用于颈缩容器的间隔模压方法及设备的制作方法

专利名称：用于颈缩容器的间隔模压方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及光滑模压颈缩的容器，以及对此类容器进行颈缩的方法和设备。更具体地说，本发明是对美国专利4774839和5497900中描述的方法和设备的改进。
如所述专利说明的那样，双片罐头是在啤酒和饮料工业中、以及在气雾剂和食品包装中应用最广泛的金属容器。它们通常由铝或镀锡钢板制成。双片罐头由具有整体的底端壁的第一圆筒形罐体，和第二单独制成的顶端面板部分构成，在罐头充满后，就将顶端面板部分双缝焊接于其上以封闭容器的上开口端。
在大多数情况，用于盛放啤酒和碳酸饮料的容器具有尺寸为2-11/16英寸的外径(称为211容器)，而开口端直径则缩减为(a)2-9/16英寸(称为209罐颈)，通常，对209端部采用单次颈缩操作；或(b)2-(7.5)/16英寸(称为207.5罐颈)，通常对207.5端部采用两次颈缩操作；或(c)2-6/16英寸(称为206罐颈)，对206端部采用光滑的、三次或四次颈缩操作。也可采用直径更小的端部，如204、202、200或更小。此外，罐头中装填的东西不同，罐头颈部的尺寸也可不同。因此，对罐头生产商来说最重要的是，其颈缩机及操作能迅速从一个罐颈尺寸改用于另一罐颈尺寸。
如在专利4774839和5497900中描述的那样，在初步操作后，罐头通过此设备，每次模压颈缩操作都有部分重叠，并只对先前成型部分的一部分加以整型，以便在圆筒形侧壁的端部产生一个向内颈缩部分，直至向内颈缩部分延伸至要求的长度。此过程在圆筒形侧壁与直径缩小的圆筒形颈部之间产生一个光滑的、锥状环形壁部分。锥状环形壁部分在两端都有弧形部分，其特征是一个位于圆筒形侧壁和直径缩小的颈部之间的向内颈缩部分或圆锥体。
圆筒形颈部通过一个通常为光滑锥形的颈部与圆筒形侧壁汇合。圆筒形颈部和圆筒形容器侧壁之间的锥形颈部在最初由一个通常为弧形的下弧形段和一个通常为弧形的上弧形段所限定，该下弧形段在圆筒形侧壁的上端具有较大的内曲率，该上弧形段在缩小的圆筒颈部的下端具有较大的外曲率。
然后在开口端成型又一个锥形部分，并被迫向下，同时圆筒形颈部进一步缩小。此又一个锥形部分与重新成形的第二弧形段自由地形成一体，于是锥形部分延伸。此过程依次重复，直至圆筒形颈部缩减至要求的直径，并在侧壁端部形成一个光滑的锥形向内颈缩部分。在每次颈缩操作中，锥形部分不受模具约束，并与模具过渡区域的特定尺寸无关而自由地成型。
由以上模压颈缩过程成形的容器具有美学上令人喜爱的外观、较高的强度和抗挤压性，并在旋转颈缩操作期间产生的颈部不会有划痕或褶皱。
每一容器颈缩操作最好在一台颈缩组件上进行，该颈缩组件由一台转台构成，它能围绕一根固定的竖直轴线转动。每一转台在其周边具有若干相同的外露分颈缩操作台，而每一分颈缩操作台具有一个静止的颈缩模具、一件可沿与转台固定轴线相平行的轴线往复运动的形状控制构件、和一个可由凸轮及凸轮顶轩加以移动的平台，这在美国专利4519232中也进行了解释。
在美国专利4774839和5497900的图6-11中的第二或上弧形段CR是向内颈缩部分的上部，并在每一接着发生的颈缩操作期间重新成型，而锥形部分则加大。与此同时，第一弧形段CA虽然不是确切地由模具重新成型，但金属固有的弹性回弹造成自由成型，因而其曲率半径有所改变。在第三和第四次操作中的模具具有平直的锥形表面T，但直至第五和第六次颈缩操作才会在容器中成型锥形壁段CT。人们相信，由自由成型造成的向内颈缩部分要优于向内颈缩部分与模具相一致的成型。
虽然每一模具只对锥形颈部的上部进行重新成型，但是，当容器轴向移动至其最上方位置时，模具基本啮合锥形颈部的整个外表面。因此，由每一模具成型的锥形颈部与容器轴线间的夹角和模具与容器轴线间的夹角基本相同。

发明内容
本发明将模具与容器支承隔开或间隔得更远一些，这样，每一模具的颈缩部分只啮合颈的圆筒形部分，而不会啮合颈的锥形部分。顺序颈缩组件的模具最好是被间隔开的或呈阶形的，即每一模具与容器支承相隔的距离要大于前一组件中的模具。
间隔的模具减少容器上的轴向负载，从而减少容器壁的打褶，以及减少容器底部被压扁或变形的趋势。间隔的模具也能对容器的高度及翻边的宽度加以更好的控制。


以下将结合附图所示的实施例对发明进行说明，其中图1是根据本发明制成的颈缩设备的局部截面图；图2是图1中一部分的放大局部截面图；
图3表示成形颈部的初始步骤；图4和5表示顺序的颈缩操作；图6是图4和5中一部分的放大局部截面图；图7表示由专利4774839和5497900中描述的设备成型的颈部的现有技术的形状；图8表示由本发明间隔模压设备应用图7设备中相同的模具成型的颈部；图9比较了图7的颈部和图8的颈部；和图10表示了一个已完成颈缩和翻边的容器。
特定实施例的说明图1展示了美国专利4774839和5497900中公开的那类颈缩设备的若干颈缩组件中的一台，但已按照本发明加以了改进。除了此处说明的改进外，本发明的颈缩设备基本与美国专利4774839和5497900的颈缩设备相同，这两个专利的内容已引入于此作为参考。为清楚起见，对相同部件采用相同标号。图1所示的设备是称为5811-2的颈缩机。
颈缩设备的每台颈缩组件包括框架50和旋转的转台组合件70，围绕转台组合件70的周边安装有若干相同的分颈缩操作台72。图1展示了分颈缩操作台中的两台72a和72b。组件框架50包括底座51及下、上框架构件52和54，这两件框架构件52和54由支柱56连接起来。
下转台框架74和上转台框架76支承在一根中心驱动轴78上，它通过框架构件52和54中的孔而伸展。转台组合件70由轴承84a和84b可旋转地支承在框架构件上。上转台框架76可在驱动轴78上轴向滑移，并由套环88固定于要求的轴向位置上。
图2更为详尽地公开了分颈缩操作台72，它包括总体以100表示的下容器提升部分和总体以102表示的上成形或颈缩部分。现在请同时参考图1和2，容器提升部分100包括外圆柱形构件或套筒108，它具有一个一般为圆形的孔110，而柱塞或活塞112则可在孔110中往复运动。柱塞112的下端具有一根凸轮顶杆116(见图1)，它沿着端面凸轮118的上外露凸轮形表面运动，而端面凸轮118则支承在下框架构件52上。柱塞112上端具有一个容器支承平台120，它由紧固件装置122固定于此。支承平台或容器支承装置具有一个内向上成弧形的延伸部分124，用于啮合容器16的内下表面。柱塞112与套筒108配合既能提供一个流体对心机构，又能对凸轮顶杆116进行偏压，使其与凸轮118啮合，美国专利4519232对此作了更为详尽的描述，其内容引入于此作为参考。
凸轮118基本包括一个固定安装的环，它沿周边安装在下框架构件52上。凸轮的高度和形状是经过选择的，并与分操作台72的下端对准，当转台在固定框架50上转动时，用以控制活塞112的上、下运动，也即容器16的上、下运动。由于凸轮顶杆116受到偏压与凸轮118啮合，因而端面凸轮的凸轮形表面的形状将确定容器16的位置，对此下文将予以说明。
上颈缩部分102包括一个颈缩模具部件130，它借助一个带螺纹的盖134固定在一个中空缸体132上。缸体132具有一个轴向孔136，一根中空插杆或轴137可往复运动地安装于其中。凸轮顶杆138(见图1)安装在轴137的上端，并可滚动地倚靠在一个固定的上端面凸轮139的外露凸轮形表面上，该上端面凸轮139固定于上框架构件54。
插杆137和凸轮顶杆138由流体压力保持与凸轮139进行啮合，该流体压力也使轴137在孔136中对中，所有的都与美国专利4519232中说明的相同。插杆137的下端，如美国专利4774839和5497900中描述的那样，支承一个形状控制构件140。插杆137和形状控制构件140还具有一个孔141，用于在颈缩操作期间将加压空气引入至容器中，这将在下文予以说明。
在组件运行时，轴78围绕一根固定在固定式框架50上的轴线旋转。当下提升部分位于图1左手侧所示的分操作台72a的最下方位置时，容器16送至平台120上，并与弧形延伸部分124啮合。下凸轮118的形状是制作成这样的，即当轴78旋转时，容器16向上移动进入模具130，从而容器的上开口端逐渐整形。在容器上边缘即将接触模具130的时刻，加压空气从气源(未示出)通过孔141引入至容器中。当转台组合件70转动约120°的转台转角时，上凸轮139的形状得以使形状控制构件140根据凸轮形状向上移动。如上所述，包括形状控制构件140在内的轴137受流体压力向上偏压，并在转台组合件转动时，向上移动。此后，在360°转动的其余转动角期间，凸轮118和119的形状使平台120和形状控制构件140以基本匹配的速度回至它们的最下方位置，同时已颈缩的容器从模具中移走。在此下向运动期间，容器中的加压空气将迫使容器从模具降至平台120上。这样，如美国专利4774839和5497900中说明的那样，容器16不断地放至平台120上，加工，并移走。
在美国专利4774839和5497900描述的方法和设备中，采用若干颈缩组件将容器颈缩成具有较小的开口。在所描述的具体实施例中，对于一个202尺寸的颈，需在容器的颈上进行十次不同的颈缩操作和一次翻边操作。在每次颈缩操作期间，向内颈缩或向内成锥形部分的上部都重新整型。在每次颈缩操作过程中，在先前向内颈缩的部分间形成一个小的重叠部分，而总的向内颈缩部分则延伸，并在轴向加长，从而获得一些缩减的小段，这样，各次操作顺畅结合，形成最终的向内颈缩部分。最后的向内颈缩部分在圆筒形侧壁端部具有一个圆形的台肩，圆筒形侧壁通过一个弧形部分与一个向内锥状环形直线段汇合。此环形直线段的相对端通过第二弧形段与缩减的圆筒形颈部汇合。
但是，即使美国专利4774839和5497900中的每一模具都只对锥形颈部的上部进行重新成型，但当容器位于其最上方位置时，每一分颈缩操作台的模具的锥形颈缩部分接触容器的整个锥形颈部。我们已发现，假如模具的锥形部分不接触容器的整个颈部，而只接触颈部的上部，就能获得显著的改善。模具的颈缩部分最好只接触直径已缩小的圆筒形部分及相邻的颈部的正成型的半径，而不接触颈部的锥形部分。这样，模具上的轴向负载降低、容器的打褶减少，容器底部压扁或变形也较少可能。本发明还能更好地对颈缩容器的高度变化及翻边的宽度进行控制。
模具和容器颈部间啮合量的减少通过在分颈缩操作台的模具相对容器支承平台120之间间隔或阶梯间隙而实现。请参考图1，美国专利4774839和5497900中的颈缩组件对于5811-2颈缩机是通过可拆卸垫块310而加以改进的，垫块310放置在支柱56上的套环58与上框架构件之间。从而上转台框架76沿驱动轴78的轴向位置可进行改变以控制模具130相对容器支承平台120的间隙。
每一分操作台的垫块的轴向尺寸选择成，使得容器处于其在模具中的最上方位置时，模具的锥形颈缩部分不会啮合容器的整个颈部。模具的锥形颈缩部分最好只接触直径已缩小的圆筒形部分和相邻的颈部正成型的半径，它伸展于颈部的锥形部分之上(请比较图6和美国专利4774839和5497900中图7-11的右侧)。
图3展示了在第一颈缩组件上进行的第一次颈缩操作。图3左侧表示一个容器16，它正被向上移动进入颈缩模具130a。此颈缩模具具有第一圆筒形壁部分203、锥形颈缩部分204、和第二圆筒形壁部分205。第一圆筒形壁部203的直径大约等于容器16的外径，但具有约为0.006英寸的间隙。第二圆筒形壁部分205的直径缩减，它等于在第一次颈缩操作中形成的已缩减颈部的外径。
如图3右侧所示，当容器16向上移动进入模具130a时，容器颈部的直径缩减，在容器主体的圆筒形侧壁210和缩减的圆筒形侧壁212之间形成一个锥形颈部211。
在第一次颈缩操作中，颈部直径只减少一个非常小的量，如约为0.069英寸，因而容器需颈缩的部分要由其后的操作加以调整。
图4展示了在其后的颈缩组件之一上进行的其后的颈缩操作。颈缩模具130b包括直径基本等于容器中心直径的第一圆筒形表面203、锥形颈部分204、和具有缩减直径的圆筒形表面205。当容器16向上移动时，圆筒形颈部212啮合模具的锥形颈缩部分204，并受压径向向内。
图4右手侧表示容器210处于其最上方位置，而在图6则为其放大视图。容器的锥形颈部211被垫块310隔开在模具锥形颈缩部分204之下，因而颈缩部分204不啮合容器的锥形颈部211。模具的颈缩部分204可接触成型半径213(图6)，该半径213连接容器的锥形部分211和圆筒形颈部212。更具体地说，当容器向上移动时，模具的圆弧部分206啮合颈的上部，并对其整型。
为进行说明，模具锥形颈缩部分204与容器锥形颈部211之间的轴向尺寸在图4和5中被加以夸大。在图6的放大视图中较为精确地表示了真实间隙。发明最佳实施例中间隙的轴向尺寸只约为0.005英寸。模具的锥形颈缩部分204与容器的纵向轴线构成角度A，而容器的锥形颈部211与纵向轴线构成角度B。在最佳实施例中，角A为33°，而角B为30°3’47”。
即使模具的锥形颈缩部分204不啮合容器的锥形颈部211，由锥形部分211和圆筒形部分212构成的容器向内颈缩部分的上部也被整型，从而锥形颈部211的长度增大。
图5展示一个追随图4所示颈缩操作之后的颈缩操作。颈缩模具130c包括直径大约等于容器16外径的圆筒形侧壁203、锥形颈缩部分204和第二圆筒形壁部分205。容器16包括锥形颈部211和圆筒形颈部212。当容器从图5左侧所示的位置移动至其图5右侧和图6所示的最上方位置时，容器的圆筒形颈部212啮合模具的锥形颈缩部分204，从而被整型，容器锥形颈部211也因此加长。当容器处于其最上方位置时，垫块310阻止模具的锥形颈缩部分204啮合容器的锥形颈部211，只有容器的圆筒形颈部212和成型半径213(图6)才被模具的颈缩部分204啮合。
图7展示了十次颈缩操作，它们是由美国专利4774839和5497900中描述的设备进行的，用以在一个211容器上成型202尺寸的颈部。该容器具有圆筒形侧壁312、光滑的锥形颈部314、圆筒形颈部316和翻边318。锥形颈部314相对直线L形成约为33°的夹角，该直径L平行容器的纵向轴线而伸展。每一颈缩模具的颈缩部分204相对模具的纵向轴线也形成一个约为33°的角。
图8展示的十次颈缩操作是在根据本发明加以改进的设备上进行的，它在5811-2颈缩机中增加了垫块310，以便当容器处于它在模具中的最上方位置时，将每一模具的颈缩部分204保持处于容器锥形颈部之上。容器同样包括圆筒形侧壁320、光滑的锥形颈部322、圆筒形颈部324、和翻边326。但是，在颈缩操作期间，由于模具的锥形颈缩部分不再啮合容器的锥形颈部，锥形颈部相对平行容器轴线的直线L的夹角小于图6中锥形颈部314的角度。即使此模具是用于成型图7中容器的模具，其颈缩部分相对模具轴线构成33°的角度，但锥形颈部322的角度也只有约30°3’47”。
图9将图7的锥形颈部(以虚线表示)和图8的锥形颈部(以实线表示)进行了比较。虽然两个容器的圆筒形壁部分的直径和两个罐头的圆筒形颈部的直径是相同的，但锥形颈部322的角度小于锥形颈部314的角度。
表1表示十次颈缩操作中具体垫块的厚度，用于在211直径的容器上成型202尺寸的颈部。容器中有一个是铝的，罐头的高度为4.812英寸，容量为12盎司。另一个容器也是铝的，但罐头的高度为4.535英寸，容量为33厘升。在588、589、5811和5811-2的4种不同颈缩机上使用的垫块具有不同的厚度。为了容纳已增大的容器光滑锥形颈部的长度，在第一次颈缩操作后，垫块的厚度每次操作增加0.005英寸。
表2例举了14次颈缩操作中应用的垫块的尺寸，以便在211直径的钢罐上生产202尺寸的颈部，211直径钢罐的高度为4.535英寸，容量为33厘升。在第二次操作后，每次操作中垫块厚度增加0.005英寸。
虽然在前述说明书中，为展示目的提出了发明的特定实施例的详细说明，但很清楚，无需偏离发明的精神和范围，本技术的普通技术人员就能对文中给出的许多细节加以显著的改变。
表1211/202×413(铝) 211/202×408.5(铝)(12盎司)(33厘升)5811 5811-25811 5811-2颈缩机垫块 颈缩机垫块颈缩机垫块颈缩机垫块操作(英寸) (英寸) (英寸)(英寸)第一次 1.185 1.677 0.904 1.400第二次 1.183 1.675 0.902 1.398第三次 1.188 1.680 0.907 1.403第四次 1.193 1.685 0.912 1.408第五次 1.198 1.690 0.917 1.413第六次 1.203 1.695 0.922 1.418第七次 1.208 1.700 0.927 1.423第八次 1.203 1.705 0.932 1.428第九次 1.218 1.710 0.937 1.433第十次 1.223 1.715 0.942 1.438
表2211/202×408.5(钢)(33厘升)颈缩机操作5811颈缩机 5811-2(英寸) 垫块(英寸) 垫块(英寸)第一次 0.8871.383第二次 0.8801.376第三次 0.8871.383第四次 0.8921.388第五次 0.8971.393第六次 0.9021.398第七次 0.9071.403第八次 0.9121.408第九次 0.9171.413第十次 0.9221.418第十一次 0.9271.423第十二次 0.9321.428第十三次 0.9371.433第十四次 0.9421.438
权利要求
1.一种颈缩设备，用于在容器侧壁开口端的邻近处产生一个光滑的、向内成锥形的向内颈缩部分，该设备包括若干颈缩组件，每台颈缩组件包括一个组件框架和一个可转动地安装在组件框架上以便围绕一固定轴线进行转动的转台，每台组件的转台包括一根驱动轴，该轴可转动地安装在组件框架上；一个上转台框架，它安装在驱动轴上；一个下转台框架，它安装在驱动轴上；以及若干分颈缩操作台，它们安装上、下转台框架上，每台分颈缩操作台包括一个安装在上转台框架上的、环形的颈缩模具；一个安装在下转台框架上、并与颈缩模具轴向对准的容器支架；以及一个凸轮装置，用于产生颈缩模具和容器支架之间的相对运动；其改进在于设置能改变每台转台中上转台框架和下转台框架之间轴向间距的间隔装置，从而转台中每一颈缩模具和相关的容器支架间的轴向间距可改变。
2.如权利要求1的设备，其特征在于，每一转台的间隔装置具有不同的轴向尺寸，并对上、下转台框架间的间距加以不同量的改变。
3.如权利要求2的设备，其特征在于，对若干连续的组件，垫块的轴向尺寸对每一组件约改变0.005英寸。
4.如权利要求1的设备，其特征在于，每一组件框架包括若干轴向伸展的支承支柱，每一组件的上转台框架由支承支柱加以轴向可滑移地支承；以及支柱上的用于支承上转台框架的装置，所述间隔装置设置在支柱上的支承装置和上转台框架之间。
5.一种对圆筒形容器侧壁的开口端进行颈缩的方法，用以形成一个光滑的、向内成锥形的向内颈缩部分和一个从圆筒形侧壁向上延伸的、直径缩减的圆筒形部分，该方法包括的步骤有设置若干颈缩组件；在每一组件中可转动地支承一个转台，用于围绕一根轴线进行转动，每一转台具有若干能进行轴向运动的容器支架；若干颈缩模具，它们与容器支架轴向对准，并安装在转台上以进行轴向运动，每一颈缩模具具有颈缩部分用于啮合并对容器侧壁进行颈缩；以及凸轮装置，用于在第一位置和第二位置之间轴向移动每一容器支架，容器支架在第一位置时，与对准的颈缩模具相距最大的轴向间距，而在第二位置时，与对准的颈缩模具相距最小的轴向间距，从而位于容器支架上的容器侧壁移动，与对准的颈缩模具的颈缩部分进行啮合；和调整每一颈缩模具的轴向位置，以便当对准的容器支架位于其第二位置时，模具的颈缩部分与容器的向内颈缩部分轴向隔开；和将每一容器支架移至其第二位置，从而对准的模具的颈缩部分只啮合容器的直径已缩减的部分，而不会啮合容器的向内颈缩部分。
6.如权利要求5的方法，其特征在于，所述调整步骤包括，在颈缩组件框架上安装垫块，以便移动颈缩模具，使其与容器支架轴向隔开。
7.如权利要求5的方法，其特征在于，所述调整步骤包括对每一转台的颈缩模具的轴向位置进行不同量的调整。
8.如权利要求7的方法，其特征在于，若干连续组件的颈缩模具的轴向位置约改变0.005英寸。
9.如权利要求5的方法，其特征在于，模具颈缩部分和容器向内颈缩部分间的所述轴向间距约为0.005英寸。
10.如权利要求5的方法，其特征在于，每一颈缩模具的颈缩部分相对可与颈缩部分啮合的容器的轴线构成一个夹角，调整每一颈缩模具的轴向位置，以便容器向内成锥形的、向内颈缩部分相对容器轴线的夹角小于颈缩部分与容器轴线间的夹角。
11.一种对圆筒形金属容器的开口端进行颈缩的方法，用以产生一个直径缩减、并大体为圆筒的部分和一个在圆筒形侧壁之上的光滑的锥形部分，该方法包括的步骤有(a)在圆筒形侧壁端部成形一个锥形向内颈缩部分和一个缩减直径的圆筒形部分，它以锥形向内颈缩部分与所述开口端相邻，此锥形向内颈缩部分具有与所述圆筒形侧壁相连的第一弧段，和与所述缩减直径部分相连的第二弧段；(b)以颈缩模具啮合所述缩减直径的圆筒形部分，而不啮合所述锥形向内颈缩部分，此颈缩模具具有第一圆筒形表面，其直径基本等于所述圆筒形侧壁的直径；和第二圆筒形壁表面，其直径小于所述缩减直径的圆筒形部分的直径；以及在所述第一和第二圆筒形壁表面之间的中间壁表面；和(c)只对锥形向内颈缩部分的上部和所述缩减直径的圆筒形部分进行整型，颈缩模具的中间壁表面不啮合所述锥形向内颈缩部分。
12.如权利要求11的方法，该方法包括的步骤为，用一个第二模具只啮合所述缩减直径的圆筒形部分，而不啮合所述锥形颈部，并只对向内颈缩部分的上部进行整型。
全文摘要
一种颈缩设备,用于在一个圆筒形容器上产生一个光滑的、向内成锥形的向内颈缩部分,该设备包括若干颈缩组件和一个转台,该转台可转动地安装在每一组件中,以便围绕一根轴线进行转动。每一转台包括一个上转台框架,它安装在转动轴上,并能相对转台进行轴向移动,和一个下转台框架。若干颈缩模具安装在上转台框架上,若干容器支架与颈缩模具轴向对准,并安装在下转台框加上以进行轴向运动。每一颈缩模具包括一个颈缩部分,用于在对准的容器支架将容器移向颈缩模具时,啮合容器的侧壁,并对其进行颈缩。颈缩模具的位置由垫块进行调整,从而当容器支承移向模具时,每一模具的颈缩部分不会啮合容器的锥形向内颈缩部分。
文档编号B21D51/26GK1207063SQ9719156
公开日1999年2月3日 申请日期1997年10月31日 优先权日1996年11月5日
发明者安东尼奥·卡莱菲, 威廉·A·海契莫维克, 蒂莫西·R·赖特, 利奥·F·海登 申请人:美国国民制罐公司