夾持表面比當(dāng)再拉伸夾持套筒124的曲面過(guò)渡區(qū)的面積為采用的單一半徑R時(shí)的面積再增加將近20-30％。此外，還提供一個(gè)通向過(guò)渡區(qū)的更平緩的彎曲入口面，以及一個(gè)從過(guò)渡區(qū)到夾持表面126的更為平緩的平面145，弧面144使得再拉伸夾持環(huán)過(guò)渡區(qū)更宜于與杯形工件的弧形過(guò)渡區(qū)接觸，以進(jìn)行該過(guò)渡區(qū)的再成型步驟。
在一個(gè)用于再成型0.300″半徑的工件杯體36的弧形過(guò)渡區(qū)的具體的圓筒狀實(shí)施例中，R被選擇這0.100″；因此，夾持套筒多半徑過(guò)渡區(qū)的凸起在橫夾持面上為0.0707″，四舍五入為0.071″。R還可選用其它值，例如，用于再成型杯體過(guò)渡區(qū)的弧面半徑為1.25″，以再成型半徑基本上大于0.300″的杯體過(guò)渡區(qū)；或者以0.9″的半徑再成型一個(gè)半徑較小的弧面過(guò)渡區(qū)；一般來(lái)說(shuō)，選擇R為0.100″，這樣將會(huì)優(yōu)化以前設(shè)計(jì)的罐體尺寸。
如圖15的截面所示，在模102的平面103和夾持套筒過(guò)渡區(qū)112之間形成的一個(gè)錐形結(jié)構(gòu)146，用以將工件坯料移向軸向橫夾持面，并且在沖頭106進(jìn)入腔體108時(shí)不損壞涂層。如上所述，通過(guò)使表面103偏離夾持面，可以在夾持平面外面的位置(遠(yuǎn)離軸80處)上加大間隙。
通過(guò)移動(dòng)圖15中的再拉伸沖頭，對(duì)罐坯進(jìn)行拉伸。再拉伸沖頭106包括底部147，周向側(cè)壁148和位于它們之間的曲面過(guò)渡區(qū)149。過(guò)渡區(qū)149(再拉伸沖頭頭部)的表面大到這樣的程度在工件加工的后期，使封閉的底部過(guò)渡區(qū)滿足每個(gè)新直徑側(cè)壁拉伸的幾何要求。在該實(shí)施例中，在該大表面沖頭頭部形成一個(gè)半徑為0.20"的曲面，用于淺杯形工件37的直徑減?。蝗缟纤?，也采用了一個(gè)較小凸起的腔體入口區(qū)表面，最好被制成0.050"/0.020″/0.050″的多半徑曲面。
參見(jiàn)圖21至23，就多半徑腔體入口區(qū)而言，圖21是一個(gè)在單一半徑的曲面166上成型的模具165的腔體入口區(qū)的垂直橫截面的部分視圖。按照前面的教導(dǎo)選擇在壓杯階段的半徑為金屬板材開(kāi)始厚度的大約5倍；該半徑在隨后的再拉伸操作中減小。用于入口腔體的單一半徑曲面168與縱向中心軸80分開(kāi)，并在夾持平面171和內(nèi)側(cè)壁表面172對(duì)稱地延伸。曲面168在其90度弧的兩端相切(如該橫截面圖所示)，即分別與平面171和腔體內(nèi)表面172相切。
在圖22中，該曲面168(圖22以半徑166形成的弧面)用虛線表示；在夾持平面和腔體側(cè)壁之間的45度角的線173也用虛線表示。該45度角線173與單一半徑曲面168和夾持平面171在切點(diǎn)174處相交，并與內(nèi)側(cè)壁172在切點(diǎn)175處相交。如果將夾持平面171和腔體內(nèi)表面延長(zhǎng)(如橫截面圖所示)，將會(huì)形成一個(gè)90度的角。
本發(fā)明中提供了一個(gè)較大的入口區(qū)表面176(圖16)。在所述的具體實(shí)施例中，通過(guò)為多直徑表面選擇一個(gè)約0.050"半徑的“較大”半徑(RL)實(shí)現(xiàn)多半徑腔體入口區(qū)。該較大半徑(RL，圖17)表面的采用使得罐坯從夾持平面向腔體入口區(qū)的運(yùn)動(dòng)更為平緩，而且使得從入口區(qū)向腔體內(nèi)側(cè)壁的運(yùn)動(dòng)也更為平穩(wěn)。
在該具體實(shí)施例中選擇約為0.020″的較小半徑(RS)，以形成一個(gè)中間的彎曲表面，上述較大半徑(RL)部分位于該入口區(qū)表面的彎曲末端。即該RS表面位于該入口區(qū)的中心。內(nèi)腔體壁172在從曲面入口區(qū)通向腔體的部分稍有凹陷，大約為0.5-1度。
在圖23中，以177為圓心采用較大半徑RL(0.050″)產(chǎn)生圖22所示的曲面176的一部分181；其表面部分178與拉伸模的夾持平面171相切。該較大半徑以180為圓心產(chǎn)生通向腔體內(nèi)側(cè)壁的曲面181。
為了延長(zhǎng)位于曲面彎曲部分的較小半徑(RS)中間的點(diǎn)，延長(zhǎng)較大半徑表面178、181的圓弧，以便在其相交處產(chǎn)生一個(gè)虛點(diǎn)184。連接虛點(diǎn)184和虛線186(連接圓心177和180)的中點(diǎn)185產(chǎn)生用于形成曲面的較小半徑(RS)圓心的點(diǎn)(線188)；后者產(chǎn)生一個(gè)與較大半徑(RL)的曲面178和181相切的曲面190。在一個(gè)用于12oz的飲料罐體的具體實(shí)施例中，彎曲的較大半徑(RL)被選擇約為0.050″(在0.040—0.060″范圍內(nèi))，彎曲的較小半徑(RS)被選擇約為0.020″(在0.015-0.025″范圍內(nèi))。壓杯腔體入口區(qū)的具體實(shí)例為0.025"/0.010″/0.025″。
在這種多半徑結(jié)構(gòu)中，較小半徑(RS)的曲面位于兩較大半徑(RL)曲面之間，例如，0.05"/0.02"/0.05″，并在側(cè)壁被拉伸移動(dòng)到預(yù)先選擇的位于沖頭直徑與模腔內(nèi)壁起點(diǎn)之間的間隙時(shí)，提供拉伸罐坯的邊緣。
為了使模腔內(nèi)表面具有一個(gè)1度的凹陷錐體(圖23)，把夾持平面和其內(nèi)表面之間的圓弧增加1度；該1度的圓弧增加被增加在該圓弧的內(nèi)表面末端處。所增加的1度圓弧使得該內(nèi)表面能夠與曲面在點(diǎn)191處相切，即超過(guò)90度切點(diǎn)(175)1度。沒(méi)有該增加的圓弧就不能產(chǎn)生上述相切的凹陷錐體的內(nèi)側(cè)壁。1度錐體內(nèi)側(cè)壁表面的位置在包括拉伸腔體的縱向中心軸的垂直取向的平面內(nèi)，用與如線172所示的非錐形側(cè)表面相關(guān)的線192表示。
底部成型是在二步或三步加工的最后拉伸中進(jìn)行的，采用如圖24-25所示的底部成型工具。采用封閉地底部成型工具使再拉伸工件的底部220再成型。如圖24所示，前面加工出的杯體的彎曲過(guò)渡區(qū)的再成型已經(jīng)完成，而且周向向上移動(dòng)的再拉伸沖頭212的金屬被單獨(dú)夾持再拉伸腔214的夾持平面213與夾持工具的上平面216之間，沒(méi)有彎曲的窩形的表面。在最終拉伸沖頭212的外圍部分218上，再拉伸一個(gè)新的直徑，以使底部在該拉伸處理的這一時(shí)期為平面。
凸成型件226是固定的，以使其成型表面228與拉伸沖頭212的凹成型表面230之間的共同作用在拉伸完成后開(kāi)始。如圖25所示，當(dāng)拉伸模214向上移動(dòng)時(shí)，松開(kāi)對(duì)卷邊222的夾持作用。當(dāng)夾持作用松開(kāi)時(shí)，最終拉伸沖頭212接近上沖程的頂部，以產(chǎn)生底部20(圖22)的錐口孔。上述卷邊上的夾持松開(kāi)作用可以避免因這種運(yùn)動(dòng)而引起的對(duì)金屬板材傲的損壞。當(dāng)?shù)撞砍尚徒Y(jié)束時(shí)，最終再拉伸沖頭212向下退回。所述底部成型過(guò)程在被本文引作參考的待批申請(qǐng)07/866,611中提到過(guò)。
本發(fā)明所述的用于罐體的壓延金屬可以是約36-85bb/lb厚的壓延鋼板(其公差通常為10％)，并且主要是0.005-0.015″厚的壓延鋁板。
用于涂覆有機(jī)涂層的壓延鋼板的較好的基板表面為“TFS”(即非鍍錫鋼)涂層，它包括一個(gè)鉻和氧化鉻的電鍍層。然而，在本發(fā)明中，也可采用如后所述的其它基材表面，用作有機(jī)涂層外的涂覆層，如采用浸泡或陰極重鉻酸鹽處理(CDC)，或采用待批美國(guó)專利申請(qǐng)07/926,055中所述的方法，該申請(qǐng)的申請(qǐng)日為1992年8月6日、名稱為“帶涂層的壓延金屬板的制造及其產(chǎn)品”。上述各表面可以選擇有機(jī)涂層和拉伸潤(rùn)滑涂層，以滿足這些表面的拉伸要求和容器內(nèi)盛放的物品對(duì)產(chǎn)品側(cè)表面的要求。即有機(jī)涂層和拉伸潤(rùn)滑起膜劑的類型要特別適合于罐頭毛坯表面。有機(jī)涂層的重量從外側(cè)的約2.5毫克/平方英寸到內(nèi)側(cè)的10毫克/平方英寸。最好選用如下的熱固性的有機(jī)涂層環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯、有機(jī)溶膠、丙烯酸、聚脂和如聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯和聚對(duì)苯酸堿鹽(poly alkine tereph-thaltes)的膜，以便用于食物的包裝容器。本發(fā)明的主要貢獻(xiàn)是能夠制造經(jīng)拉伸處理的罐頭體，且該罐體的側(cè)壁高度超過(guò)其直徑，并不損壞預(yù)涂的有機(jī)聚合涂層。有機(jī)聚合涂層加大了的更寬的范圍已用于罐頭的制造中。有機(jī)涂層用于在張力作用下模拉伸期間承受較深的拉伸，從而可以避免沿側(cè)壁高度的厚度明顯增加。有機(jī)涂層可加以選擇，以便能夠涂覆適當(dāng)?shù)摹捌鹉崩鞚?rùn)滑劑，滿足特殊表面的要求。產(chǎn)品側(cè)涂覆重量較多的有機(jī)涂層可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行保護(hù)；但產(chǎn)品側(cè)所需的潤(rùn)滑劑小于外側(cè)的潤(rùn)滑劑。
用以進(jìn)行本發(fā)明拉伸處理的帶有起膜劑的適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)涂層根據(jù)產(chǎn)品和罐體尺寸的要求向如下的涂層制造商購(gòu)買，這些制造商是如Valspar公司(地址2000 Westhall street，Pittsburgh，PA15233)、Dexter公司(East water street，Waukegan，IL60085)或紐約Clifton的BASF公司。任何所需的表面涂覆拉伸潤(rùn)滑劑是用于保護(hù)有機(jī)涂層，每一側(cè)總的拉伸潤(rùn)滑劑量(起膜劑且表面涂覆)為10-20毫克/平方英尺。表面潤(rùn)滑最好在對(duì)有機(jī)涂層硫化后由感應(yīng)鍍膜機(jī)加以進(jìn)行，該鍍膜機(jī)可以向下述廠商定購(gòu)，如MO州St.Louis的Precoat Funish或賓州McKeesport的PMP，并可提出獨(dú)立于表面制備的、如前所述的罐體設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線。在罐頭毛坯進(jìn)入加工過(guò)程以前，各表面上的拉伸潤(rùn)滑劑涂層的重量要得到校驗(yàn)。根據(jù)本發(fā)明的指導(dǎo)，預(yù)涂的有機(jī)涂層的好處是，在用于衛(wèi)生包裝罐的罐體既不需要在內(nèi)表面涂層生產(chǎn)之后生產(chǎn)，也不需要用于修補(bǔ)地添加涂層。
如下所示為與傳統(tǒng)的拉伸—再拉伸處理相比二步和三步處理實(shí)施例的數(shù)據(jù)
表I307×110.5 602型寵物食品罐的二步處理罐體(單位英寸)壓延金屬板過(guò)程坯料杯 再拉伸罐體bb/1000金屬直徑直徑/高度直徑/高度罐體節(jié)約量傳統(tǒng)拉伸再拉伸5.964.11/1.133.29/1.731.012參考量二步(一次再拉伸)側(cè)壁厚度減少20％ 5.733.54/1.443.29/1.73 0.937.61211×315 10-3/4cz湯罐頭的三步處理罐體(單位英寸過(guò)程坯料杯 第一次再拉伸 第二次再拉伸bb/1000金屬直徑直徑/高度 直徑/高度直徑/高度 罐體 節(jié)約量傳統(tǒng)拉伸再拉伸 7.00 4.02/2.04 3.14/3.132.57/4.01 1.012 參考量三步處理側(cè)壁厚度減少18％ 6.683.81/1.93 2.86/3.132.57/4.011.25 10.8％三步處理側(cè)壁厚度減少20％ 6.573.91/1.882.86/3.062.57/4.011.23 12.5％在本發(fā)明的說(shuō)明中已對(duì)具體的罐體和罐頭尺寸、工具尺寸、金屬板材和涂層進(jìn)行了說(shuō)明，本領(lǐng)域的技人員可以根據(jù)上述教導(dǎo)對(duì)如上的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行改進(jìn)。因此，為了確定本發(fā)明的范圍，應(yīng)參照所附的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.用于將帶有涂層的平面罐頭毛坯拉伸加工成一個(gè)帶有涂層的單個(gè)筒狀淺杯形工件的罐頭成型工具，它包括用于提供已切下的圓形罐頭毛坯坯料的裝置，該裝置中包括具有一定開(kāi)始厚度的壓延金屬板基材，該基板預(yù)先制備并在其二個(gè)平面上均帶有有機(jī)聚合涂層和拉伸處理潤(rùn)滑液；帶有加工裝置的壓杯沖壓裝置，用以(a)使切下的預(yù)涂坯料拉伸成型，側(cè)壁不用壓平，以形成一個(gè)單個(gè)杯狀工件，該工件具有(i)從平面圖上看為圓形的基本封閉的底部，(ii)一個(gè)鉛垂于底部圓形的幾何中心的縱向中心軸，(iii)一個(gè)筒狀的側(cè)壁，它與中心軸對(duì)稱并具有均勻的間隙，(iv)一個(gè)位于平面底部和筒狀側(cè)壁之間的過(guò)渡區(qū)，從含有中心軸的剖面來(lái)看，該過(guò)渡區(qū)為曲面，(v)一個(gè)在杯狀工件拉伸過(guò)程中在其開(kāi)口端基本環(huán)繞其整個(gè)周向形成的罐頭毛坯卷邊，該卷邊分布在橫向通過(guò)中心軸的平面上，以便在杯狀工件的該開(kāi)口卷邊和過(guò)渡區(qū)之間形成均勻高度的側(cè)壁，(vi)位于工件的幾何中心和過(guò)渡區(qū)之間的底部基材，其厚度基本等于所選用的壓延金屬板基材的開(kāi)始厚度，和(vii)在整個(gè)側(cè)壁高度上，側(cè)壁基材的厚度沒(méi)有增加，不超過(guò)預(yù)定的開(kāi)始厚度，所述的側(cè)壁高度是指從一個(gè)接近過(guò)渡區(qū)的位置到一個(gè)接近杯形工件開(kāi)口端的卷邊的位置；拉伸成型加工裝置是可運(yùn)動(dòng)地設(shè)置，該運(yùn)動(dòng)與被成型杯狀工件的縱向中心軸線同軸，它包括(b)一個(gè)壓杯模，它具有(i)一個(gè)中央內(nèi)壁，該內(nèi)壁構(gòu)成一個(gè)模腔，在一個(gè)垂直于上述縱向中心軸線的平面上，該模腔呈環(huán)狀，(ii)一個(gè)入口區(qū)伸入模腔中，在包含縱向中心軸線的截面上，該入口區(qū)具有一個(gè)彎曲的表面，(iii)一個(gè)平面夾持表面，該表面設(shè)在腔體入口區(qū)周圍，并且該表面垂直于上述縱向中心軸線；(c)一個(gè)壓杯沖頭，它具有(i)一個(gè)底部，用于成型一個(gè)平的工件底部，該沖頭的底部垂直于杯形工件的縱向中心軸線，(ii)一個(gè)圓筒形側(cè)壁，(iii)一個(gè)位于沖頭和側(cè)壁之間的過(guò)渡區(qū)，在包含縱向中心軸線的截面上，該過(guò)渡區(qū)具有一個(gè)彎曲的表面，該壓杯沖頭可同軸并線性地相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)出壓杯模的腔體，該運(yùn)動(dòng)是沿縱向中心軸線進(jìn)行的；(d)一個(gè)夾持件，它設(shè)置在壓杯沖頭周圍，該夾持件包括(i)一個(gè)垂直于上述縱向中心軸線的平面夾持表面，與壓杯模的平面夾持表面配合工作，(ii)一個(gè)設(shè)置在壓杯沖頭周圍的圓筒形側(cè)壁；(e)該壓杯模上彎曲的腔體入口區(qū)表面有一個(gè)凸出的與上述縱向中心軸垂直的夾持平面的徑向尺寸，它大于預(yù)定的開(kāi)始厚度，但基本不超過(guò)該開(kāi)始厚度的5倍，(f)凸出到該夾持平面上的壓杯沖頭的弧形表面有一個(gè)超過(guò)預(yù)定罐坯厚度25-40倍的徑向尺寸。
2.如權(quán)利要求1所述的罐成型工具，其中凸出到該夾持平面上的壓杯模腔體入口區(qū)弧面的徑向尺寸為0.02″至0.05″。
3.如權(quán)利要求2所述的罐成型工具，其中所述弧形腔體入口區(qū)表面被制成多半徑形式，其中所述半徑從壓杯模夾持平面進(jìn)入該弧面的徑向尺寸約為0.05″，離開(kāi)該弧面進(jìn)入構(gòu)成所述模腔的內(nèi)壁的徑向尺寸約為0.05″，以及二者之間徑向尺寸約為0.02″。
4.如權(quán)利要求3所述的壓杯工具，其中所述模腔內(nèi)壁從包括所述縱向中心軸的徑向平面上看有一個(gè)約1度錐度，由于所述錐度增加了所述內(nèi)壁的直徑，并增加了進(jìn)入所述模腔的程度。
5.用于將帶有涂層的平面罐毛坯側(cè)壁無(wú)須壓平地拉伸加工成一個(gè)預(yù)涂過(guò)的單片筒狀淺杯形工件的生產(chǎn)線裝置，綜合起來(lái)包括用于生產(chǎn)線的運(yùn)輸平面的裝置，該運(yùn)輸平面用于將伸長(zhǎng)過(guò)的基本上扁平的罐毛坯沿其長(zhǎng)度方向輸送到該生產(chǎn)線上；用于輸送開(kāi)始厚度預(yù)選的壓延板狀金屬基材的所述生產(chǎn)線的罐毛坯供給裝置，所述基材獨(dú)立于所述生產(chǎn)線制備，在其兩個(gè)平面上預(yù)涂有有機(jī)聚合涂料和拉伸處理潤(rùn)滑劑；單工位落料和壓杯沖壓裝置，該裝置用于下述目的的工具裝置(a)當(dāng)進(jìn)入所述的沖壓裝置時(shí)，從所述預(yù)涂過(guò)的扁平罐毛坯上切下預(yù)定直徑的坯料，及(b)拉伸成型所切下的坯料，以形成一個(gè)單片杯形工件，該工件具有(i)從平面看為圓形的基本上扁平的封閉底部，(ii)一個(gè)鉛垂于底部圓形的幾何中心的中心軸，(iii)一個(gè)筒狀的側(cè)壁，它與中心軸對(duì)稱并具有均勻的間隙，(iv)一個(gè)位于平底和筒狀側(cè)壁之間的過(guò)渡區(qū)，從包括中心軸的剖面來(lái)看，該過(guò)渡區(qū)為弧形，(v)一個(gè)在杯狀工件拉伸過(guò)程中在其開(kāi)口端基本環(huán)繞其整個(gè)周向形成的罐毛坯卷邊，該卷邊環(huán)繞在與所述中心軸垂直的平面上，以便在該杯狀工件的該開(kāi)口卷邊和過(guò)渡區(qū)之間形成均勻的側(cè)壁高度，(vi)位于工件的幾何中心和過(guò)渡區(qū)之間的封閉的底部基材，其厚度基本等于預(yù)選的壓延金屬板基材的開(kāi)始厚度，和(vii)在整個(gè)側(cè)壁高度上，側(cè)壁基材的厚度沒(méi)有增加，不超過(guò)預(yù)定的開(kāi)始厚度，所述的側(cè)壁高度是指從一個(gè)接近過(guò)渡區(qū)的位置到一個(gè)接近杯形工件開(kāi)口端的卷邊的位置；處于與所述被成型的杯形工件的縱向中心軸同軸運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)的拉伸成型工具裝置，包括(c)一個(gè)壓杯模，它具有(i)一個(gè)構(gòu)成從與所述縱向中心軸垂直的平面上看為圓形的模腔的居中的內(nèi)壁，(ii)一個(gè)通向從包括所述縱向中心軸的徑向橫截面上看為弧形的模腔的入口區(qū)，(iii)一個(gè)環(huán)繞所述腔體入口區(qū)的與所述縱向中心軸垂直的夾持平面；(d)一個(gè)壓杯沖頭，它具有(i)一個(gè)底部，用于成型一個(gè)平的工件底部，該沖頭的底部垂直于杯形工件的縱向中心軸線，(ii)一個(gè)圓筒形側(cè)壁，以及(iii)一個(gè)從包含所述縱向中心軸線的截面上看為弧形的過(guò)渡區(qū)，該壓杯沖頭沿所述縱向中心軸作線性同軸相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)出壓杯模的腔體；以及(e)一個(gè)設(shè)置在壓杯沖頭周圍的夾持件，該夾持件包括(i)一個(gè)垂直于上述縱向中心軸線的平面夾持表面，與壓杯模的平面夾持表面配合工作，(ii)一個(gè)設(shè)置在壓杯沖頭周圍的圓筒形側(cè)壁；(f)該壓杯模腔體與壓杯模的夾持平面在拉伸處理時(shí)與罐毛坯的一個(gè)表面相對(duì)，(g)此時(shí)壓杯沖頭的底部和所述夾持件的平面各自與上述罐毛坯的其它表面相對(duì)，(h)所述壓杯模的平持平面與所述夾持件的夾持平面共同作用在切下的預(yù)涂過(guò)的罐毛坯上，以開(kāi)始對(duì)上述毛坯的周邊部分的夾持；(i)所述沖壓裝置還包括(i)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)曲軸裝置，每完成一次杯形工件的生產(chǎn)周期可以有一個(gè)360度的驅(qū)動(dòng)循環(huán)，以及(ii)由所述曲軸裝置驅(qū)動(dòng)的用于分別驅(qū)動(dòng)所述壓杯模和壓杯沖頭的連接裝置，在所述曲軸裝置的360度轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)循環(huán)中，所述壓杯模的驅(qū)動(dòng)與壓杯沖頭的驅(qū)動(dòng)有一個(gè)預(yù)定的相位差；(j)所述壓杯模連接裝置與所述壓杯沖頭連接裝置在上述曲軸的驅(qū)動(dòng)下同時(shí)驅(qū)動(dòng)該模和沖頭，使其相向運(yùn)動(dòng)呈同軸重疊狀態(tài)，從所述涂過(guò)的罐毛坯兩面開(kāi)始成型該毛坯，使其成為杯形工件，以及在完成杯形工件成型之后以下述方式同時(shí)驅(qū)動(dòng)所述的模和沖頭作彼此分開(kāi)的運(yùn)動(dòng)(i)將上述杯形工件直接送到所述輸送平面上，以便在所述生產(chǎn)線上移動(dòng)，(ii)在所述壓杯沖頭從前面成型的工件上退回結(jié)束之前，使所述涂過(guò)的罐毛坯可以開(kāi)始沿上述輸送平面運(yùn)動(dòng)到上述落料和壓杯沖壓裝置，以形成隨后工件，以及(iii)在所述成型工件排出之后直到所述壓模和壓杯沖頭各自從罐毛坯兩側(cè)回到輸送平面處于開(kāi)始成型隨后的杯形工件的狀態(tài)，在所述曲軸裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)周期的預(yù)定百分比中，使預(yù)涂過(guò)的扁平罐毛坯移動(dòng)進(jìn)入所述沖壓裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述罐毛坯供給裝置提供在其兩預(yù)涂有有機(jī)聚合涂料和拉伸潤(rùn)滑劑的加工硬化壓延過(guò)的鋼材，以及所述分別連接壓杯模和壓杯沖頭的連接裝置，它們?cè)谏鲜錾a(chǎn)周期中有一個(gè)130-150度的相位差。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中在所成型的工件排出之后，所述曲軸轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)完整生產(chǎn)周期的約150度，在此期間，扁平的罐毛坯可以在所述壓杯模和壓杯沖頭進(jìn)入開(kāi)始成型上述隨后的工件狀態(tài)之前移動(dòng)到所述沖壓裝置中，以便暫時(shí)避免罐毛坯移動(dòng)到所述生產(chǎn)沖壓裝置中。
8.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中在上述杯形工件成型之后，所述壓杯模和壓杯沖頭各自在連接裝置的驅(qū)動(dòng)下反向運(yùn)動(dòng)，開(kāi)口端朝下地使所述杯形工件的卷邊排出到上述生產(chǎn)線的輸送平面上。
9.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中分別驅(qū)動(dòng)所述壓杯模和壓杯沖頭的連接裝置的相位差使得所述沖頭在所述生產(chǎn)線輸送平面之下的運(yùn)動(dòng)到達(dá)下死點(diǎn)，隨后所述壓杯模到達(dá)其在所述輸送平面之上的上死點(diǎn)；在上述杯形工件成型的一部分中，由各自的連接裝置驅(qū)動(dòng)的壓杯模和壓杯沖頭以前述的相位差與預(yù)先選定的運(yùn)動(dòng)速度在上述輸送表面上相同方向上驅(qū)動(dòng)，然后在結(jié)束杯形工件的成型已排出由所述落料和壓杯沖壓裝置拉伸的該杯形工件之后，在結(jié)束從杯成型開(kāi)始的曲軸裝置的360度的扁平罐毛坯可以沿所述生產(chǎn)線的輸送平面進(jìn)入所述沖壓裝置的驅(qū)動(dòng)周期之前，沿彼此相反的方向驅(qū)動(dòng)所述壓杯沖頭和壓杯模作加速運(yùn)動(dòng)。
10.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述壓杯模為具有一個(gè)有內(nèi)腔壁和一個(gè)外表面壁的套筒結(jié)構(gòu)，在與所述中心軸垂直的平面上兩壁均為圓形，其中所述外表面壁在其位于壓杯模夾持平面上的周邊上有一個(gè)切邊，該切邊具有一個(gè)與所述切下的毛坯的預(yù)先選定的直徑相等的預(yù)定直徑，其中所述壓杯模的夾持平面與夾持環(huán)的夾持平面僅共同作用在預(yù)涂過(guò)的板狀金屬切割坯料的兩面上的位于上述兩夾持表面之間的該切割坯料的周邊部分上；所述兩夾持平面的共同作用持續(xù)整個(gè)360度的曲軸生產(chǎn)周期的約120度，在此期間壓杯模和壓杯沖頭首先反向運(yùn)動(dòng)，然后同向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在所述曲軸驅(qū)動(dòng)的杯成型部分中保持重疊的同軸運(yùn)動(dòng)關(guān)系，所述杯形工件的側(cè)壁由所述兩夾持面在所述毛坯的周邊部分施加基本上均勻的張力，以避免在所述杯形工件成型期間上述板狀金屬側(cè)壁加厚。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述罐坯供給裝置提供厚度在36-45lb/bb的在其兩面預(yù)涂有有機(jī)聚合涂料和拉伸潤(rùn)滑劑的壓延鋼板，以及在所述落料和壓杯沖壓裝置中，使預(yù)先選定的切割坯料的直徑減少，以形成直徑為上述切割坯料直徑的35-50％的杯形工件。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中在所述模具的夾持平面與該模具內(nèi)側(cè)壁腔之間的腔體入口區(qū)被制成多半徑，以使得所述預(yù)涂過(guò)的板狀金屬可以更平緩地由其扁平結(jié)構(gòu)進(jìn)入所述入口并由該入口進(jìn)入其弧形側(cè)壁結(jié)構(gòu)，其中凸出到所述生產(chǎn)線的輸送平面上的腔體入口區(qū)的尺寸大于的所述壓延板狀金屬基材的開(kāi)始厚度，但又不超過(guò)該開(kāi)始厚度的約5倍，以及其中所述壓杯沖頭具有一個(gè)底面和一個(gè)筒狀側(cè)壁表面，在它們之間有一個(gè)從包括所述縱向中心軸在內(nèi)的橫截面上看為弧形的過(guò)渡區(qū)，該壓杯沖頭的弧形過(guò)渡區(qū)凸出到所述生產(chǎn)線的輸送平面上的尺寸為該板狀金屬基材開(kāi)始厚度的25-40倍。
13.如權(quán)利要求1或12所述的裝置，它還包括用于接收所述杯形工件并減少所述金屬側(cè)壁的直徑以增加其側(cè)壁高度的再拉伸沖壓裝置，所述再拉伸沖壓裝置包括用于再拉伸沖頭裝置向其上具有所述拉伸杯形工件的再拉伸模裝置作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的再拉伸工具；所述再拉伸沖頭與再拉伸模裝置之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)成型一個(gè)側(cè)壁直徑減少、側(cè)壁高度增加的單片罐體，罐坯卷邊在其開(kāi)口端；其中上述再拉伸的罐體側(cè)壁厚度通過(guò)再拉伸沖頭裝置的相對(duì)運(yùn)動(dòng)并進(jìn)入所述模具裝置均勻減少10-25％。
14.用于生產(chǎn)用在食品的衛(wèi)生罐裝的預(yù)涂過(guò)的筒狀罐體的方法，包括提供如權(quán)利要求1或5所述的裝置，提供在其兩面預(yù)涂有有機(jī)聚合涂料和拉伸潤(rùn)滑劑的加工硬化的壓延板狀金屬，拉伸預(yù)選直徑的切割坯料，以產(chǎn)生一個(gè)筒狀側(cè)壁構(gòu)形的杯形工件，其中作為拉伸該杯形工件的一部分，最終的罐體直徑與切割坯料直徑相比至少減少50-90％，而側(cè)壁厚度基本上不增加，以及再拉伸所述杯形工件，以減小其直徑并在張力作用下將其側(cè)壁高度進(jìn)一步增加，并在該高度范圍內(nèi)使側(cè)壁厚度基本均勻地減少10-25％。
15.用于生產(chǎn)用在食品的衛(wèi)生罐裝的預(yù)涂過(guò)的、其開(kāi)口端具有卷邊的、單片筒狀罐體的方法，包括提供如權(quán)利要求1或5所述的裝置，提供在其兩面預(yù)涂有有機(jī)聚合涂料和拉伸潤(rùn)滑劑的、厚度為35-70lb/bb的、加工硬化的壓延鋼板，拉伸預(yù)選直徑的切割坯料，以產(chǎn)生一個(gè)杯形工件，使該罐坯成型為一個(gè)杯形工件，其中所述切割坯料直徑減少，以形成一個(gè)具有直徑為上述切割坯料直徑50-35％的筒狀側(cè)壁的杯形工件，以及在再拉伸沖壓裝置中，再拉伸所述杯形工件，以使其側(cè)壁直徑減小10-30％，從而形成成品罐體，其中該罐體的再拉伸是由作用在其側(cè)壁上的均勻的拉力實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)再拉伸罐體側(cè)壁的高度范圍內(nèi)的均勻的張力拉伸，使側(cè)壁厚度減少到所述預(yù)涂過(guò)的罐坯開(kāi)始厚度的10-25％。
16.一種由預(yù)涂過(guò)的扁平罐坯拉伸而成的、無(wú)須側(cè)壁壓平的、可用于衛(wèi)生罐包裝的預(yù)涂過(guò)的單片筒狀罐體，包括(a)一個(gè)從平面上看為圓形的基本上扁平的封閉底部，(b)一個(gè)與所述圓底的幾何中心垂直的中心軸，(c)一個(gè)筒狀的側(cè)壁，它與中心軸對(duì)稱并具有均勻的間隙，(d)一個(gè)位于平底和筒狀側(cè)壁之間的過(guò)渡區(qū)，從包括中心軸的剖面來(lái)看，該過(guò)渡區(qū)為弧形，(e)一個(gè)在杯狀工件拉伸過(guò)程中在其開(kāi)口端基本環(huán)繞其整個(gè)周向形成的罐毛坯卷邊，該卷邊環(huán)繞在與所述中心軸垂直的平面上，以便在該杯狀工件的該開(kāi)口卷邊和過(guò)渡區(qū)之間形成均勻的側(cè)壁高度，其中(f)位于工件的幾何中心和過(guò)渡區(qū)之間的封閉的底部基材，其厚度基本等于所提供的預(yù)選的壓延金屬板基材的開(kāi)始厚度，和(g)在整個(gè)側(cè)壁高度上，側(cè)壁基材的厚度基本均勻，所述的側(cè)壁高度是指從一個(gè)接近過(guò)渡區(qū)的位置到一個(gè)接近杯形工件開(kāi)口端的卷邊的位置，所述厚度為上述預(yù)選厚度的10-25％。
17.如權(quán)利要求16所述的生產(chǎn)出的預(yù)涂過(guò)的單片罐體，其中所述預(yù)涂過(guò)的罐坯主要由下述材料制成開(kāi)始厚度為35-80lb/bb的壓延金屬鋼質(zhì)基材；所述基材在生產(chǎn)之前在兩面預(yù)涂聚合涂層材料和拉伸潤(rùn)滑劑。
18.如權(quán)利要求16所述的生產(chǎn)出的預(yù)涂過(guò)的單片罐體，其中底部直徑超過(guò)側(cè)壁高度，其中所述壓延鋼質(zhì)基材在拉伸處理之前被加工硬化，并且具有35-65lb/bb的厚度；所述有機(jī)涂料主要由在拉伸處理之前已被硫化過(guò)的熱定型的有機(jī)聚合材料組成，以及所述拉伸潤(rùn)滑劑包括一種可用于罐裝食品的有機(jī)材料。
19.一種通過(guò)與縱向中心軸對(duì)稱地拉伸處理用有機(jī)涂料和拉伸潤(rùn)滑劑預(yù)涂過(guò)的壓延板狀金屬生產(chǎn)出的用于衛(wèi)生罐包裝的預(yù)涂過(guò)的金屬基材的單片筒形罐體，所制成罐體包括一個(gè)封閉的底部，一個(gè)與所述縱向中心軸對(duì)稱延伸構(gòu)成該罐體的開(kāi)口端的側(cè)壁，一個(gè)位于該底和側(cè)壁之間的整體弧面過(guò)渡區(qū)，以及，一個(gè)在所述開(kāi)口端的、基本上與所述縱向中心軸垂直的平面上相對(duì)該縱向中心軸向外延伸的卷邊；所述罐體的生產(chǎn)無(wú)須任何側(cè)壁壓平步驟；所制成的罐體具有在其外側(cè)和內(nèi)側(cè)各有一層有機(jī)涂料，在其內(nèi)表面的有機(jī)涂層可直接用罐裝食品無(wú)須清洗、無(wú)須涂覆有機(jī)涂層或?yàn)樾扪a(bǔ)所述內(nèi)表面而涂覆有機(jī)涂層，其中所述底部金屬基材的厚度基本上等于該基材的開(kāi)始厚度，及所述罐體側(cè)壁在所述整體過(guò)渡區(qū)與開(kāi)口端卷邊之間的厚度基本均勻，所述厚度比開(kāi)始厚度約少25％。
20.如權(quán)利要求19所述的罐體，其中所述壓延板狀金屬基材開(kāi)始厚度為50-85lb/bb的壓延鋼材。
21.如權(quán)利要求19所述的罐體，其中所述壓延板狀金屬基材包括開(kāi)始厚度為36-70lb/bb的加工硬化的壓延鋼材。
全文摘要
將壓延金屬基板拉伸處理成可直接用于衛(wèi)生食品包裝的單片罐體，該基板各面有選擇地涂有有機(jī)的和拉伸潤(rùn)滑涂料。通過(guò)選擇用于對(duì)上述基材加工的工具形狀和其間的間隙，可以避免側(cè)壁厚度的增加。通過(guò)一個(gè)單獨(dú)的夾持平面對(duì)整個(gè)側(cè)壁上的再拉伸進(jìn)行控制具有一定運(yùn)動(dòng)相位差的壓杯模和沖頭能夠操作速度將杯形工件排出，提供高效率的落料和壓杯。模的腔體入口區(qū)的表面面積是多直徑的，預(yù)涂的罐體毛坯在各模腔中被拉伸。
文檔編號(hào)B65D1/16GK1116832SQ94190992
公開(kāi)日1996年2月14日 申請(qǐng)日期1994年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月22日
發(fā)明者威廉姆·T·桑德斯, 威廉姆·H·達(dá)爾杜普爾 申請(qǐng)人:威爾頓鋼公司