专利名称：成型壁被挤拉薄了的物品的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用聚合膜和金属板叠层制作罐或类似物品的方法和装置。将上述叠层冲切为盘形，将盘形料拉制为杯形，再将杯形料安装在至少通过一个挤拉环的冲杆，从而使杯的侧壁挤薄并被拉长;本发明尤其涉及(但不是唯一的)适于挤拉由聚合膜(例如聚脂)和金属板的叠层制作的杯的侧壁的挤拉环。
英国专利申请(公开号№2003415A)描叙了将聚合膜粘附在金属板上的叠层，并讨论了叠层经受住拉拔和壁的挤拉过程所必要的特性。特性之一是“叠层在大约400°F到大约450°F(大约为204℃到232℃)的温度下软熔，具体温度取决于特定的树脂，并符合树脂的递降性质”。所描叙的优选的实施例包括聚氯乙烯或聚丙烯膜，通过粘合剂(例如改性的聚丙烯的顺丁烯二酐)，将它们粘附在铝板或钢板上。这种膜可布施到金属的两个主要表面一个为膜叠层的主要表面和另一个为经过环氧酚醛树脂部分涂敷处理的主要表面交替地受拉伸与冲压，被冲压和挤拉的工件的内侧为部分涂敷处理的涂层。上述文献中还描叙“在成型或以后的洗刷中，叠层膜和涂敷层会发生软熔，而进行装饰和内部涂敷又能有效地消除和覆盖暴露的金属面”。这种软熔会导致侧壁厚度的大大减薄，这一点可由英国专利(专利号№1，517，732)中叙述的例子得到证实，即使用拉伸和挤拉组件使杯的侧壁厚度为0.26毫米减小到大约为0.10毫米。本发明在使用聚脂膜和金属板(例如铝合金)的叠层时表明，导致聚脂膜软熔所需的热会对膜的结构产生不利的变化。
英国专利申请(公开号№2092931A和№2092932A)介绍了一种冲压工具，一块予涂敷的金属坯料在该冲压工具中拉伸为杯状物，同时也被拉伸和挤拉，成为比坯料要薄的，侧壁厚度大约为0.001英寸(0.25毫米)的容器。通过将该杯状物安装在环绕一个冲杆的坯料夹持器上来进行修正挤压。随着冲杆挤进模具，拉伸模模口圆角半径使杯的总直径减小，而杯的底部被压靠在组合模的端面上。冲杆继续移动，将新成形的侧壁压入具有圆锥体截头形状的模具部分，该部分的渐缩角度范围为1/2°到3°，在侧壁进入按轴线长度在0.25毫米到2.25毫米之间的过渡区之前，这个具有圆锥体截头形状的部分压挤侧壁。一个卸荷部分支承过渡区，并从过渡区以一定角度扩散。在这种组合模具中所完成的挤压功比分离式拉伸和挤拉模具的要多，因此，在这种模具中被拉伸和挤拉的叠层有可能过热。而且，每一个要实现杯的总直径减小的压力工具需要单独的冲杆、坯料夹持器和模具。相反，一个系列挤拉环或模具(每一个环的过渡区直径比前一个环的小)可与单个冲杆配合，并有机会在两环之间对工件施用冷却剂。
用单个冲杆与这样的一个系到挤拉环相配合的装置，就可以得到聚脂和铝合金叠层形成的壁被挤压的杯。随着杯侧壁的厚度减薄10%或者更多，为避免聚脂膜的损坏，有必要防止在挤拉环处出现过热。涂层损坏的程度与聚脂膜的熔点有关，当聚脂膜的熔点增高，涂层的损坏就减小。
从第一方面讲，本发明提供了一个配合冲杆通过，用来减小由聚脂膜和铝板或铝合金板的叠层拉制成的杯的侧壁厚度的壁挤拉环;该环的具有圆锥体截头形状的渐缩的进口表面对中心轴线的角度在1°到4°之间，该中心轴线垂直于环的平面，并终止于短长度的过渡区，该长度是在上述轴线进行测量的;扩散的出口表面从上述过渡区以角度范围5°到15°进行延伸;该环由热传导率大于50W/m℃的耐磨材料制成。
第二方面，该环包括第一平表面，第二平表面，连接上述平表面的周壁，一个由具有圆锥体截头形状的渐缩进口表面的孔，进口表面倾斜于该孔中心线的角度范围是1°到4°;扩散的圆锥体截头形状的出口表面倾斜于上述孔的中心线的角度范围为5°到10°;连接进口表面与出口表面的圆柱形过渡区的长度，沿上述中心线测量，其长度范围为0.25毫米到1.25毫米。
在一个优选实施例中，进口表面倾斜于该中心线角度为2°。
本发明的挤压环要求由热传导率大于50W/m℃的耐磨损材料制成。适当的材料包括钨/镍/氧化锆，钨/镍/二硼化物;以及在金属基体中的碳化钨，例如钴。
本发明的环与一个挤压工具组件结合，该组件包括第一挤拉环，第二挤拉环，以及为将环与环隔开的中空隔套。隔套带有径向通道，当工件从第一挤拉环通过中空隔套到第二挤拉环时，冷却流体可通过径向通道对冲杆上的工件进行冷却。
第三方面，本发明提供了制作中空容器的方法，环绕该容器的端部为筒形侧壁，侧壁的厚度比上述端壁要薄，上述方法包括的步骤是提供由聚脂膜和铝板或铝合金板的叠层形成的杯;将杯安装在冲杆上，并对杯的外面施加冷却流体，将杯和冲杆通过壁挤拉环，该环有一对冲杆中心轴线的角度在1°到4°的具有圆锥体截头形状渐缩的进口表面，该进口表面终止于在冲杆中心轴线测量长度范围为0.25毫米到1.25毫米的基本为圆柱形过渡区，该过渡区与冲杆一起限定了比上述杯的壁的厚度要薄的径向间隙，因此杯的侧壁被拉压薄并被拉长。在本方法的一个实施例中，冲杆在通过第一挤拉环后，要通过一个中空隔套以便从挤拉环上脱开被拉长的杯，并在通过具有渐缩的角度和过渡区长度的第二挤拉环之前，得到冷却剂的进一步冷却，但是该第二环在冲杆与过渡区之间的间隙比第一挤拉环在冲杆与过渡区之间的间隙要小，从而使侧壁进一步被减薄和拉长。
在一个优选的方法中，每一环对冲杆中心轴线渐缩的角度为2°。
下面将参照附图，结合例子，对不同的实施例予以叙述。
图1是将杯再次拉拔并将壁挤压以形成罐体的装置的示意侧剖视图;
图2为冲杆及杯将通过的挤拉环的侧剖视图;
图3是图2中所述的环及罐侧壁的局部放大图;
图4是制造杯和壁被挤压薄的罐体的一种典型叠层的局部侧剖视放大视图。
使用镀锡薄钢板或铝合金，人们已经生产了千百万个经拉伸并使壁被挤拉薄了的罐，不论哪种情况，杯和整个挤拉环模具部分都要用大量的冷却剂进行润滑，一般是用一种经水稀释过的冷却剂。镀锡薄钢板上的锡被认为可以作为防阻挡润滑剂，用以防止杯在由冲杆推过挤拉环时被滞塞。然而，杯上的聚合涂层或聚合膜的存在会出现不同的流变问题。
有些罐类品制造者采用一种挤拉环组件，挤拉环沿着冲杆行进路线的封闭空间中间隔布置的，因此，在某一时刻，杯是暂时在两个环中，而我们则推荐图1的布置，即杯在进入下一个环之前脱离前一个挤拉环，从而有时间使杯在两环之间得到冷却。
图1所示的装置包括由坯料夹持套筒2环绕的冲杆1，坯料夹持器和冲杆可沿它们的纵轴向往复移动来与模具组件3相配合，模具组件3包括定心环4，再拉模5，再拉模夹持器6，第一隔套7，支承在第一环支承9中的第一挤拉环8，第二隔套10，支承在第二环支承12中的第二挤拉环11，第三隔套13，支承在第三环支承15中的第三挤拉环14以及分离装置16。
当安装在冲杆1的坯料夹持器2上的杯17向再拉模5移动，随着冲杆1将杯压入再拉模5，坯料夹持器2与再拉模5的面相配合，限制杯周边的材料。
第一隔套7的长度要保证被再拉的杯(未画出)进入第一挤拉环8之前脱离再拉模5。第一隔套有一径向通路18，润滑剂通过它来润滑和冷却被再拉的杯外的外表。
在通过第一挤拉环8后，壁已被挤拉的杯进入第二隔套10，在它进入第二挤拉环11之前，从经向通道19来的润滑剂/冷却液对它进行冷却/润滑。第二隔套10的长度要保证壁已被挤压的杯进入第二挤拉环11之前，该杯脱离第一挤拉环8。
在该杯通过第二挤压环11之后，在它进入第三挤拉环14之前，自第三隔套13的径向通道20再提供润滑剂/冷却液。在该杯通过第三挤拉环后，需要的话，冲杆可作用在钟形衬垫上(未画出)而在壁被挤拉薄了的罐体上形成罐底轮廓。在冲杆向起始的位置返回时(如图1所示)，罐体的自由边碰到分离装置钩爪16上，使罐体与冲杆分离。为防止罐体在分离装置处损坏，一般使用的冲杆带有直径缩减了的环形部分21，因此，被挤拉薄了的罐22边沿的边壁比其它挤拉过的壁要厚(如图1所示)。
本发明的一个目的是用图1所示的装置对由铝合金和聚合膜形成的叠层的杯的壁作挤拉。图2显示出冲杆移动时对从挤压环8中出来的罐壁材料23施加拉伸负荷，该环对杯的侧壁施加一个径向向内的推力。要控制挤拉环和罐壁接触面由于摩擦产生的热，以免对聚合膜造成损害。
在图3中，挤压环有一渐缩圆锥体截头形状的进口表面24，它倾斜于环的轴线的角度A°的范围是1°到4°;有一基本为圆柱体的过渡区;倾斜角为B°的渐扩的圆锥体截头形状的出口表面可给环材料以结构支承，迅速给侧壁材料留出间隙。进口部分24的小角度的倾斜分散压缩载荷，因此，在进口挤拉量逐渐增加和在过渡区上进行精整时，所产生的热量可由环材料耗散。过渡区25的轴向长度要短，以避免由于摩擦而使杯材料产生不必要的热。
在一个优选的实施例中，挤压环具有进口角为2°过渡区的轴向长度为0.635毫米出口角为6°典型的进口表面和过渡区表面的表面光洁度为2微英寸(平均高度法)。与图1所示装置一道工作，在冲杆(其直径大约为65毫米)外表面和每一环的结合面之间的间隙一般为第一挤拉环处为0.241毫米(减小26%)第二挤拉环处为0.178毫米(减小26%)
第三挤拉环处为0.105毫米(减小41%)从而将杯侧壁厚度从开始的0.324毫米减小到挤拉的壁的厚度0.105毫米。合适的润滑剂/冷却剂包括GRACE544A铜润滑剂(水剂中含量为20%)或STUARTOILS“DRAWSOL”378M2(6%的水)或QUAKER556(水中为6%)，这些都在该行业广泛应用。
也可能使用某些一般来说不适合于成型铝制罐的润滑剂，因为包覆的聚合物阻止铝与模面的接触，从而使金属不能很好地成形。但这些材料具有低的亚油酸盐衍生物含量的优点，并且对容器的性质有好的作用。例如，QUAKER556作为润滑剂广泛用于镀锡钢板的罐而不是铝罐的制作中，这种润滑剂的亚油酸盐含量十分低，但却令人满意地容易使PET包覆的铝罐成型。
为了消散在每一挤拉环上产生的热量，要求每一环都要用热传导性能好的材料来制作。用下表所列出的材料制造出实用的环，这些材料是分散性强化材料，具有适当的化学“亲和力”，热传导率大于50W/m℃表Ⅰ材料传导率范围(W/m℃)镍基体中的碳化钨/陶瓷二硼化物145-155镍铬基体中的碳化钨170-190钴基体中的碳化钨65-100镍铬基体中的钨镍二硼化物115-122
这些材料适合于生产常规的DWI铝和PET涂敷的DWI铝罐。
表Ⅱ材料热传导率(W/M℃)部分稳定氧化锆6-12a-四氮化三硅15-22当要挤压的壁为没有包覆层的镀锡薄的钢板时，挤拉环用部分稳定的氧化锆制作(热传导率为12W/m℃)，是很有效的;但当要挤压的壁为聚脂/铝的叠层时，由于氧化锆对于铝的亲和力，则没有效用。
由a-四氮化三硅制成的具有热传导率为20W/m℃诱导涂层的挤拉环要与铝3004上的聚脂结合，但对形成非涂敷的铝件则令人满意。
一组典型的罐成型参数罐体制作速度每分钟180-280个罐罐壁规格-薄壁0.0042英寸-厚壁0.0068英寸铝基板0.0118英寸修正后的罐高125毫米罐直径65毫米杯直径3.50英寸罐体制作冷却剂3%的DRAWSOL919坯料直径5.50英寸图4显示出典型的铝板与聚合膜的叠层，聚合膜由粘接层粘附到板的两个主要表面上。
特别是，已经发现，本发明中的挤拉环适合于由聚脂层27所组成的叠层的杯侧壁的挤拉，这种聚脂可以是处于非晶体状的聚对苯甲酸乙二醇酯，通过共聚多脂层28粘附到铝合金板29(即合金3004)的两侧面。共聚多脂28可以是共聚多脂，例如，间苯二甲酸脂/对苯二甲酸酯/乙二醇或者是对苯二甲酸酯/乙二醇/二甘醇;这些聚脂层均处于非晶体状态。一般来说，聚脂层27的厚度范围是10到25微米共聚多脂层28的厚度是在2微米的数量级铝合金29的厚度大约为300微米。若取这些范围中最大值，要拉伸的杯17壁面材料的总厚度为324微米，通过实施例中的模具组件，最终的罐壁厚度大约为105微米。在壁经过挤拉后，由于叠层的某些弹性后效，最后的壁厚要比在最后一环的间隙，即比最终厚度为127毫米的最后一个环的间隙要略微厚一些。有关进一步优选的PET的叠层的详细情况，可参阅我们同一系列的未决欧洲专利申请(公开号№0312304)。
应当理解，所选定的挤拉环的进口角度可以使侧壁的厚度在一段相对较长的距离中逐步缩减。而额外的“推力表面积”促使侧壁与环材料之间的热交换，使环材料作为散热之用。如果环的轴向厚度与现有技术的挤拉环一样，由图3可见，本发明中的挤拉环扩散出口表面26的轴向长度比该环的渐缩进口24的轴向长度要短一些。
已经尝试了具有复合倾斜进口的壁挤压环。在这些复合环中，在具有1°到4°之间的圆锥体截头形状的进口之前设置对轴线倾斜更大的圆锥体截头形状的环带，例如，其倾斜角度在4°到10°之间。然而，这些复合凸形表面在对由聚脂和铝材料制成的叠层杯的挤拉中并未显示出什么优点。
权利要求
1.一个配合冲杆通过，用来减小由聚脂膜和铝板或铝合金板的叠层拉制成的杯的侧壁厚度的壁挤拉环，其特征在于，具有圆锥体截头形状的渐缩进口表面对垂直于环的平面的中心轴线的角度在1°到4°之间，并终止于短长度的过渡区，该长度是在上述轴线上测得的；扩散的出口表面从上述过渡区以角度为5°到15°的范围进行延伸；该环由热传导率大于50W/m℃的耐磨材料制成。
2.一个壁挤压环包括第一平表面，第二平表面，连接上述平表面的周壁，一个具有圆锥体截头形状的渐缩进口表面的孔，进口表面与该孔中心线的倾斜角度范围为1°到4°;扩散的圆锥体截头形状的出口表面倾斜于上述孔的中心线的角度范围为5°到10°;连接进口表面与出口表面的短长度圆柱体过渡区，它的长度范围沿上述中心线测量为0.25毫米到1.25毫米。
3.按照权利要求1或2所述的壁挤拉环，其特征在于进口表面倾斜于该中心线的角度为2°。
4.按照上述任一权利要求所述的壁挤拉环，其特征在于渐缩的进口表面比扩散的出口表面要长。
5.按照权利要求3所述的壁挤拉环，其特征在于在中心线上测量的过渡区的长度为0.635毫米。
6.按照权利要求4所述的壁挤拉环，其特征在于，该环是由从一组材料中选择出的一种材料所制造，该组材料的组成是碳化钨/陶瓷二硼化物/镍基体镍铬基体中的碳化钨;以及钴基体中的碳化钨。
7.按照上述任一权利要求所述的壁挤拉环，当被安装在冲压工具组件中时，组件还包括一个中空隔套与上述挤拉环隔开的一个第二挤拉环。
8.制做中空容器的方法，环绕该容器的端壁为筒形侧壁，侧壁的厚度比上述端壁要薄，上述方法包括的步骤是提供由聚脂膜和铝板或铝合金板的叠层形成的杯，将杯安装在冲杆上，并对杯的外面施加冷却流体，使杯和冲杆通过壁挤拉环，该环有一具有圆锥体截头形状的渐缩的进口表面，该表面对冲杆中心轴线的角度在1°到4°范围，并终止于在冲杆中心线测量的长度范围为0.25毫米到1.25毫米的基本为圆柱形过渡区，该过渡区与冲杆一起限定了比上述的壁厚度要薄的径向间隙，因此侧壁被压薄并被拉长。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，冲杆在通过第一挤拉环后，要通过一个中空隔套以便从挤拉环上脱开被拉长的杯，并在通过相同渐缩角和相同过渡区长度的第二挤拉环之前，进一步得到冷却剂的冷却，但是该第二挤拉环在冲杆与过渡区之间的间隙比第一挤拉环在冲杆与过渡区之间的间隙要小，从而使侧壁进一步被减薄和拉长。
10.按照权利要求8或9所述的方法，其特征在于，每一环对冲杆中心轴线的渐缩角度为2°。
全文摘要
配合冲杆来减小由聚合膜和铝板或铝合金板的叠层拉制成的杯(17)的侧壁厚度的壁挤压环(8，11，14)，该环有圆锥体截头形状的进口表面(24)，有长度较短的过渡区以及扩散段。该环由热传导率大于50W/m℃的耐磨材料制成。各环结构相同，但过渡区的直径比前一个挤压环要小，并由隔套将两环隔开，并通过隔套对杯提供冷却剂。
文档编号B21D22/30GK1047817SQ90104170
公开日1990年12月19日 申请日期1990年6月7日 优先权日1989年6月8日
发明者彼德·约翰·尼耶斯, 史蒂芬·约翰·迪格拜, 斯蒂文·保罗·维廉姆斯, 凯文·马克·安布罗斯, 普拉文·米斯特里 申请人:Cmb罐头食品公司