专利名称：用于形成罐壳体的方法和设备的制作方法
技术领域：
本申请涉及用于由金属板材或例如铝板材形成罐壳体的方法和设备，例如在美国专利 No. 4，713，958、No. 4，716，755、No. 4，808，052、No. 4，955，223、No. 6，658，911 和 No. 7，302，822中描述的方法和设备或加工工具。这些专利的公开内容在此通过引用而并入，以补充本申请的详细描述。
背景技术：
在这样的加工组件或设备中，已发现希望设备构造为在单次动作机械压制机中使用，例如在以上专利No. 4，955，223和No. 7，302，822中所描述的，且避免使用双动作机械压制机，例如在以上所述的专利No. 4，716，755和No. 6，658，911中所述的。单次动作高速压制机在构造方面是更简单的且更经济的，且在运行和维护中更经济且可有效地且高效地运行，例如以1. 75英寸的行程和650个行程每分钟的速度运行。在本领域的使用中也存在比双动作压制机更多的单次动作高速压制机。也已发现希望使设备或加工组件结合内压力套筒和外压力套筒且利用空气压力运行该两个套筒，但避免利用周向间隔开且轴向延伸的弹簧促动内部压力套筒，例如在专利No. 7，302，822中描述的，或避免利用周向间隔开且轴向延伸的销，例如在专利No 4，716，755中描述的。销和促动该销的单独活塞的高速轴向往复移动造成了不希望的另外的发热，且难于在内压力套筒上通过使用压缩弹簧产生可调整且可精确控制的轴向力。进一步希望具有通过外压力套筒在金属板材上施加的精确可控制的恒定力，以避免在压制机的高速运行期间使在外压力套筒和模具芯环之间的材料变薄。在内压力套筒上的精确可控制的空气压力对于在形成罐壳体的沉孔、板壁和中央板而不使金属板材变薄的同时保持罐壳体的卡盘壁(chuckwall)也是希望的。另外，希望最小化用于产生罐壳体的加工组件的竖直高度以容许在现场存在更多的单次动作高速压制机，且以更高的速度以更小的发热运行以避免使用水冷加工部件。在回顾以上发明之后，显而易见的是，这些发明都没有提供所有以上所述的希望的特征。
发明内容
本发明针对用于高速生产罐壳体的改进的方法和设备，且所述方法和设备提供了所有以上所述的希望的特征。本发明的加工组件也理想地适合于生产例如在专利 No. 7，341，163且在本申请人的公开的专利申请No. US-2005-0029269中公开的罐壳体，其公开内容在此通过引用并入。本发明的方法和设备或加工组件特别地适合于在单次动作压制机上使用，且用于以高速度产生均勻且精确的罐壳体且带有最小的发热，以避免在运行期间加工组件的热改变。根据本发明的一个示例性的实施例，通过加工组件形成罐壳体，所述加工组件包括位于环形外压力套筒内的环形内压力套筒，且两个套筒具有在对应的环形空气活塞室内的一体式活塞。外压力套筒支承在固定到安装在单次动作压制机的上模座上的上保持器的环形落料和拉伸模具内。保持器也支承模具中央活塞，所述模具中央活塞可支持相对轴向移动，且模具中央活塞支承内压力套筒内的模具中央冲压件。模具中央活塞具有限定空气存储室的中央部分，所述空气存储室通过端口被供给以受控的压力。空气存储室通过多个周向间隔开的伸长的空气通道连接到用于内压力套筒的空气活塞室。用于外压力套筒的空气活塞室通过在上保持器内的分开的端口供给以实质上更低的受控压力。内压力套筒具有环形鼻部分，所述环形鼻部分通常从模具中央位置突出，且所述环形鼻部分在外压力套筒和由安装在压制机的固定的下模座上的下保持器支承的相对的固定模具芯环之间的模具切割金属盘内开始杯形件的拉伸。内压力套筒的鼻部分和模具芯环具有配合的异形的(contoured)表面，所述表面形成盘上的环形卡盘壁，且模具中央冲压件与内压力套筒协作以完成由支承在模具芯环内的板冲压件接合的杯形件的拉伸。板冲压件具有周边的异形的表面，所述表面形成壳的中央板且也形成环形板壁和环形沉孔。在本发明的另一个实施例中，用于外压力套筒的空气活塞室通过延伸到空气存储室的空气通道连接，使得用于内压力套筒的空气活塞室和用于外压力套筒的空气活塞室接收相同的可控空气供给压力，因此避免了为运行上模座上的加工组件而需要处于不同压力下的两个不同的空气供给源。通过以下描述、附图和所附的权利要求书，本发明的其它特征和优点将是显而易见的。
图1是根据本发明构造且运行的加工组件的轴向截面图；图2是图1中示出的且根据本发明的变型或另一个实施例构造的加工组件的轴向截面图；且图3至图12是图1和图2中示出的加工组件的放大的断裂图，且图示了用于根据本发明生产壳体的逐次步骤。
具体实施例方式参考图12，明显放大的壳体15由厚度大约0. 0082英寸的金属板材或铝板材形成。 壳体15包括平的圆形中央板16，所述中央板16通过截头圆锥或渐缩的环形板壁部分17和大体上圆柱形的板壁部分18连接到环形沉孔19，所述沉孔19具有倾斜的或截头圆锥的内壁部分21和大致U形的横截面构造。沉孔19具有略微倾斜的环形外壁部分22，所述外壁部分22连接到环形下卡盘壁部分23和具有弯曲的横截面构造的上卡盘壁部分24。卡盘壁的弯曲的上壁部分M与具有向下弯曲的外周唇部四的冠部分观的倾斜的或截头圆锥的环形内壁部分26连接。壳体15的横截面构造或轮廓更具体地在申请人的以上所述的公开专利申请No.US-2005-0029269中公开。然而，本发明的方法和设备也可适合于生产具有不同轮廓的壳体。参考图1，加工组件35包括安装在单次动作机械压制机的上模座40上的环形上保持器38。保持器38具有圆柱形部分41，所述圆柱形部分41向上突出到上模座40的配合腔42内且限定了加压空气室44。环形落料和拉伸模具48具有向外突出的上凸缘部分 49，所述上凸缘部分49通过一组周向间隔开的螺钉51固定到保持器38。平的基础环形垫片(spacer) 52固定到落料和拉伸模具48的上凸缘部分且允许精确地将模具48相对于上保持器38轴向地间隔开。环形外压力套筒55被支承以用于在落料和拉伸模具48内轴向移动，且包括具有径向塑料减磨销57的一体地形成的活塞56。模具中央活塞60可被支承以用于在上保持器 38内轴向移动，且包括下部分62，所述下部分62支承通过中央盖螺钉66以可移除的方式固定到模具中央活塞60的模具中央冲压件65。平的基础环形垫片68定位在模具中央冲压件65和中央活塞60的下部分62上的肩部之间，以允许精确地选择模具中央冲压件在模具中央活塞60上的轴向位置。圆柱形加压空气存储室70形成在模具中央活塞60的中央位置内且在顶部处通过螺纹塞71封闭。存储室70通过形成在保持器38内的端口 74和形成在模具中央活塞60内的对齐的径向通道76接收加压空气。环形内压力套筒80被支承以用于在外压力套筒55内轴向移动，且包括一体式活塞82，该一体式活塞82被限制在轴向限定在活塞82和模具中央活塞60的下部分62上的径向肩部86之间的环形空气活塞室84内。空气活塞室84通过三个周向间隔开的空气通道88中的多个接收加压空气，所述空气通道88从肩部86轴向延伸到模具中央活塞60内的空气存储室70。适当的两件式空气密封环通过内压力套筒80的活塞82以及外压力套筒55的活塞56承载，以及通过模具中央活塞60的上部分承载。外压力套筒55的活塞56 限制在延伸到止动肩部90且与环形空气压力室91连通的环形空气压力室89内。室89和 91通过保持器38中的端口 92接收加压空气。加工组件35还包括固定的环形下保持器94，所述下保持器94安装在单次动作压制机的固定的下模座95上。下保持器94支承具有环形上部分99的固定的模具芯环98，且还支承限制了环形切割刃模具105的固定的环形保持器102。平的环形基础垫片107固定到保持器102以限制切割刃模具105，且设置成相对于模具芯环98的上环形部分99精确地轴向定位切割刃模具。环形下压力套筒110定位在切割刃105和模具芯环98的上部分99 之间，且具有一体式活塞112，该一体式活塞112被支承以在限定在下保持器94和模具芯环 98之间的环形加压空气室114内轴向移动。室114通过下保持器94的端口(未示出)接收加压空气。圆形板冲压件118限制在模具芯环98的上部分99内，且固定为与板冲压活塞122 一起轴向移动，所述板冲压活塞122支承在形成在模具芯环98内的阶梯形圆柱孔123内。 平的环形基础垫片126定位在板冲压件118和板冲压活塞122之间以设置成在活塞122上精确地轴向定位板冲压件118。适当的两件式空气密封环通过下压力套筒活塞112和板冲压活塞122承载，以形成滑动气密密封件。轴向延伸的空气压力通道127形成在板冲压活塞122的中央内，且通过交叉通道1 和环形室1 接收加压空气。通道127提供了向上通过板冲压件118内的中央开口 131的加压空气射流，以用于当接近压制行程结束时外压力套筒55向上移动而保持壳体15抵靠外压力套筒55，如在图12中示出的，以提供完整的壳体以常规方式的快速侧向移除。参考图2，修改的加工组件35’构造为与加工组件35相同除了上保持器38’内的空气存储室70通过连接到环形室91的通道135接收加压空气，所述环形室91通过端口 92 接收加压空气。该加压空气可在125psi至170psi的量级上，使得相同的空气压力施加到外压力套筒55的活塞56和内压力套筒80的活塞82上。与图1的加工组件35相比较，空气存储室70通过端口 74和通道76接收160psi至170psi的量级上的加压空气，而外压力套筒阳的活塞56通过端口 92接收80psi至90psi的量级上的加压空气。参考图3至图12的放大的断裂图，该示了加工组件35或35’与单次动作压制机的每个行程的运行，内压力套筒80具有鼻部分140，在上模座40的最初的向下行程和最终的向上行程期间所述鼻部分140通常从模具中央冲压件65的平的底表面向下突出。鼻部分140具有从底部弯曲端表面144延伸到倾斜的截头圆锥表面147的环形弯曲表面143。 外压力套筒55的底端具有略微弯曲或弓形的表面151，所述表面151与形成在模具芯环98 的上端部分99上的弓形冠表面153相对且配合。模具芯环98的上端部分99也具有倾斜的或截头圆锥的表面156、弯曲的环形表面158和弯曲的表面161，它们与内压力套筒80的底部上的对应的表面147、143和144相对且配合。板冲压件118具有被渐缩的或截头圆锥的表面164包围的平的顶部环形表面163， 大体上圆柱形表面166和外部渐缩的或截头圆锥的表面168，所述表面168与内压力套筒 80的鼻部分140上的端表面144相对。如在图3和图4中所示，当上模座40开始其向下行程时，落料和拉伸模具48与切割刃模具105协作以落料出薄金属板材或铝板材制成的大体上圆形盘170。上模座的连续向下行程导致盘170的环形部分以受控的压力夹在外压力套筒阳和模具芯环98之间，所述受控的压力通过抵抗外压力套筒55的活塞56的选择的空气压力来确定。盘170的外周边缘部分通过利用室114内的、抵抗下压力套筒110的活塞 112的选择的空气压力控制的夹紧压力使落料和拉伸模具48和相对的下压力套筒110的向下移动而围绕模具芯环98的上端部分被向下拉伸。如在图4和图5中示出，内压力套筒80的突出的鼻部分140开始从外压力套筒55 和模具芯环98内的盘170的一部分拉伸杯形部分C。上模座40的连续向下行程导致在盘 170的外部分在外压力套筒55、模具芯环95以及落料和拉伸模具48之间滑动的同时模具中央冲压件65与内压力套筒80协作以继续拉伸杯形部分C。如在图7和图8中所示，上模座40的连续向下行程导致模具中央冲压件65从内压力套筒80延伸直至杯形部分C接触板冲压件118的顶表面163。同时，内压力套筒80的底部的异形的表面143、144和147将盘170的中间环形部分靠着模具芯环98的异形的配合表面158、161和156夹紧，以形成壳体15的环形部分22、23、M和沈(图1 。壳体15的冠部分28和外卷边唇部分四利用外压力套筒阳的活塞56上的受控的力同时形成在模具芯环98上。当单次动作压制机的上模座40到达其向下行程的底部(图8)且活塞56在肩部 90上停止时，模具中央活塞60上方的室44内的受控的空气压力允许模具中央活塞60和模具中央冲压件65略微向上移动例如大约0. 10英寸。在一些压制过程中，这保证所有最终壳体15的总高度总是恒定且均勻的。在更精确地控制的压制过程中，模具中央活塞60可固定到保持器38或38，。当模座40开始向上行程(图9)时，模具中央冲压件65同板冲压件118 —样向上移动，同时内压力套筒80维持受控的恒定压力以保持壳体部分22至M和沈在内压力套筒80和模具芯环98上的配合表面之间。内压力套筒80的该受控压力被维持，而板冲压件 118通过由板冲压件活塞122施加的力向上移动，使得表面164、166和168形成壳体15上的环形部分17、18、19和21，如在图11中示出。随着上模座40继续其向上行程，作为通过板冲压件118内的孔131向上向板壁16引导的空气射流的结果，完整的壳体15从模具芯环98和板冲压件118向上移动，且外压力套筒55向上移动。加工组件35或35’的构造和运行已发现提供了在第1页中所述的主要的且希望的特征和优点。例如，紧凑的加工组件适合于在单次动作机械压制机上运行，且加工组件的降低的总高度使得加工组件可在本领域中存在的大多数单次动作高速压制机中使用。作为另一个重要的优点，模具中央活塞60内的空气存储室70和一组周向间隔开的空气通道88 允许在活塞室84内使用更低压力的空气，且内压力套筒80的活塞82上的更低压力的空气降低了在高速运行期间加工组件的上部分内的发热，使得加工组件生产更均勻和精确的壳体。存储室70和通道88内的加压空气也作为空气弹簧起作用。这些空气弹簧不仅降低了发热，而且允许精确地选择施加在内压力套筒80的活塞82上的弹性力，以保证在盘 170上通过内压力套筒80的相对于固定的模具芯环98的希望的精确的夹紧力。加工组件 35也允许使用通向外压力套筒55的活塞56的更低压力的空气供给源，例如80psi至90psi 的压力的空气供给源，且在外压力套筒上的精确地控制的更低的空气压力避免了在杯形部分C形成期间当金属板材在外压力套筒55、模具芯环98和落料和拉伸模具之间滑动时金属板材的延展。如在图5中所示，通过内压力套筒80的鼻部分140在模具中央活塞65下方的正常突出使得鼻部分开始杯形部分C的形成提供了另外的优点。鼻部分140也保证了壳体15 的环形部分22至M和沈的精确形成而无褶皱，且在板冲压件118的向上移动期间在精确形成板壁部分17和18和形成包括倾斜的壁部分21的沉孔19期间，这些壳体部分牢固地保持在内压力套筒80和模具芯环98的配合表面之间，如在图10中示出。以上的优点当在以例如压制冲程大约1. 75英寸的650冲程每分钟的高速度的单次动作压制机中运行工具组件时是特别希望的。虽然在此描述的设备或加工组件及其运行方法形成了本发明的优选实施例，但应理解的是本发明不限制于以上所述的加工组件和方法步骤，且在不偏离本发明的如在所附权利要求中限定的精神和范围的情况下，可以在其中做出改变。
权利要求
1.一种在单次动作机械压制机中由平的金属板材形成杯状圆形罐壳体的方法，所述壳体包括通过环形板壁连接到具有大致U形横截面构造的环形沉孔的中央板，且所述沉孔通过倾斜的环形卡盘壁连接到环形冠，所述方法包括如下步骤从所述板材落料出盘，将所述盘的环形部分夹持在环形模具芯环和相对的环形外套筒之间，使所述盘的环形内部分仅与布置在外压力套筒内的环形内压力套筒的突出的环形鼻部分接合，仅利用所述内压力套筒的所述鼻部分开始在所述外压力套筒内进行杯形件的拉伸，然后使所述盘的中央部分与所述内压力套筒内的模具中央冲压件接合，继续拉伸所述杯形件，直至所述内压力套筒抵靠着所述模具芯环夹紧所述盘的倾斜的环形部分并形成所述卡盘壁，利用抵靠着所述模具芯环内的板冲压件的所述模具中央冲压件压制所述盘的所述中央部分，所述板冲压件包括具有用于形成所述沉孔和板壁的轮廓的周边部分，利用所述模具中央冲压件和所述板冲压件继续拉伸所述盘的所述内部分以完成所述杯形件，和在继续将所述卡盘壁夹紧在所述内压力套筒和所述模具芯环之间的同时，使所述板冲压件和所述模具中央冲压件反向，以利用所述板冲压件的所述周边部分形成所述中央板和所述板壁及沉孔。
2.根据权利要求1所述的方法，包括如下步骤在所述内压力套筒上形成弯曲的端表面且在所述模具芯环上形成相对的且配合的弯曲的端表面，以形成卡盘壁的弯曲部分。
3.根据权利要求1所述的方法，包括如下步骤在支承所述模具中央冲压件的模具中央活塞的中央部分内形成空气存储室，在所述模具中央活塞和所述模具中央冲压件之间且在所述外压力套筒内形成环形第一空气活塞室，在所述空气活塞室内定位与所述内压力套筒成一体的环形活塞，利用所述模具中央活塞内的多个周向间隔开的通道将所述空气存储室连接到所述空气活塞室，以及通过所述通道将可控空气压力供给到所述空气存储室和所述空气活塞室。
4.根据权利要求3所述的方法，包括如下步骤将环形垫片布置在所述模具中央冲压件和所述内压力套筒上的活塞之间，以精确地选择所述内压力套筒的所述环形鼻部分从所述模具中央冲压件的轴向突出。
5.根据权利要求3所述的方法，包括如下步骤支承所述模具中央活塞以在安装在所述压制机的上模座上的上保持器内轴向移动，以及在所述模具中央活塞和所述上模座之间形成空气压力室。
6.根据权利要求3所述的方法，包括如下步骤将所述模具中央活塞内的所述空气存储室连接到围绕所述模具中央活塞的环形第二空气活塞室，将与所述外压力套筒成一体的环形活塞定位在所述环形第二空气活塞室内，以及将相同的可控空气压力通过空气存储室供给到用于所述外压力套筒上的活塞的所述环形第一空气室和用于所述内压力套筒上的活塞的所述环形第二空气活塞室。
7.根据权利要求3所述的方法，包括如下步骤形成带有一体式活塞的所述外压力套筒，且将所述内压力套筒和对应的一体式活塞定位在所述外压力套筒内以用于从所述空气存储室接收相同的加压空气。
8.一种用于在机械压制机中由平的金属板材形成杯状圆形罐壳体的方法，所述壳体包括通过环形板壁连接到具有大致U形横截面构造的环形沉孔的中央板，且所述沉孔通过倾斜的环形卡盘壁连接到环形冠，所述方法包括如下步骤在环形落料和拉伸模具与环形切割刃之间从所述板材落料出盘，将所述盘的环形部分夹持在环形模具芯环和相对的环形外套筒之间，所述环形外套筒具有环形活塞且围绕模具中央活塞，将环形内压力套筒定位在外压力套筒内，且所述内压力套筒具有在围绕所述模具中央活塞的环形空气活塞室内的环形活塞，在所述模具中央活塞内形成空气存储室，利用所述模具中央活塞内的多个周向间隔开的伸长的空气通道将所述空气存储室连接到用于所述内压力套筒的所述环形空气活塞室，利用所述内压力套筒和在所述内压力套筒内的模具中央冲压件拉伸所述盘的在所述外压力套筒内的内部分，以形成杯形件，利用抵靠着所述模具芯环内的板冲压件的所述模具中央冲压件压制所述杯形件的中央部分，所述板冲压件包括具有用于形成所述沉孔和板壁的轮廓的周边部分，利用所述内压力套筒抵靠着所述模具芯环夹紧所述杯形件的倾斜的环形部分，以形成所述卡盘壁，和在继续将所述卡盘壁夹紧在所述内压力套筒和所述模具芯环之间的同时，使所述板冲压件和所述模具中央冲压件反向，以利用所述板冲压件的所述周边部分形成所述沉孔和所述中央板。
9.根据权利要求8所述的方法，包括如下步骤在所述内压力套筒上形成端表面且在所述模具芯环上形成带有配合的弯曲表面的相对的端表面，以形成所述卡盘壁的对应的弯曲部分。
10.根据权利要求8所述的方法，包括如下步骤将可控空气压力供给到所述空气存储室和用于所述内压力套筒的所述环形空气活塞室，且将可控的实质上更低的空气压力供给到用于所述外压力套筒的空气活塞室。
11.根据权利要求8所述的方法，包括如下步骤将所述模具中央活塞内的所述空气存储室与延伸到围绕所述模具中央活塞的环形空气室的空气通道连接，将所述外压力套筒上的所述环形活塞定位在围绕所述模具中央活塞的环形空气活塞室内，和通过所述空气存储室和空气通道将相同的受控空气压力供给到用于所述外压力套筒上的活塞的环形空气室和用于所述内压力套筒上的活塞的环形空气室。
12.一种用于利用机械压制机由平的金属板材形成杯状圆形罐壳体的设备，所述壳体包括通过环形板壁连接到具有大致U形横截面构造的环形沉孔的中央板，且所述沉孔通过倾斜的环形卡盘壁连接到环形冠，所述设备包括由所述压制机的模座支承的环形保持器，具有空气存储室且支承在所述保持器内的模具中央活塞，所述保持器与所述模具中央活塞协作以在所述保持器和所述模具中央活塞之间限定环形第一空气活塞室，安装在所述保持器上且围绕所述模具中央活塞的环形落料和拉伸模具，所述模具中央活塞支承模具中央冲压件，在所述落料和拉伸模具内的环形外压力套筒，所述环形外压力套筒具有在所述第一空气活塞室内的环形活塞，在所述外压力套筒和所述模具中央活塞的一部分之间限定了环形第二空气活塞室， 在所述外压力套筒和所述模具中央冲压件之间的环形内压力套筒，所述环形内压力套筒具有在所述第二空气活塞室内的环形活塞，和在所述模具中央活塞内的多个周向间隔开的伸长的空气通道，所述空气通道将所述空气存储室连接到所述第二空气活塞室，并且与所述空气存储室协作以在所述内压力套筒上产生受控空气弹簧力。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述内压力套筒包括异形的环形鼻部分，当所述设备处于静止时所述环形鼻部分从所述模具中央冲压件轴向突出。
14.根据权利要求13所述的设备，包括在所述模具中央冲压件和所述内压力套筒上的所述活塞之间的环形垫片，以用于精确选择所述内压力套筒的所述环形鼻部分从所述模具中央冲压件的轴向突出。
15.根据权利要求12所述的设备，其中所述空气存储室通过空气通道连接到所述第一空气活塞室和所述保持器内的端口，以将相同的可控加压空气通过所述存储室供给到所述第一空气活塞室和所述第二空气活塞室两者。
16.根据权利要求12所述的设备，包括所述保持器内的用于将可控加压空气供给到所述空气存储室和所述空气通道的第一端口，和所述保持器内的用于将压力实质上更低的加压空气供给到用于所述外压力套筒的所述第一空气活塞室的第二端口。
全文摘要
罐壳体利用安装在单次动作机械压制机上的加工工具生产，且加工工具包括支承落料和拉伸模具的上保持器，落料和拉伸模具包围外压力套筒和围绕模具中央冲压件的内压力套筒，它们都具有空气促动的活塞。模具中央活塞具有通过形成用于内压力套筒的空气弹簧的空气通道连接的空气存储器，且外压力套筒接收与存储器相同的可控空气或低压空气供给。内压力套筒具有突出的鼻部分，所述鼻部分开始盖的拉伸且具有与模具芯环上的对应的表面配合的异形的表面，以在向下行程期间形成且夹紧壳体的卡盘壁。在压制机的向上行程期间，下板冲压件形成了壳体的中央板、板壁和沉孔。
文档编号B21D22/21GK102176989SQ200980140308
公开日2011年9月7日 申请日期2009年10月1日 优先权日2008年10月9日
发明者R·彼得·斯托德 申请人:容器开发有限公司