容器端盖的成形方法和设备以及所成形出的各种端盖的制作方法

专利名称:容器端盖的成形方法和设备以及所成形出的各种端盖的制作方法
本发明涉及用二件或三件构成的双接缝的容器的端盖的成形过程，具体地说，涉及用于成形这类端盖的下陷圆弧部分和卡口壁的方法和设备，以及用这种方法和设备所成形出来的端盖。
用金属或其它材料制造的容器或罐头盒是本技术领域：
中众所周知的，对于这类容器目前主要是用于食品或饮料的，但是也应用于其它产品。
这些容器可以由二件构成，也可以由三件构成，但是，无论如何，要构成一个完整的容器，必须是端部密封的，该端部密封部分一般都是利用一个接缝止口与一个截头圆锥形壁相接合，通过双接缝操作方法施加于端部或两个端部上。
需要制造出一个端盖，它带中央底部板面和一个周边带接缝用的法兰，以便适合于这种双接缝操作方法，并有一个倒锥形的或截头圆锥形的侧壁，通过一个下陷圆弧部分把它们连接起来。这些侧壁之一是用以与接缝止口相啮合的，即一般所说的“卡口壁(chuckwall)。事实上，接缝的操作方法是容器能够成功的达到密封的关键。在端盖的成形操作过程中，形成平滑的卡口壁是不可缺少的，以便保证其与接缝卡口合适的啮合。
另外，对于这种一般性能的成品容器，需要具有较好的抗变形能力，这是因为许多种置于这种容器内的物品，都是在高达90磅/英寸2的压力下装填进去的。所以，必须保证在圆弧部分尽可能的牢固或者小些，以保持优异的抗变形能力。当然，如果能够任意地增加厚度，将能够提供足够大的抗变形能力。但是，事实上，每年要生产这类端盖达数十亿之多，很明显的原因，为了经济方面的理由希望尽可能地减小金属的厚度。
所以，问题最终归结为既要制造出合理的圆弧半径大小，又要在使用材料最少的条件下保持所要求的抗变形能力。
各种不同的端盖和用以生产这类产品的常规方法和设备，可以参看各种专利，诸如布尔苏(Bulso)的美国专利4，587，825号和美国专利4，587，826号以及努银(Nguyen)的美国专利4，577，774号和史密斯(Smith)的美国专4，559，801号。例如，在布尔苏(Bulso)的专利中对于“卡口壁”(chuckwall)和圆弧部分的制造是利用合理设计的模具，而在二次成形过程中，将卡口壁缩短并将圆弧部分缩小。
在舒尔茨(Schultz)的美国专利4，109，599号中，卡口壁在二次成形过程中被缩短，而圆弧部分也减小，其中不用任何模具的帮助将法兰夹紧并施加作用力在圆弧部位向下折叠或弯曲以形成一个下陷圆弧部分。
陶伯(Taube)的美国专利4，571，978号也公开了一种在自由状态下成形下陷圆弧部分的方法。
所有这些专利，以各种不同方式公开了为改善在关键部位的抗变形能力的方法和设备，所有这些为达到上述目的所进行的设计都大抵或多或少是有效的。
例如，当下陷部位的曲率半径可以很容易地减小，如舒尔茨(Schultz)和陶伯(Taube)所建议的方法那样，由此，达到的后果之一是在无约束的条件下在侧壁部位就会起皱。
所以，已经发现采用本发明的方法及设备对以上两种合理的要求都可以满足。
本发明的目的就是要提供在使用材料最少的条件下得到最合理的抗变形能力，同时还保持卡口壁的平滑性和下陷圆弧部位的同心度。
现已发现，上述目的可以通过提供一种容器端盖的成形方法来实现，其中将底部中心端盖首次成形出来，而下陷圆弧部分是通过一个其上带有端部圆角的凸模形成的，紧接着就是经二次成形的端盖的圆弧半径减小了，仍然在此工序中对着卡口壁部位保持一定压力以防止起皱。
已经发现，假如卡口壁在开始成形时就带有一个锥形部分或区域，由法兰向着中心顶盖引伸并连接在一个与圆弧部分相切的垂直壁部分上，则这种方法就进一步得到加强。
然后，在二次成形中，至少是直侧壁区域的一部分得到保留，因为作用的压力是保持在该侧壁和凹模圈的内壁上，以便在它的初始成形中卡口壁不变化，由此，可以保证不发生折皱。在同样的情况下，通过用这种方式来成形下陷部位，即使部分地成形过程是采用模具完成的，圆弧部分是可以减小的。
此外，还发现当采用短而直的或者带有垂直段的侧壁部分可以进一步提高抗变形能力。
已经发现，应用带有加大的端部圆角的，直的外侧壁的和一个锥形侧壁的凸模，本方法可以实现，以便使刚刚提到的结构可以将卡口壁中和端盖的圆弧部位在初次成形中完成，紧接着，当凸模缩回以后，凸模的直壁部位就用于使初始成形的端盖的直壁部位夹持在凹模圈的直壁部分上，由此，以防止卡口壁本身产生任何起皱，但要容许下陷圆弧部分减小。
因此，提供一种用于成形上面所述的这类端盖的改进方法和设备以及用这种方法和设备成形的端盖，就成为本发明主要目的。对于本发明的其它目的，通过参阅以下简要说明书并参看附图就可以变得显而易见了。
图1是显示本发明的各个模具部件总体装配的剖视图;
图2至图6是显示在成形过程中的各个步骤的设备的各个位置的按比例的剖视图。
首先需要指出的，本发明的设备和方法主要是期望利用带内，外滑块相互间独立运动和控制的双动压力机结合工作的。这种类型的压力机在里奇韦(Ridgway)的美国专利3，902，347号中作为举例已进行了描述，这类压力机在本技术领域：
中是众所周知的，这里就不再详述。
然后，首先参看图1，从总的方面对各个模具部件进行评述。应当指出的是，内滑块10具有一个凸模芯夹持器11，用一个或多个螺栓11a固定在该滑块上。一个凸模芯12借助调整螺栓12a固定在凸模芯夹持器11的端部。
参看附图中的其它视图，特别是参看图4A至图5E，这些视图都比图1视图的比例大，这将为更详细地研究冲模芯12提供了条件。
这样就可以清楚地看出，该凸模芯12具有一个环形的端部圆角部位12b由底面伸出，凸模芯还具有一个锥形侧壁12c，该侧壁由直的侧壁部分向下向着圆角部位12b延伸，并终止在直的侧壁部分12d处，该直侧壁部分与圆弧角分12b相切。采用这种几何形状的重要性将在下面进行说明。
然后，再参看图1，需要指出的是外滑块20上携带有一个凸模壳21，该凸模壳用一个凸模壳夹持器22和一个或多个合适的螺栓22a固定在外滑块上。
由凸模壳21径向向内的是第一压力套筒23和一个或多个活塞24和25，它们都设置在凸模壳的上面，并根据液体压力的作用使第一压力套筒23相对于滑块20往复运动。
压力机的底座60设置在内，外滑块10和20的对面，并携带一个切割刃口61，用一个或多个螺栓61a固定在该底座上。
在切割刃口61的径向内侧是一个第二压力套筒62，该套筒62是以液体压力支持在底座60上，处在凸模壳21的对面位置上。
由经向再进一步向内是一个凹模圈63，该凹模圈牢固地支持在底座60上，再进一步向内是一个顶出器活塞64，该活塞是以液体压力支持在底座上。凹模圈63设置在第一压力套筒23的对面，而顶出器活塞64设置在凸模12的端部圆角部分12b的对面上。
凹模圈63还具有一种特殊的几何形状，由图4A至图5E中可以看得十分清楚。这样，其上端具有一个端部圆角部分63a，该部分向下向内伸出并形成一个锥形侧壁63b。侧壁63b终止于直侧壁63c处。这种几何构形可以使凹模圈63与凸模12配合，将在下面进行描述。
凹模芯65沿着底60完成了模具区域。通过活塞65a的作用，可使凹模芯产生相对于底座60的位移。
然后参看图2至图6，这些视图是用以描述本发明的方法和设备的工作过程。由图2中可以看出，材料M已经馈入压力机中，它可以是板料形状也可以是卷料，放置在底座60与内、外滑块10和20之间。
在图2中，可以看出，凸模壳21和第一压力套筒23已经向下前进如箭头所示，这样则它们将与金属材料M的上表面相接触，金属材料M的底部则由第二压力套筒62的顶部刃口和环凹模63支撑住。
模具进一步前进将会沿着切断刀刃61将材料M进行落料，并沿凹槽圈63的顶部外周边将材料周边成形，以便形成一个可以称之为倒立的杯子，如图3所示。
这里还应当指出的是凸模芯12已经向前进，以便使其与这样形成的倒立杯子的中心部分顶部表面刚刚相接触。还要进一步指出的是凸模壳21已经克服了支撑第二压力套筒62的液体压力，而凹模圈63是固定住的并仍保持在原来的位置上。
模具的进一步向前进的结果，可以由图4中看出，其中凸模芯12已经沿着箭头所示的方向继续向下前进，同时它已经将凹模芯65压向下方。此时，端盖的中心面板部位CP已初步形成，作为端盖的下陷圆弧R，也已经初步形成，其形成过程是通过凸模12的环形端部圆角部分12b与材料相接触来实现的。参看图4A将显示出这一过程。
这种，从图4A中可以看出，凸模芯12的锥形侧壁12c与固定的凹模圈63的锥形侧壁63b相配合形成了卡口壁CW。还应当指出的是，此时第一压力套筒23正在并已经把材料夹紧在凹模圆63顶部上，以便当成形操作过程中，对材料进行控制，这样会导致侧壁具有精确的尺寸而不带折皱。在这里，还应当指出的是，在这一工步中，卡口壁的最终构形已基本上形成，并在随后的操作过程中将不发生变化，也不受下道工步的影响。
而且，凸模芯12的直的侧壁部分12d和凹模圈63的直的侧壁部分63c将用以形成端盖的直侧壁部分CW1。
再参看图4A，应当指出，凸模芯12的端部圆角部分12b已形成了圆弧部分R。实践中，在此时的圆弧半径是超过额定尺寸的。例如，在一个典型的应用实例中，在这里的半径值为0.030英寸。还应当指出的是，这时中心端盖CP已经初步形成。
然后，参看图5，应当首先指出的是，图5A至图5E都是以放大比例重新显示当圆弧部分R已是最后定形时模具的各个不同位置。此外，图5是处于附图中所显示的一系列工序的不同步骤，大致地对应于如图1所示的主装配图。
应当指出，无论如何，由图4A开始，凸模芯12的垂直侧壁部分12d将与端盖上的垂直侧壁部分CW1相接触，而且该端盖的垂直侧壁部分将保持夹持在凹模圈的垂直侧壁63c上。
这时，内滑块10将开始由底座60拉回来，自然，要带看凸模芯12拉回。紧跟着的是模芯65向着上方移动，例如，如图5A的箭头所示。凸模的端部圆角部分12b，也干始由端盖的圆弧部分R处拉出来。但是，至少在这一行程的一部分中，在箭头200的方向上的夹紧力，将在凸模芯12的垂直侧壁12d和凹模圈63的垂直壁63a之间保持。这将保证卡口壁CW在操作过程中的本工步中不受模具移动的影响。
然后，实际上要发生的动作是金属沿着箭头100的方向被垂直地拉紧，拉紧端盖的圆弧半径R，这是因为凸模芯12的端部圆角部分12b已经从端盖的圆弧部分R的内表面抬开。这样就可以将圆弧半径减小，在一个典型情况下，减小到0.02英寸。但是这里应当指出的是，利用在垂直侧壁上的夹紧力，圆弧部分R的位置，相对于整个端盖是不变化的，由此，提高下陷圆弧部分的同心度，这在容器本身被装配的时候，对其最终的双接缝操作过程是非常重要的。
还应当指出的是，已经发现端部圆角12b的半径最好是保持在三倍金属厚度或略小一些，以便保证在二次成形操作过程中能够得到一个准确的圆弧半径R。
自然，图6是显示抬出位置，其中所有的由内，外滑块10和20携带的模具已由底座60上抬起，而且顶出环64已经被支撑液体压力举起以便将成品端盖顶出。
但是，还应当指出，端盖成品保留一点点垂直侧壁CW2，这是因为通过材料压缩使抗伸强度提高了。
以上刚刚描述的方法和设备所提供的结果是一个改进的端盖，至少基于三点理由第一，通过模具把卡口壁强制成形出来。这就为在这一部位避免发生起皱提供了可能性，由此，提高了该卡口壁与接缝卡口的最终配合精度。
第二，下陷圆弧部位被拉紧到所要求的圆弧半径值，而不发生材料沿着模具锐边拉紧情况，而且完全不影响卡口壁部分，并保持着最初的准确的同心度，这是由于在拉紧操作过程中，在直的侧壁部位上有夹紧力。
第三，最终成形的端盖，除了正常的卡口壁和下陷圆弧部分之外，还有一个短的直侧壁部位CW1，该直侧壁部分为端盖提高了抗变形能力。
所有这些都实现了不会出现沿着模具边缘拉紧圆弧部分所产生的法向减薄现象，并且实现了在卡口壁部位不发生折皱现象，而这种折皱是当圆弧部位不受任何约束的拉紧情况下产生的。但是，应当指出，侧壁CW2可以进行仔细地控制，如果需要的话，可以将其厚度进行减薄。
权利要求
1.一种由材料毛坯成形容器端盖的方法，它包括以下步骤A)初次成形出一个端盖，它带有中央面板(CP)和圆周边法兰，该法兰与紧挨着中央面板的下陷圆弧部分(R)相连接，和一个由上述法兰至上述圆弧部分延伸出来的一个带锥度的卡口壁(CW)，该卡口壁长度的一部分是向着上述中央面板呈锥形的，而在挨近上述圆弧部位的终止处呈一个垂直段(CW1)；和B)将初次成形的端盖进行二次成形以减小圆弧部分半径，而同时要至少保持该垂直段的一部分(CW2)处于垂直状态。
2.如权利要求
1所述的方法，其中所述初次成形包括用一个带有环形的端部圆角的凸模(12)成形圆弧部位，该圆弧部位的半径值要大于在二次成形步骤中所产生的减小的半径值。
3.如权利要求
1所述的方法，其中至少要在二次成形过程的一部分步骤中要对着上述卡口壁的所述垂直段的至少一部分保持着夹紧力。
4.一个容器端盖包括A)一个中央底部面板(CP);B)一个接缝法兰在底部面板的径向向外并处于与该面板有一定偏离的平面内;C)一个第一侧壁(CW)由法兰向内伸出，并以一定角度向着底部面板延伸;D)一个第二侧壁由上述底部面板的圆周边伸出;E)一个下陷圆弧部分(R)与上述第一和第二侧壁相连接;和F)一个垂直侧壁部分(CW2)在第一侧壁之中。
5.一种用于由材料毛坯成形一种容器端盖的设备，该设备包括A)一个底座(60);B)一个模芯(65)携带于底座上，以便与该底座进行相对运动。C)一个凹模圈(63)由底座携带并与上述模芯同心，D)一个凸模芯(12)设置在对着上述模芯的位置，并可向着和离开模芯的方向移动;E)一个第一压力套筒(23)设置在对着上述凹模圈的位置上，并可以向着和离开凹模圈的方向上移动;F)所述凹模圈(63)与凹模芯(65)在径向具有一定间隙;和G)所述凸模芯(12)带有一个伸出的环形端部圆角部分(12b)，可以进入上述凹模芯和凹模圈之间的间隙内移动，以便在材料的板坯上成形出一个圆弧部分(R)。
6.如权利要求
5所述的设备，其中所述凹模圈(63)具有上，下端部;所述凸模芯具有一个伸出的下端;上述凹模圈的上端的一个侧壁表面(63c)和所述凸模芯的下端的外圆周侧壁(12d)的形状是互补的。
7.如权利要求
6所述的设备，其中所述凹模圈(63)的一个侧壁表面(63b)在其长度的一部分上是向下并向内呈锥形的，并终止于直的侧壁部分(63c);而凸模芯的圆周侧壁(12c)向下并向内呈锥形，并终止于直的侧壁部分(12d)。
专利摘要
一种用于成形带下陷圆弧部分R和卡口壁CW的容器端盖的方法，包括预成形圆弧部分和卡口壁，使卡口壁包含一个与圆弧部分相切的直的侧壁部分CW1，在直侧壁部分保持夹紧力和不受模具约束条件下二次成形以减小圆弧半径。为实现本方法的设备包括一个凸模芯12和一个与它相配合的带有为成形卡口壁和圆弧部分构成的互补几何形状的凹模圈63。成形出的制品端盖，在锥形侧壁部分和下陷圆弧部分之间有一段直的侧壁部分CW2。
文档编号B21D51/38GK87105611SQ87105611
公开日1988年5月11日 申请日期1987年8月11日
发明者约瑟夫·迪·布尔索, 詹姆斯·艾·麦克朗 申请人:雷迪康公司