专利名称：嵌入式直管螺圈封闭器及密封和固定方法
技术领域：
本发明涉及包装钢桶领域内一种嵌入式直管螺圈封闭器。该封闭器采用凹凸齿啮合定位 和凹台铆接方法，使直管螺圈永久固定在桶顶盖凸台孔内，使桶顶盖凸台翻孔作为密封面直 接与密封垫圈、桶塞接触，形成密封装置。本发明还提供一种嵌入式直管螺圈封闭器的密封 和固定方法。
技术背景嵌入式八角螺圈封闭器是目前世界上使用最广泛的钢桶封闭器。从17升提桶到230升 集装箱桶都使用G2封闭器作为液体注入口 (排放口)。用G3/4封闭器作为辅助通气孔。中 国钢桶封闭器标准GB/T 13251-2002、欧洲标准EN 12928:2000和国际标准ISO 15750-3:2002 对嵌入式八角螺圈封闭器的结构、尺寸和性能作了比较详细的介绍和规范。为了不断提高钢桶封闭器抗冲击、跌落和防止渗漏的性能，从嵌入式八角螺圈封闭器发 明以来，世界各国都在进行努力。2007年1月30日公布的美国专利说明书US7， 168， 585 B2 就公开了一种《防止钢桶变形造成渗漏的封闭器》，该发明加大了桶顶盖凸台翻孔与八角螺圈 之间的密封圈容积，在桶顶盖凸台周围压制了一个环形凹槽，还在桶顶盖凸台翻孔边缘台阶 上冲压一个环状V形压痕，有意识将该处钢桶强度减弱。当钢桶受到意外冲击、跌落，桶顶 盖凸台周围的环形凹槽和桶顶盖凸台翻孔边缘台阶上强度减弱的环状V形压痕首先变形，吸 收大量冲击能量，减少凸台翻孔边缘环状V形压痕以内的封闭器受冲击变形的影响。即使桶 顶盖凸台翻孔与嵌入式八角螺圈之间产生较小的变形，容积较大的密封垫圈也会利用自身良 好的追随形变能力，使弹性橡胶体迅速膨胀，填补新产生的间隙空间，防止渗漏产生。这些 专利都使钢桶封闭器的防渗漏性能不断提高。这种嵌入式八角螺圈封闭器采用八角形法兰边作径向定位，防止桶塞旋紧时，螺圈产生 旋转。所以先要在桶顶盖上冲压出八角形凸台和凸台翻孔，然后把套上密封橡胶垫圈的八角 法兰螺圈放入桶顶盖八角形凸台内，用模具挤压使八角螺圈直管壁向外翻巻，并包裹住桶顶 盖凸台翻孔边。在八角螺圈法兰边径向定位和螺圈翻巻边纵向包裹挤压下，八角螺圈被永久 定位在桶顶盖凸台孔中。密封橡胶垫圈在挤压作用下充填入桶顶盖凸台翻孔圆弧处与八角螺
圈的间隙中，形成一道密封阻隔带，阻止桶内液体通过桶顶盖凸台翻孔与八角螺圈的配合间 隙中渗漏出去。钢桶灌装液体后，嵌入式八角螺圈与桶塞之间需安装密封垫圈。由此可见嵌 入式八角螺圈封闭器是一种需要安装两道密封圈结构的封闭器，桶内液体渗漏存在两条通道。 当然，钢桶在一般情况下密封很好，是不会渗漏的。但钢桶在运输和装卸中受到冲击、跌落 时，桶内液体压力瞬间上升，桶顶盖产生变形，使嵌入式八角螺圈封闭器在桶顶盖凸台翻孔 处，被桶顶盖拉应力掀起，使桶顶盖凸台翻孔与八角螺圈接合部产生较大间隙或者脱开，使 密封垫圈失去密封作用，造成桶内液体渗漏。 发明内容本发明所要解决的技术问题是在上述封闭器的基础上提供一种在桶顶盖产生较大变形 状态下不渗漏的嵌入式直管螺圈封闭器。本发明还提供一种嵌入式直管螺圈封闭器的密封和 固定方法。为了解决上述技术问题，本发明采用新的设计理念创造出一种嵌入式直管螺圈封闭器密 封结构、密封方法和固定方法。为了使桶顶盖凸台翻孔能够抵抗桶顶盖变形拉应力的破坏。本发明直接用圆柱形凸台作 为直管螺圈封闭器结合面，13毫米高的圆柱形凸台内径为63毫米，它的抗拉应力强度非常 高，足以抵抗桶顶盖拉应力的破坏。为了减少液体渗漏通道，本发明把两道密封结构改为一道密封结构，把原来八角形法兰 螺圈直管巻曲包裹的桶顶盖凸台翻孔改为桶顶盖圆柱形凸台翻孔包裹直管螺圈，使桶顶盖与 螺圈之间的密封结构移到桶顶盖凸台与桶塞密封位置，将两道密封结构合为一道密封结构。为了使嵌入式直管螺圈在桶顶盖产生较大变形状态下，保持不渗漏。本发明将桶顶盖厚 度仅有1.2毫米的板材通过翻孔技术把圆柱形凸台的结构强虔和直管螺圈的螺纹夹紧功能转 移到桶顶盖凸台翻孔表面，并把凸台翻孔作为密封接触面使用，使桶顶盖凸台翻孔足以^:受 150N m (G2桶塞)旋紧扭距产生的压紧力。.为了使直管螺圈永久固定在桶顶盖圆柱形凸台孔内，本发明设计一种固定方法，使桶顶 盖凸台、直管螺圈、凸台翻孔，形成凹凸齿啮合状组合凹台。
下面结合
和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明图l.为桶顶盖凸台未组装前的整体剖视图。组装后凸台边5外形将改变成内翻孔5形状。 图2.为直管螺圈未组装前的整体剖视图。组装后直管螺圈管壁改变成凹凸齿啮合状凹台。
图3.为嵌入式直管螺圈组合件剖视图。它在剖面左边表示嵌入式i:管螺圈组合凹台受到双向挤压夹紧部位微观结构，在剖面右边表示组合凹台凹凸齿单向挤压变形后的微观结构。图4.是嵌入^;直管螺圈组合件主视图。
图5.是图4凹凸齿外形A—A剖面图。使看图者便于理解凹凸齿啮合微观图形。图6.为嵌入式直管螺圈封闭器在正常状态下的局部剖视图。图7.为嵌入式直管螺圈封闭器在桶顶盖严重变形时的局部剖视图。
具体实施方式
图1是嵌入式直管螺圈封闭器的桶顶盖凸台3组装前整体剖视图。它包括桶顶盖1，过 渡圆弧2， 13毫米高的圆柱形凸台3，凸台的内径为63毫米，凸台圆弧4和4毫米宽的凸台 边5。凸台中间有一个直径56毫米的工艺孔7，桶顶盖凸台3通过组合模具经冲压拉伸，冲 孔成形。图2是嵌入式直管螺圈14组装前的整体剖面图。主要由壁厚为1.2毫米的直管16和G2 非密封管螺纹21组成。目前它用标准产品直径为63.5毫米、壁厚3.2毫米的低碳直缝电焊钢 管经无切削下料、车孔、攻制G2非密封管螺纹，表面镀锌处理加工而成。今后将选用直管 螺圈专用管材以减少材料损耗和机械加工量。图3是本发明嵌入式直管螺圈组合件剖面图。当直管螺圈14放入桶顶盖凸台孔13内， 在组合模具挤压下，桶顶盖凸台边5从圆弧9处向下弯曲，进入直管螺圈孔19内，逐渐包紧 直管螺圈壁17，桶顶盖凸台3的内壁10和凸台边底面8形成的环形槽，将直管16夹紧在环 形槽内，凸台边5在组合模具挤压作用下成为凸台翻孔5。同时桶顶盖凸台3、直管16和凸 台翻孔5初步形成组合凹台。桶顶盖凸台3与直管螺圈14组合时接触面之间不安装密封垫圈。图4是嵌入式直管螺圈组合件主视图。组合件的上部有一个环形凸台，凸台外壁有8个 微观弧形凸齿18。图5是图4弧形凸齿外表A—A剖面图。主要便于理解凹凸齿啮合成型过程，.在组合模 芯继续挤压下，桶顶盖凸台3的外壁扩大到组合模具凹凸齿定位套时，受到凸齿面定位。桶 顶盖凸台3，直管16和凸台翻孔5受到来自模芯和凸齿面的双向挤压，进入塑性变形压紧过 程。被挤压的材料开始向凸齿面两侧凹齿腔内移动。这时处在凹齿腔部位的组合凹台22在模 芯单向挤压力和凸齿面两侧材料移动作用下迅速向凹齿腔内突起，并产生塑性永久变形，使 凸台3，直管16和凸台翻孔5在凹台22组合件内部产生不同程度的弧形凸起，凸台翻孔5在凸齿面受到双向挤压，材料向凹齿腔移动，使凹齿腔部位的凸台翻孔5材料变厚，凸台翻孔5的底面8形成弧形凸起，直管16在凸齿面受到双向挤压，材叫也向凹齿腔移动，使凹齿 腔内直管16厚度增加，并顺着凸台翻孔5的底面8向凹齿腔内凸起，凸台3在凸齿面受到双 向挤压，材料也向凹齿腔移动，使凹齿腔内凸台3的厚度增加，同时顺着直管16外壁15的 弧形向凹齿腔内凸起。此时凹齿腔内直管16的内壁17凹齿与凸台翻孔5的底面8凸齿形成 弧形啮合。直管16的外壁15凸齿与凸台3的内壁10凹齿也形成弧形啮合。当组合模具挤压 结束时，最终形成一个深度为4毫米的凹凸齿弧形啮合组合凹台22。虽然直管螺圈和桶顶盖 凸台3形成的弧形齿状啮合高度只有0.25 0.5毫米，但它们之间保持的接触压力和桶塞的旋 紧挤压力足以阻止直管螺圈14产生径向转动，同时组合凹台产生径向扩大，使直管16上部 外径大于桶顶盖凸台翻孔13的下部内径，直管螺圈圆柱状凹台呈喇叭口铆接状态，使其不能 轴向移动，直管螺圈14被永久固定在桶顶盖凸台孔13内。图6是本发明嵌入式直管螺圈封闭器组装后的局部剖面图。桶顶盖凸台3利用凹台22的 铆接定位作用，把自身的结构强度和直管螺圈14的螺纹夹紧功能转移到桶顶盖凸台翻孔5上， 使桶顶盖凸台翻孔5足以承受150N，m (G2桶塞)旋转扭距产生的接触压紧力，并作为接触 面使用。当套有密封圈31的桶塞29旋入嵌入式直管螺圈14,密封垫圈31直接与桶顶盖凸 台圆弧4和凸台翻孔5接触，当桶塞29旋紧到桶塞盖边尖角26与桶顶盖圆弧4接触时，桶 塞29受到定位作用，停止下降。密封圈31利用压縮产生的回弹力在桶顶盖凸台翻孔5，桶 塞盖边尖角26、底面28、圆弧30，桶塞颈部32和直管螺圈14形成的环形槽空间33内，组 成一道橡胶弹性体密封带，足以阻止桶内液体渗漏。由于嵌入式直管螺圈封闭器采用凹凸齿 啮合定位取代八角法兰定位，使嵌入式直管螺圈封闭器整体外形尺寸降到70毫米以下，封闭 器中心线到桶身巻边安装距离达到55毫米。当钢桶翻转180度，倾倒残留液体时，桶顶盖与 地表平面呈0 20度之间，封闭器处于最低处，可使桶内残留液体积减少到50毫升。图7是嵌入式直管螺圈封闭器在桶顶盖严重变形时的局部剖面图。当钢桶在运输或装卸 中受到意外冲击、跌落，桶内液体压力瞬间上升，形成液体冲击，由于桶顶盖的平面薄壁结 构刚度最差，最先产生变形，桶顶部向外严重隆起，桶顶盖1变形产生的拉应力使嵌入式直 管螺圈封闭器周围凸台背面圆弧11迅速掀起，使直管螺圈14底部突出圆柱形凸台孔。由于 直管螺圈14与桶顶盖凸台圆弧11之间不安装密封垫圈，本身并不密封，所以即使直管螺圈 14突出桶顶盖圆柱形凸台孔，也不会发生密封圈失效，产生渗漏事故。当桶顶盖拉应力掀起圆柱形凸台圆弧2后，遇到垂直的桶顶盖凸台圆柱形外壁3，由于 圆柱形外壁3在冲压拉伸时产生较大冷作应力，使圆柱形外壁抗拉强度很大。圆柱形内壁IO 内衬强度很大的直管螺圈14使桶顶盖凸台3的刚度比桶身刚度大几倍，桶顶盖变形拉应力遇 到嵌入式直管螺圈封闭器圆柱形外壁3，只能顺着圆柱形凸台改变方向，向周围扩散消失。 一部分液体在桶内压力作用下，会顺着桶顶盖凸台内壁10和直管螺圈外壁15的接触间隙36 进入桶顶盖凸台翻孔5的内壁8和直管螺圈凹台壁17之间，最终到达环形槽空间33。由于 凸台翻孔5和桶塞盖边底面28，桶塞颈部32和直管螺圈14形成的环形槽是一个固定空间33。 密封圈31在桶塞压力作用下形成的密封带足以阻止正常情况下的液体渗漏。当桶内压力瞬间 上升时，密封垫圈31能在桶内液体压力作用下，朝作用力方向移动，使密封面上的接触压力 迅速上升，因此密封面上的接触压力大于桶内的压力。这种借助桶内液体压力改变密封圈接 触状态，使之密封的过程，是密封圈在固定空间内的一种自封作用。另一部分液体在桶内压 力作用下顺着直管螺圈管螺纹21和桶塞管螺纹34的配合间隙35进入环形槽空间33，他们 的状态与上述情况一样，都不能从嵌入式直管螺圈封闭器渗漏出去。一种嵌入式直管螺圈封闭器的密封方法嵌入式直管螺圈封闭器采用桶顶盖凸台翻孔5 作为密封面直接与密封圈31接触，使桶顶盖表面在密封垫圈31作用下直接与桶塞29接触形 成密封装置。一种嵌入式直管螺圈封闭器的固定方法组合模具使直管16嵌入桶顶盖凸台3与翻孔5 形成的环形槽内夹紧后，并产生径向扩大，同时桶顶盖凸台3，直管16和翻孔5在组合模具 凹凸齿定位套的作用下，最终形成凹凸齿啮合状组合凹台22，将直管螺圈14永久固定在桶 顶盖上。
权利要求
1. 一种嵌入式直管螺圈封闭器，它包括桶顶盖凸台(3)，直管螺圈(14)，桶塞(29)和密封圈(31)。其特征在于桶顶盖凸台(3)直管螺圈(14)凸台翻孔(5)在组合模具挤压下形成齿状啮合组合凹台(22)，将直管螺圈(14)永久固定在桶顶盖凸台(3)上，使桶顶盖凸台翻孔(5)作为密封面直接与密封圈(31)接触，桶塞(29)旋紧后形成密封装置。
2. 按照权利要求1所述的嵌入式直管螺圈封闭器，其特征在于:所述的直管螺圈外壁(15) 和内壁(17)上部挤压后形成的环状凹凸齿与同部位桶顶盖凸台(3)的内壁(10)和凸台翻 孔(5)的底面(8)形成的弧状凹凸齿构成啮合状态。
3. 按照权利要求1所述的嵌入式直管螺圈封闭器，其特征在于所述的直管螺圈外壁(15) 的上部挤压后形成的凹台外径大于桶顶盖凸台内孔(13)的下部内径，直管螺圈圆柱状凹台(19)与桶顶盖凸台内孔(13)构成铆接状态。
4. 按照权利要求1所述的嵌入式直管螺圈封闭器，其特征在于所述的桶顶盖凸台(3) 是一个垂直凸起的13毫米高的圆柱形凸台(3)，凸台上表面有一个凸台翻孔边(5)，圆柱形 凸台与桶顶盖接合部采用圆弧(2)过渡。
5. 按照权利要求1所述的嵌入式直管螺圈封闭器，其特征在于所述的桶顶盖凸台翻孔 (5)作为密封面直接与密封圈(31)接触。
6. —种嵌入式直管螺圈封闭器的密封方法，其特征在于嵌入式直管螺圈封闭器采用桶 顶盖凸台翻孔(5)作为密封面直接与密封圈(31)接触，使桶顶盖表面在密封垫圈(31)作 用下直接与桶塞(29)形成密封装置。
7. 按照权利要求6所述的一种嵌入式直管螺圈封闭器的密封方法，其特征在于嵌入式 直管螺圈封闭器将厚度仅有L2毫米的桶顶盖板通过凸台翻孔技术把桶顶盖凸台(3)的结构 强度和直管螺圈(14)的螺纹夹紧功能转移到桶顶盖凸台翻孔(5)，使凸台翻孔(5)足以承 受150N m (G2桶塞)旋紧扭距产生的压紧力。
8. 按照权利要求6所述的一种嵌入式直管螺圈封闭器的密封方法，其特征在于嵌入式 直管螺圈封闭器的桶顶盖凸台(3)与直管螺圈(14)在永久固定时，不使用密封垫圈。
9. 一种嵌入式直管螺圈封闭器的固定方法，其特征在于组合模具使直管(16)嵌入桶 顶盖凸台(3)与翻孔(5)形成的环形槽夹紧后，并产生径向扩大，同时桶顶盖凸台(3)， 直管(16)和翻孔(5)在组合模具凹凸齿定位套的作用下，最终形成凹凸齿啮合状组合凹台(22)，将直管螺圈(14)永久固定在桶顶盖上。
10.按照权利要求9所述的一种嵌入式直管螺圈封闭器的固定方法，其特征在于凹凸 齿啮合状组合凹台的内径为圆柱形凹台，.外径为凹凸齿形状，内部为凹凸齿啮合形状。
全文摘要
本发明公开了包装钢桶领域内一种嵌入式直管螺圈封闭器。本发明采用凹凸齿啮合定位和凹台铆接方法，把直管螺圈(14)永久固定在桶顶盖凸台孔(13)内，使桶顶盖凸台翻孔(5)作为密封面，直接与密封垫圈(31)、桶塞(29)接触，形成密封装置。当钢桶受到冲击、跌落、桶顶盖产生严重变形，由于桶顶盖凸台孔(13)与直管螺圈(14)组合时，接触面之间不安装密封垫圈，所以嵌入式直管螺圈封闭器不会产生渗漏。本发明还提供一种嵌入式直管螺圈封闭器的密封方法和固定方法。
文档编号B65D53/02GK101397062SQ200710188688
公开日2009年4月1日 申请日期2007年11月25日 优先权日2007年9月25日
发明者张连元 申请人:张连元