专利名称：压制金属底壳的压模组件和方法
一般地说，本发明属于在压制金属罐头底壳成形过程中的一些新的和有用的改进，特别是属于一种只利用最少量的金属，满足容器内部所要求的压力同时又具有足够的强度所压制成的金属底壳件。这种金属底壳特别适用于包装充填碳酸气的饮料等。
本发明主题的底壳元件的特点是它有一个沉头坑，该沉头坑在工件侧壁面内围绕中心底板。早期开发的这种底壳公布在舒尔茨的专利中，可参阅1978年8月29日颁布的美国专利No.4109599。根据舒尔茨的专利，首先将一块铝底板在第一组工夹具中压制成壳体，然后送到第二组工夹具中，再将这种壳体形的中心底板相对周边接缝法兰轴向地送入，使金属围绕中心底板折弯形成要求的沉头坑。然而，这个专利的工夹具不能满足许多商业上的需要。
在舒尔茨发明之后，英国金属箱公司开发了不同的工夹具，最后在1986年2月25日授予了特洛布等人以No.4571978和于1986年8月19日No.4606472号美国专利。正当这些专利的工夹具的确能提供一套单一的工夹具来制造所要求的底壳时，俄亥俄州的卡顿雷迪康公司又开发了另外一种工夹具，其后布尔索，Jr.等人被授予美国专利No.4516420，4587825，4587826和4715208。根据这些专利，在其工夹具底部有凸模芯子，在形成底壳的壳体的过程中，凸模芯子沿周边外伸，因此就形成了所要求的沉头坑。在布尔索，Jr.4715208号专利中公布的这种工夹具得到了订货，并随之投入了试用。然而，按照这种工夹具进行工作，当压出壳体形的侧壁面时，工件侧壁下部有一圆柱形部分，而上部则为截头錐体形状。这样，这两部分彼此具有角度关系，并且沿着一条圆周线相交。当为了增加沉头坑的深度再次压制这种壳体时，工件侧壁的圆柱形部就被去除掉。然而，工件侧壁在上述相交线处仍被削弱，因此，在保持所要求的金属厚度的情况下，得不到商业上要求的底壳强度。
布尔索，Jr.等人No.4715208专利工夹具中所遇到的另一困难是，在压制壳体过程，金属是围绕凸模芯心底面的环形投影被拉伸的，结果造成在该区域金属变薄。
正如在舒尔茨专利中已清楚地说明那样，对于某一特定用途，金属底壳必需具有一定的弯曲强度。特别应指出的是，用于包装充填碳酸气饮料等的罐头的铝底壳的弯曲强度为90磅/平方英寸。不幸的是，具有选定壁厚和根据布尔索，Jr.等人的No.4715208专利压制出的铝坯料底壳的弯曲强度恰好低于90磅/平方英寸。
现在可以指出，在舒尔茨，特洛布等和布尔索，Jr.的专利中的工夹具和压制金属底壳的方法明显地是不同的。再者，使用这种工夹具是不同于舒尔茨方法的，他使用两套工夹具，而特洛布等人保持中心底板不动，利用外面的工夹具去压制壳体，此后就形成沉头坑，而布尔索，Jr.等人则利用凸模芯子形成沉头坑。
根据本发明，在使用布尔索，Jr.等人No.4715208专利的基本工夹具的同时，对其凸模芯子作了改进，以便去除工件侧壁下部的圆柱形部分和形成沉头坑。然而，当使用新的凸模芯子压制壳体时，凸模芯子在其壳体压制行程终点处与较低的凹模芯子相接触，夹紧壳体的中心底板，此后，当壳体的接缝法兰固定不动时，凸模芯子与凹模芯子向凸模芯子壳体压制运动的相反方向运动，并在它们之间夹紧中心底板，这样就可影响壳体金属围绕凹模芯子的折弯，从而形成所要求的沉头坑。通过改进布尔索，Jr.等人的工夹具，最终的底壳弯曲强度提高了2～3磅/平方英寸，因而使底壳的弯曲强度提高到商业生产所要求的数值。
另外，还发现，通过去除围绕由于在两个有角度关系的部分上初期压制工件侧壁而造成的沉头坑半径外端点的压痕，底壳因弯曲而破坏的倾向大大减少。再者，因为金属是围绕着布尔索，Jr.等人底壳上凸模芯子底部的半径拉伸的，因此，如在舒尔茨No.4109599专利中那样的沉头坑金属变薄的可能性可以排除。
再次，还发现，将预先成形与过渡到布尔索，Jr.等人的工夹具两者结合起来也不能使沉头坑的半径达到真实的半径。在布尔索，Jr.等人的壳体中，沉头坑半径稍微有点变形。
另一方面，与将中心底板紧紧地夹紧在凸模芯子和凹模芯子之间，和使工件侧壁保持面对其成型模并使凸模芯子和压模芯子一致地移动这种情况相反，还发现中心底板是保持对中的，并且金属从中心底板向各处流动，以使沉头坑均匀，这也与根据舒尔茨No.4109599专利，不夹紧中心底板的情况相反，而是象特洛布等人的专利中所说的那样，中心底板保持静止不动。
通过以上说明和以后要提到的其他一些事项，再参照下述详细的说明，附带的权利要求书和附图中所阐述的某些论述，可以更清楚地了解本发明的本质。
图1是一个局部剖面图，表示在压制工序开始时的工夹具情况，坯料是夹紧在其相应位置上的。
图2是与图1相似的一个剖面图，表示在坯料的周边部分拉伸之前的工夹具情况。
图3是另一个局部剖面图，表示正在压制底层壳体时的工夹具情况。
图4是另一个局部垂直剖面图，表示为了重新压制壳体和形成沉头坑，工夹具的运动情况。
图5是一个放大的局部垂直剖面图，是只取通过工夹具的一部分，它表示压制的壳体的一种特定形状。
图6是一个与图5相似的放大的局部剖面图，表示通过中心底板在凸模芯子与凹模芯子之间向上运动以形成沉头坑时，壳体重新成形的方式。
图7是一个与图1相似的局部剖面图，表示已完成的底壳从工夹具中移出的情况。
可以看出，本申请的图纸与布尔索，Jr.等人的No.4715208专利的图纸非常相似，所不同的是凸模芯子的形状和凸模芯子形状的变化对底壳成型方法的影响。因此，对于本发明有关的工夹具的进一步结构细节可以参考布尔索，Jr.等人的专利No.4715208。此外，本发明的工夹具可以用于传统的压力机中，如在雷格威的美国专利No.3902347中公布的那种压力机中。
现在来详细说明一下图，可以看出，从最顶上的中心开始，有一个凸模芯子10，它由一个内环(没有示出)驱动，凸模芯子10借助凸模芯子固定器(没有示出)固定在内环上。其次，在顶部，工夹具包含一个最外面的凸模芯子壳体12，它被一个外环(没有示出)，通过凸模壳体座圈14支承住。
在半径方向，凸模壳体12的内侧有一个初级压力套筒16，它有一个或更多个活塞(没有示出)排列在其上面，这些活塞被液体压力推动作用在压力套筒16上。可以想象，压力套筒16对于凸模壳体12和凸模芯子10是相对可以活动的。
工夹具还包括一个基座，它带有切削刃边18。在半径方向，在切削刃边18的内侧有一次级压力套筒20，它由液体支承在工夹具底座上，与凸模壳体12相对。
再在半径方向，内侧有一凹槽芯环22，它固定支承在底座上。在更内侧有一个脱模活塞24，它由液体支承在底座上，可单独运动。
凹模芯环22排列在初级压力套筒16的对面，而脱模活塞24则配置在凸模芯子10的周边对面。
凹模芯子26构成底座的加工区，凹模芯子26可由活塞(没有示出)驱动，相对于底座60运动。
现在来看看图5，可看出凹模芯子圆环22具有特定的几何形状，其上端为一切成圆角的凸头28，其内侧向下延伸为一錐形壁面30，最后下端结尾于一直的壁面32。
还可以看出，压力套筒16的下表面也是特殊形状的，它有一个凹下部分34，这个凹下部分通常与切成圆角的凸头28互补。
还可以看出，凸模芯子10的下部有一个錐形部分，它具有錐形的侧壁36，此侧壁与凹模芯子圆环22的錐形壁面30相对并与之平行。侧壁36大体上延伸到凸模芯子10的底面38，用小半径40与底面38连接。
最后，凹模芯子26有一个上表面42，它与凸模芯子10的表面38相对。凹槽芯子26有一圆柱形侧壁44，它与脱模活塞24相对。圆柱形侧壁44通过半径46与表面42连接。
现在来看看图1，可以看出，前述的金属壳体的坯料B(最好是铝)已经放入压力机中，它或者是薄板形的，或是从一金属卷材中出来的，并且夹紧在上下两半工夹具之间。特别应该指出，坯料B一方面夹紧在凸模壳体12和压力套筒20之间，另一方面又夹紧在压力套筒16和凹模芯子圆环22之间，同时凸模壳体12和压力套筒16向下运动，如箭头所示。
工夹具进一步前进使坯料B在切削刃边18上被冲压下来，接着沿着凹模芯子圆环22的顶部圆周将冲压的毛坯周边边缘弯折，形成一个可称为倒置的杯子，如图2所示。压下坯料的弯折周边边缘用标码50表示。
这里还应当注意，凸模芯子10前进到刚好与这个倒置的杯子中心部分的顶面接触。还应当注意凸模壳体12已经克服支持次级压力套筒20的液体压力，但凹模芯子圆环22是固定的，还停留在原地。
工夹具进一步前进的结果可在图3上看出，图中凸模芯子10继续沿箭头方向向下运动，并压下了凹模芯子26。这时，底壳的中心底板CP已经初步成形，图5的放大视图上可以很清楚地看到这点。
从图5可以看出，凸模芯子10的錐形壁面36已经与固定的凹模芯子圆环22一起形成了工件侧壁CW。还应注意，这时初级压力套筒16正在使，并已经使坯料压在凹模芯子圆环22的顶部，这样可在压制工序过程中控制金属，最后得到尺寸精确的、没有皱折的壁面。还应当注意，这时CW的上部壁面在这个阶段已经基本上达到其最后形状，并且不会改变，也不会受后续工序的影响。
特别要注意，凸模芯子10底面38的直径比凹模芯子26的顶面42大。这样，现在形成的中心底板CP的直径比其极限直径大。
现在来看看图6，可以看出，当工夹具达到图5的位置以后，圆环与凸模芯子10一起开始带着凸模芯子10脱离压力机基座。当它向上运动时，凹模芯子26接着也向上运动，如图6中箭头所清楚地表示那样。
当凸模芯子10与凹模芯子26协调一致地向上运动时，中心底板CP也向上运动，并且开始围绕凹模芯子26的顶部重新成形。接着，以前在凸模芯子10的半径40周围形成的半径52开始重新成形，直径减小。
当通过凸模芯子10与凹模芯子26的联合动作，中心底板CP继续向上运动时，在半径56的周围就形成半径54，半径54决定了中心底板CP的周缘。其最终结果是形成了一个沉头坑，通常用数字56表示，其下部决定于凹模芯子26顶部周围的环境条件。与此同时，工件侧壁CW的长度减小。最终的沉头坑56包括一个下部的弯曲部分58，它直接与其内侧的半径54相连接，并且在其外侧与工件侧壁CW的下边缘连接。
在不同的压制工序过程中，活塞24的上部与沉头坑56接合，使它成形。
最终的底壳一般用数字60表示，它包括一个外部接缝法兰62，法兰由工件侧壁CW连接，而工件侧壁CW由沉头坑56与直径减小了的中心底板CP连接。
现在，工夹具继续向上运动，直至工夹具下半部的不同部件达到其原来位置为止，如图7所示。底壳60现在由活塞24支承在工夹具底部的顶面上。
上部工夹具继续向上运动，直至出现一个足够的空间将压制完毕的底壳60取走，并放入一个新的坯料B。
对于用上述工夹具压制的底壳已经进行了许多试验，并且发现底壳始终具有所要求的纵弯曲强度，压制底壳方法和其最终结构所改变需要另外再提供2～3磅/平方英寸的弯折强度。
虽然这里只特别说明了这种工夹具的一种最佳实施方案及使用它的方法，然而应当理解，在不超出附录的权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，对工夹具以及使用它的方法作较小的变化是可以的。
权利要求
1.一种压制下述型式的金属底壳的方法，底壳包括半径方向上的一个外部接缝法兰，半径方向内侧向下倾斜的工件侧壁，一个中心底板和一个在中心底板轴向方向下端的，将所述工件侧壁与所述中心底板连接的沉头坑，所述的方法包括压制一个壳体的步骤，壳体包括所述的接缝法兰，所述的工件侧壁和所述的中心底板，中心底板是在最低位置上，并且通过一个半径与所述工件侧壁连接；利用一个外侧的凹模芯子圆环支承所述的法兰和所述的工件侧壁，将所述的中心底板夹紧在凸模芯子与凹模芯子之间，当在所述凹模芯子与所述凸模芯子之间夹紧所述中心底板时，在轴向一个方面相对移动所述外侧凹模芯子圆环，上述凹模芯子和所述凸模芯子轴向可相对移动上述中心底板和接缝法兰以缩短所述工件侧壁，从而根据下面和所述中心底板周围的情况，在所述中心底板与工件侧壁之间形成一个倒置的沉头坑。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于在压制所述沉头坑的过程中，所述中心底板的直径减小。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于所述凸模芯子和所述凹模芯子具有相对的，不同直径的表面，所述凸模芯子面直径是最大的，在压制所述沉头坑的过程中，所述中心底板的形状和大小从所述凸模芯子表面的形状和尺寸变换到凹模芯子面的形状和尺寸。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于所述凸模芯子和所述凹模芯子具有相对的，不同直径的表面，凸模芯子表面直径最大，在压制所述沉头坑的过程中，中心底板的形状和尺寸从所述凸模芯子表面的形状和尺寸，变换到凹模芯子表面的形状和尺寸，从而中心底板的直径被减小了。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于所述沉头坑具有U形横截面，它包括一个下部弯曲部分，它象所述工件侧壁的延续部分一样，直接与所述工件侧壁相连接，并通过半径与所述中心底板连接。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于所述沉头坑具有U形横截面，它包括一个下部弯曲部分，这个弯曲部分象工件侧壁的延续部分一样，直接与所述工件侧壁连接，并通过由所述凸模芯子决定的半径与所述中心底板连接。
7.压制罐头盒金属底壳的压模组件，其中所述金属底壳包括一个被沉头坑包围的中心底板，从所述沉头坑向上延伸的工件侧壁和半径方向的，与工件侧壁相接的外部接缝法兰;所述凹模组件包括使平板金属坯料成形，压制出外部接缝法兰的外侧工夹具，可相对所述外侧工夹具轴向移动的中心凸模芯子，它可与所述外侧工夹具一起，初压出一个壳体，该壳体包括缝接兰、工件侧壁和中心底板，中心底板轴向偏置并相对于接缝法兰凹槽，组件还包括一个凹模芯子与所述凸模芯子相配合，对着所述凸模芯子夹紧中心底板，组件还包括使凸模芯子和凹模芯子协调一致地在与所述凸模芯子以前的运动方向相反的方向运动的装置，当夹紧中心底板，反向折叠工件侧壁的下部，即可形成一个包围所述凹模芯子的沉头坑。
8.根据权利要求7的压模组件，其特征在于所述凸模芯子与凹模芯子具有不同直径的相对平面，在压壳阶段的中心底板直径比最终的底壳中的中心底板大。
9.根据权利要求8的压模组件，其特征在于所述凸模芯子具有截錐体形壁面，它通过半径直接与凸模芯子平面相连接，同时凹模芯子具有圆柱体形壁面，它通过半径直接与凹模芯子平面连接。
全文摘要
本发明涉及用于充填碳酸气饮料等的罐头金属底壳压制的专用工具，压制成型的底壳用沉头坑形式进行整体增强，这样当用薄金属压制时可增加这种底壳的弯折强度。以前也开发过压制这种底壳的工具，但底壳达不到要求的弯曲强度，经过改进，改变了凸模芯子形状，消除了底壳工件侧壁的圆柱体拉伸和起始的沉头坑。凸模芯子与凹模芯子一起夹紧底壳的中心底板，使它向成型方向相反的方向运动，并使工件侧壁下部的中心底板周边部分折弯成所要求的沉头坑。
文档编号B21D19/12GK1047232SQ9010372
公开日1990年11月28日 申请日期1990年5月19日 优先权日1989年5月19日
发明者托马斯·奥思曼斯克, 吉福里埃·得里斯登 申请人:大陆容器有限公司