Изготовление жестяной банки

Изготовление жестяной банки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к изготовлению металлических чаш и, в частности (без ограничений), к металлическим чашам, пригодным для изготовления металлических контейнеров, состоящих из двух частей.

Предшествующий уровень техники

В документе US 4095544 (National Steel Corporation) от 20.06.1978 описаны подробности традиционных процессов вытяжки и выглаживания (DWI) и вытяжки и повторной вытяжки (DRD) для изготовления секций в виде чаш для использования при изготовлении металлических контейнеров из двух частей (Следует отметить, что в Соединенных Штатах Америки DWI как правило обозначается D&I). Под термином «состоящий из двух частей» подразумевается i) секция в виде чаши и ii) крышка, которая будет затем прикреплена к открытому концу секции в виде чаши для формирования контейнера.

При обработке DWI (D&I) (как показано на фиг.6-10 US 4095544) плоская (как правило) круглая заготовка, штампованная из рулона металлического листа, подвергается операции вытяжки через вытяжной штамп, под действием пуансона, для формирования неглубокой чаши первого этапа. Данная начальная фаза вытяжки не приводит к какому-либо намеренному утончению заготовки. После этого чаша, которая как правило установлена на концевую поверхность близко прилегающего пуансона или штока, проталкивается через одну или несколько кольцевых матриц вытяжки стенки с утончением в целях осуществления уменьшения толщины боковой стенки чаши, таким образом, приводя к удлинению боковой стенки чаши. Сам по себе процесс вытяжки не приведет к каким-либо изменениям в номинальном диаметре чаши первого этапа.

Фиг.1 изображает распределение металла в корпусе контейнера в результате традиционной обработки DWI (D&I). Фиг.1 является лишь иллюстративной и не отражает точных масштабов. На фиг.1 обозначены три участка.

Участок 1 представляет не подвергнутый вытяжке с утончением материал основания. Он сохраняется примерно на ту же толщину, что и входной размер заготовки, т.е. на толщину не влияют отдельные операции по изготовлению традиционного процесса DWI.

Участок 2 представляет подвергнутый вытяжке с утончением средний участок боковой стенки. Его толщина (и, таким образом, количество требуемой вытяжки с утончением) определяется внешним видом, необходимым для корпуса контейнера.

Участок 3 представляет подвергнутый вытяжке с утончением верхний участок боковой стенки. Как правило, при изготовлении жестяных банок, этот вытянутый верхний участок имеет толщину, составляющую от 50 до 75% входного размера.

При обработке DRD (как показано на фиг.1-5 в US 4095544) используется такая же технология вытяжки для формирования чаши первого этапа. Однако вместо выполнения процесса вытяжки с утончением чаша первого этапа затем подвергается одной или нескольким операциям повторной вытяжки, которые постепенно уменьшают диаметр чаши и, таким образом, удлиняют боковую стенку чаши. Сами по себе, большинство традиционных операций повторной вытяжки не предназначены для какого-либо изменения толщины материала чаши. Однако, взяв за пример корпуса контейнеров, полученные при помощи традиционной DRD обработки, на практике, как правило, возникает небольшое утолщение наверху законченного корпуса контейнера (порядка 10% или больше). Такое утолщение является естественным результатом процесса повторной вытяжки, и объясняется эффектом сжатия материала при повторной вытяжки из чаши большего диаметра до чаши меньшего диаметра.

Следует отметить, что существуют альтернативные известные DRD обработки, при помощи которых достигается уменьшение толщины боковой стенки чаши при помощи использования вытяжных штампов малого или составного радиуса для утончения боковой стенки путем растяжения на этапах вытяжки и повторной вытяжки.

Альтернативно, комбинация вытяжки с утончением повторной вытяжки может быть использована для чаши первого этапа, которая снижает как диаметр чаши, так и толщину боковой стенки. Например, в области изготовления металлических контейнеров (банок), состоящих из двух частей, корпус контейнера, как правило, изготавливается путем вытяжки заготовки до чаши первого этапа и подвергания чаши ряду операций повторной вытяжки до получения корпуса контейнера желаемого номинального диаметра, за этим следует вытяжка боковых стенок для обеспечения желаемой толщины и высоты боковой стенки.

Однако обработки DWI (D&I) и DRD, используемые в крупных коммерческих масштабах, имеют серьезные ограничения в том, что они не действуют для снижения толщины (а следовательно, веса) материала в основании чаши. В частности, вытяжка не приводит к снижению толщины объекта, подвергнутого вытяжке, а вытяжка с утончением воздействует лишь на боковые стенки чаши. В основном, для известных обработок DWI (D&I) и DRD для изготовления чаш для контейнеров, состоящих из двух частей, толщина основания остается практически не отличающейся от входного размера заготовки. В результате, основание остается намного толще, чем требуется в целях исполнения.

Индустрия металлической упаковки является сильно конкурентной, и снижение веса является основной задачей, поскольку это снижает стоимость транспортировки и сырья. В виде примера, около 65% стоимости производства металлического пищевого контейнера, состоящего из двух частей, составляет стоимость сырья.

Таким образом, существует необходимость в увеличении легковесности участков металлической чаши экономичным образом. Следует отметить в этом документе, что термины «участок чаши» и «чаша» взаимозаменяемы.

Раскрытие изобретения

Соответственно, согласно первому объекту изобретения обеспечивается способ изготовления металлической чаши, причем способ изготовления включает следующие операции:

i. операция растяжения, включающая захват чаши, имеющей боковую стенку и выполненное с ней как одно целое основание, при этом чаша изготовлена из металлического листа, зажатия кольцевой области на одной или обоих из боковой стенки и основания, для образования замкнутого участка, который включает в себя все или часть основания, и деформацию и растяжение по меньшей мере части основания, которая лежит в пределах замкнутого участка так, чтобы таким образом увеличивать площадь поверхности и снижать толщину основания, при этом кольцевое зажатие способно ограничить или предотвратить поток металла из зажатой области в замкнутый участок в ходе этой операции растяжения;

ii. операция вытяжки, включающая вытяжку чаши для вытягивания и перемещения наружу материала растянутого и утонченного основания. В целях данного документа, «операция вытяжки», указанная выше, время от времени называется «операция вытяжки после растяжения» для обозначения того, что она осуществляется после операции растяжения.

Способ в соответствии с изобретением обладает преимуществом (над известными процессами), заключающимся в том, что при нем достигается изготовление чаши, имеющей основание, которое тоньше, чем входной размер металлического листа до операции растяжения, и не возникает потерь или лишних трат металла. При применении для изготовления контейнеров, состоящих из двух частей, изобретение обеспечивает экономию затрат порядка нескольких долларов на 1000 контейнеров по отношению к существующим технологиям изготовления.

Операция растяжения является основной для достижения утончения основания чаши относительно входного размера металлического листа. Увеличенная площадь поверхности основания, получающаяся в результате операции растяжения, обеспечивает «излишек материала». Этот «излишек материала» вытягивается и перемещается наружу благодаря последующей операции вытяжки.

Наиболее предпочтительно операция вытяжки предназначена для натяжения и перемещения материала растянутого и утонченного основания в боковую стенку. Это обеспечивает преимущество в увеличении как высоты боковой стенки, так и замкнутого объема чаши. Как сказано при описании предшествующего уровня техники, толщина боковой стенки оказывает критическое влияние на рабочие характеристики чаши, используемой для корпуса контейнера (жестяной банки). Данный объект изобретения обладает преимуществом в перемещении материала в критическую с точки зрения эксплуатации часть чаши (т.е. боковую стенку), при этом минимизируя толщину и вес основания чаши.

Для обеспечения того, что материал основания будет растягиваться и утончаться в ходе операции растяжения, чаша зажимается достаточно для ограничения или предотвращения потока металла от зажатой области в замкнутый участок в ходе операции растяжения. Если зажимающие нагрузки являются недостаточными, материал из зажатой области (или снаружи от зажатой области) будет просто перетекать в замкнутый участок (который включает в себя все основание или его часть), вместо того, чтобы замкнутый участок (а, следовательно, и основание) подвергался утончению. Оказалось, что растяжение и утончение, тем не менее, могут возникать при допущении перетекания ограниченного количества материала из зажатой области (или снаружи от зажатой области) в замкнутый участок, т.е. когда поток металла сдерживается, а не предотвращается полностью. Последующий переход растянутого и утонченного материала основания наружу и к боковой стенке в ходе операции вытяжки после растяжения, лучше проиллюстрирован в вариантах осуществления изобретения, показанных на прилагаемых чертежах (см., в особенности, фиг.12c и 12d).

Способ в соответствии с изобретением, в частности, подходит для использования в производстве металлических контейнеров, при этом конечная полученная чаша используется в качестве корпуса контейнера. Операция вытяжки, выполняемая на растянутой чаше, может включать два или более этапов вытяжки для осуществления постепенного уменьшения диаметра чаши и увеличения высоты боковой стенки. Более того, чаша может также подвергаться операции вытяжки как для утончения, так и для увеличения высоты боковой стенки и, таким образом, максимизации замкнутого объема конечной получаемой чаши. Конечная получаемая чаша может быть преобразована в закрытый контейнер путем крепления крышки к открытому концу чаши. Например, конец металлической крышки может быть соединен с открытым концом конечной получающейся чаши (см. фиг.15).

Способ в соответствии с изобретением подходит для использования в чашах, которые могут иметь как круглое, так и некруглое сечение. Однако он более эффективен для круглых чаш.

Одним из способов минимизации материала в основании участков чаш, изготавливаемых при помощи традиционных процессов DWI и DRD является использование исходной заготовки более тонкого размера. Однако стоимость белой жести за тонну возрастает с уменьшением размера. Данное увеличение объясняется дополнительными затратами на прокат, зачистку и лужение более тонкой стали. Принимая во внимание также расход материала в ходе изготовления контейнера, состоящего из двух частей, изменение в общей себестоимости изготовления контейнера в зависимости от входного размера материала, выглядит как график, показанный на фиг.2. Этот график демонстрирует, что с точки зрения затрат переход на самый тонкий исходный материал необязательно ведет к снижению затрат. По существу, существует наиболее дешевый размер материала для любого контейнера с заданной толщиной боковой стенки. На графике также показан эффект снижения толщины верха и средних участков стенки контейнера при снижении по кривой затрат. На фиг.3 изображен тот же график, основанный на действительных данных для жести типа, обычно используемого при изготовлении жестяных банок, поставляемой из Великобритании. Для материала, показанного на фиг.3, 0,285 мм представляет оптимальную толщину с точки зрения затрат, при этом использование более тонкого исходного материала повышает общую себестоимость производства жестяной банки.

График на фиг.3 в процентном отношении показывает увеличение общей стоимость на 1000 банок при отклонении от оптимального входного размера толщины, составляющего 0,285 мм.

Конечная получающаяся чаша в соответствии с изобретением обладает преимуществами более тонкого (и поэтому более легкого) основания. Также, в зависимости от используемой операции вытяжки, растянутый и утонченный материал, перемещенный наружу от основания, может способствовать максимизации высоты боковой стенки. Таким образом, изобретение обеспечивает увеличенный объем замкнутой чаши для данного количества металла - относительно известных способов изготовления участков чаш для контейнеров, состоящих из двух частей. Дополнительно, стоимость изготовления каждого контейнера (на основании стоимости за тонну или объема единицы) снижается, поскольку изобретение позволяет использовать более толстый (а следовательно - более дешевый) входной размер материала для металлического листа, используемый для формирования чаши.

Под зажатием «кольцевой области» подразумевается, что один или оба элемента из боковой стенки и основания зажимаются либо непрерывно или на разнесенных интервалах, кольцевым образом. Несмотря на то что можно зажать только боковую стенку, а не основание (см. фиг.9), предпочтительно, чтобы кольцевое зажатие включало зажатие кольцевой области на основании чаши (замкнутый участок, в таком случае, является той частью основания, расположенной радиально внутри относительно зажатой области) (см. фиг.6а и 6b).

Проводились попытки использовать зажимные приспособления, содержащие зажимной элемент в форме круглого кольца, имеющего тонко отполированную зажимающую поверхность, прижимаемую к кольцевой области основания чаши. Однако оказалось, что при сниженных зажимающих нагрузках можно получить тот же растягивающий эффект, при использовании зажимного элемента с текстурованной поверхностью. Текстурирование создает эффект придания зажимающей поверхности шероховатости и, таким образом, увеличивает эффективность захвата зажимным элементом кольцевой области основания для данной зажимающей нагрузки. Текстурированный зажимной элемент, таким образом, способен лучше ограничивать или предотвращать поток металла от зажатой области в ходе операции растяжения. В виде примера, шероховатость зажимающей поверхности была придана путем подвергания изначально гладкой зажимающей поверхности электроэрозионной обработке, которая эродирует зажимающую поверхность для образования разъеденной, шероховатой поверхности.

В одной форме зажатие может традиционно достигаться путем зажатия противоположных поверхностей боковой стенки или/и основания чаши между соответствующими противоположными первым и вторым зажимными элементами, при этом как первый, так и второй зажимные элементы имеют зажимную поверхность, свободную от геометрических неровностей. Например, рассматривая случай зажатия основания чаши (а не боковой стенки), первый и второй зажимные элементы могут традиционно иметь полностью плоские гладкие зажимные поверхности. В альтернативном примере, рассматривая случай зажатия боковой стенки чаши цилиндрической формы (а не основания), первый и второй зажимные элементы могут традиционно иметь цилиндрические зажимные поверхности соответствующего профиля. Однако оказалось, что ввод геометрических неровностей в противоположные зажимные поверхности первого и второго зажимных элементов обеспечивает улучшенное зажатие при уменьшении нежелательного скольжения или вытягивания материала в ходе операции растяжения. Это также обеспечивает преимущество в уменьшении зажимных усилий, требуемых в ходе операции растяжения для достижения желаемого количества растяжения основания. Под «геометрическими неровностями» понимаются структурные особенности в соответствующих зажимных поверхностях первого и второго зажимных элементов, которые, когда зажимные элементы используются для зажатия противоположных поверхностей металлического листа чаши, воздействуют на металл для прерывания потока металла между зажимными элементами при приложении растягивающего усилия.

В одной форме геометрические неровности могут быть выполнены путем выполнения поверхности первого зажимного элемента с одним или несколькими утолщениями, ребрами или уступами, которые, при использовании, загоняют металл зажатой кольцевой области внутрь соответствующего одного или нескольких рельефных элементов, выполненных на поверхности второго зажимного элемента. Рельефные элементы традиционно выполнены как вырезы или углубления в зажимной поверхности, имеющие такие формы и размеры, чтобы вмещать одно или несколько утолщений, ребер или уступов. При использовании первый и второй зажимные элементы будут зажимать противоположные поверхности боковой стенки или основания, при этом воздействие одного или нескольких утолщений, ребер или уступов и соответствующих одного или нескольких рельефных элементов заключается в прерывании потока металлического листа чаши между первым и вторым зажимными элементами при приложении растягивающего усилия. Это прерывание потока металла позволяет улучшить эффективность зажатия для данного зажимающего усилия по сравнению с простым зажатием чаши между первым и вторым зажимными элементами, имеющими полностью гладкие зажимные поверхности. Оказалось преимущественным предусмотреть достаточный зазор между одним или несколькими утолщениями/ребрами/уступами и соответствующим одним или несколькими рельефными элементами для избегания защемления или чеканки металла, поскольку это помогает минимизировать формирование слабых точек, которые будут уязвимы для разрыва в ходе последующей операции вытяжки (или любой последующей операции вытяжки). Существенное снижение зажимных усилий, требуемых для заданного количества растяжения, наблюдалось, когда первый и второй зажимные элементы были адаптированы так, чтобы при использовании одного или нескольких утолщений/ребер/уступов вынуждали металл зажатой кольцевой области полностью заполнять собой соответствующий рельефный элемент (элементы). Пример такой зажимной конфигурации проиллюстрирован в описании вариантов осуществления изобретения (см. вариант осуществления, показанный на фиг.8а).

Несмотря на то что вышеописанный абзац относится к одному или нескольким утолщениям/ребрам/уступам, расположенным на поверхности первого зажимного элемента, и соответствующим одному или несколькими рельефным элементам, расположенным на поверхности второго зажимного элемента, изобретение не ограничивается этим. В частности, одно или несколько утолщений/ребер/уступов могут альтернативно быть расположены на поверхности второго зажимного элемента, и соответствующие один или несколько рельефных элементов могут быть расположены на поверхности первого зажимного элемента. В качестве дополнительной альтернативы, каждая из поверхностей первого и второго зажимных элементов могут содержать смесь утолщений/ребер/уступов и соответствующих рельефных элементов. Однако оказалось, что при помощи обеспечения одного утолщения/ребра/уступа и соответствующего одного рельефного элемента на зажимной поверхности соответствующих зажимных элементов можно достичь существенного снижения зажимающих усилий, требуемых для данного количества растяжения (см. варианты осуществления, показанные на фиг.7а и 8а). Как указано в абзаце выше, существенное снижение зажимных усилий наблюдалось, когда первый и второй зажимные элементы были адаптированы таким образом, чтобы при использовании утолщения/ребра/уступы, выполненные в зажимной поверхности первого или второго зажимного элемента, вынуждали металл зажатой кольцевой области полностью заполнять рельефный элемент зажимной поверхности второго или первого зажимного элемента (см. Таблицу 1 в описании вариантов осуществления изобретения).

Следует отметить, что первый и второй зажимные элементы не должны быть непрерывными; например, сегментная резьба может быть использована для одного или обоих из первого и второго зажимных элементов. Другими словами, один или оба зажимных элемента могут сами по себе содержать два или более отдельных зажимных участков, каждый из которых, при использовании, воздействует на отдельную область металлического листа чаши.

Предпочтительно операция растяжения включает обеспечение «растягивающего» пуансона и перемещение «растягивающего» пуансона и/или чаши по направлению друг к другу так, чтобы «растягивающий» пуансон деформировал и растягивал по меньшей мере ту часть основания, которая лежит внутри замкнутого участка.

В самой простой форме «растягивающий» пуансон представляет собой один пуансон, имеющий одну концевую поверхность, которая, при вводе в контакт с основанием чаши, как деформирует, так и растягивает основание. Предпочтительно концевая поверхность «растягивающего» пуансона выполнена с неплоским профилем, и движение по направлению друг к другу «растягивающего» пуансона или/и чаши вызывает деформацию и растяжение «растягивающим» пуансоном по меньшей мере части основания, которая лежит в пределах замкнутого участка, до соответствующего неплоского профиля. Удобным образом концевая поверхность будет выполнена с куполообразным или частично сферическим профилем, который, при использовании, растягивает или деформирует по меньшей мере ту часть основания, которая лежит внутри замкнутого участка, в соответствующий куполообразный или частично сферический профиль. В виде примера, на фиг.4 показано изменение толщины растянутой чаши, полученной в результате использования одного «растягивающего» пуансона, выполненного с концевой поверхностью с куполообразным профилем для чаши радиусом примерно 47,5 мм (95 мм диаметр). Материал имеет входной размер толщины 0,0115 дюйма (0,29 мм), при этом минимальная толщина основания после операции растяжения составляет 0,0086 дюйма (0,22 мм), что представляет максимальное снижение толщины основания, составляющее 25%. В показанном примере степень утончения основания в результате операции растяжения была неравномерной по диаметру основания. Изменяющийся профиль концевой поверхности пуансона, как оказалось, негативно влияет на профиль толщины основания, и, в частности, положение максимального утончения основания. В виде примера, в вертикальном разрезе концевая поверхность пуансона может иметь составной радиус или иметь овальный профиль. Для обеспечения достижения разных уровней утончения по замкнутому участку, «растягивающий» пуансон предпочтительно содержит концевую поверхность, имеющую один или несколько рельефных элементов. Например, концевая поверхность может включать в себя одно или несколько углублений или вырезов (см. фиг.11).

В качестве альтернативы использованию одного пуансона «растягивающий» пуансон может, вместо этого, содержать сборку пуансонов, при этом сборка содержит первую группу из одного или нескольких пуансонов напротив одной поверхности замкнутого участка, и вторую группу из одного или нескольких пуансонов напротив противоположной поверхности замкнутого участка, и операция растяжения включает перемещения либо одной, либо обеих из первой и второй групп по направлению друг к другу для деформации и растяжения по меньшей мере той части основания, которая лежит внутри замкнутого участка. Такая сборка пуансонов может, например, обеспечить деформацию замкнутого участка до волнообразного профиля, что может обеспечить растяжение замкнутого участка более равномерным образом, чем показано на фиг.4 (см. пример, показанный на фиг.10).

В качестве дополнительной альтернативы использованию либо одного пуансона, либо сборки пуансонов, операция по растяжению может вместо этого быть осуществлена путем обкатки. Например, обкатка может включать использование профилированного инструмента, который установлен с возможностью вращения и/или поворота, инструмент и замкнутый участок чаши приводятся в контакт друг с другом, при этом профилированный инструмент и/или чаша вращаются и/или поворачиваются друг относительно друга так, чтобы профилированный инструмент постепенно профилировал и растягивал замкнутый участок.

Операция вытяжки, осуществляемая на растянутой чаше, обеспечивает преимущество в максимизации высоты и объема контейнера для заданного количества сырьевого материала. Операция вытяжки традиционно осуществляется путем вытяжки чаши через одну или несколько последовательных вытяжных матриц, для натяжения и перемещения наружу материала растянутого и утонченного основания, предпочтительно в боковую стенку. Независимо от того, останется ли растянутый и утонченный материал полностью внутри основания или перейдет на боковые стенки, оказывается воздействие по обеспечению чаши, имеющей основание с толщиной, меньшей, чем входной размер металлического листа. Когда растянутый и утонченный материал натягивается и переходит на боковую стенку, обеспечивается преимущество как в увеличении высоты боковой стенки, так и то, что в результате этого основание подвергнутой вытяжке чаши имеет толщину, меньшую, чем входной размер металлического листа.

Взяв пример, при котором операция по растяжению осуществлялась при помощи пуансона с концевой поверхностью с куполообразным профилем, для растяжения и утончения по меньшей мере части основания, лежащей внутри замкнутого участка, в соответствующую куполообразную форму, воздействие операции вытяжки (состоящей из одного или нескольких этапов вытяжки) будет заключаться в уменьшении высоты «купола», поскольку растянутый и утонченный материал основания будет постепенно натягиваться и перемещаться наружу. Операция вытяжки может быть достаточной для по существу выпрямления растянутого и утонченного купола; однако это не является требованием изобретения. Например, в случае чаш, предназначенных для использования в качестве контейнеров для газированных напитков (или других сжатых продуктов), такие контейнеры, как правило, имеют основание, вогнутое внутрь в целях сопротивления давлению от продукта. Когда чаша в соответствии с изобретением предполагается для использования в качестве такого контейнера, может быть предпочтительно сохранить небольшую «куполообразность», полученную в результате операции растяжения. Такому сохранению купола в основании чаши может способствовать использование пробки, вставки или эквивалентных приспособлений, расположенных вблизи замкнутого участка в ходе операции вытяжки, где пробка или вставка выполняет функцию ограничения любого выравнивания купола в ходе операции вытяжки. Когда чаша также подвергается операции вытяжки с утончением и необходимо сохранить небольшую «куполообразность», может потребоваться также использовать пробку, вставку или эквивалентное приспособление для избегания противонатяжения, возникающего в результате операции вытяжки с утончением, выравнивающей купол. Альтернативно или дополнительно, вероятно, что чаша будет подвергаться в дальнейшем операции повторного формования для обеспечения куполообразного основания чаши с желаемым конечным профилем, необходимым для выдерживания давления внутри чаши.

Операция вытяжки может быть осуществлена при помощи устройства/пресса, для формирования корпуса, имеющего одну или несколько последовательных вытяжных матриц. Как правило, операция вытяжки будет включать вытяжку чаши через одну или несколько последовательных вытяжных матриц, для вытяжки материала растянутого и утонченного основания наружу, и предпочтительно в боковую стенку. Это, таким образом, увеличит высоту боковой стенки и приведет к тому, что основание подвергнутой вытяжке чаши будет иметь толщину меньше, чем входной размер листа металла.

Предпочтительно чаша, подготовленная для операции растяжения, формируется путем первоначальной операции вытяжки, осуществленной до операции растяжения, причем первоначальная операция вытяжки включает вытяжку металлического листа до профиля чаши. В этом случае операция вытяжки, следующая за операцией растяжения, будет операцией повторной вытяжки.

Для этой первоначальной операции вытяжки предпочтительно заготовка сперва вырезается из массива металлического листа, при этом заготовка затем подвергается вытяжке до чашеобразного профиля. Удобным образом первоначальная операция вытяжки включает сперва зажатие металлического листа с возможностью скольжения в месте между вытяжной матрицей и вытяжным пуансоном, где вытяжной пуансон предназначен для перемещения сквозь вытяжную матрицу, при этом вытяжной пуансон и/или вытяжная матрица перемещаются коаксиально по направлению друг к другу так, чтобы вытяжной пуансон подвергал вытяжке металлический лист по формовочной поверхности вытяжной матрицы для формирования чаши.

Под зажатием с возможностью скольжения подразумевается, что зажимное усилие в ходе вытяжки выбирается так, чтобы обеспечивать возможность скольжения металлического листа относительно любых используемых зажимных приспособлений (например, прижимного кольца), в ответ на деформирующее воздействие вытяжной матрицы на металлический лист. Предназначение такого зажатия с возможностью скольжения заключается в предотвращении или ограничении сморщивания материала в ходе этой начальной операции вытяжки. Те же принципы применяются к операции (повторной) вытяжки, следующей за операцией растяжения.

Даная операция первоначальной вытяжки для формирования чаши может быть просто осуществлена на традиционном вытяжном прессе при помощи комбинации вытяжного пуансона и вытяжной матрицы. Однако операция первоначальной вытяжки не ограничивается использованием традиционной конструкции вытяжного пуансона/вытяжной матрицы. Например, она может включать дутьевое формование при помощи сжатого воздуха/газов или жидкостей для вытягивания металлического листа по вытяжной матрице или пресс-форме до формы чаши.

Также эти же самые альтернативы могут быть использованы для осуществления операции (повторной) вытяжки, которая следует за операцией растяжения. По существу, операции первоначальной вытяжки и повторной вытяжки предусматривают любые средства применения вытягивающего усилия.

Второй объект настоящего изобретения относится к установке для осуществления способа в соответствии с изобретением. Некоторые особенности такой установки уже были описаны выше. Термин «установка» включает в себя не только единственный агрегат, но также включает в себя набор отдельных агрегатов, которые, совместно, способны осуществить способ в соответствии с изобретением (например, подобно линии сборки автозавода, с последовательными операциями, выполняемыми разными агрегатами завода).

В соответствии со вторым объектом изобретения, обеспечивается установка для изготовления металлической чаши, содержащая:

зажимные приспособления для зажатия чаши, сформированной из металлического листа, при этом чаша имеет боковую стенку и выполненное за одно целое основание, причем зажимные приспособления способны зажимать кольцевую область на основании или/и на боковой стенке для образования замкнутого участка, включающего в себя все основание или его часть;

растягивающий инструмент, предназначенный для деформации и растяжения по меньшей мере некоторой области той части основания, которая лежит в пределах замкнутого участка, в ходе операции растяжения, для увеличения, таким образом, площади поверхности и уменьшения толщины основания, причем зажимные приспособления дополнительно предназначены для ограничения или предотвращения потока металла из зажатой области в замкнутый участок в ходе этой операции растяжения; и

приспособления для вытяжки чаши, предназначенные для натяжения и перемещения наружу материала растянутого и утонченного основания.

Зажимные приспособления могут содержать зажимной элемент в форме непрерывной кольцевой муфты; альтернативно, они могут представлять собой набор отдельных участков зажимного элемента, распределенных по кругу так, чтобы воздействовать на боковую стенку или/и основание.

Зажимное приспособление предпочтительно содержит первый зажимной элемент и второй зажимной элемент, при этом первый и второй зажимные элементы предназначены для зажатия противоположных поверхностей боковой стенки или/и основания. Соответствующие зажимные поверхности обладают признаками, описанными в вышеприведенных абзацах, относящихся к способу в соответствии с изобретением, т.е. каждая зажимная поверхность свободна от геометрических неровностей, или предпочтительно каждая зажимная поверхность выполнена с геометрическими неровностями для обеспечения преимущества в снижении зажимного усилия для заданного количества растяжения основания чаши.

Как указано в описании способа в соответствии с изобретением, предпочтительно зажимные приспособления предназначены для зажатия кольцевой области основания чаши, при этом замкнутый участок является той частью основания, которая расположена радиально внутри зажатой кольцевой области.

Предпочтительно растягивающий инструмент содержит «растягивающий» пуансон, и установка предназначена для перемещения «растягивающего» пуансона и/или чаши по направлению друг к другу так, чтобы «растягивающий» пуансон деформировал и растягивал по меньшей мере ту часть основания, которая лежит в пределах замкнутого участка. Как указано при описании способа в соответствии с изобретением, «растягивающий» пуансон может просто представлять собой один пуансон, имеющий концевую поверхность, которая, при использовании, прижимается к замкнутому участку чаши для осуществления операции растяжения. Были проведены испытания с использованием одного пуансона в качестве «растягивающего» пуансона, при этом концевая поверхность одного пуансона имела куполообразный или по существу частично сферический профиль, который, при использовании, растягивает замкнутый участок до куполообразного или частично сферического профиля соответствующей формы. Альтернативно, в вертикальном разрезе концевой поверхности пуансон может иметь составной радиус или иметь овальный профиль. Для обеспечения достижения разных уровней утончения по замкнутому участку «растягивающий» пуансон может предпочтительно содержать концевую поверхность, имеющую один или несколько рельефных элементов. Например, концевая поверхность может включать в себя один или более углублений или вырезов (см. фиг.11).

В альтернативном варианте выполнения «растягивающий» пуансон содержит сборку пуансонов, при этом сборка содержит первую группу из одного или нескольких пуансонов напротив одной поверхности замкнутого участка и вторую группу из одного или нескольких пуансонов напротив противоположной поверхности замкнутого участка, причем первая и вторая группа способны перемещаться по направлению друг к другу, при использовании, для деформации и растяжения по меньшей мере части основания, которая лежит в пределах замкнутого участка (см. фиг.10).

Как сказано при описании способа в соответствии с изобретением, операция вытяжки удобным образом осуществляется путем вытяжки чаши через одну или несколько последовательных вытяжных матриц, для перемещения материала от растянутого и утонченного основания наружу, предпочтительно в боковую стенку, что приводит к тому, что основание подвергнутой вытяжке чаши имеет толщину меньше, чем входной размер металлического листа. Когда материал переходит в боковую стенку, это также обеспечивает эффект увеличения высоты боковой стенки. Приспособления для вытяжки предпочтительно включают в себя вытяжной пуансон (или последовательность пуансонов) и соответствующую вытяжную матрицу (матрицы).

Предпочтительно установка дополнительно содержит приспособления для первоначальной вытяжки металлического листа для формирования чаши для операции растяжения. Удобным образом, приспособления для первоначальной вытяжки металлического листа содержат «вытяжную» матрицу, «вытяжной» пуансон и приспособления для зажатия с возможностью скольжения металлического листа в месте между «вытяжной» матрицей и «вытяжным» пуансоном. При этом когда операция первоначальной вытяжки используется для формирования чаши для операции растяжения, операция вытяж