Изготовление банок

Изготовление банок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к производству металлических чашек и, в частности, (но без ограничения) к металлическим чашкам, пригодным для изготовления «двухкомпонентных» металлических контейнеров.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

US 4095544 (NATIONAL STEEL CORPORATION) 20/06/1978 подробно описывает известные процессы вытяжки и сглаживания для утончения стенки (DWI) и вытяжки и повторной вытяжки (DRD) для изготовления частей чашки для использования при изготовлении двухкомпонентных металлических контейнеров. (Следует отметить, что в США DWI, в качестве альтернативы, обычно называется D&I). Термин «двухкомпонентный» относится к i) части чашки и ii) крышке, которая затем будет закреплена на открытом конце части чашки для формирования контейнера.

В процессе DWI (D&I) (как показано на фиг.6-10 US 4095544) плоская (обычно) круглая заготовка, штампованная из рулона металлического листа, вытягивается через вытяжной штамп под действием пуансона для формирования неглубокой чашки первого этапа. Этот начальный этап вытяжки не приводит к преднамеренному утончению заготовки. После этого чашка, которая обычно установлена на торцевой поверхности установленного с небольшим зазором пуансона или плунжера, проталкивается через один или более кольцевых штампов для сглаживания стенки с целью осуществления уменьшения толщины боковой стенки чашки, таким образом, приводя к удлинению боковой стенки чашки. Сам по себе процесс утончения не будет приводить к какому-либо изменению номинального диаметра чашки первого этапа.

Фиг.1 показывает распределение металла в корпусе контейнера, полученного в результате известного процесса DWI (D&I). Фиг.1 является только иллюстративной и не предназначена соответствовать точно масштабу. Три области указаны на фиг.1:

- область 1 представляет собой не подвергнутый вытяжке с утонением материал основания. Он сохраняет ту же толщину, что и исходная толщина заготовки, т.е. он не подвергнут отдельным производственным операциям известного процесса DWI;

- область 2 представляет собой подвергнутую вытяжке с утонением среднюю часть боковой стенки. Ее толщина (и таким образом, степень необходимой вытяжки с утонением) определена параметрами, необходимыми для корпуса контейнера;

- область 3 представляет собой подверженную вытяжке с утонением верхнюю часть боковой стенки. Обычно, при изготовлении банок эта подверженная вытяжке с утонением верхняя часть составляет около 50-75% от исходной толщины.

В процессе DRD (как показано на фиг.1-5 US 4095544) тот же самый способ вытяжки используется для формирования чашки первого этапа. Однако вместо использования процесса сглаживания, чашка первого этапа затем подвергается одной или более операций повторной вытяжки, которые действуют для постепенного уменьшения диаметра чашки и, таким образом, удлиняют боковую стенку чашки. Подразумевается, что сами по себе наиболее известные операции повторной вытяжки не приводят к какому-либо изменению толщины материала чашки. Однако рассматривая пример корпусов контейнеров, изготовленных в результате обычного процесса DRD, фактически, имеется некоторое утолщение в верхней части готового корпуса контейнера (порядка 10% или более). Это утолщение является естественным результатом процесса повторной вытяжки и объясняется результатом сжимаемости материала при повторной вытяжке от чашки большого диаметра до чашки меньшего диаметра.

Следует отметить, что существуют альтернативные известные процессы DRD, которые достигают уменьшения толщины боковой стенки чашки за счет использования вытяжных штампов небольших или составных радиусов для утончения боковой стенки посредством растягивания на этапах вытяжки и повторной вытяжки.

В качестве альтернативы, сочетание вытяжки с утонением и повторной вытяжки может использоваться для чашки первого этапа, что, таким образом, уменьшает как диаметр чашки, так и толщину боковой стенки. Например, в области производства двухкомпонентных металлических контейнеров (банок) корпус контейнера обычно выполнен посредством вытяжки заготовки в чашку первого этапа и подвергания чашки ряду операций повторной вытяжки до получения корпуса контейнера заданного номинального диаметра с последующей вытяжкой с утонением боковой стенки для обеспечения заданной толщины и высоты боковой стенки.

Однако процессы DWI (D&I) и DRD, используемые в больших промышленных масштабах, имеют серьезное ограничение в том, что они не действуют для уменьшения толщины (и, следовательно, веса) материала в основании чашки. В частности, вытяжка не приводит к уменьшению толщины вытягиваемого изделия, а вытяжка с утонением действует только на боковые стенки чашки.

По существу, что касается известных процессов DWI (D&I) и DRD для изготовления чашек для двухкомпонентных контейнеров, толщина основания остается в целом неизменной по отношению к исходной толщине заготовки. Это может привести к более толстому основанию, чем требуется для целей производства.

В промышленности по производству металлической тары существует жесткая конкуренция, причем уменьшение веса является основной целью, поскольку это уменьшает затраты на транспортировку и сырье. В качестве примера, около 65% от затрат на изготовление обычного двухкомпонентного металлического пищевого контейнера составляет стоимость сырья.

Следовательно, существует необходимость в усовершенствованных облегченных металлических частях чашки с точки зрения стоимости. Следует отметить, что в данном документе термины «часть чашки» и «чашка» используются на равных основаниях.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соответственно, в первом аспекте настоящего изобретения описан способ изготовления металлической чашки, причем способ включает в себя следующие операции:

i. операцию растяжки, осуществляемую на металлическом листе, причем операция включает в себя зажим кольцевой области на листе для образования окруженного участка, а также деформацию и растягивание всего или части окруженного участка для увеличения, таким образом, площади поверхности и уменьшения толщины окруженного участка, причем кольцевой зажим выполняют с возможностью ограничения или предотвращения потока металла из зажатой области в окруженный участок во время этой операции растяжки;

ii. операцию вытяжки для вытяжки металлического листа в чашку, имеющую боковую стенку и выполненную как одно целое основание, где основание содержит материал из растянутого и утонченного окруженного участка, причем операцию вытяжки выполняют с возможностью вытяжки и перемещения наружу материала растянутого и утонченного окруженного участка.

Способ настоящего изобретения имеет преимущество (над известными процессами) в достижении изготовления чашки, имеющей основание, которое тоньше исходной толщины металлического листа (т.е. до операции растяжки) без необходимости в потере или отходе материала. При применении в изготовлении двухкомпонентных контейнеров настоящее изобретение обеспечивает снижение затрат, которые составляют порядка несколько долларов на 1000 контейнеров относительно существующих способов изготовления.

Операция растяжки является важной для достижения изготовления чашки, имеющей основание, которое тоньше исходной толщины металлического листа. Увеличенная площадь поверхности окруженного участка, полученного в результате операции растяжки, обеспечивает «излишек материала». Этот «излишек материала» вытягивается и перемещается наружу во время последующей операции вытяжки.

Более предпочтительно, операция вытяжки выполняется таким образом, что материал растянутого и утонченного окруженного участка вытягивается и перемещается на боковую стенку, а не остается в основании. Это имеет преимущество в увеличении, как высоты боковой стенки, так и полного объема полученной чашки. Как указано в разделе описания «Предшествующий уровень техники», толщина боковой стенки является критической при влиянии на параметры чашки, используемой для корпуса контейнера (банки). Данный аспект настоящего изобретения имеет преимущество в обеспечении перемещения материала в рабочую критическую часть чашки (т.е. боковую стенку) при минимизации толщины и веса основания чашки.

Для обеспечения того, чтобы окруженный участок был растянут и утончен во время операции растяжки, металлический лист достаточно зажимается для ограничения или предотвращения потока металла из зажатой области в окруженный участок во время операции растяжки. Если сжимающие нагрузки являются недостаточными, материал из зажатой области (или с наружной стороны зажатой области) будет просто втягиваться в окруженный участок, а не подвергать окруженный участок утончению. Установлено, что растяжка и утончение могут по-прежнему происходить при обеспечении ограниченного количества потока материала из зажатой области (или с наружной стороны зажатой области) в окруженный участок, т.е. когда поток металла ограничен, а не полностью предотвращен. Последующее перемещение растянутого и утонченного материала наружу и на боковую стенку во время операции вытяжки лучше показано в вариантах осуществления настоящего изобретения, изображенных на прилагаемых чертежах (см. особенно фиг.12b, 13c и 13d).

Способ настоящего изобретения особенно пригоден для использования в изготовлении металлических контейнеров, причем полученная в результате чашка используется для корпуса контейнера. Полученная в результате чашка может быть сформирована в закрытый контейнер путем закрепления крышки на открытом конце чашки. Например, конец металлической банки может быть соединен швом с открытым концом полученной в результате чашки (см. фиг.16).

Способ настоящего изобретения пригоден для использования на чашках, которые являются как круглыми, так и некруглыми на виде сверху. Однако он лучше подходит к круглым чашкам.

Один способ минимизации количества материала в основании частей чашки, полученных при помощи известных процессов DWI и DRD, должен бы использовать заготовку с меньшей исходной толщиной. Однако стоимость луженого листового железа за тонну увеличивается при уменьшении толщины. Это увеличение объясняется дополнительными затратами на прокатку, очистку и лужение более тонкой стали. Также принимая во внимание использование материала во время изготовления двухкомпонентного контейнера, изменение общей стоимости при изготовлении контейнера в зависимости от исходной толщины материала показано на графике, изображенном на фиг.2. Этот график показывает, что с точки зрения затрат выбор материала с наименьшей исходной толщиной необязательно уменьшает затраты. По существу, имеется самая дешевая толщина материала для любого контейнера с заданной толщиной боковой стенки. График также показывает эффект уменьшения толщины верхней и средней частей стенки контейнера при снижении кривой затрат. Фиг.3 показывает тот же график на основании действительных данных для луженого листового железа, поставляемого Великобританией, типа, обычно используемого при изготовлении банок. Для материала, изображенного на фиг.3, 0,285 мм представляет оптимальную толщину с учетом затрат, причем использование материала меньшей исходной толщины увеличивает общие затраты на изготовление банки. График на фиг.3 показывает процентное увеличение общих затрат на 1000 банок при отклонении от оптимальной исходной толщины 0,285 мм.

Готовая чашка настоящего изобретения имеет преимущества в более тонком (и, следовательно, более легком) основании. Кроме того, в зависимости от используемой операции вытяжки, материал, перемещенный наружу с растянутого и утонченного окруженного участка, может способствовать максимизации высоты боковой стенки. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает увеличенный полный объем чашки для заданного количества металла относительно известных способов изготовления частей чашки для двухкомпонентных контейнеров. Кроме того, затраты на изготовление каждого контейнера (на основании стоимости за тонну или единичный объем) уменьшены, поскольку настоящее изобретение обеспечивает использование материала с большей исходной толщиной для металлического листа, используемого для формирования чашки.

Под зажимом «кольцевой области» подразумевают то, что металлический лист зажат или непрерывно или с интервалами по окружности.

Обычно используется зажимное средство, содержащее зажимной элемент в виде кольца с хорошо отполированной поверхностью для зажима для прижима к кольцевой области металлического листа. Однако установлено, что уменьшенные сжимающие нагрузки возможны для обеспечения того же эффекта растягивания при использовании зажимного элемента с поверхностью для зажима, которая является текстурированной. Текстурирование влияет на шероховатость поверхности для зажима и, таким образом, увеличение эффекта захвата зажимного элемента с кольцевой областью металлического листа для заданной сжимающей нагрузки. Следовательно, текстурированный зажимной элемент способен лучше ограничивать или предотвращать поток металла из зажатой области во время операции растяжки. В качестве примера придание шероховатости поверхности для зажима осуществлялось посредством подвергания изначально гладкой поверхности для зажима электроимпульсной обработки (EDM), которая эродирует поверхность для зажима для образования с мелкими углублениями шероховатой поверхности.

В одном варианте зажим может быть обычно достигнут путем зажима противоположных поверхностей металлического листа между соответствующими противоположными первым и вторым зажимными элементами, причем каждый из первого и второго зажимных элементов имеет поверхность для зажима без геометрических неоднородностей. Например, первый и второй зажимные элементы могут обычно иметь полностью плоские гладкие поверхности для зажима. Однако установлено, что введение геометрических неоднородностей на противоположных поверхностях для зажима первого и второго зажимных элементов обеспечивает улучшенный зажим с уменьшенным нежелательным проскальзыванием или вытягиванием материала во время операции растяжки. Это имеет преимущества в уменьшении сжимающих нагрузок, необходимых во время операции растяжки для достижения заданной степени растягивания. Под «геометрическими неоднородностями» подразумевают структурные признаки на соответствующих поверхностях для зажима первого и второго зажимных элементов, которые при использовании зажимных элементов для зажима противоположных поверхностей металлического листа оказывают влияние на металлический лист, вызывая нарушение потока металла между зажимными элементами при приложении сжимающей нагрузки.

В одном варианте геометрические неоднородности могут быть обеспечены путем образования поверхности первого зажимного элемента с одним или более выступами, ребрами или уступами, которые при использовании поджимают металл зажатой кольцевой области внутри соответствующих одного или более элементов рельефа, расположенных на поверхности второго зажимного элемента. Элементы рельефа обычно образованы в виде вырезов или выемок на поверхности для зажима, имея форму и размер для вмещения соответствующих одного или более выступов, ребер или уступов. При использовании первый и второй зажимные элементы будут зажимать противоположные поверхности металлического листа, причем действием одного или более выступов, ребер или уступов и соответствующих одного или более элементов рельефа является нарушение потока металлического листа между первым и вторым зажимными элементами при приложении растягивающей нагрузки. Это нарушение потока металла обеспечивает возможность улучшенного зажимного действия для заданной сжимающей нагрузки относительно только зажима металлического листа между первым и вторым зажимными элементами, имеющими полностью гладкие поверхности для зажима. Было установлено, что преимуществом является наличие достаточного зазора между одним или более выступов/ребер/уступов и соответствующими одним или более элементами рельефа для предотвращения образования закатов или выдавливания, так как это способствует минимизации образования слабых мест, которые будут уязвимыми для разрыва во время последующей операции вытяжки (или последующей операции вытяжки с утонением). Значительные уменьшения сжимающих нагрузок, необходимых для заданной степени растяжки, были видны, когда первый и второй зажимные элементы были выполнены таким образом, что при использовании один или более выступов/ребер/уступов поджимали металл зажатой кольцевой области, чтобы быть полностью закрытыми соответствующим элементом (элементами) рельефа и вставленными внутри него (них). Пример этой зажимной конфигурации проиллюстрирован в описании вариантов осуществления настоящего изобретения (см. вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг.7a).

Хотя вышеописанный абзац относится к одному или более выступам/ребрам/уступам, расположенным на поверхности первого зажимного элемента, и соответствующим одному или более элементам рельефа, расположенным на поверхности второго зажимного элемента, настоящее изобретение не ограничивается этим. В частности, один или более выступов/ребер/уступов могут, в качестве альтернативы, быть расположены на поверхности второго зажимного элемента и соответствующие один или более элементов рельефа могут быть расположены на поверхности первого зажимного элемента. В качестве другой альтернативы, каждая из поверхностей первого и второго зажимных элементов может содержать сочетание выступов/ребер/уступов и соответствующих элементов рельефа. Однако представляется, что обеспечение единичного выступа/ребра/уступа и соответствующего единичного элемента рельефа на поверхности для зажима соответствующих зажимных элементов может достичь значительных уменьшений сжимающей нагрузки, необходимой для заданной степени растяжки (см. варианты осуществления, проиллюстрированные на фиг.6a и 7a). Как указано в вышеупомянутом абзаце, значительные уменьшения сжимающей нагрузки были видны, когда первый и второй зажимные элементы были выполнены таким образом, что при использовании, выступ/ребро/уступ, образованный на поверхности для зажима первого или второго зажимного элемента, поджимает металл зажатой кольцевой области, чтобы она была полностью окруженной соответствующим элементом рельефа и помещенной внутри него на поверхности для зажима второго или первого зажимного элемента (см. таблицу 1 в описании вариантов осуществления настоящего изобретения).

Следует отметить, что первый и второй зажимные элементы не обязательно должны быть непрерывными. Например, сегментные инструменты могут использоваться для каждого или одного из первого и второго зажимных элементов. Иными словами, каждый или один из зажимных элементов может сам содержать два или более отдельных участков для зажима, причем каждый при использовании действует на отдельной площади металлического листа.

Предпочтительно, операция растяжки включает в себя обеспечение «растяжного» пуансона и перемещение каждого или обоих из «растяжного» пуансона и металлического листа друг к другу, так что «растяжной» пуансон деформирует и вытягивает весь или часть окруженного участка.

В своем самом простом варианте «растяжной» пуансон представляет собой единичный пуансон с торцевой поверхностью, которая при поджимании в контакт с металлическим листом как деформирует, так и вытягивает весь или часть окруженного участка. Предпочтительно, торцевая поверхность «растяжного» пуансона имеет неплоский профиль, причем каждый или оба из «растяжного» пуансона и металлического листа перемещаются друг к другу, так что «растяжной» пуансон деформирует и вытягивает весь или часть окруженного участка в соответствующий неплоский профиль. Обычно торцевая поверхность будет иметь куполообразный или частично сферический профиль, которая при использовании выполняет функцию растяжки и деформации всего или части окруженного участка в соответственно куполообразный или частично сферический профиль. В качестве примера фиг.4 показывает измерение толщины части металлического листа после операции растяжки, выполняемой на окруженном участке листа при помощи единичного «растяжного» пуансона, имеющего торцевую поверхность с куполообразным профилем. Лист имел исходную толщину 0,0115 дюйма (0,29 мм), причем минимальная толщина окруженного участка после операции растяжки составляла 0,0086 дюйма (0,22 мм), обеспечивая 25% максимальное уменьшение толщины относительно исходной толщины листа. В изображенном примере степень утончения, получающегося в результате операции растяжки, была неравномерной по всему диаметру, образованному пуансоном. Было установлено, что изменение профиля торцевой поверхности пуансона влияет на кривую изменения толщины окруженного участка и, в частности, местоположение максимального утончения. В качестве примера в вертикальном разрезе торцевая поверхность пуансона может иметь составные радиусы или овал в профиле. Для обеспечения достижения разных уровней утончения по всему окруженному участку, «растяжной» пуансон, предпочтительно, содержит торцевую поверхность, имеющую один или более элементов рельефа. Например, торцевая поверхность может включать в себя одну или более выемок или вырезов (см. фиг.9).

В качестве альтернативы наличию единичного пуансона, «растяжной» пуансон вместо этого может содержать узел пуансонов, причем узел содержит первую группу из одного или более пуансонов, расположенную напротив одной поверхности окруженного участка, и вторую группу из одного или более пуансонов, расположенную напротив противоположной поверхности окруженного участка, причем операция растяжки включает в себя перемещение каждой или обеих из первой и второй групп друг к другу для деформации и растяжки всего или части окруженного участка. Такой узел пуансона может, например, обеспечивать деформацию окруженного участка в волнистый профиль, который может обеспечивать более равномерную растяжку окруженного участка, чем растяжка, показанная на фиг.5a и 5b (см. пример, изображенный на фиг.8).

В качестве другой альтернативы использования или единичного пуансона или узла пуансонов, операция растяжки вместо этого может быть осуществлена за счет быстрого вращения. Например, быстрое вращение может включать в себя использование профильный инструмента, который установлен с возможностью вращения и/или поворота, причем инструмент и окруженный участок металлического листа приводятся в контакт друг с другом, и каждый или оба из профильного инструмента и металлического листа вращаются и/или поворачиваются относительно друг друга, так что профильный инструмент постепенно осуществляет фасонную обработку и вытягивает окруженный участок.

«Металлический лист», используемый в операции растяжки, может иметь множество форм. Обычно, перед началом операции растяжки заготовку вырезают из большего участка металлического листа, причем заготовка пригодна для формирования в чашку. В этом случае для цели настоящего изобретения заготовка должна быть «металлическим листом». В качестве альтернативы, операция растяжки должна осуществляться на таком большем участке металлического листа, причем заготовку вырезают из металлического листа после растяжки. В данном альтернативном случае для цели настоящего изобретения больший участок металлического листа должен быть «металлическим листом».

Обычно операция растяжки осуществляется на множестве окруженных участков, отделенных друг от друга и расположенных на площади металлического листа (см., например, фиг.10). Отдельные заготовки затем будут вырезать из растянутого металлического листа для последующей вытяжки для формирования соответствующих чашек. Для максимизации производительности два или более окруженных участка растягивают одновременно. Эта одновременная растяжка обычно может быть обеспечена посредством использования соответствующего количества «растяжных» пуансонов, расположенных на расстоянии друг от друга, и где каждый имеет куполообразную торцевую поверхность, перемещения каждого или обоих из каждого «растяжного» пуансона и металлического листа друг к другу, так что каждый «растяжной» пуансон деформирует и растягивает свой соответствующий окруженный участок. Таким образом, данный процесс будет приводить к появлению металлического листа, имеющего ряд отдельных растянутых углублений. Однако существует компромисс между преимуществами производительности в результате максимизации количества окруженных участков, одновременно растянутых на заданном участке металлического листа, и полученными максимальными нагрузками, приложенными к используемому инструменту, где металлический лист должен быть выполнен, скажем, с семью или более окруженными участками, предпочтительно, чтобы не все окруженные участки одновременно подвергались растяжке. Вместо этого, предпочтительно, чтобы одновременная растяжка окруженных участков осуществлялась в шахматном порядке для уменьшения максимальных нагрузок, испытываемых используемым инструментом. Например, обычно растяжка будет происходить радиально внутрь или наружу (как показано на фиг.11a и 11b).

Операция вытяжки, осуществляемая на растянутой чашке, может включать в себя только один этап вытяжки, или вместо этого включать в себя начальный этап вытяжки и один или более последующих этапов повторной вытяжки. Один этап или начальный этап вытяжки будет формировать профиль чашки, причем последующие этапы повторной вытяжки осуществляют поэтапное уменьшение диаметра чашки и увеличивают высоту боковой стенки. Операция вытяжки обычно осуществляется посредством вытяжки растянутого металлического листа с помощью одного или ряда вытяжных штампов для вытяжки и перемещения наружу материала растянутого и утонченного окруженного участка, предпочтительно, на боковую стенку. Остается ли растянутый и утонченный материал окруженного участка полностью в основании или перемещается на боковую стенку, результатом, по-прежнему должно быть получение чашки, имеющей основание с толщиной, меньшей исходной толщины металлического листа.

Рассматривая пример, в котором операция растяжки была осуществлена с использованием пуансона, имеющего торцевую поверхность с куполообразным профилем, для растяжки и утончения окруженного участка в соответствующую куполообразную форму, результатом операции вытяжки (если состоит из одного или множества этапов вытяжки) должно быть уменьшение высоты «купола», так как материал окруженного участка постепенно выталкивается и перемещается наружу. Операция вытяжки может быть достаточной для по существу выравнивания растянутого и утонченного куполообразного окруженного участка. Однако это не является требованием настоящего изобретения. Например, в случае чашек, предназначенных для использования в качестве контейнеров для газированных напитков (или других продуктов, находящихся под большим давлением), такие контейнеры обычно имеют основание, которое имеет форму купола, направленного внутрь с целью сопротивления повышению давления продукта. Когда чашка настоящего изобретения предназначена для использования в качестве такого контейнера, может быть предпочтительным удержание части «купола», полученного в результате операции растяжки. Это удержание купола в основании чашки может быть сделано при использовании втулки, вставки или эквивалентного средства, расположенного рядом с окруженным участком во время операции вытяжки, причем втулка или вставка действуют, чтобы ограничить выпрямление купола во время операции вытяжки. Когда чашка также подвергается операции вытяжки с утонением, и необходимо удерживать часть «купола», может быть необходимым также использование втулки, вставки или эквивалентного средства для предотвращения противонатяжения, возникающего в результате операции вытяжки с утонением, выпрямляющей купол. В качестве альтернативы или дополнительно, вероятно, что чашка будет подвергаться последующей операции повторного формирования для образования куполообразного основания чашки с заданным готовым профилем, необходимым для сопротивления давлению в банке.

Устройства различных видов могут использоваться для осуществления операции вытяжки. Этапы операции вытяжки будут обычно включать в себя первый зажим с возможностью скольжения металлического листа (или позднее сформированной чашки) в местоположении между «вытяжным» штампом и «растяжным» пуансоном, причем «растяжной» пуансон выполнен с возможностью перемещения через «растяжной» штамп для осуществления вытягивания. Начальный этап вытяжки для формирования профиля в форме чашки может обычно осуществляться на обычном прессе для глубокой вытяжки. Любые последующие этапы повторной вытяжки для чашки могут обычно выполняться с использованием корпусообразующей машины/пресса, содержащих один или ряд штампов для повторной вытяжки. Однако операция вытяжки не ограничивается использованием обычного «вытяжного» пуансона/«вытяжного» штампа. Например, операция вытяжки может включать в себя дутьевое формование с использованием сжатого воздуха/газа или жидкостей для вытяжки металлического листа на «вытяжном» штампе или в литейной форме. По существу, операция вытяжки (состоящая ли из одного или множества этапов) включает в себя любое средство приложения усилия вытяжки.

Под «зажимом с возможностью скольжения» подразумевают то, что сжимающая нагрузка во время вытяжки выбирается, чтобы обеспечить скольжение металлического листа независимо от того, какое зажимное средство используется (например, вытяжное кольцо) в ответ на деформирующее действие вытяжного штампа на металлический лист. Назначением этого зажима с возможностью скольжения является предотвращение или ограничение сморщивания материала во время вытяжки.

Второй аспект настоящего изобретения относится к устройству для осуществления способа настоящего изобретения. Некоторые признаки такого устройства были уже описаны выше. Однако для полноты картины пункты формулы изобретения, относящиеся к устройству, кратко описаны ниже. Термин «устройство» включает в себя не только одну часть установки, но также включает в себя ряд отдельных частей установки, которые в совокупности могут осуществлять заявленный способ настоящего изобретения (например, подобно сборочной линии автозавода с последовательными операциями, осуществляемыми разными частями установки).

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения описано устройство для изготовления металлической чашки, причем устройство содержит:

зажимное средство для зажима металлического листа во время операции растяжки, причем зажимное средство выполнено с возможностью зажима кольцевой области на листе для образования окруженного участка;

растяжной инструмент, выполненный с возможностью деформации и растяжки всего или части окруженного участка во время операции растяжки для увеличения, таким образом, площади поверхности и уменьшения толщины окруженного участка, причем зажимное средство дополнительно выполнено с возможностью ограничения или предотвращения потока металла из зажатой области в окруженный участок во время этой операции растяжки; и

средство для вытяжки металлического листа в чашку, имеющую боковую стенку и выполненное как одно целое основание, где основание содержит материал из растянутого и утонченного окруженного участка, причем средство для вытяжки выполнено с возможностью вытяжки и перемещения наружу материала растянутого и утонченного окруженного участка во время операции вытяжки.

В идеальном случае для максимизации объема чашки на единицу массы материала (т.е. использования сырья), средство для вытяжки дополнительно выполнено с возможностью вытягивания и перемещения материала растянутого и утонченного окруженного участка на боковую стенку.

Зажимное средство может содержать зажимной элемент в виде непрерывной кольцевой втулки. В качестве альтернативы, оно может представлять собой ряд отдельных зажимных элементов, распределенных по окружности для воздействия на металлический лист.

Зажимное средство предпочтительно содержит первый зажимной элемент и второй зажимной элемент, причем первый и второй зажимные элементы выполнены с возможностью зажима противоположных поверхностей металлического листа. Соответствующие поверхности для зажима могут иметь признаки, описанные в вышеприведенных абзацах, относящихся к способу настоящего изобретения, т.е. каждая поверхность для зажима не имеет геометрические неоднородности, или предпочтительно каждая поверхность для зажима имеет геометрические неоднородности для обеспечения преимущества в уменьшенной сжимающей нагрузке для заданной степени растяжки.

Предпочтительно, растяжной инструмент содержит «растяжной» пуансон, причем устройство выполнено с возможностью перемещения каждого или обоих из «растяжного» пуансона и металлического листа друг к другу, так что при использовании «растяжной» пуансон деформирует и растягивает весь или часть окруженного участка. Как указано в описании способа настоящего изобретения, «растяжным» пуансоном может быть просто единичный пуансон, имеющий торцевую поверхность, которая при использовании поджимается к окруженному участку металлического листа для осуществления операции растяжки. Испытания были проведены с использованием единичного пуансона в качестве «растяжного» пуансона, причем торцевая поверхность единичного пуансона имеет куполообразный или, обычно частично сферический профиль, который при использовании растягивает окруженный участок в соответствующий куполообразный или частично сферический профиль. В качестве альтернативы, в вертикальном разрезе торцевая поверхность пуансона может иметь составные радиусы или иметь овальный профиль. Для обеспечения достижения разных степеней утончения по всему окруженному участку «растяжной» пуансон может предпочтительно содержать торцевую поверхность, имеющую один или более элементов рельефа. Например, торцевая поверхность может включать в себя одну или более выемок или вырезов (см. фиг.9).

В альтернативном варианте осуществления «растяжной» пуансон содержит узел пуансонов, причем узел содержит первую группу из одного или более пуансонов, расположенную напротив одной поверхности окруженного участка, и вторую группу из одного или более пуансонов, расположенную напротив противоположной поверхности окруженного участка, причем первая и вторая группы могут перемещаться друг к другу при использовании для деформации и растягивания всего или части окруженного участка.

Как изложено в описании способа настоящего изобретения, операция вытяжки обычно осуществляется посредством вытяжки чашки с помощью одного или ряда вытяжных штампов для перемещения материала наружу из растянутого и утонченного окруженного участка, предпочтительно, на боковую стенку. Средство для вытяжки предпочтительно содержит вытяжной пуансон (или ряд пуансонов) и соответствующий вытяжной штамп (штампы).

Кроме того, предпочтительно, устройство дополнительно содержит один или ряд протяжных штампов, как для уменьшения толщины, так и увеличения высоты боковой стенки в операции вытяжки с утонением.

Способ и устройство настоящего изобретения не ограничиваются конкретным металлом. Они особенно пригодны для использования с металлами, обычно используемыми в процессах DWI (D&I) и DRD. Кроме того, не существует ограничения для конечного использования чашки, которая получается в результате использования способа и устройства настоящего изобретения. Без ограничения чашки могут использоваться при изготовлении любого типа контейнера для пищевого продукта, напитка или чего-нибудь еще. Однако настоящее изобретение является особенно выгодным для использования при изготовлении контейнеров для пищевого продукта, особенно, в отношении экономии затрат, которые могут быть сделаны относительно известных способов изготовления.

КРАТК