容器端片形成方法及設備的制作方法

專利名稱:容器端片形成方法及設備的制作方法
本發明一般涉及將二件或三件式容器端部封閉的端片或“殼”(Shell)的形成，具體涉及在形成抗延圓角半徑(countersinkradius)和承壓壁(chuckwall)前，形成中心底片的獨特方法和設備，從而避免在形成承壓壁和抗延圓角半徑時將中心底片的材料拉薄。
二件式和三件式結構的金屬容器或罐在本技術領域：
中已為熟知，主要用于盛放食物和飲料，但當然也可用于盛放其他物品。
這種容器一般在兩端用端片密閉，端片在本行業中一般稱為“殼”。在二件式構造中僅需用一個殼，而三件式需兩個。在任一情況下的端片或殼，一般有一個底中心片和周邊外的咬口突緣，終端為抗延圓角半徑的截頭圓錐形壁和底片連接。
截頭錐形壁的最外部，形成封邊壓頭的承座，這最外部常稱為“承壓壁”(chuckwall)，因其作用是連接封邊壓頭?？寡訄A角半徑也相當重要，因為它可提供抵抗封閉容器里的壓力產生的翹曲的強度。
當然，在這區域中提供足夠強度是有益的，在金屬模壓現有技術領域：
中常見的一個困難，是形成抗延圓角半徑時，由于在模壓作業中，材料圍繞適當的模具拉伸，故材料減薄。
解決這問題的一個簡便方法，是開始時用超過規定尺寸的材料，成形時補償通常遇到的減薄問題。但結果造成金屬浪費，因為為了在關鍵區域中保留適量的金屬，成品的某些區域中將有過多的金屬。
解決這問題的其他方法，參見布爾索(Bulso)的美國專利第4，587，826及4，587，825號，其中揭示了各種權宜的辦法，形成必要的窄圓角半徑而金屬不致有不適當的減薄，方法中初始時形成過長的承壓壁，然后截短形成最終長度和圓角。
其他形成端片的方法，參見舒爾茲(Schultz)的美國專利第4，109，599，及陶比(Taube)的美國專利第4，571，978號，其中揭示了制造環形槽或加強槽的各種方法。舉例如陶比的專利中公開了用完全無約束的方式形成的圓角半徑區和承壓壁。
多數的方案中包括初步形成承壓壁和抗延圓角半徑，然后形成底片，或者兩工序同時進行。
關于上述的方法，材料的節約和強度，當然是激發因素，也是本申請案揭示的方法和設備的主要激發因素。
因此，雖然假設上述的解決方法都屬可行，而本發明人認為將一般的操作順序顛倒，既可節約材料，又可取得理想的運轉效果。
因此，可提出一種先形成底片，然后將突緣區夾持以控制金屬材料，同時將突緣或邊緣材料拉伸，形成抗延圓角半徑，而不將底片拉伸的制罐方法，據發現可使抗延圓角半徑區有適當的強度。
據發現設置內外沖芯可使這方法趨于使得，外沖芯的外表面上有錐形壁，內表面上有直壁，這些壁終止于伸到內沖芯的前面的一個倒角端，預先形成抗延圓角半徑區。內外沖芯后退時，外沖芯的直內表面倚靠套管的截頭錐形內壁上的模芯周緣表面，產生夾持力，而材料反折使圓角半徑變窄。這樣金屬不和自身摩擦并且避免減薄。并且，由于外沖芯的外表面為錐形，在這動作中逐步從夾持中抽出，使金屬可以從突緣區上拉伸。
因此，產生一種制造端片的方法和執行這方法的設備，便成為本發明的主要的目的，至于其他目的，通過閱讀下面關于附圖并參照附圖作解釋的簡單說明，便可更加清楚地了解。
圖1為執行發明方法所需要的設備總成的前剖視圖。
圖2為設備某一運轉階段的相似前剖視圖。
圖3至9為設備在各成形階段中，各位置的放大剖視圖，圖5與圖1中的總成對應，圖7與圖2的總成對應。
圖8A為關鍵性包卷階段加工位置和動作的放大剖視圖。
首先可注意到本發明的方法和設備一般結合雙作用壓力機使用，凸模10和凹模20相對于基礎60進退。壓力機在本文中未詳述，因為這種壓力機在李奇微(Ridgway)的美國專利第3，902，347號有舉例說明，而在本技術領域：
中已屬公知。這類壓力機的各種沖模動作和與之相連的工具可獨立控制。
然后請具體參看附圖的圖1及2，了解對設備的詳細敘述，可注意到凸模10上有一個用一個或多個螺絲11a，安裝在其上的沖芯提升器11，其遠端上安裝一個用螺絲12a，以可調節的方式安裝的內沖芯12。
在凸模10上還安裝和沖芯提升器11及內沖芯12有同心關系的液動外沖芯14。
再向外，仍同心安置的有第一壓力套筒13，它也是液力驅動，可在用一個或多個螺絲15b固定在凸模10上的護圈15中往復活動。可注意到液動外沖芯14，在第一壓力套筒13及沖芯提升器11形成的圓筒中往復運動，其下行程由內沖芯12上的肩臺12b限制。但是，還可注意到內外沖芯的相對尺寸為使外沖芯14可伸到內沖芯12的外面。
凹模20上安裝用護圈22及一個或多個護圈螺絲22a定位的沖壓套管21，沖壓套管設置在內外沖芯12及14和第一壓力套筒13的外面，與之通常是同心關系。
有用一個或多個螺絲61a固定在與凸、凹模10及20相對的基礎60上的切割刃61。從切割刃61向內有第二壓力套筒62，它用液力支承在基礎60上，相對于基礎60往復運動。壓力套筒62和沖壓套管21按相對的關系設置。
從壓力套筒62再向內，有用一個或多個螺絲63b固定在基礎60上、和壓力套筒13相對放置、局部相對于外沖芯14的模芯環63。
從模芯環63再向里，有一個同心的液力支承和驅動的脫模柱塞64，最后再向里，有一個依靠柱塞65a，作相對于基礎60的往復運動的模芯65。
可注意到上面敘述的元件的相對設置，有一定的重要性，在這方面可注意到沖壓套管21和第二壓力套筒62有對置關系，第一壓力套筒13和模芯環63一般也是對置的關系。內沖芯12和模芯65有大致對置的關系，而外沖芯14的構形是可以插入模芯65外周和模芯環63內表面之間，下文中將有較詳細的敘述。
還可以注意到，關于圖1及2中的總成，圖1所示的工藝位置，大致和圖5顯示的放大圖對應，而圖2所示的工藝位置，大致和圖7顯示的放大圖對應。
再參照圖3至圖9描述設備的運轉，首先假定有一塊片形或箔形的適當材料，插入壓力機的開口中。這材料在圖3中一般用字母M表示。
啟動壓力機，使沖壓套管21向基礎60移動，和材料M接觸，方向如圖中箭頭所明確表示。
沖壓套管21向基礎60繼續運動，結果抵靠切割刃61沖切坯料，參見圖4，可看到沖壓套管21向下前進時克服支持套筒的液力將第二壓力套筒62推開，在這階段中，周緣中材料向箭頭100方向流動，底中心片CP開始在模芯65上成形。
參看附圖之圖5，可以看到當沖壓套筒21繼續向基礎60前進時，將材料M的周緣在模芯環63的頂部上向下抹，形成倒放的杯形。這時第一壓力套筒13和材料接觸并依著模芯環63的頂部對材料施加壓力，控制金屬在箭頭100的方向上流動。
這時，內外沖芯12及14也向基礎60前進。上文已提到過，外沖芯14的鼻突，伸到內沖芯12的前面，圖5所示為即將與材料M接觸。
這時應參看圖1，2及8A，其放大圖形有助更加了解外沖芯14的下鼻突，和模芯環63上鼻突的構形。
對此，可看到外沖芯14有內、外壁表面14b及14c。外壁表面14c從離開外沖芯14的終點或鼻突的一個點開始，向內下方傾斜，形成和倒角端14e相切的錐形壁14d，內壁表面14b在直線路徑中延續到倒角端14e。
模芯環63也有一個從距離其上端或鼻突63b的一個點，向外上方傾斜的錐形壁63a，這錐形基本上和外沖芯14c的壁14d的錐形相符。
這些構形可使外沖芯14的倒角端14e，進入模芯環63和模芯65間的空間中，如圖8A所示。
再看運轉順序，具體參見圖6，可看到第一壓力套筒13和外沖芯14前進到一個位置，這時中心片CP已在模芯65上形成。可注意到這中心片已完全形成并不會受以后工序影響。從箭頭100還可看到，在從圖5到圖6的位置變化中，材料在模芯環63的外面向上，橫過模芯環63的上部流動。
此時，底片CP已定形，有階段截面的構形的周緣部分存在于底中心片CP的外側。還可以注意到這時內沖芯12和材料接觸，在模芯65的頂部壓定材料，而外沖芯14的動作，將克服液力給予脫模柱塞64的支持把其進一步向下壓。這時中心片CP的厚度，距離其最終的厚度不到千分之幾英寸。
再參看圖7，可看到第一壓力套筒13，將端件的周緣部分，壓在模芯環63的頂部上。外沖芯14繼續前進，便形成在外沖芯14外表面14d和模芯環63的錐形壁63a之間的承壓壁CW并初步形成在模芯65及模芯環63之間空間中的抗延圓角半徑R。在這個工序中，材料沿箭頭100方向流動，也就是流出周緣部分以外，而底中心片CP無變化。
還可看到，這時，半徑R的尺寸由于受到端14e的尺寸的控制，比其最終尺寸約大0.005英寸。
這一點，參看圖8A有助理解?？煽闯鰣D8A所示基本為圖7的下一步工藝位置，但因比例較大，故可清楚看到承壓壁CW如何由外沖芯14的外錐壁表面14d，貼近模芯環63的錐形壁63a而形成的，并且可以清楚看到外沖芯14的直內壁14b怎樣基本垂直靠緊模芯65的外緣表面，而形成端片上的壁W的。
現再看圖8和圖8A，可知最后抗延圓角半徑怎樣形成。
接著可見凸模10開始上升，離開基礎60。同時模芯65在柱塞65a的作用下隨之上升。
圖1及2揭示在內沖芯12頂部上形成的徑向伸出的肩臺12b。在外沖芯14有一個與之對應的向內的肩臺14a。因此，當凸模10攜帶固定在上面的內沖芯12離開時，肩臺12b和14a接合從而也將外沖芯14提起。但是，外沖芯14將保持和材料M的垂直壁接觸，其垂直內壁14b把材料靠在模芯65的垂直外壁65b上，從而至少在工藝的一部分上行程中，保持材料在該部分上的夾持。這樣就盡量減少從中心片cp將材料拉伸的趨勢。
然而，當模芯65和內沖芯12沿箭頭方向上移時，外模芯14的倒角鼻突端14e將從殼的圓角半徑R抽出，造成材料的包卷作用。錐形外壁表面14d也和模芯環上的錐形壁63a分離，使材料流出周緣區。然而第一壓力套筒13靠緊模芯環63而仍保持夾持壓力，按制這里的材料流動。包卷作用使材料從圖8A中的實線位置，拉到虛線位置，金屬包卷的方向如箭頭100所示。這樣，由于這工序中材料不對其本身作用，所以圓角半徑收緊到最終要求的尺寸時不致有減薄。
再看圖9，并回顧圖1及2，可看到護卷15有肩臺15a，第一壓力套筒13也有肩臺13a，因此當凸模再向上到圖9的位置時，這些肩臺互相勾掛，全部工藝裝置和基礎60分離，從而配合模芯65工作的脫模柱塞64，將完成的端片抬升到圖9的位置，便可從壓力機中取出，或轉移到壓力機中的另一工位，進行其他加工。
權利要求
1.用料坯制造容器端片的方法包括步驟有形成有定形底片和環形周緣部分的杯形件；夾持該周緣部分的一部分，將材料從該周緣部分拉伸，形成與該底片鄰接的抗延圓角半徑。
2.如權利要求
1中的方法，其特征為將坯料的中心部分夾在內沖芯和模芯之間，將一個外沖芯和一個同心設置的沖壓套管前推，在該模芯上摩擦一個徑向外部，形成該底片。
3.如權利要求
2中的方法，其特征為至少將該外沖芯的一部分，在該內沖芯前面向前送，而同時將該周緣部分的徑向外區，夾持在該沖壓套管和一個相對的壓力套筒之間，從而形成該抗延圓角半徑。
4.如權利要求
3的方法，其特征為將該外沖芯，該內沖芯和該模芯后退，使該外沖芯比該內沖芯及該模芯稍制后退，最終將該抗延圓角半徑定形。
5.如權利要求
4中的方法，其特征為在該抗延圓角半徑和該周緣部分之間形成一個承壓壁;在該內外沖芯和該模芯的一部分后退行程中，該外沖芯將該承壓壁壓在該模芯上。
6.形成有一個中心底片、外突緣和承壓壁，并有連接在該突緣和該底片之間的抗延圓角半徑的容器端片的設備，設備中有一個內沖芯，一個和該內沖芯按同心關系設置的外沖芯;一個和該外沖芯按同心關系設置的第一壓力套筒;一個和該外沖芯按同心關系設置的沖壓套管;一個和該內沖芯有對置關系的模芯;一個和該第一壓力套筒有對置關系的固定模芯環;一個和該沖壓套管有對置關系的第二壓力套筒。
7.如權利要求
6中的設備，其特征為該外沖芯有一個縮小的從其外壁向內壁逐漸收小的，從其外壁向內突伸端部，該模芯環有一個縮小從其內壁內外壁逐漸收小的突伸端部。
8.如權利要求
7中的設備，其特征為該沖壓套管可向該第二壓力套筒運動，而該模芯保持靜止，形成該中心底片。
9.如權利要求
8中的設備，其特征為該外沖芯可在該內沖芯前面活動，和該模芯環配合，預先形成該抗延圓角半徑和該承壓壁。
10.如權利要求
9中的設備，其特征為該內沖芯和該模芯可后退;該外沖芯可隨該內沖芯后退。
專利摘要
一種形成容器端片的方法中，包括首先形成底中心片CP，然后用沖芯14，從周緣區拉出材料，預先形成承壓壁CW和抗延圓角半徑R。最后將沖芯14從圓角半徑退后一部分，同時夾持承壓壁把一部分半徑中的材料向上包卷，形成最終的抗延圓角半徑R。設備中有一個帶一個圓錐形鼻端的外沖芯14，它初步形成承壓壁和抗延圓角半徑，然后在最后形成半徑時，夾定承壓壁，而鼻端從半徑處后退。
文檔編號B21D51/44GK87104201SQ87104201
公開日1988年5月11日 申請日期1987年6月10日
發明者小約瑟夫·D·布爾索, 詹姆斯·A·麥克朗 申請人:雷迪康公司