способ выравнивания стенок изделия в форме листа и инструмент выравнивания стенок (варианты)

Формула изобретения

1. Способ выравнивания стенок изделия в форме листа, образованного из металлического листа, инструментом для выравнивания стенок, содержащим формирующую поверхность, вдоль которой изделие перемещают в процессе выравнивания стенок, формирующая поверхность расположена под входным углом относительно направления перемещения изделия, изменяющимся по ее длине, отличающийся тем, что металлический лист покрывают по меньшей мере с одной стороны слоем пластмассы, при этом используют формирующую поверхность, входной угол в начальной зоне которой имеет меньшую величину, чем в последующей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что входной угол имеет меньшую величину в конечной зоне формирующей поверхности, чем в ее промежуточной зоне.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что формирующая поверхность, следующая за зоной с наибольшим входным углом, имеет зону направляющей фаски с входным углом, равным 0° .

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что входной угол имеет фиксированное значение в каждой зоне формирующей поверхности.

5. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что формирующая поверхность выполнена с плавным изменением входного угла по ее длине.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что переходы между последовательными зонами формирующей поверхности и/или эти зоны выполнены в форме дуги окружности.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что используют инструмент выравнивания стенок, содержащий множество формирующих поверхностей.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что используют инструмент выравнивания стенок, содержащий множество колец выравнивания стенок.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что 60...90% всего утонения стенки производят соответствующей формирующей поверхностью в главной зоне, имеющей наибольший входной угол.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что 10...30% всего утонения стенки производят соответствующей формирующей поверхностью в ее начальной зоне.

11. Способ по любому из пп.9-10, отличающийся тем, что менее чем 30% всего утонения стенки производят соответствующей формующей поверхностью в конечной зоне.

12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что используют инструмент выравнивания поверхности, с длиной начальной и/или конечной зоны его формирующей поверхности, предотвращающей отрыв пластмассового покрытия от металлического листа в процессе выравнивания стенок при идентичных условиях.

13. Способ выравнивания стенок изделия в форме листа, образованного из металлического листа, инструментом для выравнивания стенок, содержащим формирующую поверхность, вдоль которой изделие перемещают в процессе выравнивания стенок, формирующая поверхность расположена под входным углом относительно направления перемещения изделия, отличающийся тем, что металлический лист покрывают по меньшей мере с одной стороны слоем пластмассы, при этом в зоне формирующей поверхности, имеющей наибольший входной угол, пластмассовый слой покрытия удерживают под повышенным давлением Р₀ со всех сторон, для пластмассы слоя покрытия, имеющей следующие параметры:

0,03; ₀ 0,60; А₀ 2,0× 10¹⁹,

где Р₀ - давление, МПа;

- безразмерный параметр, представляющий чувствительность к давлению пластмассы;

₀ - опорный уровень для предела чувствительности, МПа;

А₀ - постоянная времени, с.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что используют пластмассу для слоя покрытия, имеющую следующие параметры: 0,047; ₀ 0,90; А₀ 3,0× 10¹⁹.

15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что пластмасса для слоя покрытия характеризуется следующими параметрами:

T_{g, 1 атм} 30° С; T_{g, 600 Мпа} 200° С,

где T_{g, 1 атм} - температура стеклования пластмассы при атмосферном давлении, ° С;

T_{g, 600 МПа} - температура стеклования пластмассы под давлением на все стороны, равным 600 МПа, ° С.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что параметр T_{g, 1 атм} 70° С.

17. Инструмент выравнивания стенок, в частности, кольцо для выравнивания стенок, содержащий формирующую поверхность, выполненную под входным углом, изменяющимся по длине формирующей поверхности, в направлении перемещения относительно направления перемещения листообразного изделия, отличающийся тем, что формирующая поверхность имеет меньший входной угол в ее начальной зоне, чем в последующей.

18. Инструмент по п.17, отличающийся тем, что формирующая поверхность в конечной зоне имеет меньший входной угол, чем в промежуточной зоне.

19. Инструмент по любому из пп.17 и 18, отличающийся тем, что между промежуточной и конечной зоной формирующей поверхности выполнена зона направляющей фаски длиной 0,3...1,5 мм.

20. Инструмент по любому из пп.17-19, отличающийся тем, что входной угол имеет фиксированное значение в каждой зоне.

21. Инструмент по любому из пп.17-19, отличающийся тем, что формирующая поверхность выполнена с плавным изменением входного угла.

22. Инструмент по п.21, отличающийся тем, что формирующая поверхность имеет переходы между последующими зонами и/или сами зоны, выполненные в форме дуги окружности с длиной радиуса 0,1...10 мм.

23. Инструмент по любому из пп.17-22, отличающийся тем, что главная зона формирующей поверхности составляет 60...90% поперечного размера формирующей поверхности в поперечном направлении относительно ее продольного направления.

24. Инструмент по п.23, отличающийся тем, что начальная зона формирующей поверхности составляет 10...30% ее поперечного размера.

25. Инструмент по п.23 или 24, отличающийся тем, что конечная зона формирующей поверхности составляет менее 30% поперечного размера.

26. Инструмент по любому из пп.17-25, отличающийся тем, что он выполнен в форме кольца выравнивания стенок, находящегося под радиальным предварительным напряжением на его внешней периферической поверхности, посредством полоски или провода, навитого вокруг него под напряжением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается способа выравнивания стенок изделия в форме листа, которое образовано из металлического листа, покрытого по меньшей мере с одной стороны слоем пластмассы, инструмента выравнивания стенок, содержащего формирующую поверхность, вдоль которой изделие со слоем пластмассового покрытия перемещается во время выравнивания стенок, причем формирующая поверхность находится под входным углом относительно направления перемещения изделия. Использование такого способа широко распространено для контейнеров, которые могут содержать основание и трубчатое тело, хотя изобретение не ограничено этим конкретным применением.

Входной угол образует важный параметр при выравнивании стенок. Обнаружено, что при очень маленьком входном угле распространяющаяся сила, то есть сила, которая действует на формирующую поверхность в поперечном направлении относительно направления перемещения изделия, становится очень большой. Например, в случае выравнивания стенок контейнеров, это может приводить к критическим нагрузкам, налагаемым на кольцо, используемое при выравнивании стенок, которое, следовательно, может повреждаться или даже ломаться.

Ранее были сделаны предложения по созданию способа, более подходящего для работы с металлическим листом, покрытым пластмассой.

Однако выбор большего входного угла приводит к риску разрушения слоя пластмассы и удаления покрытия с металлического листа. Это происходит потому, что больший входной угол приводит к большей продольной силе, действующей на пластмассовый слой в направлении перемещения, так что в итоге напряжение в пластмассовом слое превышает предельное значение разрушения.

Наиболее близким к заявленной группе изобретений является европейский патент №298560, в котором раскрыт способ выравнивания стенок изделия в форме листа, образованного из металлического листа, инструментом для выравнивания стенок, содержащим формирующую поверхность, вдоль которой изделие перемещают в процессе выравнивания стенок, при этом формирующая поверхность расположена под входным углом относительно направления перемещения изделия, изменяющимся по ее длине. Из вышеуказанного документа также известен инструмент выравнивания стенок, в частности, кольцо для выравнивания стенок, содержащий формирующую поверхность, выполненную под входным углом, изменяющимся по длине формирующей поверхности, в направлении перемещения относительно направления перемещения листообразного изделия.

В Европейском патенте ЕР №298560 предложено во время выравнивания стенок использовать дополнительную смазку и предложены определенные входные углы для последовательных колец выравнивания стенок. Однако все еще существует необходимость работать при больших входных углах, чтобы обеспечить возможность достижения большего срока службы инструмента выравнивания стенок.

Настоящее изобретение предлагает решение, позволяющее уменьшить риск разрушения и соскабливания пластмассового слоя во время выравнивания стенок, так что становится возможным использовать большие входные углы.

Изобретение основано на использовании полученного в результате наблюдений факта, что многие пластмассовые материалы демонстрируют более высокое предельное значение разрушения во время формирования, когда давление со всех сторон повышено. Прилагаемый чертеж показывает результаты корреляции между скоростью формирования (d /dt в с^-1), откладываемой по горизонтальной оси, и пределом текучести _v в МПа, откладываемым по вертикальной оси, и преобладающем давлении Р₀ в МПа со всех сторон. Этот чертеж выполнен на основе полиэтилентерефталата (ПЭТ), с линиями, иллюстрирующими результаты исследований образцов, и пересечениями, показывающими результаты экспериментов. Из этого чертежа ясно видно, что предел текучести значительно выше, когда давление со всех сторон повышается.

Следовательно, задачей изобретения является образование высокого давления со всех сторон в месте, где покрытый металлический лист подлежит выравниванию стенок с использованием большого входного угла, без необходимости применения очень высокого давления ко всей установке выравнивания стенок.

Таким образом, изобретение заключается в том, что входной угол изменяется по длине формирующей поверхности, в направлении перемещения изделия по формирующей поверхности, причем этот входной угол имеет меньшую величину в начальной зоне формирующей поверхности, чем в ее последующей зоне. В результате этой меры, в начальной зоне с маленьким входным углом, в материале создается высокое давление со всех сторон, и это давление сохраняется во время последующего формирования в последующей зоне с большим входным углом. В зоне, где происходит фактическое формирование, высокое давление преобладает со всех сторон, но между тем к формирующей поверхности (например, кольцу выравнивания стенок) прилагается относительно низкая распределяющая сила.

Высокое давление, которое образуется со всех сторон в пластмассовом слое, может немного ослабляться по направлению к камере после прохождения инструмента выравнивания стенок, к концу зоны с большим входным углом. Это может означать, что разрушающее напряжение пластмассового материала снова снижается в этом месте, вызывая его растрескивание и удаление инструментом выравнивания стенок. По этой причине было доказано, что благоприятно, чтобы формирующая поверхность в конечной зоне снова находилась под меньшим входным углом, чем в промежуточной зоне.

Усовершенствование также достигается, если формирующая поверхность, следующая за зоной с самым большим входным углом, содержит так называемую зону направляющей фаски, с входным углом, равным 0° . Длина этой зоны направляющей фаски может быть между 0,3 и 1,5 мм.

В одном возможном применении изобретения, входной угол может иметь фиксированное значение в каждой из упомянутых зон. Однако, при некоторых обстоятельствах может быть предпочтительным плавно изменять входной угол по длине формирующей поверхности. Это предотвращает внезапные изменения напряжения в материале стенок, подлежащем выравниванию, так что, при некоторых обстоятельствах, выравнивание стенок может проходить более постепенно.

В предпочтительном варианте осуществления такого плавного изменения, переходы между последовательными зонами, и/или сами зоны, выполняются в форме дуги окружности. Хорошие результаты получаются, если радиус этой дуги находится между величинами, составляющими 0,1 и 10 мм.

В способе согласно изобретению используют инструмент выравнивания стенок, содержащий множество формирующих поверхностей. В частности, если новый способ используется для выравнивания стенок изделия, которое в конечном счете приобретает форму контейнера, для инструмента выравнивания стенок выгодно содержать множество колец выравнивания стенок описанного выше типа. Было доказано, что благоприятно от 60 до 90% всего утончения стенки производить соответствующей формирующей поверхностью в главной зоне, которая выполняется при самом большом входном угле, так называемой главной зоне. Дальнейшее усовершенствование получают, если от 10 до 30% общего утончения стенки производить соответствующей формирующей поверхностью в начальной зоне. Кроме того, выгодно, если также используется конечная зона для того, чтобы меньше 30% общего утончения стенки производить соответствующей формирующей поверхностью в этой конечной зоне.

Как объяснялось выше, при использовании нового способа согласно изобретению, можно использовать больший входной угол, в частности, в промежуточной главной зоне, обеспечивая возможность снижения механической нагрузки на формирующую поверхность, то есть кольцо выравнивания стенок. Несмотря на этот больший входной угол, в общем можно, используя начальную зону и конечную зону с меньшим входным углом, предотвращать текучесть и удаление слоя пластмассового покрытия.

При использовании различных видов пластмасс с различными толщинами слоев и на различных типах и толщинах металлического листа, ограничивающие условия для входного угла в промежуточной зоне и входного угла и длины начальной зоны и конечной зоны обычно будут различными, если для работы требуется использовать условия, которые являются оптимальными для всего выравнивания, без какого-либо риска образования трещин и удаления пластмассового слоя. Обнаружено, что при применении различных материалов оптимальные условия можно определять посредством экспериментов, используя формирующие поверхности (например, кольца выравнивания стенок), в которых длина начальной зоны и/или конечной зоны изменяется.

При осуществлении способа согласно изобретению предпочтительно используют инструмент выравнивания поверхности, с длиной начальной и/или конечной зоны его формирующей поверхности, предотвращающей отрыв пластмассового покрытия от металлического листа в процессе выравнивания стенок при идентичных условиях.

Во время выравнивания стенок покрытого пластмассой металлического листа, к пределу текучести _v (в МПа) в пластмассе применяется следующая функциональная связь:

где Р₀ - давление в МПа, преобладающее со всех сторон в пластмассе;

₀ - опорный уровень для предела текучести в МПа;

d /dt - скорость протягивания пластмассы, подлежащей формованию, в с^-1;

- безразмерный параметр, который представляет чувствительность к давлению пластмассы;

А₀ представляет постоянную времени (в секундах), которая связана с режимом релаксации пластмассы.

Согласно изобретению, было установлено, что выравнивание стенок изделия в форме листа с покрытием при повышенном давлении со всех сторон Р₀ происходит последовательно, только если значения параметров , ₀ и А₀ используемой для покрытия пластмассы удовлетворяют определенным граничным условиям. В другом варианте способа согласно изобретению металлический лист покрывают по меньшей мере с одной стороны слоем пластмассы, при этом в зоне формирующей поверхности, имеющей наибольший входной угол, пластмассовый слой покрытия удерживают под повышенным давлением Р₀ со всех сторон, для пластмассы слоя покрытия, имеющей следующие параметры:

0,03; ₀ 0,60; А₀ 2,0× 10¹⁹, где

Р₀ - давление, МПа;

- безразмерный параметр, представляющий чувствительность к давлению пластмассы;

₀ - опорный уровень для предела чувствительности, МПа;

A₀ - постоянная времени, сек.

Предпочтительно использовать пластмассу со следующими параметрами:

0,047; ₀ 0,90 МПа и А₀ 3,0× 10¹⁹ с.

Обнаружено, что то, что известно как температура стеклования Т_g пластмассы, важна при выравнивании стенок покрытого пластмассой металлического листа. Т_g представляет собой точку перехода для характеристик диапазона аморфного состояния в пластмассе. В принципе, ниже Т_g свободный переход основной цепи полимера невозможен. Выше Т_g, эта свобода перехода возможна, что ведет к снижению значения твердости материала на порядок. Поскольку многие пластмассовые материалы являются частично кристаллическими, и эта часть частично сохраняет свою прочность до точки плавления, многие пластмассовые материалы можно все же использовать очень хорошо вплоть до температур, значительно превышающих Т_g .

В случае выравнивания стенок важен уровень Т_g , потому что во время выравнивания стенок пластмасса должна иметь все еще относительно высокую механическую прочность. Пластмассовое покрытие с низким Т_g, возможно, может приобретать существенную прочность, создавая очень высокое давление в инструменте выравнивания стенок. Однако, непосредственно снаружи этой зоны давления пластмасса настолько "слабая", что она немедленно выдавливается наружу и соскабливается.

Во время процесса выравнивания стенок, в выравниваемом материале происходит значительное повышение температуры. Эта температура может повышаться приблизительно до 200° С.

Обнаружено, что покрытый пластмассой металлический лист можно успешно подвергать операции выравнивания стенок, если Т_g пластмассы достаточно высокая при различных условиях. Как было доказано, особенно важны в этом контексте Т_g при атмосферном давлении, Т_{g,1 атм}, и Т_g , когда пластмасса находится под давлением на все стороны, равным 600 МПа, Т_{g,600 МПа}.

В соответствии с изобретением, Т_{g,1 атм} и Т_{g,600 МПа} должны быть следующими: Т_{g,1 атм} 30° С, а Т_{g,600 Мпа} 200° С где:

Т_{g1 атм} - температура стеклования пластмассы при атмосферном давлении град. С;

Т_{g 600 МПа} - температура стеклования пластмассы под давлением на все стороны, равным 600 МПа, град. С.

Предпочтительно, Т_{g,1 атм} должна быть следующей: Т_{g,1 атм} 70° С.

В дополнение к описанному выше способу, изобретение также касается инструмента выравнивания стенок, в частности, кольца выравнивания стенок, содержащего формирующую поверхность, выполненную под входным углом, изменяющимся по длине формирующей поверхности, в направлении перемещения относительно направления перемещения листообразного изделия, в котором формирующая поверхность имеет меньший входной угол в ее начальной зоне, чем в последующей зоне.

В вышеприведенном описании нового способа объяснялись многочисленные предпочтительные варианты осуществления инструмента выравнивания стенок согласно изобретению, на которые здесь делались ссылки.

Конкретные предпочтительные, но не ограничительные, варианты осуществления инструмента выравнивания стенок приведены ниже.

Формирующая поверхность инструмента в конечной зоне имеет меньший входной угол, чем в промежуточной зоне. Между промежуточной и конечной зоной формирующей поверхности выполнена зона направляющей фаски длиной 0,3...1,5 мм. При этом входной угол имеет фиксированное значение в каждой зоне. Кроме того, формирующая поверхность может быть выполнена с плавным изменением входного угла и иметь переходы между последующими зонами и/или сами зоны, выполненные в форме дуги окружности с длиной радиуса 0,1...10 мм. Главная зона формирующей поверхности может составлять 60...90% поперечного размера формирующей поверхности в поперечном направлении относительно ее продольного направления, а начальная зона формирующей поверхности - 10...30% ее поперечного размера. При этом конечная зона формирующей поверхности составляет менее 30% поперечного размера.

Инструмент согласно изобретению может быть выполнен в форме кольца выравнивания стенок, находящегося под радиальным предварительным напряжением на его внешней периферической поверхности, посредством полоски или провода, навитого вокруг него под напряжением, т.е. это кольцо находится под радиальным предварительным напряжением на его внешней периферической поверхности.

Кольца выравнивания стенок в общем известны, как и связанные с ними термины, такие как входной угол, главная зона и зона направляющей фаски.

Следовательно, нет необходимости в обсуждении колец выравнивания стенок для более подробного объяснения в описании со ссылкой на чертежи.