制造由薄板金属制成的圆锥形金属物体的方法与流程

本发明涉及由薄金属板制造部件的方法，其中该部件具有至少部分弯曲或线性的圆锥形区域，并且从具有基本圆柱形的壁部分的罐形坯件开始形变，本发明还涉及用于进行这种方法的设备，以及使用该方法制造的部件。特别地，该方法适用于制造气溶胶圆顶元件或胶囊，特别是用于食物产品，例如咖啡。

背景技术：

1、由金属组成的罐形物品能够在冷形变加工中从平坦的板金属形变而成。该形变通常在冲压加工之后进行，或者在单个形变步骤(深拉伸)中与此类冲压加工结合进行，在该步骤中，成品部件被赋予最终的形状。例如，此类加工用于制造罐、喷雾罐(或其零件)、汽车行业或家具行业中的部件、食物产品包装等。作为材料，此处特别使用铝和锡板。

2、特别地，如果使用的材料厚度较小，则必须仔细地进行形变加工，以避免开裂、折痕等，从而导致废品或质量不足。这尤其适用于圆锥形壁区域的形成，因为在这种情况下，与轴向圆柱形壁区域的形成相比，工具中的引导不能得到同等程度的保证。

3、us4914937描述了一种用于形成锥形容器的方法，在该方法中，容器首先被拉伸到部分长度，第一直侧壁部分和第二直侧壁部分通过过渡部分彼此连接，然后借助于从过渡部分拉出的材料再次拉伸到基本上其最终长度和其锥形状态。该方法还可选地包括在长度上的第二次重新拉伸，以及使用过度拉伸部分以形成轮廓的基础成形步骤。

4、ep-a-0310726公开了一种通过圆柱形冲头和截头圆锥形模具的拉伸加工。在此处，坯件在具有截头圆锥形内壁的模具与圆柱形冲头之间进行一次(或多次)拉伸操作，其中，工件保持件的压力降低，使得金属在其形变时适应冲头的形状。该文献还描述了由“双重还原”板制成的罐体的制造用途。

5、ep-a-3702061公开了一种由金属板制造部件的方法，所述部件具有由具有基本上呈圆柱形的壁部分的罐形坯件制成的至少部分弯曲或线性的圆锥形区域。该方法的特征在于，其包括至少以下步骤：

6、台阶成形拉伸操作，其中，坯件的圆柱形边缘部分在拉伸模具与在坯件保持件中被可移动地引导的拉伸冲头之间形变，以形成具有两个圆柱形部分的台阶状区域；以及至少一个后续的圆锥成形拉伸操作，其中，至少台阶状区域在两个工具之间形变，以形成弯曲或线性的圆锥形部件部分。

7、wo 2018/067013描述了一种包含用于制备可饮用饮料的物质的胶囊，其中，胶囊具有由铝组成的胶囊主体，所述胶囊主体具有侧壁、向外延伸的凸缘，以及在向外延伸的凸缘上的密封元件，该密封元件用于与制备设备的周围元件进行流体密封接触。饮料制备设备包括具有自由接触端的环形元件，该自由接触端可以设置有多个径向延伸的开口凹槽。密封元件与向外延伸的凸缘一体，并具有凸起。内凸起脚与侧壁之间的环形槽具有从外凸起脚向胶囊主体的底部轴向间隔开的底部。

技术实现思路

1、已知的方法的问题尤其在于其在特定材料厚度以上时才是适用的。如果材料厚度进一步减小，例如为了节省材料、生态上更具可持续性或满足其他要求，就会出现问题，包括开裂、不受控制的形状成形等。

2、因此，本发明的目的是提供一种使用由铝板制造部件的方法，该铝板的厚度为0.05至小于0.08mm，该部件具有至少部分弯曲或线性的圆锥形区域，该部件由具有基本圆柱形的壁部分的罐形坯件制成。

3、特别地，所提出方法的特征在于，其包括至少以下步骤：

4、台阶成形拉伸操作，其中，坯件的圆柱形边缘部分在拉伸模具与在坯件保持件中被可移动地引导的拉伸冲头之间至少部分形变，以形成具有两个圆柱形部分的台阶状区域，第一圆柱形部分具有基本上轴向延伸的具有第一半径的环绕壁，第二圆柱形部分沿部件轴线跟随所述第一圆柱形部分并且具有基本上轴向延伸或圆锥形收敛的具有小于第一半径的第二半径的环绕壁。

5、在此，第一圆柱形部分和第二圆柱形部分经由台阶状区域的过渡部分环绕连接，该过渡部分基本上径向延伸或呈圆锥形延伸，或者与第二圆柱形部分相比更尖锐地圆锥形收敛。

6、在台阶成形拉伸操作中，将第一圆柱形部分至少局部由坯件保持件内部引导，并且夹持在坯件保持件与拉伸模具之间，并且第二圆柱形部分通过拉伸冲头形变。

7、还存在至少一个直接或间接后续的圆锥成形拉伸操作，其中，至少台阶状区域的过渡部分和第二圆柱形部分在两个工具之间形变，以形成弯曲或线性的圆锥形部件部分。在此，这两个工具至少由圆锥成形拉伸操作拉伸模具和圆锥成形拉伸操作拉伸冲头形成，圆锥成形拉伸冲头在圆锥成形拉伸操作定心套筒中被可移动地引导，并且在圆锥成形拉伸操作中，将第一圆柱形部分至少局部由圆锥成形拉伸操作定心套筒内部引导，或者夹持和/或引导在圆锥成形拉伸操作定心套筒与圆锥成形拉伸操作拉伸模具之间。过渡部分和第二圆柱形部分和过渡部分在圆锥成形拉伸操作拉伸冲头与圆锥成形拉伸操作拉伸模具之间形变。

8、在此，在台阶成形拉伸操作之前，从平坦的金属板冲压出圆形冲压件，并且所述冲压件在后续的形变步骤中形变，以形成具有圆柱形壁部分的罐形坯件，该圆柱形壁部分具有坯件半径，其中，罐形坯件的自由环绕边缘至少部分地为弯曲的圆锥形扩口形式(其中，在这种情况下，该圆锥形扩口包括径向延伸凸缘，该径向延伸凸缘相对于部件的轴向开口方向具有高达90°的折叠角α)。

9、此外，在圆锥成形拉伸操作中，在开口侧形成环绕径向凸缘和轴向圆柱形边缘区域。

10、根据本发明的第一方面，该方法的特征在于，在圆锥成形拉伸操作之后，进行拉伸操作，其中，自由环绕边缘(至少其最外边缘区域)的圆锥形扩口以形状配合的方式翻折到至少100°的折叠角α，以形成翻折扩口。在形成翻折扩口之后，在边缘轧制操作中通过轧制冲头在底部侧轧制轴向圆柱形边缘区域和翻折扩口，以形成轧制边缘，其中，轧制边缘优选地在底部侧和开口侧突出超过在圆锥成形拉伸操作中形成的凸缘的平面。

11、根据第一优选实施例，该方法的特征在于，在圆锥成形拉伸操作中，在开口侧形成环绕径向凸缘和轴向圆柱形边缘区域，并且在圆锥成形拉伸操作之后，进行凹槽成形拉伸操作，其中，在成形件与模具之间、可选地与另外的成形件结合形成朝向底部定向的环绕卷边，同时自由环绕边缘的圆锥形扩口以形状配合的方式折叠到至少90°的折叠角α，以形成翻折扩口，并且在卷边和翻折扩口成形之后的下一步骤中，在边缘轧制操作中通过轧制冲头在底部侧轧制轴向圆柱形边缘区域和翻折扩口，以形成轧制边缘，其中，轧制边缘在底部侧和开口侧突出超过凸缘的平面。

12、此外，可行且优选的是，在(凹槽形成)拉伸操作中，自由环绕边缘的圆锥形扩口以形状配合的方式翻折到至少110°、优选地至少120°的折叠角α，以形成翻折扩口，其中，翻折区域是平坦的，或者优选地在邻接轧制边缘的弯曲方向上弯曲。

13、圆锥形扩口通常具有0.5-2mm、优选1-1.7mm的径向宽度。

14、如果该方法的特征在于，在(凹槽形成)拉伸操作中，圆锥形扩口以形状配合的方式保持在折叠冲头与模具之间，并且进行轧制以形成翻折扩口，则该方法能够特别有效和可靠地进行。

15、根据本发明的第二方面，其可以独立于如上文描述的本发明的第一方面使用，但是优选地与第一方面结合使用，该方法的特征在于，在台阶成形拉伸操作和圆锥成形拉伸操作之间，进行另外的中间拉伸操作，其中，具有两个圆柱形部分的台阶状区域形变使得从底部或者从底部和底部与第二圆柱形部分之间的过渡部分形成另外的台阶，第一圆柱形部分具有基本上轴向延伸的具有第一半径的环绕壁，第二圆柱形部分沿部件轴线跟随所述第一圆柱形部分，邻接底部并且具有基本上轴向延伸或圆锥形收敛的具有小于第一半径的第二半径的环绕壁，该另外的台阶具有半径小于第二半径的圆锥部分或第三圆柱形部分。

16、特别地，通过这种额外的中间拉伸操作，当结合厚度为0.05-0.1mm的铝板形式的起始材料使用所要求的薄材料时，能够基本上防止裂纹和废品。

17、特别地，如果在另外的中间拉伸操作中形成第三圆柱形部分，并且在另外的中间拉伸操作和/或台阶成形拉伸操作中，将第二圆柱形部分的高度h1和半径r2以及在中间拉伸操作中第三圆柱形部分的高度h2和半径r3选择为使得在圆锥成形拉伸操作中，部件的凸形内部弯曲区域基本上从开始就与圆锥成形拉伸操作拉伸冲头的外部轮廓接触，并且部件的凸形外部弯曲区域基本上从开始就与圆锥成形拉伸操作的拉伸模具的内部轮廓接触，则能够防止部件材料中的裂纹。

18、在此，第二圆柱形部分的高度h1优选地被设定为第三圆柱形部分的高度h2的0.8-1.2倍。

19、第二圆柱形部分和第三圆柱形部分的半径由工具与弯曲区域的特定抵靠产生的圆锥成形拉伸操作的角度来定义。

20、由于在另外的中间拉伸操作中使用的部件或模型的目标结构，使得在后续的圆锥成形拉伸操作中，冲头和模具从开始就在相应的接触点处接触，并且在整个圆锥成形拉伸操作中保持接触，从而确保了最佳的材料引导，并且避免了裂纹。因此，甚至可以使用更薄的材料，特别是所要求保护的厚度为0.05至小于0.08mm的材料，或者，如果使用上文描述的更厚的材料，则能够进一步显著减少废品。

21、如果尺寸(第二圆柱形部分和第三圆柱形部分的台阶的高度和半径)被设定为使得在圆锥成形拉伸操作中，部件的底部基本上从开始就与圆锥成形拉伸操作拉伸冲头的下表面接触，则产生的裂纹和废品特别少。因此，在圆锥成形拉伸操作中，用于加工的部件与工具之间的受控接触从开始就在多个表面上实现。通过圆锥成形拉伸操作拉伸冲头的底部，也就是说通过其下表面，将部件的材料拉伸到模具中。

22、优选地，这种方法的特征还可以在于：在另外的中间拉伸操作中，过渡部分和第二圆柱形部分以形状配合的方式保持在坯件保持件与拉伸模具之间，并且圆锥部分借助于将在拉伸模具中引导的拉伸冲头沉入底部中来形成。

23、通常，过渡部分基本上环绕径向延伸，并且第一圆柱形部分和第二圆柱形部分的相应的环绕延伸壁基本上环绕轴向延伸。

24、此外，圆锥成形拉伸操作定心套筒也可以形成为坯件保持件，在圆锥成形拉伸操作中，该坯件保持件至少局部在圆锥成形拉伸操作坯件保持件与圆锥成形拉伸操作拉伸模具之间夹持第一圆柱形部分和/或过渡部分。

25、在另一优选实施例中，该方法的特征在于，第一圆柱形部分的半径与第二圆柱形部分的半径之比为2:1-1.1:1，优选为1.6:1-1.25:1、特别优选为1.5:1-1.3:1。

26、优选地，附加地或替代地，第一圆柱形部分的半径与第二圆柱形部分或圆锥部分的底部半径之比为2.5:1-1.2:1，优选为2.0:1-1.4:1，特别优选为1.9:1-1.5:1。

27、此外，优选的是，第一圆柱形部分的轴向长度与第二圆柱形部分或者第二圆柱形部分和圆锥部分的轴向长度之比为4:1-0.5:1，优选为3:1-0.75:1，特别优选为2.5:1-1:1。

28、同样，优选的是，第二圆柱形部分的半径与圆锥部分的底部半径之比为2.5:1-1.1:1，优选为2.0:1-1.2:1，特别优选为1.9:1-1.3:1。

29、在所提出的方法中，通常的情况是，在台阶成形拉伸操作之前，从平坦的金属板优选地以交替横向偏移的方式冲压优选为圆形的冲压件，该平坦的金属板优选地以条形形式尤其从卷材供应，并且所述冲压件在后续的形变步骤中形变，以形成具有圆柱形壁部分的罐形坯件，该圆柱形壁部分具有坯件半径，其中，罐形坯件的自由环绕边缘翻折以形成径向凸缘或弯曲的圆锥形扩口形式，其中，优选地，扩口的外径比坯件半径大1-50倍的金属板的材料厚度，优选地在弯曲的圆锥形扩口环绕边缘的情况下，扩口的外径比坯件半径大2-20倍或5-15倍的金属板的材料厚度。

30、坯件有利地由抗拉强度为80-120mpa的铝或铝合金组成，特别是以下类型的铝：enaw-8011a、8079、8176、8021、8090、烧结6061或烧结2014，分别在一侧或两侧上以未涂覆的形式或者以涂漆的形式、可选地以彩色涂漆的形式。

31、此外，所提出的方法的特征在于，至少部分弯曲或线性的圆锥形区域与部件的对称轴线形成5-40°、优选为7至15°，特别优选为8-12°的平均角度。

32、至少部分弯曲或线性的圆锥形区域优选地至少局部为线性圆锥形，并且除了可能提供的任何台阶外，优选地仅具有线性的圆锥形区域。

33、在圆锥成形拉伸操作中或在一个或更多个后续的形变步骤中，在与至少部分弯曲或线性的圆锥形区域邻接的底部侧，可以形成另外的圆柱形或圆锥形区域，该另外的圆柱形或圆锥形区域优选地经由径向区域连接。

34、特别优选地，在圆锥成形拉伸操作中，在与至少部分弯曲或线性的圆锥形区域邻接的底部侧，形成另外的圆锥形区域，与至少部分弯曲或线性的圆锥形区域相比，该另外的圆锥形区域与部件的对称轴线成更大的平均角度，优选为30-80°的圆锥角，特别优选为50-70°的圆锥角。

35、此外，该方法的特征在于，在传送站中，相同的部件在并行操作的多条线、优选至少两条、特别优选2-8条或3-5条这样的并行线上以相同的进程进行并行加工。

36、在轧制拉伸操作之后可以是另外的加工步骤，特别是从以下组中选择：冲压步骤；涂覆步骤；施加步骤，特别是插入物的施加或密封件的附接；填充步骤；质量控制步骤；清洁步骤；在另外的部件上的安装步骤；其中，这些另外的步骤优选地至少部分地在与台阶成形拉伸操作和圆锥成形拉伸操作相同的传送装置中进行。

37、本发明还涉及一种呈传送装置的形式的用于进行上文描述的方法的设备，该传送装置具有用于台阶成形拉伸操作的至少一个站、用于圆锥成形拉伸操作的至少一个下游站、用于凹槽成形拉伸操作的至少一个下游站以及用于轧制操作的至少一个下游站，其中，用于台阶成形拉伸操作的工具包括拉伸模具和在坯件保持件中被移动地引导的拉伸冲头，并且在台阶成形拉伸操作中，将第一圆柱形部分和/或过渡部分至少局部在坯件保持件与拉伸模具之间夹持，并且第二圆柱形部分和/或过渡部分由拉伸冲头形成，并且其中，用于后续圆锥成形拉伸操作的工具包括圆锥成形拉伸操作拉伸模具和圆锥成形拉伸操作拉伸冲头，该圆锥成形拉伸操作拉伸冲头在圆锥成形拉伸操作定心套筒中被移动地引导，并且在圆锥成形拉伸操作中，将第一圆柱形部分和/或过渡部分至少局部在圆锥成形拉伸操作定心套筒与圆锥成形拉伸操作拉伸模具之间引导和/或夹持，并且过渡部分和/或第二圆柱形部分在圆锥成形拉伸操作拉伸冲头与圆锥成形拉伸操作定心套筒之间形成。

38、本发明最后涉及一种在上文描述的方法或上文描述的设备中制造的部件。

39、从属权利要求中详细说明了其他实施例。