专利名称：切割坯料的设备和方法
技术领域：
本发明涉及从金属带或金属板上切割坯料的设备和方法。
形成金属带或金属板所使用的操作可能造成结晶的各向异性。这种结晶的各向异性主要由碾压和退火产生。在碾压操作期间，金属晶体容易产生优先取向，在其后的退火操作中发生的重结晶过程中，金属晶体容易产生另一种优先取向。这种结晶的各向异性导致金属带或金属板中应力-应变关系的各向异性。当一块从金属带或金属板上切割下的坯料受到诸如冲压、器皿壁熨平或压制之类成形操作时，应变化会导致形成耳子和耳子间的凹部。
现在将说明在金属罐筒的制造过程中所使用的三种成形工艺，每种工艺所生产的工件都出现耳子。
在第一种工艺中，从金属带上切割下圆形坯料，对坯料进行冲压操作和随后的一或多次再冲压操作，从而成形金属罐筒筒体。
图1和图2表示一个在第二次再冲压操作后制成的典型罐筒筒体10的形状的例子。可以看到，罐筒筒体有一个卷边接合的法兰盘12，后者有四个由于金属带的各向异性而产生的耳子14。在每一对相邻的耳子14之间，有一个凹部。因为耳子14的存在会妨碍与罐筒盖形成合格的卷边接合，所以卷边接合的法兰盘12被修整到由圆形线16指示的形状。因此，耳子14的存在导致必须进行修整操作，并在修整操作中由于修去材料而形成浪费。
罐筒筒体在第二次再冲压操作后出现的耳子的数目部分取决于切割下坯料的金属板成形时所用的操作性质，部分取决于所用金属的类型。图3a、3b、4a、4b、5a、5b例示三种普通的图形。在图3a、4a、5a中，表示从金属板26、28、30中切割下的圆形坯料20、22、24。在每一幅图中，成形金属板时所用的碾压方向用箭头R指示，而形成耳子的方向用箭头E指示。图3b、4b、5b表示分别从坯料20、22、24成形的罐筒筒体32、34、36的平面图。在这些图中，耳子用参考编号38表示。
在图3a、3b表示的例子中，在相对于辗压方向45°、135°、225°和315°处形成耳子。在图4a、4b表示的例子中，在相对于辗压方向0°、90°、180°和270°处形成耳子。在图5a、5b表示的例子中，在相对于辗压方向0°、60°、120°、180°、240°和300°处形成耳子。在每个例子中，每对相邻耳子之间有凹部。
在制造金属罐筒所用的第二种工艺中，通过冲压操作，再冲压操作和器皿壁熨平操作从金属坯料成形金属筒筒体。在每一个冲压和再冲压操作中，工件利用冲头驱动通过模具，而后用脱模器从冲头上除下。在器皿壁熨平操作中，工件用冲头驱动通过一或多个器皿壁熨平模具，而后用脱模器除下。图6表示在器皿壁熨平操作后一个具有耳子42的罐筒筒体40的透视图。在每对相邻耳子42之间，有一个凹部。耳子42必须通过修整操作除去，这造成材料的浪费。在容器壁熨平操作之后，耳子容易影响脱模器的正常操作，而此种影影可能造成罐筒筒壁变形。
在第三种工艺中，通过冲压操作和一或多个再冲压操作从圆形金属坯料成形罐筒盖。图7表示典型的筒盖44的周边部分。筒盖44包括卡盘壁46、卷边结合盘48和筒盖卷边50。耳子通常存在于筒盖卷边50的自由端上，一般不可能利用修整操作除去耳子。为了将筒盖44连接到罐筒筒体上，筒盖44被安置在罐筒筒体的自由端上。而后，在第一次卷边结合操作中，筒盖44的卷边结合盘48和罐筒筒体的卷边法兰盘产生联锁。然后，在第二次卷边结合操作中，卷边结合盘和卷边法兰盘挤压在一起，形成一个双层卷边。
图8表示一个典型的双层卷边52。双层卷边52包括一个筒盖钩54和一个具有叠合部分58的筒体钩56。双层卷边的完整性取决于该叠合部分58的长度。筒盖卷边中耳子的存在导致叠合部分58长度的变化。通常，卷边结合盘和法兰盘的尺寸足以保证叠合部分58的最小长度能够获得高度完整的双层卷边。但是，对于某些用途来说，要求双层卷边的尺寸尽可能小。筒盖卷边中耳子的存在对于可能达到的最小尺寸产生限制。
如上所述，可以理解耳子的形成导致许多问题。
一种补偿耳子和凹部的形成的方法是利用不完全成圆形的金属坯料，这种坯料有几个凸出部，比如说四个、六个或八个，只要数目合适，用以对准抵消由于金属板的特性而形成的耳子和凹部。坯料的凸出部填满耳子之间的凹部。
在一种已知的切割带凸出部的坯料的方法中，人们使用一种已经磨削成凸出部形状的匹配的冲头和模具。这种方法的缺点是冲头的模具的生产存在困难，同时在制坯设备中冲头和模具位置的调准是困难而费时间的，因为冲头和模具的凸出部必须彼此精确地对准。
本发明的目的是提供一种从金属带或金属板上切割坯料的或改进的设备和新的或改进的方法。
依照本发明的一个方面，它提供一种从金属带或金属板切割坯料用的设备，该设备包括一个具有切割刃的冲头和一个具有切割刃的模具，模具的切割刃配置得与冲头的切割刃互相配合，其中，上述冲头的切割刃中有许多个沿周面分布的形成凸出部的区段，每个形成凸出部的区段是通过在上述冲头的切割刃中形成凹部来构成的，上述冲头和模具的配置是互相配合的，从而产生一个在对应于上述形成凸出部的区段位置的位置上具有凸出部的坯料。
当制作本发明设备用的冲头和模具时，与常规冲头和模具的制造相比，所需要的唯一增加的步骤是在冲头的切割刃中形成凹部，当使用设备时，可以用常规方式将冲头和模具安置在设备中。当切割坯料时，冲头切割刃中的凹部使凸出部得以形成。
依照本发明的另一个方面，它提供一种从金属带或金属板切割坯料的方法，该方法包括的步骤有，采用一个具有切割刃的冲头和一个具有切割刃的模具，模具的切割刃配置得与冲头的切割刃互相配合，在上述冲头的切割刃中有许多个沿周面分布的形成凸出部的区段，每个形成凸出部的区段是通过在上述冲头的切割刃中形成凹部来构成的，将金属带或金属板安置在冲头和模具之间，并使冲头和模具互相配合，以便从金属带或金属板上的切割坯料，该坯料在对应于上述形成凸出部的区段位置的位置上具有凸出部。
现在作为例子参考附图更详细地说明本发明其中图1是通过冲压和再冲压操作成形的罐筒筒体的截面图;
图2是图1罐筒筒体的平面图;
图3a、4a、5a表示从金属板切割下来的三块坯料;
图3b、4b、5b表示分别由图3a、4a、5a的坯料成形的罐筒筒体;
图6是通过冲压、再冲压和筒壁熨平操作成形的罐筒筒体的透视图;
图7是罐筒盖周边部分的截面图;
图8是双层卷边的截面图;
图9是实施本发明的切割坯料的设备中所用的冲头和模具的部分截面侧视图;
图10是图9中所示冲头的底视图;
图11是沿图10中线11-11截取的冲头截面图;
图12是例示图9的冲头中形成的一组凹部形状的图线;
图13是用图9的冲头和模具切割出的坯料的平面图;
图14是图13中坯料的侧视图;
图15是图13中坯料在压平后的平面图;
图16是实施本发明的设备中所用的另一种冲头的底视图;
图17是沿图16中线17-17截取的截面图;
图18是例示图16的冲头中形成的凹部形状的图线;
图19是使用图16的冲头成形的坯料压平后的平面图。
现在参考图9至11，图中表示组成制坯设备一部分的冲头110和模具111。在图9中，图示的冲头110和模具111正在从金属板113上切割下坯料112。
常规设计的模具111通常为圆环形。模具111的外表面包括圆环面114、圆柱部分115和凸环116，后者的作用是将模具111安置在制坯设备中。模具111的内表面为阶梯形柱面构型，它包括台阶部分117和凹进部分118。圆环面114和台阶部分117相交于圆形切割刃上。
冲头110通常为圆柱形，其表面包括与冲杆121结合的上平面120、圆柱体部分122和下表面123。圆柱体部分122与模具111的台阶部分117互补，其直径为D。圆柱体部分122和下表面123相交于切割刃上。
冲头110的切割刃上有四个形成凸出部的区段124。每个形成凸出部的区段124是通过在切割刃上形成凹部而构成的。每个凹部沿切割刃周边延伸，其跨越的角度稍小于90度，而形成凸出部的区段相互之间由没有形成凹部的切割刃部分隔开。如图11所示，每个凹部具有阶梯形构型。每个凹部具有恒定的宽度Z。但是，如图12的图线所示，凹部的深度Y是变化的。更具体地说，每个凹部具有两个直线部分，它们由一个圆角部分结合。但是，凹部的准确形状不是很严格的，作为替代的方法，深度可以按正弦形变化。在每个形成凸出部的区段124中，由于凹部而从冲头110的切割刃中缺去的的截面面积，是从形成凸出部的部分的端部向着它的中部逐渐地增大的。
图9表示利用冲头110和模具111从金属板113上切割下坯料112。当冲头110向下移动时，在每一个形成凸出部的区段内，冲头110的下表面123先啮合金属板113，而后冲头110的切割刃再啮合金属板113。因此，四个形成凸出部的区段124的凹部使得形成四个凸出部126。每个凸出部126从坯料112的总平面上向上弯曲。
图13至15表示坯料112的一个例子。如可以从平面图和端部图观察到的，坯料112具有恒定的直径D，它等于冲头110的圆柱体部分122的直径。如图15中所示，当坯料112被压平时，其直径在最小值D和最大值D+2(x-Z)之间变动，式中x由
给出。
冲头110和模具111适合于在制坯后成形操作期间在工件中容易产生四个耳子和四个凹部的金属板。当如此使用时，冲头110相对于金属板取向，使得四个凸出部形成在否则便会形成凹部的位置上。应该选择每个形成凸出部的区段上凹部的最大深度，以便尽可能准确地消除凹部。对于特定的用途，凹部的深度将取决于金属板的性能和坯料经受的成形操作的特点。
更一般地说，当希望生产尽可能完全地补偿耳子的带凸出部的坯料时，可以使用通常与冲头110相似的冲头，但形成凸出部的区段的数目等于否则会产生的凹部的数目。
在参考图9至12说明的冲头中，每个凹部的宽度是恒定的，但是深度是变化的。作为替代的方法，深度可以恒定而宽度可以变化。作为另一种替代的方法，每个凹部的深度和宽度可以从形成凸出部的区段中部的最大值同时变化到区段两端的零。在参考图9至12说明的冲头中，每个凹部具有阶梯形构型。但是，可以使用不同的形状。作为替代的方法，可以在相对于冲头下表面10度取向的平面内形成凹部。
参考图9至12说明的冲头和模具适用于随后经受各种成形操作的切割坯料。此种成形操作可以包括冲压、再冲压、器皿壁熨平和压制。
参考图9至12说明的冲头和模具适用于随后成形为各种产品的切割坯料。作为一个例子，一块用图9至12的冲头和模具切割的坯料可以通过冲压操作和随后的一或多次再冲压操作成形为一个罐筒筒体。作为另一个例子，这样一块坯料可以通过冲压操作、再冲压操作和器皿壁熨平操作成形为一个罐筒筒体。作为又一个例子，这样一块坯料可以通过冲压操作和随后的两次再冲压操作成形为一个罐筒盖。常规设备可以用来完成冲压、再冲压和器皿壁熨平操作。
虽然冲头10是通过参考制坯设备来说明的，但是体现本发明的冲头和模具可以构成下列设备的一部分，这种设备能够在设备的一次冲程期间完成制坯后的操作。例如，体现本发明的冲头和模具可以构成这样一种设备的一部分，这种设备在设备的一次冲程期间完成制坯操作后的冲压操作、再冲压操作和器皿壁压平操作。当体现本发明的冲头和模具被用于这样一种设备时，冲头具有上述方式的形成凸出部的区段，但是设备的其余部分具有常规的设计。
当一块从金属带切割的坯料接受成形操作时，可能产生耳子和凹部的尺寸相等的工件。这种工件的例子已经参考图1至图6受到讨论论。但是，对于某些类型的金属带来说，它们产生尺寸不等的耳子和凹部。通常，耳子和凹部的相对尺寸取决于金属带的各向异性的特性。
当各向异性的特性产生尺寸不等的耳子和凹部时，可以通过形成一种具有尺寸不等的凸出部的坯料的办法来提供补偿。图9至图11所示的冲头110可以通过在形成凸出部的区段中改变凹部深度的办法来产生这样一种坯料。
各向异性的特性可能是这样的，即一个从圆形坯料形成的工件具有能从补偿得到好处的大凹部和不需要补偿的小凹部。当使用具有这种类型的各向异性的金属带时，为了提供补偿，只要在对应于大凹部的位置上形成坯料的凸出部就足够了。例如，如果一个圆形坯料产生的工件具有两个沿直径相对的大凹部和两个沿直径相对的小凹部，通过在坯料中在沿直径相对的位置上提供两个凸出部就可以达到对凹部的充分补偿，凸出部安置在否则会形成大凹部的位置上。现在参考图16至18说明能够产生具有两个此种凸出部的坯料的冲头110，而图19表示用冲头1110产生的坯料1120。
图16至19一般与图10、11、12和15相似，类似的部件和零件用前面冠以数字“1”的同一参考编号表示。
如可以从图16和图17中见到的，冲头1110有两个沿直径相对的形成凸出部的区段1124。形成凸出部的区段中凹部深度的变化示于图18。在图19中示出一块用冲头1110产生的坯料1112，该坯料有两个沿直径相对的凸出部1126。
在本说明书中，用语“金属带或金属板”应当解释为包括由叠合的金属和塑料层成形的带材或板材。
权利要求
1.一种从金属带或金属板(113)切割坯料(112；1112)用的设备，该设备包括一个具有切割刃的冲头(110；1110)和一个具有切割刃的模具(111)，模具的切割刃配置得与冲头的切割刃互相配合，其特征在于，上述冲头的切割刃中有许多个沿周面分布的形成凸出部的区段(124；1124)，每个形成凸出部的区段是通过在上述冲头的切割刃中形成凹部来构成的，上述冲头和模具的配置是互相配合的，从而产生一个在对应于上述形成凸出部的区段(124；1124)位置的位置上具有凸出部(126；1126)的坯料(124；1124)。
2.一种如权利要求1所述的设备，其特征在于，在每个形成凸出部的区段(124;1124)中，由于凹部而从上述冲头中缺去的截面面积，是从形成凸出部的区段的端部向着它的中部逐渐地增大的。
3.一种如权利要求2所述的设备，其特征在于，在每个形成凸出部的区段(124;1124)中，凹部的截面具有阶梯形状。
4.一种如权利要求3所述的设备，其特征在于，在每个形成凸出部的区段(124;1124)中，凹部的宽度大体恒定，而凹部的深度从形成凸出部的区段的端部向它的中部逐渐增大。
5.一种如权利要求3所述的设备，其特征在于，在每个形成凸出部的区段中，凹部的深度是恒定的，而凹部的宽度从形成凸出部的区段的端部向它的中部逐渐增大。
6.一种如上述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于，形成凸出部的区段(124;1124)是由上述冲头的切割刃中未形成凹部的部分互相隔开的。
7.一种如上述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于，每个冲头110;1110)和模具(111)都具有大体圆形的切割刃。
8.一种从金属带或金属板(113)切割坯料(112;1112)的方法，该方法包括的步骤有，采用一个具有切割刃的冲头(110;1110)和一个具有切割刃的模具(111)，模具的切割刃配置得与冲头的切割刃互相配合，将金属板安置在冲头和模具之间。并使冲头和模具互相配合，以便从金属带或金属板上切割坯料(112;1112)，其特征在于，冲头的切割刃中有许多个沿周面分布的形成凸出部的区段(124;1124)，每个形成凸出部的区段是通过在上述冲头的切割刃中形成凹部来构成的，而坯料(112;1112)在对应于上述形成凸出部的区段位置的位置上具有凸出部(126;1126)。
9.一种如权利要求8所述的方法，其特征在于，在每个形成凸出部的区段(124;1124)中，由于凹部而从上述冲头中缺去的截面积，是从形成凸出部的区段的边缘向着它的中部逐渐地增大。的。
10.一种如权利要求8或权利要求9所述的方法，其特征在于形成凸出部的区段(124;1124)是由上述冲头的切割刃中未形成凹部的部分互相隔开的。
11.一种如权利要求8至10中任何一项所述的方法，其特征在于，还具有一个步骤，就是冲头(110;1110)相对于金属带或金属板(113)取向，使得在坯料(112;1112)的补偿位置上形成凸出部(126;1126)，该位置至少补偿一些在随后的金属加工操作期间容易形成的凹部。
12.一种如权利要求8至11中任何一项所述的方法，其特征在于，坯料随后经受冲压操作。
13.一种如权利要求8至11中任何一项所述的方法，其特征在于，坯料(112;1112)随后通过冲压操作和一或多个再冲压操作成形为一个罐筒筒体。
14.一种如权利要求8至11中任何一项所述的方法，其特征在于，坯料(112;1112)随后通过冲压操作、再冲压操作和一或多个器皿壁熨平操作成形为一个罐筒筒体。
15.一种如权利要求8至11中任何一项所述的方法，其特征在于，坯料(112;1112)随后通过冲压操作和一或多个再冲压操作成形为一个罐筒盖。
全文摘要
当从结晶各向异性的金属板切割坯料时，在随后的冲压或压制等成型操作期间易于形成耳子。为了补偿此种倾向，可以使用不完全圆形而在抵消耳子间凹部的位置处具有凸出部的金属坯料。本发明说明一种用于形成此种具有凸出部的坯料(112)的冲头(110)和模具(111)。冲头具有四个沿周面分布的形成凸出部的区段(124)，后者通过在冲头的切割刃中形成阶梯形凹部而构成，凹部的深度从区段中部的最大值变化到区段端部的零值。模具为常规形式。
文档编号B21D28/14GK1048993SQ9010481
公开日1991年2月6日 申请日期1990年7月23日 优先权日1989年7月26日
发明者波尔·鲍兹尼克 申请人:Gmb食品罐头公共有限公司