专利名称：从冲头退卸拉延制品的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及从冲头上退卸由冲头和模具配合动作，用金属圆盘形成的产品，更具体地但并不专门涉及从具有与其轴向对准的底部成形工具的压具的中空冲头上退卸拉延且烫压壁部的罐头体。
在用从金属板材切割下来的坯件批量生产罐头时，一坯件和拉延工具形成一杯形件，然后，该杯形件在一行程很长的压床上再次拉延并烫压壁部，该压床具有装在压头上的冲头，压头驱动冲头通过一再拉模和一序列烫压环，使与冲头的间隙逐步减小，从而使制成的罐头具有基本与金属板材厚度相同的底壁和薄于底壁的侧壁。英国专利第1463026号公开了一种这样的烫壁压床，其中，据说压头以每分钟150至175个行程左右的速率运动。这种压床使用一种机械式退卸器，它具有许多包围冲头/压头布置的指，因此，在返回行程时，罐头本体侧壁的带耳边缘撞击退卸器的指，在有限的挠曲之后，退卸器的指与耳形接触，防止罐头本体随着压头的返回而通过烫压环返回。GB-A-2181685描述了另一种形式的具有可挠曲的指以便与带耳边缘接合的退卸器。虽然这些设有可挠曲指的退卸器在每分钟150次行程左右的速率(粗略相当于每分钟大约180米的线速度)时可满意地工作，但是正在开始使用每分种大约280次行程甚至更大的行程速率。在这种增大的速率下，罐头的自由边缘在增大的速度下撞击退卸器的指，会使自由边缘发生扭变。
通常使用中空的压头和冲头，因此，在退卸过程中，通过冲头可抽罐体内通入空气。曾有人提出各种形式的设在冲头空腔中的推件盘，例如US3402591和US3524338，但是这些推件盘需要很长的穿过压头和冲头组件的驱动杆，因而增加了压头和冲头组件的质量并使其操纵机构复杂化。
为了减小压头和冲头组件的运动质量，曾有人提出依靠压缩空气通过压头空腔的冲头，不仅用来通风而且用来将加工完的罐体推离冲头。在英国专利第3771344号和第4164860号中，通过压头组件输送压缩空气来帮助外部的机械式退卸器。
美国专利第3771344号描述一模具组件，一可穿过模具移动的压头和冲头组件，以及一个与冲头端部轴向对准的穹形垫(domingpad)，因而在压头行程端，在罐底形成一凹穹形。冲头设有一与阀座相交的同心通道，该阀座由一具有相关阀杆的阀门开启和闭合。外通道充满高压压缩空气，用于退卸制品，内通道充满低压压缩空气，用于偏压阀门闭合于阀座上。随着冲头逼近于穹形垫，平的罐底变凹，并压在阀杆上以打开阀门，因此100磅/英寸2的空气输送至罐内以便通风并在返回行程时帮助退卸。当罐体离开冲头时，内通道的气压使阀门闭合，因此，在返回行程时避免了压缩空气的浪费。但是设置高、低压空气的同心通道，使冲头结构复杂，成本提高。
在美国专利第4164860号中，已经注意到虽然使用上述专利中的那种冲头可以消除退卸用的空气将自由的罐体吹压在穹形垫上的危险，但是阀门闭合太快以至没有足量的空气将自由罐体吹压在穹形垫上的问题是靠下述方式克服的在冲头内孔上距冲头自由端一定距离处设置一块限定一个小孔的隔板，因此，冲头内孔，隔板和在冲头上的罐体形成了一个选定的容积，其内充有一定容积的压缩空气，足以帮助退卸并在罐体内维护可靠的压力直至罐体松脱为止，但不足以将罐体剧烈地吹压向穹形垫，在一推荐实施例中，冲头具有一个第二结构，其形式为位于“第一结构”即径向隔板和冲头端部之间的止回阀。这种止回阀在罐头底壁变为穹形时闭合以减小冲头内的气量，因而减小了在上述选定容积中的过压空气量。这个推荐实施例据说可以在开始退卸时提供高压，而在逐渐退卸过程中由外部带有指的退卸器和气体帮助退卸的双重作有用下提供平缓的减退动作。但是，在返回行程时似乎存在浪费压缩空气的问题。
美国专利第5056350号描述了一种当冲头从形成罐头端壁凹穹形的工具缩回时将拉延的罐头从中空的冲头上退卸下来的装置，罐头具有端壁和从端壁圆周向上延伸的侧壁。冲头支承于中空的压头上，压头在其自由端有较大内径的阶梯孔。冲头具有使其可装配在压头自由端外周上的阶梯孔。冲头借助环形阀体42固定在压头上，环形阀体42具有一圆柱形头部和一在压头内的螺纹柄，因此，头部将冲头固定在压头上，也使阀体密封于压头。阀体42具有一阶梯孔，该阶梯孔具有一在冲头开口端的宽大的圆柱形表面，在柄的另一端的锥形阀座，以及将阀座连接于上述圆柱形表面的套筒通道。一锥阀芯具有装配于阀体宽大圆柱形表面上的活塞部分，一个穿过套筒通道的中空杆部分，以及可与阀座接合的阀门头部。活塞最好由一弹簧向前压迫以便将阀门头部闭合在阀座上。
活塞具有一端面，该端面具有由一截锥面包围的凹形中央板，该截锥面与冲头的内表面及阀体的端壁限定了一环形空腔22。当冲头上的罐体到达到制穹形工具上时，罐头的端壁被迫进入中空的冲头，使锥阀芯的活塞部分移入阀体的宽大的圆柱形表面，而杆部则抬起阀座的头部使压缩空气中心的芯轴穿过阀门至由罐头端壁，冲头内部，阀体前面及阀活塞的凸端所限定的空腔22。活塞部分被推入的圆筒形空腔与大气相通，因而当退卸开始而阀门关闭时，空腔和阀杆可有一有限容积的空气用于退卸。
另外，空腔22的容积由罐头端壁形成的穹形而大大减小，因此，在空腔22和阀杆中的空气容积，当冲头缩回且阀门闭合时可能不足以完全充满并使罐头从冲头上退卸下来，除非使用很不方便的高压。压床改进以更高的行程速率运行时，因为阀门开启以注满空腔的时间减少而且退卸罐头的时间也减少，所以上述问题更为加剧了。
因进入阀门头部周围的宽大空间以进入中空杆至空腔22时，从压头来的气压减弱，在罐和阀门间的气压会小于供应的压力，从而带来问题。
本发明的一个目的是提供一种在罐头撞击与冲头轴向对准使罐头端壁成形的工具后，借助来自在冲头组件中的阀门和罐头内部之间的预选容积的压缩空气的受控气压，使拉延的罐头从中空的冲头上退卸下来的装置。
本发明的另一个目的是控制用于将罐从冲头上退卸下来的气压，从而避免过大的气压使退卸下来的罐头撞击成形工具从而损坏罐体或造成罐底的永久变形。
本发明的另一个目的是提供一种改变空腔预选容积的装置，以便适应变化冲头和模具而形成的不同的罐头高度。
鉴于上述现有技术的退卸装置的种种缺陷，本发明还致力于完成下述目的(a)设置利用在冲头中的受控容积的压缩空气的退卸装置;
(b)当冲头趋近形成底部穹形的位置时自动驱动退卸器;
(c)退卸由通用包装材料如黑钢皮，白铁皮，镀铬钢(ECCS)，铝合金，以及上述材料与聚合物膜的层压材料制成的罐头，而又不损伤罐头;以及最好但又不是必须(d)不使用外部退卸装置只用气压退卸;以及如果需要(e)只要简单更换部件即可适用于一定冲头直径的，一定范围的罐头高度的冲头。
因此，本发明所提供的一种压床具有至少一个模具，一个可通过模具运动的中空冲头和压头组件，以及一个具有与冲头轴向对准的凸面的底部成形工具，所述冲头和压头组件具有在压头中空部分的阀座，以及具有一阀体的阀门，阀体能与阀座接合，阀杆经一支承件穿过阀座至冲头自由端的一个垫，因此，当冲头趋近底面成形工具的凸面部分时，阀垫被推动，从而使阀体抬离阀座，使来自冲头中空部分的压缩空气通过，其特征在于所述阀杆和所述冲头及罐头的内表面在阀座和支承件之间限定一个预选容积的包围阀杆的空腔，因此，当冲头趋近底部成形工具时，底部成形工具的凸面和阀垫的配合使阀体抬离阀座，从而压缩空气以一预选的容积注满空腔，当冲头从底部成形工具缩回，且罐头开始退卸时，阀体闭合在阀座上，因此，罐体从冲头上的退卸是由来自所述空腔的压缩空气的膨胀完成的。
在轴承和阀座之间的距离可以由形成压头内表面的管状衬套限定。
在另一实施例中，阀杆是管状的，临近冲头端的一端是敞开的，具有至少一个孔，使压缩空气能从空腔通过阀杆流向冲头端。如果需要，阀杆具有一头部，头部具有与底部成形工具和凸面部分互补的凹面部分。一从阀杆表面突出的螺钉的头部可用来防止在阀门破裂时阀杆穿过支承件。
在推荐实施例中，阀门具有从阀体穿过第二支承件直至阀座的第二阀杆，第二支承件具有能使来自压头其余部分的压缩空气通过。在阀座和第二支承件之间的距离可以由一隔套的长度来限定。另一隔套则限定从第二支承件至压头中空部分内一阶梯或至压头端部的距离。
如果需要，隔套和阀座组件可以包括一弹性件，该弹性件在组件上作用一轴向推力。
按照本发明的压床可以不用围绕冲头的外部退卸机构，但是，如果需要，也可用来帮助机械式退卸器。
如果需要，将底面制成穹形的工位也可包括使压缩空气流向冲头的通道。
现对照以下附图详述本发明的各实施例
图1是具有本发明特征的冲头和压头和侧剖图，处于压床向前的行程中;
图2是在罐头底部成形后，冲头和压头以及底部成形工具的侧剖图;
图3是在冲头返回行程中进行罐头退卸时的冲头和压头以及底部成形工具的侧剖图;
图4是冲头和压头的第二实施例的侧剖图;
图5是冲头、压头和底部成形工具的第三实施例的侧剖图;
图6和7是冲头和压头组件的第四实施例在底部成形工具处的放大局部剖视图;以及图8是冲头和压头的第四实施例的侧剖图。
图1表示一个支承于压头2上穿过模具3的冲头1，以及一个可供选用的机械式退卸器4，图中正处于趋向底部成形工位5的向前行程中，在底部成形工位5，拉延罐体7的底壁6将成形为图2所示形状6A。在我们所做的一些研制冲头结构的试验中，设置了机械式退卸器以保证罐头从冲头上卸下并防止对压床的损坏。用于试制白铁皮罐头的图1所示的退卸器在专利文件GB2181685A中有详尽的描述，可供参阅。但是，当用铝合金和聚合物层压材料生产罐头时所用的其它机械式退卸器是与GB1547539的装置相似的。
在图1中，模具3是一系列的三个烫压罐壁的模具中的最后一个模具，上述三个烫压罐壁的模具中的每一模具都在一棱带(如图1中标号为3)和冲头1间留有一间隙，从而罐体7的侧壁8的厚度逐渐减小。为清楚起见没有画出其它的模具。
所用的那种外部退卸器4具有设置在冲头周围，并用弹性环10保持其上的许多扇形件9，9A。每个扇形件在其尖部受支承抵住弹性缓冲环11，可做摆式运动，因此，每个扇形件在返回行程中可屈服以配合在烫压的侧壁的带耳自由边缘上。如图1所示，扇形件在返回行程中正处于作用在罐头边缘12上的位置上。
底部成形工具具有一块垫13，垫13具有与冲头1的端部对准的凸面14。如图1所示，底部成形工具还包括一个可供选用的环形工具15，环形工具15具有与冲头1上互补的凹形环套17配合工作的凸面16，以便绕罐头底部成形一叠放缘，并在成形过程中施加一摩擦力以防止罐头底部形状出现皱纹。在垫13和环形工具15之间的通路可用来输送压缩空气，其目的将在下文详述。
冲头1包围着直径减小的压头部分2A，并可用冷缩装配法固定在压头上。但是，在图1中，冲头具有阶梯孔，因此，设有具有阶梯面的支承件18使冲头1抵紧在压头2的一个台阶上。支承块18借助压头和支承块上的螺纹固定在压头的中空部分内。支承块具有一中央孔，可加衬套作为阀件21的阀杆20的线性支承件19。
阀件21具有带侧孔28的中空阀杆20，一个用于与阀座24的互补面接合的弓形或圆锥形密封表面，以及一个进而伸入压头中空部分中的第二阀杆25，在压头中空部分中第二阀杆25由压头中的一第二线性支承件26支承。第二线性支承件26具有许多孔27，使压缩空气能自由通过。
阀座24具有弓形或圆形横截面的环形密封面，一喉道及一有利于压缩空气当其开启时自由流动的收敛的出口表面。
在第一支承件18和阀座之间的距离由一隔套30的长度控制。选取隔套30的长度时要保证在阀座24和冲头端之间的空腔将含有一定容积的压缩空气，其压力足以保证在冲头上的罐头7离开冲头时不致形成使罐头侧壁18凹陷的局部真空。
第二隔环32使阀座24和第二线性支承件26相隔开。第三隔环使第二线性支承件26在距压头内孔中的一个台阶35一定距离处固定，从而保证阀件21在支承件18和支承件26中运动的轴向间隙。
在图1中可看出，中空的阀杆20终止于一盘形垫37内，垫37有一与底部成形工具的垫的凸面14互补的凹面。本发明人早期研制时使用一简单的管形阀杆20，成功地将罐头从冲头上退卸下来，但是在每个罐底壁的内表面上产生损伤。盘形垫则防止了这种损伤，因此最好设置这种盘形垫。另一改进是设置了从管状阀杆20上突出的螺钉头部29，以防止在阀件被损时阀杆穿过支承件18。如图2所示，罐头底部的穹形板6A是由冲头1的环形端部和底部成形工具5的凸面14的相对运动形成的，因此，盘形垫37不一定要在支承件18和穹形板6A之间受压。但是，在图1中可看到，盘形垫的背面具有与支承块18的端面互补的表面，以便罐头底部的深度或形状可受到与支承块件18端面接触的盘形垫37的背面的控制，并且一旦达到要求的深度就使底部成形垫13随冲头一起运动，同时也是为了避免阀件离开阀座的过度移动。
当冲头和压头组件(1，2)达到底部成形工位5时，罐体材料的倾斜环套在冲头1的凹形环套17和受到(未示装置)弹性支承的环形工具15的端面之间受到限制，因此，冲头的进一步前进将罐头底部6推压在凸面14上形成图2所示无皱纹的底部形状6A。
随着外凹的穹形底部形状6A的形成，它碰到阀垫37，因而受到阀件21质量引起的惯性力和气压作用。穹形的底部形状6A的继续形成将垫37推入压头，从而将阀体22抬离阀座24，使压缩空气通过隔套34，第二支承件上的孔27，隔套32，阀座24，隔套30，孔28以及阀杆20，使罐头体内部加压。
如图2所示，冲头和压头组件1，2进一步前进使罐头体的底壁6A推动垫37从而抵靠支承件18的端壁，因此，使完成的底部形状6A在一侧支承在垫37和凹形环17上，而在另一侧由凸面14和环形工具15支承。
一般都希望在退卸过程中罐体仍支承在返回行程中升起的环形工具15上。这一点之所以可能是因为最初的退卸作用是靠阀件21的惯性力和压头中的完全气压实现的。只要罐底壁的内表面仍由底部成形工具所支承，如果需要，所使用的气压就可以超过可能造成未支承罐头端部变形的气压。
图3表示在从底部成形工位5反回的行程中的冲头1和压头2。从压头输送的气压已注满空腔。当罐头开始退卸时，阀件21能够向前移动。由于压头2的往复运动和阀件21的惯性，阀体22无需弹簧或类似装置就可闭合在阀座24上。阀门一经以这种方式闭合，阀座两端的压差克服保持阀门闭合的相对部件的相反惯性力，直至下一个罐头底部完成成形为止。因此，当罐头开始退卸时，不允许更多的空气通过阀门进入空腔。在阀门闭合时，罐体7正被进入空腔和罐头的压缩空气所迫而离开压头。
空气在大约80磅/英寸2的压力下送过压头，因此，在闭合阀门时，空腔内的气压为80磅/英寸2。当退卸33cl的铝罐头时，空腔容积是15cl，而气压为80磅/英寸2。只要当罐头离开冲头时，空腔中具有脱离冲头不使罐头侧壁崩溃的正压力(大约10磅/英寸2)，可以选择其它的空腔容积和气压组合，在所进行的实验中，用铝合金拉延和烫压壁部的33cl饮料罐无需机械式退卸器即可成功地退卸。
当罐头离开冲头时，罐内的过大的残留压力会使罐头射向底部成形工具。如果需要，可在垫13和环形工具15间的通道39送入压缩空气或其它流体阻止退卸下来的罐体的运动，从而减小罐体与底部成形工具间冲击造成损伤的危险。可以使用从通道39来的空气将退卸下来的罐体吹离底部成形工具。
图2和3所示的饮料罐底部6A可承受六、七巴的内部压力。在退卸时只要罐头底部6A在外部受到支承，退卸时就可在压头2中使用更高的压力。如图3所示，在退卸过程中，罐头底部部分受到底部成形工具的环形工具15的支承。也如图2所示，从底部成形工具5输送的压缩空气在退卸时也对罐头底部提供了附加支承，因此，在压头中可使用更高的压力以消除对机械式退卸器的需要。
图4表示本发明的第二实施例，具有一阀座40和一阀件41，其中，阀件具有一盘形垫42，一实心阀杆43和一个球形阀体44。实心阀杆43由第一支承件45支承，支承件45具有通道48和一使空气通过的盘形端面，第二支承件46靠近阀座。第二支承件46也具有能使压缩空气自由通过的通道47。上述布置的优点在于，阀件较短较轻，因此，阀门运动的惯性力小于其它实施例。第二实施例的动作与第一实施例相似。
图5表示冲头1和压头2组件，用于与底部成形工具50配合工作，在拉延的罐头的平的底部形成一种底壁52，底壁52具有由环形扩张缘包围的平面中心板，环形扩张缘通过一环形通道部分与侧壁相连，环形通道部分在罐体侧壁之内固定中心板和扩张缘，从而形成一基本外凹的底壁。
图5表示在退卸过程中当底部成形工具50上的环形凸肋与阀杆垫51的互补表面配合工作之后，冲头端已使罐头底部成形，返回行程的惯性力已使阀体闭合在阀座上，因此，罐体正在空腔和罐体内的气压作用下退卸。可以注意到，由于侧壁已碰击机械式退卸器，罐头已开始离开冲头。
在图5中，一弹簧49位于第二支承件26和较短的隔套32A之间，隔套32A位于阀座24和第二支承件26之间。设置螺旋弹簧49或类似弹性件的好处在于能保证隔套和阀座能牢固地保持在位，而无需对隔套和阀座进行精确加工。
弹簧或弹性件也可以位于隔套，阀座，第二支承件和压头表面的台阶所组成的序列的其它位置上，只要能向组件施加轴向推力即可。
在上述实施例中，限定压缩空气通道的表面没有不适当的弯曲或结构来阻塞，因而当阀门打开时，空腔和阀体前的进口区将被迅速充满。
在阀座24上游的压头中的空气容积也最好大于空腔容积，以便提供大的库存从而保证足够的气源。
使用压力较高的压缩空气会在罐体的侧壁上引起一些应变，因而解除侧壁在冲头上的摩擦配合。这种弹性应变当退卸在自由边缘具有较厚环形的罐头时特别有用。
习惯上使用一定直径(一般是65mm)的冲头来制造各种高度的罐头。本发明的一个优点在于，通过更换阀件，阀座和隔套，冲头和压头可以很方便地适应于适当的空腔容积以退卸所制造的罐头。
虽然通常希望避免底部形状的变形，这一点结合图2已经提到，但是，有些情况下也可以利用变形。例如，阀垫可以设计得使阀件的惯性力传至罐头底部的某些部位以便使这些部位再次成形以改善成品罐头底部形状的强度，或者打上需要的标记，如制造编号。
图6所示的冲头和压组件处于返回行程中，已成形的底部形状6A仍卡在冲头表面17和底部成形工位5的上升的环形工具15之间。由冲头返回行程惯性力所作用的阀件的垫37正将罐头底部形状压向环形工具的平台60。在此阶段，罐头底部形状6A具有将中央穹形板连接于一截锥形环套62的第一半径部分61，以及使截锥形环套62通过一叠放缘64连接于侧壁8的第二半径部分63。在冲头返回行程的这一阶段中，罐头底部形状已离开底部成形工具的垫13，阀件的垫37已离开支承件18的端壁。
在图7中，作用于底部形状6A的阀件的垫37所提供的惯性力已经使第一半径部分61及第二半径部分63离开冲头端，因此，截锥形壁向着冲头的内圆柱面位移。半径部分63的紧缩将特别改善罐头底部形状抵抗内部压力的能力。
阀件闭合时其惯性力的其它使用包括如果需要的话，在罐头底部打印识别编码。
图8所示为图1中冲头和压头的改进，图中相似功能的部件使用相同的标号。但是，在图8中，阀件21A具有盘形垫37，带有侧孔28的中空阀杆20，与阀座24接合的球形阀体44。中空阀杆支承在长一些的支承件18中。图8所示改进的优点在于，阀件较轻减小了惯性力，而且避免了两支承件的对准。上述改进的阀门与图1所示实施例工作方式相同。
权利要求
1.一种压床，具有至少一模具，一可穿过模具移动的中空的冲头和压头组件，以及一个具有轴向与冲头的对准的凸面的底部成形工具，所述冲头和压头组件具有在压头中空部分中的一阀座以及一个具有可与阀座接合的一阀体和一穿过阀座，穿过一支承件至冲头自由端的阀杆，因而当冲头趋近底部成形工具的凸面时，阀垫被推动使阀体抬离阀座，从而使压缩空气从冲头的中空部分穿过，其特征在于所述阀杆及冲头和罐头的内表面在阀座和支承件之间绕阀杆形成一预定容积的空腔，因此，当冲头趋近底部成形工具时，底部成形工具的凸面和阀垫的配合工作使阀体抬离阀座，从而使预定容器的压缩空气注满空腔，而当冲头从底部成形工具返回以及罐头开始退卸时，阀体闭合在阀座上，因此罐体从冲头上的退卸是由空腔内的压缩空气膨胀完成的。
2.如权利要求1所述的压床，其特征在于在支承件和阀座之间的距离是由形成压头内表面的一管形衬套限定的。
3.如权利要求1或2所述的压床，其特征在于所述阀杆是管形的，在临近冲头端的一端是敞开的，并具有至少一个孔使所述空腔的压缩空气通过阀杆至冲头端。
4.如前述权利要求中任一项所述的压床，其特征在于所述阀杆具有一头部，头部具有一与底部成形工具的凸面互补的凹面。
5.如前述权利要求中任一项所述的压床，其特征在于一螺钉或类似装置的头部从所述阀杆的表面凸起，从而防止阀杆穿过支承件。
6.如前述权利要求中任一项所述的压床，其特征在于所述阀件具有一根第二阀杆，从阀体伸过第二支承件，第二支承件具有一通道，从而使压头其余部分的压缩空气通至阀座。
7.如权利要求6所述的压床，其特征在于在所述阀座和所述第二支承件之间的距离由一隔套的长度限定。
8.如权利要求6或7所述的压床，其特征在于另一隔套限定第二支承件至压头中空部分中的一台阶的距离。
9.如权利要求7或8所述的压床，其特征在于一弹性件向所述隔套和阀座的组件作用一轴向推力。
10.如前述权利要求中任一项所述的压床，其特征在于一外部退卸机构包围着冲头。
11.如前述权利要求中任一项所述的压床，其特征在于所述底部穹形成形工位包括将压缩空气导向冲头的通道。
12.前面参照附图1至3或图4或图5所描述的压床。
全文摘要
一种压床具有模具，穿过模具的中空冲头压头组件和带轴向与冲头对准凸面的底部成型工具，组件具有压头中空部分内的阀座和具有能与阀座接合的阀体及穿过阀座伸向冲头自由端的阀杆，冲头趋向底部成型工具凸面时，阀件抬离阀座，使冲头内的压缩空气通过，阀杆支承于阀座和冲头端间的支承件中，阀杆及冲头内面在阀座和冲头端间形成预选容积空腔，冲头趋向上述工具时，工具凸面及阀杆使阀体抬离阀座，返回行程惯性力闭合阀前使压缩空气注满预选容积空腔。
文档编号B21D45/08GK1082952SQ9310857
公开日1994年3月2日 申请日期1993年7月19日 优先权日1992年7月21日
发明者保尔·罗伯特·敦伍帝 申请人:卡努德金属制品有限公司