专利名称：用于卫生罐包装的罐体的改进的拉伸方法
本申请是本中请人的下述待批申请的后续申请US-07/596，854，名称为“其侧壁拉伸受控制的单片罐体的生产”，申请日为1990年10月12日；US-07/866,611，名称为“单片拉伸罐体”，申请日为1992年4月8日，它是1990年8月27日申请的、申请号为07/573,548、并于06/09/92授予专利权、专利号为5,114,657的分案申请；US-08/014,263，名称为“拉伸罐体的方法、装置和产品”，申请日为1993年2月5日；它是1986年2月21日申请的、申请号为06/831,624、名称为“拉伸板状金属罐坯的方法和装置”、并于05/14/91授予专利权、专利号为5,014,536的分案申请；该申请又是US-06/712,238，名称为“拉伸罐体的方法、装置和产品”，申请日为1985年3月15日(现已放弃)；US-08/053,458，名称为“用于生产单片罐体的拉伸处理方法、系统和工具”，申请日为1993年4月27日；它是1990年3月8日申请的、申请号为07/490,781、名称为“用于生产单片罐体的拉伸处理方法、系统和工具”、现已授予专利权、专利号为5,209,099的分案申请。
本发明涉及用于改进由包括预涂有有机涂层和拉伸润滑剂的压延板状金属基材生产新的包装罐体的新的拉伸处理生产方法和装置。特别是由这种罐坯拉伸处理用于卫生罐装的侧壁厚度基本均匀的罐体，无须任何侧壁压平步骤。
所述新的拉伸处理的作用是可以在杯形工件成型并再成型为筒形单片罐体过程中保持预涂在压延板状金属上面的有机聚合涂层的完整性。所述拉伸处理生产独立与所述扁平板状金属涂层和处理加工；所拉伸处理的罐体在加工中无须处理，并可直接用于食品的卫生罐包装生产，无须涂覆有机涂层或为涂层修复目的而涂覆有机涂层。
本发明的一个突出的经济效果是可以减少卫生包装罐体所消耗的板状金属。现有的常规拉伸—再拉伸方法增加侧壁金属厚度超过对卫生罐包装的强度要求。在上述传统拉伸—再拉伸方法中侧壁厚度的加厚是沿接近单片板状金属罐体开口端逐步增加的。而且，当为了克服侧壁厚度问题而要进行侧壁压平时，在开始拉伸和压平处理时必须采用较厚的原始材料。结果，在拉伸中底部金属和压平的罐体的厚度会明显超过卫生罐包装强度的正常要求，而且在拉伸和压平之后需要有机涂层处理。
本发明通过减少相对于常规拉伸—再拉伸中对坯料切边直径的要求的降低，明显减少了板状金属的消耗，并且在预涂过的罐坯的拉伸处理生产能够更均匀地降低侧壁金属厚度。
本发明的罐体是由轻质的、预涂过的罐坯制成的，在其开口端有卷边，能够满足卫生罐包装强度的要求，并能直接用于卫生罐包装生产，无须生产后有机涂层或有机涂层修补处理。用于经济的达到上述目的的优选实施例是预涂过的、加工硬化的、压延的钢材。
为了更详细地说明落料和压杯冲压装置，改进过的新的拉伸处理步骤的具体实施例、更均匀的侧壁张力控制和用于卫生罐装的新的单片罐体请参见附图。其中
图1是一个整体布置示意图，用以描述本发明用以改进新的预涂过的单片罐体流水生产的具体拉伸处理步骤及顺序；图2—8是位于选择的顺序周期时间的落料、压杯和工具的横截面的部分视图，用于描述本发明的落料和压杯方法以及工具的相对运动关系；图9-13是本发明的压杯冲压装置的相互关联的部分示意图，用于描述本发明的具有单独的连接杆的转动(360度)曲轴的工作，由它们产生分别驱动压杯模和压杯冲头的驱动装置的相位差；图14-19是放大的局部横截面视图，用于描述在再拉伸图2-8所示的拉伸的杯形工件的底部和侧壁之间的曲面整体过渡区的处理中的再成型；图20用于描述在生产位于图11-14所示的夹持平面与筒形侧壁之间的多半径弧面过渡区时的几何图；图21-23是用于描述另一个多半径曲面过渡区的实施例局部截面图，该过渡区用在本发明的模腔的筒形内壁和环绕所述压杯模或再拉伸模入口区的夹持平面之间；图24-25是底部成型工具和具有最终的再拉伸底部造型的罐体的局部截面视图。
根据本发明，平面罐头盒的毛坯包括带有有机聚合涂料和拉伸加工润滑剂的压延金属板，该毛坯被加工成型为杯状工件，其开口端上带有金属卷边。然后，该浅杯状工件经拉伸加工再次成型，制成一个带预涂层的、圆筒状的单个罐体。经预涂的压延金属板材从平面毛坯上切下，被加工成一个带有底面、侧壁和金属卷边的杯状物，该卷边位于单个工件的开口端。这样，一个小直径的单个罐体加工成型，在加工过程中，在拉伸加工中，随着高度的增加，侧壁的厚度基本均匀地减小，同时保留上端卷边。
在拉伸加工圆筒状单个罐体的过程中，平的金属板被转变为曲线形的金属侧壁，拉伸加工总是伴有直径的缩小，以便增加侧壁的高度。然而，为了增加侧壁高度对杯状工件的金属侧壁进行的冷拔加工仅涉及对金属侧壁的加工，在罐头制造业中，该加工步骤被称这侧壁压平。该压平步骤不包括把金属板转变为弯曲的金属侧壁，也不改变容器的直径。
在压延金属板再次成型为圆筒杯时，用现有的拉伸—再拉伸方法生产出的单个罐体的金属侧壁的厚度在靠近罐体开口处增加。由于改进了工具的形状和夹持操作，本发明消除了上述金属侧壁的增厚现象。在罐体的拉伸和再拉伸加工过程中，在改善的拉伸的控制下，拉伸杯的金属侧壁，使其厚度均匀减小。该罐体具有金属卷边，并用于圆筒形的卫生罐头包装。在本发明的两步加工过程中，罐体直径超过罐体侧壁的高度；并在一个三步加工过程中，生产出卫生罐头包装用的罐体，例如用于浓缩汤罐头的罐体，其侧壁高度超过罐体直径。
参见图1所示的一般生产流程的示意图，在生产线32的入口处设立一个输送已预涂的罐头毛坯的输送线30。在工位33上，压延金属板材被加工成预定的规格，并进行表面处理，在工位34上，预涂有机聚合涂料和拉伸润滑剂。在工位35上，检测润滑剂的量是否足够及是否需要表面润滑。
本发明在杯状工件的成型过程中避免了侧壁材料的增厚。工件直径在一次单独的或两次的拉伸加工过程中减小，同时，改善的拉伸控制作用于侧壁，以便在封闭的底部和开口端的金属卷边之间的整个侧壁高度上形成均匀的板材厚度。平面夹持本身即可在新的拉伸操作的全部步骤中均匀地控制侧壁拉伸，而且在本发明的整个加工过程中，完全无须压平步骤。
由于金属板材的制备工位33和罐头毛坯的预涂工位34独立于生产线，对于拉伸加工的涂有有机聚合涂层的罐体来说，改善的金属经济性带来了显著的经济效果。在封罐之前无须对罐头毛坯或罐体进行处理，即可进行拉伸加工。
在一个新的落料和压杯冲压装置36(见图1)的冲压阶段，预定直径的毛坯从已预涂的压延罐头毛坯上切下。然后，成型的杯状工件37被加工出来，并直接输送到生产线上的输送线上，并且开口端朝下。
根据本发明的教导，直径的大部分减小是在压杯加工期间完成，这与现有技术有很大区别，上述直径的减小是指从切下毛坯的直径减小到成品罐体的直径。本发明可以在一次单独的冲压压杯操作中实现上述直径的显著减小，而不会在金属罐头盒板材毛坯上产生皱褶或波纹。从切下毛坯的直径减小到成品罐体的直径的过程中，至少有50％到90％的直径减小量是在本发明的落料和压杯操作的压杯步骤中完成的。
过去的落料压杯加工是在单行程压力机上慢慢进行的，或需要对杯形工件进行特殊处理，以便后续加工。本发明的一个方面特别涉及冲压时间的减少，在压杯加工过程中，压杯模具与压杯冲头进行相对运动，即可缩短中压时间。所述的压杯操作(图2—13)还避免了产品的拉穿，并且在后续加工之间无需翻转拉伸杯或进行其它的处理。生产率的提高部分归功于杯子成型模具运动速度的提高。另外，一旦杯子37(图1)加工完成，拉伸成的杯状工件37被直接输送到生产线的输送线上，其卷边开口端向下。杯状工件37具有金属侧壁38，该侧壁38位于底部40的过渡区39与开口端的金属卷边41之间。该杯状工件37向再拉伸工位42输送，输送时其开口朝下，且金属卷边41位于生产线的输送线上。开口朝下的工件在一台单独的再拉伸冲压机上加工成浅罐体43，罐体43具有一个底部44及位于过渡区46和开口端卷边47之间的侧壁45。
这样在压杯加工过程中，防止了侧壁厚度的增加，并且在后续的再加工拉伸过程中，随着容器的一个新直径的形成，侧壁的厚度进一步减小。为均匀拉伸工件，在新的直径的加工过程中，改善了拉伸控制。即，通过对拉伸进行控制，侧壁尺寸均匀减小，同时侧壁高度有所增加，上述拉伸所用的方法和装置容后详述。
在工位35上，加工出预定规格(且最好具有加工硬化特性)的压延金属板，并且在板的两面预涂有机聚合涂层和润滑剂。这种制备和涂覆工作最好在连续的带上进行，而切下的金属板被预涂并输送到新的落料和压杯冲压装置36上。拉伸加工后，罐体可直接用来罐装食物，无须除去润滑剂、进行清理、涂覆有机物或在预涂层上增加有机涂层。作为生产线的一部分，罐体修整包括底部压型(图中标号为48)。在本发明的实际操作过程中，作为两步加工的一部分，底部压型在再拉伸冲压机42上进行；或作为三步加工的一部分，底部压型在再拉伸工位49上进行，该工位第二次进行直径减小的拉伸。也就是说，生产时在最终的再拉伸冲机上带有底部压型结构，该结构与再拉伸模具为一体，下文中还将详细描述。
在工位52上对金属卷边47或第二再拉伸罐体51的金属卷边50进行修边。随着卷边修整工作的完成，在工位53上对侧壁进行优化压型(这种优化压型是对一些选出的罐体进行的，这些罐体的侧壁高度超过罐体直径)。在工位54上，对进入工位55之前的罐体的缺陷等进行检查。
在图11到13所示的落料和压杯冲压机中，采用图2到8所示的模具将提高金属板拉伸成的杯状工件的生产率，使其超过现有技术的生产率。这样，整个罐体生产线的生产率可以在更宽的范围内调整，从而获得罐体生产与就地罐装操作良好的协调性。
涂覆在一个预制的金属基板上的有机聚合涂料包括一种“起膜剂”，即一种润滑剂，它由拉伸加工产生的热和/或压力激活。在工位35上对润滑剂涂层(起膜剂和添加的表面涂层)的预测重量进行判断，以便用表面涂布的方法向处于平面状态的罐头毛坯施加润滑剂。预涂的有机涂层和拉伸润滑剂(必要的起膜剂和/或添加的表面涂层)可预先选择，以满足政府管理部门(例如美国食品与药品管理局和/或美国农业部)的要求，对食品罐体的内表面(产品侧面)就更是如此。
上述起膜剂包含在有机涂料和/或施加于表面的增加的润滑剂中，对每个表面的起膜剂加以选择。每个表面上润滑剂涂层的总重量预定在约15-20mg/ft2范围内。罐体外表面上为适应加工应力所选用的有机物和润滑剂，可以与罐体内表面(或称产品侧面)的选用的不同。
在此引用本人的如下待批美国专利申请作为参考文献，它们是申请日为1992年8月6日、序号为07/926,055、名称为“复合涂层压延金属板的制造及产品”的申请，及申请日为1993年4月19日、序号为08/047,451、名称为“大规格复合涂层的压延钢材的制造及产品”的申请。这些参考文件用于进一步详细说明压延钢材的表面制备过程，它是带有机涂层的罐头毛坯的较好的基材。热定型有机聚合涂料和拉伸润滑剂已得到美国食品与药品管理局的许可，可在食品罐头中使用，这些涂料和拉伸润滑剂在待批的07/866,661号美国专利申请中揭示，在此引证以为参考。
一次压延基板后的压延金属板厚度(后称为开始厚度)最好这50至约85lb/bb。由于加工硬化金属板如基材特性等的变化小，所以将其用于拉伸过程是非常有利的。二次压延后的钢板开始厚度约为50-70lb/bb和/或三次压延后的加工硬化钢板开始厚度约为35-50lb/bb，关于前者的内容参见美国宾州匹兹Herbick和Held出版公司出版的、版权属AISE的《钢的制造、成型和处理》一书1971年第九版第971页，而后者的内容则在序号为08/045,451的待批美国专利申请中有进行了描述，在此可供参考。
杯件37封闭底部40的平面部分厚度即为开始厚度。应选用一个较大的弧面冲头加工出底部40金属卷边41之间的过渡区39。压杯冲头弧形面的面积与杯状工件的过渡区39弧形面的面积相当，且选用一个面积较大的冲头促成金属板运动的开始。
主要的直径减小(从坯料的直径到成品罐体直径)是在落料和压杯冲压过程中完成的，大约总直径59-90％的减小是在压杯操作中完成的，上述的直径减小即是从坯料直径尺寸加工到所需的成品罐体直径尺寸。
冲头预先选定的大的圆弧面面积可以完成压延板材的初始运动，将其从平板形状加工为圆筒状。拉伸杯37的过渡区被拉伸成约为冲头的圆角，该圆角的弧形面面积应尽可能大，以避免金属板材出现皱纹。冲头弧形面的面积超过罐头毛坯基板标称开始厚度的30倍，直至达到该厚度的约40倍，所述的弧形面面积为凸出夹持平面并在圆弧上测出的。如测出的凸出部分的冲头圆角约为0.3″的大圆弧面可用于加工厚度为65lb/bb的二次压延钢板。
压杯拉伸模的腔体进入区的形成包括凸出水平夹持平面约为1-5倍金属板的厚度，该腔体进入区大约与实际的弧表表面一样小，以免将基板撕裂。与传统的拉伸操作不同，选定的冲头间隙等于罐头毛坯的厚度，以便罐体形成，并避免了在压杯操作中任何使金属侧壁变厚的情况。
具体来说，本发明拉伸模弧形表面进入区为多半径弧面，此内容在序号为07/596,854的待批美国专利中已有描述，在此仅供参考。
下面对新的落料和压杯过程进行说明。杯形工件37带有朝下的开口端，并以向下开口处的卷边进行传送。在本发明的制造系统中，在整个拉伸过程中始终以这种向下开口处的卷边进行的传送。所述的卷边应分布在一个通过(或几乎垂直于)杯状工件纵向中心轴的平面上。杯状工件的纵向中心轴垂直通过工件圆形底部的几何中心。在开口端的整个圆周上，卷边的分布最好适于支承工件在生产线上的输送，从而防止工件开口端处的圆筒形状受到破坏，以利其适当地送入再拉伸装置中。
单独的平面夹持能够在杯成型过程中更均匀地控制整个周长上的拉伸，并且在再拉伸过程中也得到更均匀的拉伸，以便在整个侧壁高度上的侧壁厚度基本均匀，所述的整个侧壁高度是指从封闭底部的弧形过渡区到罐体开口端的卷边。
现参照图2-8和图11-13进行说明，压杯模和压杯冲头均沿一个正对着的方向彼此相对运动，以形成杯罐；随后它们又沿彼此分开的方向相对运动，以便松开并排出经拉伸的杯形工件，然后杯罐以其卷边在生产线的输送线上传送，同时一块新的金属板进入到工位36中进行落料处理。
也就是说，拉伸模和拉伸冲头均以很快的速度彼此分开将杯罐放开。杯成型冲程的总长等于侧壁的高度，但是与传统的拉伸装置的操作相比，该冲程的时间大大地缩短了，并且罐头毛坯的进料时间也提前和增加了。
采用一个旋转驱动曲轴驱动动力可以在压杯模60和压杯冲头62之间产生所选定的相对运动。所述的驱动动力在图9中为标号56，它是由如电动马达(图中未示)等通过连接杆来带动的。通过选择每次运动的相位差(约135度)，冲压定时可以一个超过360度的循环中都有效。该循环共同作用形成杯罐的阶段可选择成这样形成杯罐时，各冲头的运动速率较低；而当各冲头以较快的速率运动时，成型杯罐的释放速率应加快。在冲压机中罐头毛坯的运动可以提前，以利于杯罐从冲压机中释放出来的运动。
如图9所示，一个旋转驱动曲轴装置带动不同的连接杆，以分别驱动压杯模和压杯冲头。
在图2中，压杯模60处于上死点(TDC)位置，而压杯冲头62则沿箭头63所指的方向向下运动，离开模腔64。夹持环65由弹簧压在夹持平面66上，该夹持平面位于生产线的输送线上；而落料模70的切割刃也由夹持环65一起被弹簧向上压住。
如图2-13所示，压杯模和压杯冲头被曲轴和连接杆驱动，并具有一定的相位差(约为135度)。上述模和冲头的相对运动使杯的成型时间减少，成型后杯罐的释放速度加快并且冲压的生产效率提高。成型杯罐的迅速释放能使罐头毛坯进入冲压机的运动提前，并迅速将其以开口向下的方式排出到系统的输送线上。
在图2中，位于上死点的压杯模60处于图9所示旋转驱动曲轴装置56的360度循环的开始位置。在上述360度的循环中，在大约40度的转动时间内(见图3)，压杯模是沿着箭头73所示的方向向下运动的。在图2中为向下运动的压杯冲头62，在图3中则到棕其下死点(BDC)。在本发明的实施例中，压杯模和压杯冲头的运动相位相差约150度。
如图4所示，在360度旋转驱动循环中，从大约40度到147度的转动时间内，压杯模60和压杯冲头62是从生产输送平面30的两侧彼此相对运动的(沿靠近的方向)。冲头62向罐头毛坯表面运动，形成工件的内表面，而冲头64沿箭头73所示的方向运动，形成杯罐的外侧，并将其拉伸为开口向下的杯罐。
在图4中，供入中压机中的罐头毛坯被夹持在压杯模60的夹持平面61和夹持环65的平面66之间。夹持环65与压杯冲头同轴。压杯模60的外圆周上带的切割刃75。切割刃75与固定落料工具70上的切割刃共同作用，而切割刃68则位于生产线的输送平面30上。作为图4所示之落料操作的一部分，将一块圆形的坯料切下。在图5中，该罐头毛坯仍被夹持上述两个夹持平面之间。
从压延罐头毛坯到杯状工件的成型过程开始于冲头62和模60沿图中箭头73和74的运动，这两个运动是同步、共轴且相互重叠的。如图5所示，随着罐头毛坯在模腔64中被拉伸，压杯模60到达其下死点(BDC)。在图6中，冲头和冲模与模60一起沿相同的方向运动，此时为图中箭头78所示的向上的方向，同时冲模和冲头继续在相互重叠的部分相对运动。
压杯模60和冲头62在与中心轴85同轴的方向运动(见图6)；该轴垂直通过杯形工件底部的几何中心，并且是图2-8所示工具的对称中心。曲轴和连接杆以选定的相位差驱动模60和冲头62，该相位差介于135度和150度之间。在整个循环过程中，始终保持该相位，直到压杯模62再次到达上死点(TDC)。冲头62的下死点状态(见图3)与压杯模60的下死点状态(见图5)的相位相差40度。
该相位差可以使得各工具在循环的不同阶段的运动速率不同。在杯成型过程中，工具的运动速率越低(以产生大的力)，则在杯罐形成以后，工具的运动速率越高，以便更快地释放杯罐并将其移出。
在模60接近下死点附近将坯料切下(见图)后，模60的运动速度放慢，并位于其向上运动的开始位置，而此时冲头62继续向上运动，其运动速率大于杯罐成型完成时模60的速率。随着冲头62在360度循环中的220度到达其上死点(见图7)，压杯过程完成。随着杯成型过程的完成，各工具沿彼此相反的方向运动，从而可迅速释放工件。当工具放开拉伸杯时，该杯便可自由地脱离冲压机而运动。如图8所示，在整个循环的293度转角之前一点，即拉伸杯刚从冲压机中运动出来后，压延罐头毛坯开始进入到冲压机中。在从该循环的293度(见图8)到下一个循环略小于的147转角之前这段时间内，完成拉伸杯的排出和加工下一个罐杯的罐头毛坯的进入，且进入的毛坯恰位于落料位置处。图9-13各图中的装置显示了在360度循环的一半转角内其相位差关系。
夹持环65预先加载，以提供落料时有限的运动，并由气压缸或弹簧型的预加载结构产生一定的夹持力，所述的气压缸可以从美国密执安州DEARBORN的Teledyne一Hyson公司买到。
随着冲头62到达图8所示的位置，未落料的罐头毛坯或其它装置的进入可用以促成杯罐离开冲压机的运动；压杯模和冲头为杯罐的运动提供间隙。由于板状罐头毛坯的纵向移动距离等于开始夹持的金属的径向尺寸(见图4)，所以未落料的金属板材在输送平面30上的运动在离开图8所示的位置之前一点便可进行，即冲头62完全缩回到图8所示的位置之前便可进行。罐头毛坯的这种运动可以依靠工件从压杯工位到输送面30的开始运动，或用输送线上的机械的或磁的驱动装置来实现杯罐向第一再拉伸工位的运动。
图9-13示意性地表示了借助连接臂58曲，轴56的旋转运动，所述的连接臂驱动压杯模和压杯冲头在图2-8所示的位置间运动。
图14详细表示了杯成型工具的某些部分。通过对工具的尺寸和形状的选择、冲头和模之间周向均匀的预定间隙、以及平面夹持，杯罐42与纵向中心轴对称地被拉伸，并且不增加其侧壁厚度。
冲头头部82具有一具凸出于水平面并带的圆角的表面，其面积大约为罐头毛坯厚度的40倍。腔体入口区84由多半径的圆弧构成，并保持其凸出于夹持面带圆角的部分是罐头毛坯开始厚度的约2到5倍。采用多半径弧面可以增大金属板材进入腔体开始运动时的弧面面积，而不必增大夹持平面的入口区的凸出部分，并同时提供一个锐边，以便在圆筒形侧壁的多个方向上再拉伸金属平板。在一个具体的实施例中，用于腔体入口区84的多半径分别为0.05″/0.02″/0.05″。外侧表面半径0.05″能使罐头毛坯惭惭地进入和离开过渡区；而表面中间部分的半径则为0.02″，它能在提供一个锐边形状，罐头毛坯在其附近进入腔体内，这是得到均匀侧壁厚度的一个重要方面，并且随着金属板渐渐被加工为圆筒形其厚度减小，但却不会在这些锐边外发生金属板的断裂、撕裂或切断现象。
对75lb/bb的压延板来说，中间半径0.02″小于金属板在腔体内的拉伸量，该拉伸量大约为上述金属板厚度的2倍，而当其开始进入过渡区时，其半径则是该厚度的5-7倍。冲头62与压杯模60的内壁58之间的间隙(处于两者的整个周长上)至少约等于预涂罐头毛坯的厚度，且其允许金属板材的标准公差。同样，腔壁88略为内锥形，这样随着进入该腔体深度的增加，其直径也不断增大。
在后一再拉伸阶段(或称为二次处理的阶段)，或二个拉伸阶段，冲头和腔体间的间隙相对于腔体中正在被拉伸的金属的厚度减小，以便在纵向拉伸的作用下侧壁的高度增加。在腔体中被拉伸金属由于平面夹持的作用在其圆周上得到均匀的拉伸，且其拉伸量逐惭增加。随着罐头毛坯进入腔体过渡区进行纵向拉伸，模侧壁处的间隙(再拉伸模腔体入口区后)略小于罐头毛坯的厚度。这一纵向拉伸从过渡区开始，并由冲头和模整个直径上所选定的间隙来控制。在再拉伸期间金属板的纵向拉伸大约在再拉伸腔体入口区锐角的中间半径较小处为最大。在整个再拉伸杯罐的成型过程中，夹持压力始终保持。在本发明的再拉伸处理过程中，所选定的整个侧壁周向的均匀加工间隙等于罐头毛坯的厚度，该厚度并不是放入平面夹持区域时的厚度，而是腔体入口过渡区附近拉伸时的罐头毛坯厚度，这种拉伸是为了使毛坯进入凹陷的模腔内侧壁。金属板材在拉力的作用下被拉伸，无须压平，并且不需要象侧壁压平工序那样再将板材压入一个小直径孔中。为了均匀地对侧壁进行再拉伸，加工过程中在再拉伸模与再拉伸冲头之间设定间隙，该间隙小于带有涂层的罐头毛坯的开始厚度，但等于被平面夹持并在腔体入口过渡区拉伸的侧壁的厚度。再拉伸使厚度减小，例如一个实施例中，经过两次压延的钢板开始厚度为0.0072″，而间隙约为0.007″(在截面上径向测得)，该间隙位于再拉伸压杯模的圆周上，以便在腔体入口区周围实现拉伸，从而使侧壁厚度减至约0.0066″。在封闭的底部与开口端卷边之间的整个侧壁高度上，厚度基本均匀地减小。对三步加工而言，在直径不断减小的再拉伸加工过程中，也可以预定上述间隙，以便在本实施例中得到一个均匀的厚度约为0.0055″的侧壁。侧壁厚度的平均减小量略大于20％。
在压杯操作的毛坯直径减小以及随后的杯直径减少操作过程中，弧形表面夹持或任何弧形夹持表面配合被消除，单平面夹持可以提供均匀的周向夹持和沿圆周均匀的夹持压力更准确的控制。再拉伸装置如图14所示。不过在杯形工件37的封闭的底部和侧壁之间的弧面过渡区39，首先绕再拉伸夹持工具较小的弧形外表面再成型，如图16-18所示，并在待批美国专利申请07/866,661中有详细描述，再此以供参考。该过渡区的再成型的开始是以这种方式进行的它能在工件封闭的底部产生一个力。该力朝向远离杯体纵向中心轴的横面。曲面工件过渡区再成型的重要性(以及在随后的直径减少再拉伸操作中)是相同的，如上所述，在罐体新直径成型期间，在罐头毛坯的表面区上再成型这种弧形过渡区，上述表面区在两个夹持表面之间。图15-19中的夹持环的多半径过渡区的产生如图20所示，并且在本申请的在先申请中已有详细描述。
图16所示为杯42与用于上述再成型的接近封闭底部过渡区39的工具的放置形式。再拉伸模102(见图15)具有一个单独的夹持平面103，该夹持平面位于与纵向中心轴80垂直的平面内。
当再拉伸模是由烧结硬化的可机加工的材料(如碳化钨)制成的时候，所述夹持表面区是延展过的(如图16所示)，并且两夹持平面之间具有一个钭度。例如，平面103可以在1度之内(如0度5分)向外倾钭，以便于罐头毛坯沿该表面向腔体移动；烧结硬化工具锥体的应用在申请人的题为“拉伸工艺方法，用于单片罐头生产的系统和工具”的待批申请07/490,781中有详细描述。
可轴向运动的夹持工具104有一个套筒状结构，并被设置在再拉伸冲头106周围。再拉伸被用于将罐头毛坯移动到由再拉伸模102所形成的腔体108中。在再拉伸腔体108的内壁与冲头外壁之间的间隙相对于开始厚度有选择地在每次拉伸中减少。在再拉伸冲头周围的径向间隙比基材厚度少5-15％，但是，被选择为大体上等于或稍大于环绕锐边腔体入口区侧壁的厚度。罐头毛坯的拉伸是由大的再拉伸冲头的运动开始的，此时金属在腔体入口区的锐边中径周围被拉伸。通过减少进入过渡区上边的模腔的间隙，基材侧壁上的拉伸被增加。当弧形冲头半径进入模腔时，通过在腔体入口区锐边上张力拉伸，可以拉伸基材并降低其厚度。
这类拉伸和再拉伸的结果是沿再拉伸罐头体的过渡和卷边之间的侧壁高度的侧壁厚度被均匀减小。再拉伸的侧壁基材厚度在图1所示的第一次再拉伸中减少10-20％。综合的侧壁基材厚度在图1所示的最终的和第二次再拉伸过程中可以选择，使总的厚度减少高达约25％；总的减少还可达到约35％；不过，侧壁厚度的减少量取决于开始厚度和卫生罐包装使用对侧壁的要求。
参见图15-19，夹持套筒104包括侧壁110、平面夹持底部111和它们之间的曲面过渡区112。夹持套筒104的侧壁110的尺寸提供了一个相对于工件杯体37的内侧尺寸的内壁38的工具间隙(约0.0025″)。
夹持套筒104的过渡区112的表面区明显小于杯体34过渡区39的表面区的一半；例如1/4-1/2。即，在一个具体实施例中，朝向与纵向中心轴线垂直的夹持平面的过渡区112的凸起小于该平面上杯体过渡区101凸起的40％。通过选择这些弧面的相互关系使在夹持截面上它们的径向凸起相差至少60％。杯体37的过渡区39在其它的金属材料因再拉伸冲头106而移向模具腔体之前，在过渡区112上被再成型。杯状工件过渡区的再成型如图12—15所示。
一个较小的再拉伸模腔入口区表面(在以后的附图中有更详细的描述)也能增加该再拉伸模的与再拉伸夹持环的平面共同作用的夹持面积。在操作过程中，再拉伸模腔入口的径向凸起为基材厚度的5一0.5倍。综合再拉伸杯体过渡区及采用较小的腔体入口区的效果可以增加夹持平面到相当于采用传统拉伸工具的罐体尺寸的至少2倍。
再拉伸夹持套筒周向过渡区(从截面方向看)被制成多半径。如图20所示，夹持套筒124包括一个与杯体中心轴垂直的平底126；夹持套筒124还包括一个周向侧壁127。在优选的用夹持工具生产弧形过渡区的过程中，在中心128处用一个“大”的半径R，以形成与平底126相切的圆弧129。延长的圆弧129转过45度后与延长的周向侧壁127在一个虚点130处相交。
中心132以R的半径形成与侧壁127相切的圆弧143；延伸的弧134转过45度与横向夹持面在虚点136处相交。
在虚点136和圆心132之间画直线137；在虚点130和圆心128之间画直线138；在平行线137和138之间画一与之等距的虚线139。虚线139包括曲面“小”半径的圆心点，所述曲面与圆弧129和134相切，以避免两表面在虚点141处陡然相交。在线139上找一个半径为1/2R的圆心142，然后画一段圆弧143，以完全再拉伸夹持套筒124的过渡区的光滑的、多半径的曲面。
图16所示的夹持工具设计导致底部111的横夹持面上的多半径曲面的凸起为0.0707X2，使得夹持表面比当再拉伸夹持套筒124的曲面过渡区的面积为采用的单一半径R时的面积再增加将近20-30％。此外，还提供一个通向过渡区的更平缓的弯曲入口面，以及一个从过渡区到夹持表面126的更为平缓的平面145，弧面144使得再拉伸夹持环过渡区更宜于与杯形工件的弧形过渡区接触，以进行该过渡区的再成型步骤。
在一个用于再成型0.300″半径的工件杯体36的弧形过渡区的具体的圆筒状实施例中，R被选择这0.100″；因此，夹持套筒多半径过渡区的凸起在横夹持面上为0.0707″，四舍五入为0.071″。R还可选用其它值，例如，用于再成型杯体过渡区的弧面半径为1.25″，以再成型半径基本上大于0.300″的杯体过渡区；或者以0.9″的半径再成型一个半径较小的弧面过渡区；一般来说，选择R为0.100″，这样将会优化以前设计的罐体尺寸。
如图15的截面所示，在模102的平面103和夹持套筒过渡区112之间形成的一个锥形结构146，用以将工件坯料移向轴向横夹持面，并且在冲头106进入腔体108时不损坏涂层。如上所述，通过使表面103偏离夹持面，可以在夹持平面外面的位置(远离轴80处)上加大间隙。
通过移动图15中的再拉伸冲头，对罐坯进行拉伸。再拉伸冲头106包括底部147，周向侧壁148和位于它们之间的曲面过渡区149。过渡区149(再拉伸冲头头部)的表面大到这样的程度在工件加工的后期，使封闭的底部过渡区满足每个新直径侧壁拉伸的几何要求。在该实施例中，在该大表面冲头头部形成一个半径为0.20"的曲面，用于浅杯形工件37的直径减小；如上所述，也采用了一个较小凸起的腔体入口区表面，最好被制成0.050"/0.020″/0.050″的多半径曲面。
参见图21至23，就多半径腔体入口区而言，图21是一个在单一半径的曲面166上成型的模具165的腔体入口区的垂直横截面的部分视图。按照前面的教导选择在压杯阶段的半径为金属板材开始厚度的大约5倍；该半径在随后的再拉伸操作中减小。用于入口腔体的单一半径曲面168与纵向中心轴80分开，并在夹持平面171和内侧壁表面172对称地延伸。曲面168在其90度弧的两端相切(如该横截面图所示)，即分别与平面171和腔体内表面172相切。
在图22中，该曲面168(图22以半径166形成的弧面)用虚线表示；在夹持平面和腔体侧壁之间的45度角的线173也用虚线表示。该45度角线173与单一半径曲面168和夹持平面171在切点174处相交，并与内侧壁172在切点175处相交。如果将夹持平面171和腔体内表面延长(如横截面图所示)，将会形成一个90度的角。
本发明中提供了一个较大的入口区表面176(图16)。在所述的具体实施例中，通过为多直径表面选择一个约0.050"半径的“较大”半径(RL)实现多半径腔体入口区。该较大半径(RL，图17)表面的采用使得罐坯从夹持平面向腔体入口区的运动更为平缓，而且使得从入口区向腔体内侧壁的运动也更为平稳。
在该具体实施例中选择约为0.020″的较小半径(RS)，以形成一个中间的弯曲表面，上述较大半径(RL)部分位于该入口区表面的弯曲末端。即该RS表面位于该入口区的中心。内腔体壁172在从曲面入口区通向腔体的部分稍有凹陷，大约为0.5-1度。
在图23中，以177为圆心采用较大半径RL(0.050″)产生图22所示的曲面176的一部分181；其表面部分178与拉伸模的夹持平面171相切。该较大半径以180为圆心产生通向腔体内侧壁的曲面181。
为了延长位于曲面弯曲部分的较小半径(RS)中间的点，延长较大半径表面178、181的圆弧，以便在其相交处产生一个虚点184。连接虚点184和虚线186(连接圆心177和180)的中点185产生用于形成曲面的较小半径(RS)圆心的点(线188)；后者产生一个与较大半径(RL)的曲面178和181相切的曲面190。在一个用于12oz的饮料罐体的具体实施例中，弯曲的较大半径(RL)被选择约为0.050″(在0.040—0.060″范围内)，弯曲的较小半径(RS)被选择约为0.020″(在0.015-0.025″范围内)。压杯腔体入口区的具体实例为0.025"/0.010″/0.025″。
在这种多半径结构中，较小半径(RS)的曲面位于两较大半径(RL)曲面之间，例如，0.05"/0.02"/0.05″，并在侧壁被拉伸移动到预先选择的位于冲头直径与模腔内壁起点之间的间隙时，提供拉伸罐坯的边缘。
为了使模腔内表面具有一个1度的凹陷锥体(图23)，把夹持平面和其内表面之间的圆弧增加1度；该1度的圆弧增加被增加在该圆弧的内表面末端处。所增加的1度圆弧使得该内表面能够与曲面在点191处相切，即超过90度切点(175)1度。没有该增加的圆弧就不能产生上述相切的凹陷锥体的内侧壁。1度锥体内侧壁表面的位置在包括拉伸腔体的纵向中心轴的垂直取向的平面内，用与如线172所示的非锥形侧表面相关的线192表示。
底部成型是在二步或三步加工的最后拉伸中进行的，采用如图24-25所示的底部成型工具。采用封闭地底部成型工具使再拉伸工件的底部220再成型。如图24所示，前面加工出的杯体的弯曲过渡区的再成型已经完成，而且周向向上移动的再拉伸冲头212的金属被单独夹持再拉伸腔214的夹持平面213与夹持工具的上平面216之间，没有弯曲的窝形的表面。在最终拉伸冲头212的外围部分218上，再拉伸一个新的直径，以使底部在该拉伸处理的这一时期为平面。
凸成型件226是固定的，以使其成型表面228与拉伸冲头212的凹成型表面230之间的共同作用在拉伸完成后开始。如图25所示，当拉伸模214向上移动时，松开对卷边222的夹持作用。当夹持作用松开时，最终拉伸冲头212接近上冲程的顶部，以产生底部20(图22)的锥口孔。上述卷边上的夹持松开作用可以避免因这种运动而引起的对金属板材傲的损坏。当底部成型结束时，最终再拉伸冲头212向下退回。所述底部成型过程在被本文引作参考的待批申请07/866,611中提到过。
本发明所述的用于罐体的压延金属可以是约36-85bb/lb厚的压延钢板(其公差通常为10％)，并且主要是0.005-0.015″厚的压延铝板。
用于涂覆有机涂层的压延钢板的较好的基板表面为“TFS”(即非镀锡钢)涂层，它包括一个铬和氧化铬的电镀层。然而，在本发明中，也可采用如后所述的其它基材表面，用作有机涂层外的涂覆层，如采用浸泡或阴极重铬酸盐处理(CDC)，或采用待批美国专利申请07/926,055中所述的方法，该申请的申请日为1992年8月6日、名称为“带涂层的压延金属板的制造及其产品”。上述各表面可以选择有机涂层和拉伸润滑涂层，以满足这些表面的拉伸要求和容器内盛放的物品对产品侧表面的要求。即有机涂层和拉伸润滑起膜剂的类型要特别适合于罐头毛坯表面。有机涂层的重量从外侧的约2.5毫克/平方英寸到内侧的10毫克/平方英寸。最好选用如下的热固性的有机涂层环氧树脂、乙烯、有机溶胶、丙烯酸、聚脂和如聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯和聚对苯酸碱盐(poly alkine tereph-thaltes)的膜，以便用于食物的包装容器。本发明的主要贡献是能够制造经拉伸处理的罐头体，且该罐体的侧壁高度超过其直径，并不损坏预涂的有机聚合涂层。有机聚合涂层加大了的更宽的范围已用于罐头的制造中。有机涂层用于在张力作用下模拉伸期间承受较深的拉伸，从而可以避免沿侧壁高度的厚度明显增加。有机涂层可加以选择，以便能够涂覆适当的“起膜剂”拉伸润滑剂，满足特殊表面的要求。产品侧涂覆重量较多的有机涂层可以对产品进行保护；但产品侧所需的润滑剂小于外侧的润滑剂。
用以进行本发明拉伸处理的带有起膜剂的适当的有机涂层根据产品和罐体尺寸的要求向如下的涂层制造商购买，这些制造商是如Valspar公司(地址2000 Westhall street，Pittsburgh，PA15233)、Dexter公司(East water street，Waukegan，IL60085)或纽约Clifton的BASF公司。任何所需的表面涂覆拉伸润滑剂是用于保护有机涂层，每一侧总的拉伸润滑剂量(起膜剂且表面涂覆)为10-20毫克/平方英尺。表面润滑最好在对有机涂层硫化后由感应镀膜机加以进行，该镀膜机可以向下述厂商定购，如MO州St.Louis的Precoat Funish或宾州McKeesport的PMP，并可提出独立于表面制备的、如前所述的罐体设计的生产线。在罐头毛坯进入加工过程以前，各表面上的拉伸润滑剂涂层的重量要得到校验。根据本发明的指导，预涂的有机涂层的好处是，在用于卫生包装罐的罐体既不需要在内表面涂层生产之后生产，也不需要用于修补地添加涂层。
如下所示为与传统的拉伸—再拉伸处理相比二步和三步处理实施例的数据
表I307×110.5 602型宠物食品罐的二步处理罐体(单位英寸)压延金属板过程坯料杯 再拉伸罐体bb/1000金属直径直径/高度直径/高度罐体节约量传统拉伸再拉伸5.964.11/1.133.29/1.731.012参考量二步(一次再拉伸)侧壁厚度减少20％ 5.733.54/1.443.29/1.73 0.937.61211×315 10-3/4cz汤罐头的三步处理罐体(单位英寸过程坯料杯 第一次再拉伸 第二次再拉伸bb/1000金属直径直径/高度 直径/高度直径/高度 罐体 节约量传统拉伸再拉伸 7.00 4.02/2.04 3.14/3.132.57/4.01 1.012 参考量三步处理侧壁厚度减少18％ 6.683.81/1.93 2.86/3.132.57/4.011.25 10.8％三步处理侧壁厚度减少20％ 6.573.91/1.882.86/3.062.57/4.011.23 12.5％在本发明的说明中已对具体的罐体和罐头尺寸、工具尺寸、金属板材和涂层进行了说明，本领域的技人员可以根据上述教导对如上的数据和信息进行改进。因此，为了确定本发明的范围，应参照所附的权利要求。
权利要求
1.用于将带有涂层的平面罐头毛坯拉伸加工成一个带有涂层的单个筒状浅杯形工件的罐头成型工具，它包括用于提供已切下的圆形罐头毛坯坯料的装置，该装置中包括具有一定开始厚度的压延金属板基材，该基板预先制备并在其二个平面上均带有有机聚合涂层和拉伸处理润滑液；带有加工装置的压杯冲压装置，用以(a)使切下的预涂坯料拉伸成型，侧壁不用压平，以形成一个单个杯状工件，该工件具有(i)从平面图上看为圆形的基本封闭的底部，(ii)一个铅垂于底部圆形的几何中心的纵向中心轴，(iii)一个筒状的侧壁，它与中心轴对称并具有均匀的间隙，(iv)一个位于平面底部和筒状侧壁之间的过渡区，从含有中心轴的剖面来看，该过渡区为曲面，(v)一个在杯状工件拉伸过程中在其开口端基本环绕其整个周向形成的罐头毛坯卷边，该卷边分布在横向通过中心轴的平面上，以便在杯状工件的该开口卷边和过渡区之间形成均匀高度的侧壁，(vi)位于工件的几何中心和过渡区之间的底部基材，其厚度基本等于所选用的压延金属板基材的开始厚度，和(vii)在整个侧壁高度上，侧壁基材的厚度没有增加，不超过预定的开始厚度，所述的侧壁高度是指从一个接近过渡区的位置到一个接近杯形工件开口端的卷边的位置；拉伸成型加工装置是可运动地设置，该运动与被成型杯状工件的纵向中心轴线同轴，它包括(b)一个压杯模，它具有(i)一个中央内壁，该内壁构成一个模腔，在一个垂直于上述纵向中心轴线的平面上，该模腔呈环状，(ii)一个入口区伸入模腔中，在包含纵向中心轴线的截面上，该入口区具有一个弯曲的表面，(iii)一个平面夹持表面，该表面设在腔体入口区周围，并且该表面垂直于上述纵向中心轴线；(c)一个压杯冲头，它具有(i)一个底部，用于成型一个平的工件底部，该冲头的底部垂直于杯形工件的纵向中心轴线，(ii)一个圆筒形侧壁，(iii)一个位于冲头和侧壁之间的过渡区，在包含纵向中心轴线的截面上，该过渡区具有一个弯曲的表面，该压杯冲头可同轴并线性地相对运动，进出压杯模的腔体，该运动是沿纵向中心轴线进行的；(d)一个夹持件，它设置在压杯冲头周围，该夹持件包括(i)一个垂直于上述纵向中心轴线的平面夹持表面，与压杯模的平面夹持表面配合工作，(ii)一个设置在压杯冲头周围的圆筒形侧壁；(e)该压杯模上弯曲的腔体入口区表面有一个凸出的与上述纵向中心轴垂直的夹持平面的径向尺寸，它大于预定的开始厚度，但基本不超过该开始厚度的5倍，(f)凸出到该夹持平面上的压杯冲头的弧形表面有一个超过预定罐坯厚度25-40倍的径向尺寸。
2.如权利要求1所述的罐成型工具，其中凸出到该夹持平面上的压杯模腔体入口区弧面的径向尺寸为0.02″至0.05″。
3.如权利要求2所述的罐成型工具，其中所述弧形腔体入口区表面被制成多半径形式，其中所述半径从压杯模夹持平面进入该弧面的径向尺寸约为0.05″，离开该弧面进入构成所述模腔的内壁的径向尺寸约为0.05″，以及二者之间径向尺寸约为0.02″。
4.如权利要求3所述的压杯工具，其中所述模腔内壁从包括所述纵向中心轴的径向平面上看有一个约1度锥度，由于所述锥度增加了所述内壁的直径，并增加了进入所述模腔的程度。
5.用于将带有涂层的平面罐毛坯侧壁无须压平地拉伸加工成一个预涂过的单片筒状浅杯形工件的生产线装置，综合起来包括用于生产线的运输平面的装置，该运输平面用于将伸长过的基本上扁平的罐毛坯沿其长度方向输送到该生产线上；用于输送开始厚度预选的压延板状金属基材的所述生产线的罐毛坯供给装置，所述基材独立于所述生产线制备，在其两个平面上预涂有有机聚合涂料和拉伸处理润滑剂；单工位落料和压杯冲压装置，该装置用于下述目的的工具装置(a)当进入所述的冲压装置时，从所述预涂过的扁平罐毛坯上切下预定直径的坯料，及(b)拉伸成型所切下的坯料，以形成一个单片杯形工件，该工件具有(i)从平面看为圆形的基本上扁平的封闭底部，(ii)一个铅垂于底部圆形的几何中心的中心轴，(iii)一个筒状的侧壁，它与中心轴对称并具有均匀的间隙，(iv)一个位于平底和筒状侧壁之间的过渡区，从包括中心轴的剖面来看，该过渡区为弧形，(v)一个在杯状工件拉伸过程中在其开口端基本环绕其整个周向形成的罐毛坯卷边，该卷边环绕在与所述中心轴垂直的平面上，以便在该杯状工件的该开口卷边和过渡区之间形成均匀的侧壁高度，(vi)位于工件的几何中心和过渡区之间的封闭的底部基材，其厚度基本等于预选的压延金属板基材的开始厚度，和(vii)在整个侧壁高度上，侧壁基材的厚度没有增加，不超过预定的开始厚度，所述的侧壁高度是指从一个接近过渡区的位置到一个接近杯形工件开口端的卷边的位置；处于与所述被成型的杯形工件的纵向中心轴同轴运动的状态的拉伸成型工具装置，包括(c)一个压杯模，它具有(i)一个构成从与所述纵向中心轴垂直的平面上看为圆形的模腔的居中的内壁，(ii)一个通向从包括所述纵向中心轴的径向横截面上看为弧形的模腔的入口区，(iii)一个环绕所述腔体入口区的与所述纵向中心轴垂直的夹持平面；(d)一个压杯冲头，它具有(i)一个底部，用于成型一个平的工件底部，该冲头的底部垂直于杯形工件的纵向中心轴线，(ii)一个圆筒形侧壁，以及(iii)一个从包含所述纵向中心轴线的截面上看为弧形的过渡区，该压杯冲头沿所述纵向中心轴作线性同轴相对运动，进出压杯模的腔体；以及(e)一个设置在压杯冲头周围的夹持件，该夹持件包括(i)一个垂直于上述纵向中心轴线的平面夹持表面，与压杯模的平面夹持表面配合工作，(ii)一个设置在压杯冲头周围的圆筒形侧壁；(f)该压杯模腔体与压杯模的夹持平面在拉伸处理时与罐毛坯的一个表面相对，(g)此时压杯冲头的底部和所述夹持件的平面各自与上述罐毛坯的其它表面相对，(h)所述压杯模的平持平面与所述夹持件的夹持平面共同作用在切下的预涂过的罐毛坯上，以开始对上述毛坯的周边部分的夹持；(i)所述冲压装置还包括(i)转动驱动曲轴装置，每完成一次杯形工件的生产周期可以有一个360度的驱动循环，以及(ii)由所述曲轴装置驱动的用于分别驱动所述压杯模和压杯冲头的连接装置，在所述曲轴装置的360度转动驱动循环中，所述压杯模的驱动与压杯冲头的驱动有一个预定的相位差；(j)所述压杯模连接装置与所述压杯冲头连接装置在上述曲轴的驱动下同时驱动该模和冲头，使其相向运动呈同轴重叠状态，从所述涂过的罐毛坯两面开始成型该毛坯，使其成为杯形工件，以及在完成杯形工件成型之后以下述方式同时驱动所述的模和冲头作彼此分开的运动(i)将上述杯形工件直接送到所述输送平面上，以便在所述生产线上移动，(ii)在所述压杯冲头从前面成型的工件上退回结束之前，使所述涂过的罐毛坯可以开始沿上述输送平面运动到上述落料和压杯冲压装置，以形成随后工件，以及(iii)在所述成型工件排出之后直到所述压模和压杯冲头各自从罐毛坯两侧回到输送平面处于开始成型随后的杯形工件的状态，在所述曲轴装置的转动驱动周期的预定百分比中，使预涂过的扁平罐毛坯移动进入所述冲压装置。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述罐毛坯供给装置提供在其两预涂有有机聚合涂料和拉伸润滑剂的加工硬化压延过的钢材，以及所述分别连接压杯模和压杯冲头的连接装置，它们在上述生产周期中有一个130-150度的相位差。
7.如权利要求5所述的装置，其中在所成型的工件排出之后，所述曲轴转过一个完整生产周期的约150度，在此期间，扁平的罐毛坯可以在所述压杯模和压杯冲头进入开始成型上述随后的工件状态之前移动到所述冲压装置中，以便暂时避免罐毛坯移动到所述生产冲压装置中。
8.如权利要求5所述的装置，其中在上述杯形工件成型之后，所述压杯模和压杯冲头各自在连接装置的驱动下反向运动，开口端朝下地使所述杯形工件的卷边排出到上述生产线的输送平面上。
9.如权利要求5所述的装置，其中分别驱动所述压杯模和压杯冲头的连接装置的相位差使得所述冲头在所述生产线输送平面之下的运动到达下死点，随后所述压杯模到达其在所述输送平面之上的上死点；在上述杯形工件成型的一部分中，由各自的连接装置驱动的压杯模和压杯冲头以前述的相位差与预先选定的运动速度在上述输送表面上相同方向上驱动，然后在结束杯形工件的成型已排出由所述落料和压杯冲压装置拉伸的该杯形工件之后，在结束从杯成型开始的曲轴装置的360度的扁平罐毛坯可以沿所述生产线的输送平面进入所述冲压装置的驱动周期之前，沿彼此相反的方向驱动所述压杯冲头和压杯模作加速运动。
10.如权利要求6所述的装置，其中所述压杯模为具有一个有内腔壁和一个外表面壁的套筒结构，在与所述中心轴垂直的平面上两壁均为圆形，其中所述外表面壁在其位于压杯模夹持平面上的周边上有一个切边，该切边具有一个与所述切下的毛坯的预先选定的直径相等的预定直径，其中所述压杯模的夹持平面与夹持环的夹持平面仅共同作用在预涂过的板状金属切割坯料的两面上的位于上述两夹持表面之间的该切割坯料的周边部分上；所述两夹持平面的共同作用持续整个360度的曲轴生产周期的约120度，在此期间压杯模和压杯冲头首先反向运动，然后同向运动，同时在所述曲轴驱动的杯成型部分中保持重叠的同轴运动关系，所述杯形工件的侧壁由所述两夹持面在所述毛坯的周边部分施加基本上均匀的张力，以避免在所述杯形工件成型期间上述板状金属侧壁加厚。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述罐坯供给装置提供厚度在36-45lb/bb的在其两面预涂有有机聚合涂料和拉伸润滑剂的压延钢板，以及在所述落料和压杯冲压装置中，使预先选定的切割坯料的直径减少，以形成直径为上述切割坯料直径的35-50％的杯形工件。
12.如权利要求11所述的装置，其中在所述模具的夹持平面与该模具内侧壁腔之间的腔体入口区被制成多半径，以使得所述预涂过的板状金属可以更平缓地由其扁平结构进入所述入口并由该入口进入其弧形侧壁结构，其中凸出到所述生产线的输送平面上的腔体入口区的尺寸大于的所述压延板状金属基材的开始厚度，但又不超过该开始厚度的约5倍，以及其中所述压杯冲头具有一个底面和一个筒状侧壁表面，在它们之间有一个从包括所述纵向中心轴在内的横截面上看为弧形的过渡区，该压杯冲头的弧形过渡区凸出到所述生产线的输送平面上的尺寸为该板状金属基材开始厚度的25-40倍。
13.如权利要求1或12所述的装置，它还包括用于接收所述杯形工件并减少所述金属侧壁的直径以增加其侧壁高度的再拉伸冲压装置，所述再拉伸冲压装置包括用于再拉伸冲头装置向其上具有所述拉伸杯形工件的再拉伸模装置作相对运动的再拉伸工具；所述再拉伸冲头与再拉伸模装置之间的相对运动成型一个侧壁直径减少、侧壁高度增加的单片罐体，罐坯卷边在其开口端；其中上述再拉伸的罐体侧壁厚度通过再拉伸冲头装置的相对运动并进入所述模具装置均匀减少10-25％。
14.用于生产用在食品的卫生罐装的预涂过的筒状罐体的方法，包括提供如权利要求1或5所述的装置，提供在其两面预涂有有机聚合涂料和拉伸润滑剂的加工硬化的压延板状金属，拉伸预选直径的切割坯料，以产生一个筒状侧壁构形的杯形工件，其中作为拉伸该杯形工件的一部分，最终的罐体直径与切割坯料直径相比至少减少50-90％，而侧壁厚度基本上不增加，以及再拉伸所述杯形工件，以减小其直径并在张力作用下将其侧壁高度进一步增加，并在该高度范围内使侧壁厚度基本均匀地减少10-25％。
15.用于生产用在食品的卫生罐装的预涂过的、其开口端具有卷边的、单片筒状罐体的方法，包括提供如权利要求1或5所述的装置，提供在其两面预涂有有机聚合涂料和拉伸润滑剂的、厚度为35-70lb/bb的、加工硬化的压延钢板，拉伸预选直径的切割坯料，以产生一个杯形工件，使该罐坯成型为一个杯形工件，其中所述切割坯料直径减少，以形成一个具有直径为上述切割坯料直径50-35％的筒状侧壁的杯形工件，以及在再拉伸冲压装置中，再拉伸所述杯形工件，以使其侧壁直径减小10-30％，从而形成成品罐体，其中该罐体的再拉伸是由作用在其侧壁上的均匀的拉力实现的，通过对再拉伸罐体侧壁的高度范围内的均匀的张力拉伸，使侧壁厚度减少到所述预涂过的罐坯开始厚度的10-25％。
16.一种由预涂过的扁平罐坯拉伸而成的、无须侧壁压平的、可用于卫生罐包装的预涂过的单片筒状罐体，包括(a)一个从平面上看为圆形的基本上扁平的封闭底部，(b)一个与所述圆底的几何中心垂直的中心轴，(c)一个筒状的侧壁，它与中心轴对称并具有均匀的间隙，(d)一个位于平底和筒状侧壁之间的过渡区，从包括中心轴的剖面来看，该过渡区为弧形，(e)一个在杯状工件拉伸过程中在其开口端基本环绕其整个周向形成的罐毛坯卷边，该卷边环绕在与所述中心轴垂直的平面上，以便在该杯状工件的该开口卷边和过渡区之间形成均匀的侧壁高度，其中(f)位于工件的几何中心和过渡区之间的封闭的底部基材，其厚度基本等于所提供的预选的压延金属板基材的开始厚度，和(g)在整个侧壁高度上，侧壁基材的厚度基本均匀，所述的侧壁高度是指从一个接近过渡区的位置到一个接近杯形工件开口端的卷边的位置，所述厚度为上述预选厚度的10-25％。
17.如权利要求16所述的生产出的预涂过的单片罐体，其中所述预涂过的罐坯主要由下述材料制成开始厚度为35-80lb/bb的压延金属钢质基材；所述基材在生产之前在两面预涂聚合涂层材料和拉伸润滑剂。
18.如权利要求16所述的生产出的预涂过的单片罐体，其中底部直径超过侧壁高度，其中所述压延钢质基材在拉伸处理之前被加工硬化，并且具有35-65lb/bb的厚度；所述有机涂料主要由在拉伸处理之前已被硫化过的热定型的有机聚合材料组成，以及所述拉伸润滑剂包括一种可用于罐装食品的有机材料。
19.一种通过与纵向中心轴对称地拉伸处理用有机涂料和拉伸润滑剂预涂过的压延板状金属生产出的用于卫生罐包装的预涂过的金属基材的单片筒形罐体，所制成罐体包括一个封闭的底部，一个与所述纵向中心轴对称延伸构成该罐体的开口端的侧壁，一个位于该底和侧壁之间的整体弧面过渡区，以及，一个在所述开口端的、基本上与所述纵向中心轴垂直的平面上相对该纵向中心轴向外延伸的卷边；所述罐体的生产无须任何侧壁压平步骤；所制成的罐体具有在其外侧和内侧各有一层有机涂料，在其内表面的有机涂层可直接用罐装食品无须清洗、无须涂覆有机涂层或为修补所述内表面而涂覆有机涂层，其中所述底部金属基材的厚度基本上等于该基材的开始厚度，及所述罐体侧壁在所述整体过渡区与开口端卷边之间的厚度基本均匀，所述厚度比开始厚度约少25％。
20.如权利要求19所述的罐体，其中所述压延板状金属基材开始厚度为50-85lb/bb的压延钢材。
21.如权利要求19所述的罐体，其中所述压延板状金属基材包括开始厚度为36-70lb/bb的加工硬化的压延钢材。
全文摘要
将压延金属基板拉伸处理成可直接用于卫生食品包装的单片罐体，该基板各面有选择地涂有有机的和拉伸润滑涂料。通过选择用于对上述基材加工的工具形状和其间的间隙，可以避免侧壁厚度的增加。通过一个单独的夹持平面对整个侧壁上的再拉伸进行控制具有一定运动相位差的压杯模和冲头能够操作速度将杯形工件排出，提供高效率的落料和压杯。模的腔体入口区的表面面积是多直径的，预涂的罐体毛坯在各模腔中被拉伸。
文档编号B65D1/16GK1116832SQ94190992
公开日1996年2月14日 申请日期1994年11月22日 优先权日1993年11月22日
发明者威廉姆·T·桑德斯, 威廉姆·H·达尔杜普尔 申请人:威尔顿钢公司