用在金属容器制造中的冲头表面纹理处理制造技术

提供了一种用于形成金属容器(包括食品和饮料容器)的冲头套管。所述冲头套管包括两种或更多种不同的表面纹理。在一种实施方式中，所述冲头套管的外表面包括三个区域，每个区域具有不同的表面纹理。另外，提供了一种在用于金属容器制造过程的冲头套管的外表面上形成两种或更多种不同的表面纹理的方法。本发明专利技术还提供一种在用于金属容器制造过程的冲头套管上形成两种或更多种表面纹理的设备。

Texture treatment of punch surfaces used in metal vessel fabrication

A punch sleeve for forming a metal container (including food and beverage containers) is provided. The punch sleeve includes two or more different surface textures. In one embodiment, the outer surface of the punch sleeve includes three regions, each having a different surface texture. In addition, a method for forming two or more different surface textures on the outer surface of a punch bushing for manufacturing a metal container is provided. The invention also provides a device for forming two or more surface textures on a punch sleeve for manufacturing a metal container.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用在金属容器制造中的冲头表面纹理处理相关申请本申请要求于2015年7月1日提交的标题为“用在金属容器制造中的冲头表面纹理处理”的美国临时专利申请62/187,575的权益，该专利申请通过完整引用结合在此。
本专利技术的实施方式总体涉及一种用在形成金属容器中的冲压工具，尤其涉及一种用在形成金属食品和饮料容器中的具有表面纹理的冲压工具。
技术介绍
轻质金属容器(包括食品和饮料容器)以及用于制造和形成金属食品和饮料容器的工具在本领域中是众所周知的。典型情况下，希望使用尽可能少的材料和尽可能高的生产率制造金属食品和饮料容器，同时保持所需的质量特性。在用于金属容器制造的典型金属成形过程中，通过多个加工阶段加工金属，从而形成所需的容器形状和尺寸。该过程往往始于从金属板切割出圆形金属“坯件”。然后，将金属坯件(典型情况下为铝材)放入深拉压力机中，在深拉压力机中，坯件被“拉制”或拔制为杯状，对于常规的12盎司金属罐来说，该杯状件的直径大约为3.5英寸到4.0英寸，高度大约为1.3英寸。随后的步骤和工艺通常是通过多次压薄(ironing)和重拉操作对杯状件进行加工(例如在罐身成形机中进行)。这个过程减小原始材料的壁厚，并将容器拉拔为所需的最终容器形状。其中，一个套管将杯状件保持固定就位，冲头迅速落入杯状件中，并将杯状件重拉为大约2.6英寸直径和2.25英寸高度的尺寸(对于常规的12盎司金属罐)。冲头(又称为冲头套管)然后将杯状件按向多个压薄环(典型情况下为三个，又称为压薄模具)，这使得杯壁延展并变薄，从而杯状件达到5英寸高度(对于常规的12盎司金属罐)。整个过程(重拉和压薄)在一次连续的冲头冲程中完成。典型的压薄过程使金属在压薄模具和冲头套管之间变形。金属在极高成形压力和载荷下变形，其中，随着容器壁厚的减小和容器高度的增大，金属爬到或延展到冲头表面上。压薄过程中工具的摩擦往往决定压薄过程的最终质量。冲压工具(冲头和模具)通常由硬化钢或碳化钨制成。模具位于工件的相对侧，并支撑围绕容器周边的材料。在冲头和模具之间有很小的间隙，以防止冲头卡在模具中。所需的间隙量取决于工件(即，金属容器)的厚度，较厚的材料需要较大间隙，但是间隙总是小于工件的厚度。传统的冲头表面修饰处理是在冲头表面上一致地整体进行的，以改变表面修饰，从而控制摩擦和在压薄成形后从工具脱除金属罐的能力。冲头的摩擦、压薄载荷、以及冲头的速度往往决定缺陷率。这种缺陷称为撕裂。“撕裂”是在普通压薄过程中常见的主要缺陷，其中，受到过大拉伸载荷的金属容器的一部分从圆筒形容器的其余部分脱离。冲头的表面修饰对撕裂的发生频次有直接影响。传统的冲头表面处理包括抛光表面或网纹表面，这种处理施加到冲头的整个表面上，使得冲头具有单一的表面处理效果。冲头表面纹理支持并提高容器的“脱模能力”，即，从拉薄模具脱除冲头的能力。因此，冲头表面修饰用于促进和提高脱模能力，从而降低制造过程中的撕裂缺陷率。常见的冲头表面处理包括在冲头套管的侧壁上刻蚀出网纹图案。不同冲头的网纹图案的角度和粗糙度可能有所不同。在冲压过程中，所有具有延展性的材料在延展到一定程度时都往往导致冲头卡在容器中。若发生这种情况，则必须通过物理手段将冲头从容器中拔出，并且必须从冲头上拉下容器。这个过程称为“脱模”，因为是从冲头上脱下金属罐；而这种缺陷称为“脱模缺陷”。另外，冲头上的表面修饰越细小，脱模能力(即，从冲头套管脱除金属罐且不发生过多损坏的能力)就越差。金属容器制造中常见的第三种缺陷是由于冲头的普通表面处理与压薄力和在从压薄模具脱除金属的过程中压薄压力的实际释放的相互作用导致的。这种缺陷常常称为“耳子”、“夹点”或“毛边”。耳子是在拉拔和压薄过程之后在金属容器的顶部出现的皱褶。另外，耳子是具有不规则面积的延展区域，它导致拉薄模具的载荷不均，并且最终缺陷剧烈增加，产生毛边、拉耳或夹点。冲头的材料通常是极其耐用的材料，例如碳化物、陶瓷和/或工具钢。但是，由于数百万次的重复使用，这些经过精加工的表面因摩擦而随着时间的推移逐渐劣化。这种劣化导致变形不一致性，并改变金属容器的侧壁特性。结果是，可能出现大量缺陷，容器壁可能包含缺陷而需从生产线中去掉，最终降低生产过程的效率。
技术实现思路
本专利技术的多种实施方式和构造涉及一种在用于制造金属食品和饮料容器的冲头上产生表面纹理的新型系统、装置和方法。在此提供的新型冲头表面纹理能够降低冲压过程中的缺陷率。本专利技术的特征可用于各种食品和饮料容器的制造，包括金属罐和金属瓶。在本专利技术的多种实施方式的一个方面中，提供一种有助于金属容器(包括罐和瓶)的制造的具有特定表面纹理的冲头套管。随着容器的金属壁被迫通过冲模、受压并被拉拔，容器的金属材料在很大的力和压力的作用下在冲头套管的表面上被压薄。因此，由于冲头的表面处理，所述金属材料发生变形。因此，在本专利技术的多种实施方式的一个方面中，提供一种消除并解决特定质量缺陷的冲头表面处理。例如，通过独特地设计表面纹理粗糙度、表面修饰处理，以及在冲头的外表面上布置纹理区域，本专利技术可减少和消除由压薄过程导致的质量缺陷。在本专利技术的多种实施方式的另一个方面中，提供一种能够提高容器质量、降低废品率、并且显著消除裂片质量缺陷的冲头表面纹理处理。在采用普通的网纹图案时，随着金属薄片和颗粒(即“裂片”)夹杂在网纹纹理的凹槽中，会产生裂片。然后，在后续压薄操作过程中，这些金属颗粒被压到容器壁中。例如，在第一或第二次压薄操作时，产生一个或多个颗粒，然后，在第三或第四次压薄操作过程中，这些颗粒沉积或附着到容器壁上。本专利技术的实施方式降低容器制造过程中产生的碎片区域的密度，这会减少缺陷的数目，从而减少裂片。例如，使用本专利技术的实施方式的冲头套管，能够将使用传统冲头套筒时每小时50个缺陷的数目减少到每小时零个缺陷。在本专利技术的多种实施方式的另一个方面中，提供一种具有网纹图案的冲头表面纹理，该网纹图案具有特定角度和粗糙度(微米级)，可降低撕裂率，并使生产质量和处理量最佳化，同时保持脱模能力。以很高的速度高效地从冲头脱除容器且不发生损坏的能力对轻质金属容器制造来说很关键。因此，在本专利技术的多种实施方式的一个方面中，提供一种冲头表面纹理处理，这种纹理处理能够在较高的生产速率(即，生产速度)下提高薄壁轻质容器的脱模能力。在本专利技术的多种实施方式的一个方面中，提供一种具有多种表面纹理的冲头，这种冲头也采用至少一种普通的网纹图案来保持表面修饰的脱模能力。因此，可保证轻质金属容器的生产速度和完整性，同时消除或最大限度地减少质量缺陷。在本专利技术的多种实施方式的一个方面中，提供一种具有多种表面纹理的金属罐冲头。在本专利技术的多种实施方式的另一个方面中，提供一种具有特定的纹理位置和区域布置的冲头表面处理。因此，在一些实施方式中，在冲头表面的关键区域中施加多种表面纹理，以优化和提高金属容器制造质量、可靠性、速度和处理量。另外，本专利技术的实施方式可保持拉拔和压薄过程的处理能力，保持脱模能力，提高裂片抑制作用，并实现最佳边缘质量。在本专利技术的一种实施方式中，所述的食品或饮料容器冲头包括两个或更多种表面纹理。而且，所述的食品或饮料容器冲头可包括三种不同的表面修饰。或者，所述冲头可包括四种不同的表面修饰。在本专利技术的多种实施方式的另一个方面中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在形成金属容器的制造过程中使用的冲头，包括：位于冲头的一端的鼻部；位于冲头的第二端、与鼻部相对的后缘；位于鼻部和后缘之间的圆筒部；和外表面，该外表面包括：邻近鼻部并具有第一长度和第一种表面修饰的第一区域；邻近后缘并具有第二长度和第二种表面修饰的第二区域，其中，所述第二种表面修饰不同于所述第一种表面修饰；和邻近第一区域和第二区域之中的至少一个并具有第三长度和第三种表面修饰的第三区域，其中，所述第三种表面修饰不同于所述第二种表面修饰。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.01 US 62/187,575;2016.06.30 US 15/199,4991.一种在形成金属容器的制造过程中使用的冲头，包括：位于冲头的一端的鼻部；位于冲头的第二端、与鼻部相对的后缘；位于鼻部和后缘之间的圆筒部；和外表面，该外表面包括：邻近鼻部并具有第一长度和第一种表面修饰的第一区域；邻近后缘并具有第二长度和第二种表面修饰的第二区域，其中，所述第二种表面修饰不同于所述第一种表面修饰；和邻近第一区域和第二区域之中的至少一个并具有第三长度和第三种表面修饰的第三区域，其中，所述第三种表面修饰不同于所述第二种表面修饰。2.如权利要求1所述的冲头，其中，所述第一种表面修饰包括第一种网纹图案，其中，所述第二种表面修饰包括第二种网纹图案。3.如权利要求2所述的冲头，其中，所述第二种网纹图案是10-60微米级网纹图案，并且所述第一种网纹图案是比所述第二种网纹图案粗糙的网纹图案。4.如权利要求2所述的冲头，其中，所述第三种表面修饰被抛光的光洁度在Ra2和Ra8之间。5.如权利要求1所述的冲头，其中，所述第一区域从冲头上的靠近鼻部的第一点延伸至冲头上的第二点，其中，所述第一长度在冲头的总长度的大约15％和大约35％之间。6.如权利要求5所述的冲头，其中，所述第三区域从冲头上的第二点延伸至冲头上的第三点，其中，所述第三长度在冲头的总长度的大约15％和大约35％之间。7.如权利要求6所述的冲头，其中，所述第二区域从冲头上的第三点延伸至冲头上的第四点，其中，所述第二长度在冲头的总长度的大约15％和大约35％之间。8.如权利要求1所述的冲头，其中，所述第一区域的第一长度在大约1.0英寸和大约2.0英寸之间，所述第二区域的第二长度在大约1.0英寸和大约2.5英寸之间，所述第三区域的第三长度在大约1.0英寸和大约2.0英寸之间。9.如权利要求1所述的冲头，还包括位于第一区域和第三区域之间并具有第四长度和第四种表面修饰的第四区域。10.一种对在金属容器制造过程中使用的冲头套管的外表面进行纹理处理的方法，包括：提供冲头套管，该冲头套管包括：位于冲头套管的一端的鼻部；位于第二端、与鼻部相对的后缘；位于鼻部和后缘之间的圆筒部；和外表面，该外表面包括：邻近鼻部的第一区域；邻近后缘的第二区域；和位于第一区域和第二区域之...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA赛恩斯，
申请(专利权)人：鲍尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US