Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metallgegenständen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen, be- cherförmigen Metallgegenstandes mit Seitenwänden und einem Endteil, an dem sich ein röhrenförmiger Hals befindet, und auf eine Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens.
Aus dünnem Blech, wie z. B. aus Weissblech, hergestellte becherförmige Gegenstände, die an ihrem Abschlussteil eine kurze, röhrenförmige Öffnung auf weisen, werden in grossem Umfang als Behälterteile verwendet. Ein solcher becherförmiger Gegenstand kann als Endverschluss eines herkömmlichen Behäl terkörpers verwendet werden oder, falls der geformte Becher eine verhältnismässig lange Seitenwand auf weist, als ein in einem Stück vereinigter Dosenkörper und Dosenabschluss dienen. In jedem Falle wird der kurze röhrenförmige Hals als Mittel zur Halterung einer Verschlusskappe für einen Ausgussstutzen, ein Abgabeventil oder dergleichen am Behälterabschluss verwendet.
Bisher ging die Herstellung von Metallgegenstän den dieser Art in einer Reihe von getrennten, aufein anderfolgenden Arbeitsstufen vor sich. Bei den allge mein verwendeten Verfahren wird ein flacher Roh ling aus Blech, z. B. aus Weissblech, zunächst in die gewünschte Becherform gezogen. In daran anschlies- senden getrennten Arbeitsgängen wird dann ein ver schlossener; röhrenförmiger Hals von gewünschter Länge an der Abschlussfläche des gezogenen Bechers geformt, und das verschlossene Ende des röhrenförmi gen Halses wird dann in einem weiteren Arbeitsgang durchbrochen.
Bei den bisher gebräuchlichen Verfahren und de ren Durchführung erfordert das Formen und Durch brechen zur Herstellung eines offenen röhrenförmi gen Halses auf einen gezogenen Becher die Verwen- dung von spezieller maschineller Ausrüstung. Weiter ergeben sich aus diesen Arbeitsvorgängen Betriebs abwicklungs- und Verarbeitungskosten, die zu den Gesamtgestehungskosten des fertigen Gegenstandes nicht unwesentlich beitragen.
Nach dem hier be schriebenen neuartigen Verfahren und den damit ver bundenen Mitteln können Metallgegenstände der vor liegenden Art in einem einzigen kontinuierlichen Ar beitsgang vollständig geformt werden, wodurch die Notwendigkeit der besonderen maschinellen Ausrü stung und der Werkzeuge entfällt, um die getrennten Arbeitsgänge des Formens und Durchbrechens mit daraus sich ergebenden Einsparungen an Ausrüstung und Verarbeitungskosten durchzuführen.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zur Formung eines zylindrischen, becherförmigen Metallgegenstandes mit offenem, röhrenförmigem Hals, ohne die Arbeits gänge des Formens und Durchbrechens der Ab schlussfläche eines vorher gezogenen Bleches getrennt ausführen zu müssen.
Weiter soll bei diesem Verfahren der offene, röh renförmige Hals während und als Teil des Becherfor- mungsvorganges gebildet werden können.
Auch soll ein Verfahren geschaffen werden, zu dessen Durchführung weniger Ausrüstung und Ma schinen erforderlich sind als bei den bisher gebräuch lichen Verfahren.
Ein weiterer Zweck ist ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein zylindrischer, becherförmiger Gegen stand geformt werden kann, dessen Tiefe grösser ist als sein Durchmesser und dessen Seitenwandstärke geringer ist als die Dicke des Rohlings.
Ferner bezweckt die Erfindung eine Vorrichtung zur Formung eines solchen zylindrischen, becherför- migen Gegenstandes zu schaffen, mit welcher die Formung des Becherteiles und die Formung des offe nen, röhrenförmigen Halsteiles in einem gleichzeitig vor sich gehenden Arbeitsgang vollzogen werden kann.
Schliesslich soll es die Vorrichtung ermöglichen, die Seitenwand im selben kontinuierlichen Arbeits gang auf eine Stärke zu verringern, die geringer ist als die Dicke des Rohlings.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass ein dünner, scheibenförmiger Roh ling mit kreisförmigem Loch auf ein Matrizenelement gebracht und mit einer vorherbestimmten Kraft gegen dieses gehalten wird, dass der Rohling durch das Ma trizenelement hindurch gepresst wird, um den zylin drischen, becherförmigen Gegenstand mit Seitenwän den und einem Endteil zu formen, und dass gleich zeitig mit diesem Formungsvorgang das am genann ten Loch angrenzende Metall in den röhrenförmigen Hals verformt wird.
Die ebenfalls Gegenstand der Erfindung bildende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist ge kennzeichnet durch eine Ziehmatrize mit einer öff- nung, durch ein Halteglied, das über der Ziehmatrize angeordnet und so ausgebildet ist, dass es den Roh ling in die richtige Lage bringt und ihn mit einer vor herbestimmten Kraft gegen die Ziehmatrize drückt, durch einen Ziehstempel, der über der Matrize und dem Halteglied hin- und herbewegbar eingebaut und mit der Öffnung der Ziehmatrize axial ausgefluch- tet ist, wobei der Ziehstempel eine Endfläche auf weist, die in einen Formstöpsel übergeht,
dessen Querschnittsform ähnlich derjenigen des Loches im Rohling aber von grösserem Durchmesser ist und durch Mittel zur Bewegung des Ziehstempels durch die Öffnung der Matrize, um den Rohling in einem einzigen Arbeitsgang in den becherförmigen Gegen stand zu verformen, wobei der Stöpsel durch das Loch im Rohling gepresst wird, um das an diesem Loch angrenzende Metall auszudehnen und den röh renförmigen Hals zu bilden.
Der so gebildete Becher hat eine Seitenwand stärke, die weitgehend gleich gross ist wie die Dicke des Rohlings. Wenn gewünscht, können der Durch messer und die Seitenwandstärke des Bechers in einem fortlaufenden Arbeitsgang verringert werden, indem der anfangs gezogene Becher durch eine oder meh rere Plättmatrizen durchgepresst wird, die in enger Aufeinanderfolge unter der Ziehmatrize angebracht sind.
In der Zeichnung sind zwei bevorzugte Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Formung von Metallgegenständen. Fig. 2 eine Teilansicht ähnlich der Fig. 1 mit Dar stellung der Teile, nachdem der Rohling in. die Be- cherform gezogen wurde.
Fig. 3 eine Vorderansicht einer abgeänderten Aus führungsform. Fig. 4 eine senkrechte Schnittansicht der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform.
Fig. 5 und 6 Schnittansichten von Teilen der Vor richtung, ähnlich der Fig. 4, wobei die Teile in ande ren Stellungen des Arbeitszyklus dargestellt sind.
Fig. 7 eine senkrechte Schnittansicht des Steuer ventils von Fig. 3.
Fig. 1 zeigt eine hydraulische Metallziehpresse 11 mit einer an einem Ständer 13 befestigten Aufspann- platte 12. Eine ringförmige Ziehmatrize D mit einer Matrizenöffnung 14 ist in geeigneter Weise auf die Aufspannplatte 12 aufgesetzt und mittels Schrauben 15 damit verankert. Ein flacher, kreisförmiger Roh ling A mit einem in dessen Mitte angebrachten Loch <I>B</I> wird zwischen der Matrize<I>D</I> und einem ringförmi gen Werkstückhalter C, der über der Matrize ange ordnet ist, eingeführt.
Der Innendurchmesser der Halterung C ist um ein geringes. grösser als der Durchmesser der Matrizenöffnung 14, und ein wenig abgesetzt von ihrem äusseren Rande weist die Halte rung eine Reihe von durchgehenden Führungslöchern 16 auf. Sie dienen zur Aufnahme von Stiftschrauben 17 mit Schaft 18 und Kopf 19, die in die Aufspann- platte eingeschraubt werden, um zu verhindern, dass sich die Halterung C für den Rohling quer zur Ma trize D verschiebt, wogegen eine Aufwärtsbewegung in der Längsachse der Matrize ermöglicht wird.
Die Unterfläche der Halterung C weist eine kreis förmige Vertiefung 20 auf, deren Durchmesser weit gehend dem des Rohlings A entspricht und deren Tiefe etwas geringer ist als die Dicke des Rohlings; diese Vertiefung dient dazu, den Rohling in axialer Ausfluchtung mit der Matrizenöffnung 14 in die richtige Lage zu bringen. So angebracht, wird ein Randteil 23 des Rohlings A zwischen der Matrize D und der Halterung C mit einer vorherbestimmten Kraft festgeklemmt, welche von den zusammenge drückten Federn 24 ausgeht, die sich am Schrauben schaft 18 zwischen der Halterung und dem Schrau benkopf befinden.
Ein zylindrischer Ziehstempel E, der über der Halterung C in axialer Ausfluchtung mit der Matri- zenöffnung 14 hin- und herbeweglich angebracht ist, besitzt eine untere Abschlussfläche 25 mit einem axial angeordneten zylindrischen Formstöpsel F, der mit dem Ziehstempel ein Ganzes bildet. Das obere Ende des Ziehstempels E ist an der Kolben stange 26 des hydraulisch betätigenden Zylinders 27 befestigt, wobei der Zylinder am Ständer 13 veran kert ist und eine obere und untere Steueröffnung 28 und 29 aufweist.
Die Zufuhr hydraulischen Druckfluidums von einer (auf der Zeichnung nicht dargestellten) geeig neten Quelle zum Zylinder 27 durch die obere Steuer öffnung 28 bewegt den Stempel E nach unten. Der Formstöpsel F berührt anfänglich den Rohling A und wird durch ihn hindurchgedrückt, wobei das an die Öffnung B im Rohling anliegende Metall nach unten getrieben und um den Stöpsel geschlungen oder ge streckt wird, um so einen röhrenförmigen Hals 30 zu bilden: Die -darauf folgende Weiterbewegung des Stempels E drückt den Rohling A durch die Matri- zenöffnung 14 hindurch, wodurch der Rohling Form bekommt, über dem Stempel gestreckt wird und so ein becherförmiger Gegenstand 33 (Fig. 2) entsteht.
Während dieses Arbeitsvorganges genügt die Kraft, mit der der Randteil 23 des Rohlings zwischen der Halterung C und der Ziehmatrize D festgeklemmt wird, um zu gewährleisten, dass der Rohling plastisch gestreckt wird und keine Schrumpfung oder Falten bildung auftritt, wenn der Randteil unter der Halte rung weg und durch die Matrize gezogen wird; die ausgeübte Kraft ist jedoch nicht so gross, um infolge übermässigen Streckens während der Formung des Bechers 33 ein Zerreissen oder eine Rissbildung des Metalls zu verursachen.
Der gebildete Becher 33 besitzt ein Ende 34 und eine Seitenwand 35, wobei die Wandstärke beider Teile annähernd gleich gross ist wie die Dicke des Rohlings A. Die Form der Abschlussfläche 25 des Ziehstempels E bestimmt die Form des Endes 34 des gezogenen Bechers 33 und kann konisch sein oder eine Kombination von konischen und kugelförmigen Umrissen etc. Vorzugsweise ist die Abschlussfläche 25 die konische Fläche eines Kegelstumpfes. Der ko nische Winkel der Abschlussfläche 25 soll jedoch nicht zu klein sein, da ein allzu spitz zulaufender Ziehstempel E dazu neigt, den Rohling auszudehnen und dessen Bruch herbeizuführen, anstatt ihn durch die Matrize D zu ziehen.
Ein Winkel von mindestens 120 ist im allgemeinen wünschenswert, obwohl kleine Winkel mit Erfolg verwendet werden können.
Die fortlaufende Abwärtsbewegung des Ziehstem pels E führt den geformten Becher durch einen her kömmlichen Abstreifer, der unter der Matrize D an gebracht ist. Der Abstreifer besteht aus einem fla chen Segmentring 36, dessen Segmente 37 so ausge bildet sind, dass sie innerhalb einer Ausdrehung 38 in der Unterfläche der Aufspannplatte 12 radial ver schiebbar sind. Die Segmente 37 werden durch Fe dern 39 radial nach innen gedrängt und innerhalb der Ausdrehung 38 von einem mittels Schrauben 43 an die Aufspannplatte 12 befestigten flachen Haltering 40 festgehalten.
Bei innerstmöglicher Lage der Seg mente 37 besitzt der Segmentring 36 eine weitge hend zylindrische Innenfläche 44, deren Durchmes ser etwas geringer ist als der Durchmesser des Zieh stempels E. Die Oberkante 45 des Segmentringes ist glatt abgerundet, während die Unterkante 46 scharf ist.
Während der geformte Becher 33 vom Ziehstem pel E gegen den Abstreifer befördert wird, berührt er die abgerundete obere Kante 45 des Segmentringes 36, und indem er die Segmente 37 auseinanderdrückt, wird der Durchgang des Bechers durch den Ring er möglicht; hat der Becher den Ring verlassen, so be wegen die Federn 39 die Segmente 37 nach innen ge gen den Ziehstempel E.
Mittels geeigneter Ventilmit- tel (auf der Zeichnung nicht dargestellt) wird dann der Strom hydraulischen Druckfluidums zur unteren Steueröffnung 29 gelenkt, worauf der Ziehstempel E durch den Betätigungszylinder 27 nach oben bewegt wird. Während der Aufwärtsbewegung des Ziehstem pels E greift der obere Rand des geformten Bechers 33 in die scharfe untere Kante 46 des Segmentringes, die jede weitere Aufwärtsbewegung des Bechers ver hindert und diesen dabei vom Ziehstempel abstreift.
Um ihn leichter aus dem röhrenförmigen Hals 30 zu- rückziehen zu können, ist der Formstöpsel F nach innen vorzugsweise konisch verjüngt, also von der Abschlussfläche 25 des Ziehstempels weg. Diese Ver jüngung ist jedoch wegen des kleinen Massstabes aus der Zeichnung nicht ersichtlich.
Bei der in den Fig. 3 und 4 abgeänderten Aus führungsform wird der Rohling A in einem einzigen fortlaufenden Arbeitsgang durch die Ziehmatrize und Plättmatrize gepresst, um einen langgestreckten, be- cherförmigen Gegenstand mit röhrenförmigem Hals zu formen.
Der Ausdruck Ziehen bezieht sich hier auf den Arbeitsvorgang, bei dem ein flacher Rohling in einen Becher umgeformt wird; idessen Seitenwand stärke annähernd gleich ist der Dicke des Rohlings; Plätten verweist auf den Arbeitsgang; bei dem die Wandstärke der Seitenwand des gezogenen Bechers verringert, die Seitenwand aber verlängert wird, ohne Verringerung jedoch des Aussendurchmessers des ge zogenen Bechers, indem die Seitenwand zwischen einem Stempel und einer Matrize geplättet wird, wäh rend der Stempel den Becher durch die Matrize drückt.
Fig. 4: Ein flacher, kreisförmiger Metallrohling A mit einem in der Mitte befindlichen Loch B wird zwi schen eine Ziehmatrize D und eine Halterung C für den Rohling in derselben Weise eingefügt, wie im Zu sammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel be schrieben.
Über der Halterung C ist ein Formstem pel eingebaut, der mit einem zylindrischen inneren Stempel 47 mit einer flachen oberen Abschlussfläche 48 und einer konischen unteren Abschlussfläche 49 ausgebildet ist, welcher innerhalb eines röhrenförmi gen äusseren Stempels 50 mit konischer unterer Ab- schlussfläche 53 gleitbar angeordnet ist. Ein axial angeordneter zylindrischer Formstöpsel F bildet mit der unteren Abschlussfläche 49 des inneren Stempels 47 ein Ganzes.
In der obersten Stellung des inneren Stempels 47 mit Bezug auf den äusseren Stempel 50 stösst die obere Abschlussfläche 48 des inneren Stempels gegen einen Flansch 54, der mit der Innenfläche des äusse- ren Stempels ein Ganzes bildet. In dieser Stellung bil den die unteren Abschlussflächen 49 und 53 der in neren und äusseren Stempel 47 und 50 eine fortlau fende Fläche, nämlich die konische Fläche eines Ke gelstumpfes (Fig. 4 und 5). Wie schon weiter oben angeführt, weisen die Abschlussflächen 49 und 53 vorzugsweise einen Winkel von mindestens 120 auf.
Der äussere Stempel 50 ist mittels zweier her kömmlicher betätigender Zylinder 55 senkrecht hin und berbewegbar; sie sind seitlich vom Stempel an gebracht, so dass sie einander gegenüberliegen, und sie sind am jeweiligen Ständerteil 56 verankert. Die Zylinder 55 besitzen nach unten sich erstreckende Kolbenstangen 57, die an einem horizontalen Glied 58 verankert sind, das mit dem. äusseren Stempel 50 ein Ganzes bildet.
Die Betätigung der hydraulischen Zylinder 55 er folgt vorzugsweise über ein von Hand bedientes Drei stellungssteuerventil 59 von einer auf diesem Gebiet wohlbekanntere Art. Das Ventil 59 besitzt einen zy- lindrischen Schieber 60, der in einem geschlossenen Gehäuse 63 gleitend angebracht ist (Fig. 7). Der Schie ber 60 ist mit einer Spindel 64 versehen, die durch das eine Ende des Gehäuses 63 hindurchtritt und mit einem schwenkbar gelagerten Handgriff 65 verbun den ist.
In den Fig. 3 und 7 ist der Handgriff in der neutralen Mittelstellung gezeigt.
Eine kontinuierlich arbeitende Pumpe 66 setzt mit geeigneten Mitteln, wie z. B. einem Elektromotor 67, das vom Behälter 68 zulaufende hydraulische Fluidum unter Druck und fördert es durch ein Ver bindungsrohr 69 zu einer Einlassöffnung 70 des Steuerventils. Ist der Ventilschieber 60 in der neutra len Mittelstellung, so verbindet eine um dessen Um fang verlaufende Rille 73 die Einlassöffnung 70 mit einer Rücklauföffnung 74.
Diese Rücklauföffnung ist über ein Rohr 75 mit dem Vorratsbehälter 68 ver bunden, wodurch ein ununterbrochener Umlauf hy- draulischen Druckfluidums von der Pumpe 66 durch das Ventil 59 und zurück zum Vorratsbehälter 68 ge schaffen ist, wenn sich der Schieber 60 in der neu tralen Mittelstellung befindet.
Auch sind auf jeder Seite der Ringrille 73 im Schieber zwei U-förmige, Kanäle 76 und 77 gebildet, welche die Ventilöffnungen 78 und 79 bei Mittelstel lung des Schiebers abschirmen, wodurch eine wirk same Abdichtung dieser Ventilöffnungen gegeben ist.
Wird der Handgriff 65 nach rechts bewegt, so verschiebt sich - nach Fig. 7 gesehen - der Schie ber aus der neutralen Stellung nach rechts in eine Stellung, in der die Verbindung der Ringrille 73 mit der Rücklauföffnung 74 unterbrochen wird,
wodurch das hydraulische Druckfluidum nicht mehr direkt von der Pumpe 66 in den Behälter 68 zurückfliesst. Gleichzeitig stellt bei dieser Stellung des Schiebers der rechte Schenkel - nach Fig. 7 - des U-förmi- gen Kanals 77 den Anschluss mit einem an das rechte Ende des Gehäuses 63 anliegenden abschliessenden Hohlraum 80 her, während der entgegengesetzte Schenkel des Kanals 77 die Verbindung mit der Ven tilöffnung 79 herstellt.
In ähnlicher Weise verbindet der U-förmige Kanal 76 die Ventilöffnung 78 mit der Rücklauföffnung 74.
Auf diese Weise fliesst das Druckfluidum von der Einlassöffnung 70 zur und durch eine Längsrille 83, welche die Einlassöffnung mit dem Abschlusshohl- raum 80 verbindet;
sie fliesst von hier weiter durch den U-förmigen Kanal 77 zur Ventilöffnung 79 und durch eine verzweigte Röhre 84 und durch Schläuche 85, welche die Ventilöffnung 79 mit den oberen Durchgangsöffnungen- 86 für die betätigenden Zylin- der verbinden, in die oberen Enden der Zylinder. Das bewirkt eine Abwärtsbewegung des horizontalen Or- ganes 58 und des damit als Ganzes verbundenen äus- seren Stempels 50,
wonach das Fluidum von den unteren Teilen der betätigenden Zylinder durch die unteren Durchgangsöffnungen 87 und weiter durch die Schläuche 88 und eine verzweigte Röhre, welche die unteren Durchgangsöffnungen mit den Ventilöff nungen 78 verbindet, abläuft; von hier fliesst das Fluidum durch den U-förmigen Kanal 76 zur Rück lauföffnung 74 und durch das Rohr 75 in den Behäl ter 68 zurück.
Gleichzeitig und im Einklang mit der Abwärtsbewegung des äusseren Stempels 50 bewegt sich auch der innere Stempel 47 nach unten, wobei seine obere Abschlussfläche 48 gegen den Flansch 54 stösst, wodurch die benachbarten Teile der unteren Abschlussflächen 49 und 53 des inneren bzw. äusse- ren Stempels in der gewünschten gemeinsamenFlucht- linie aufrecht erhalten werden.
Der Formstöpsel F berührt zunächst den Rohling A und wird durch dessen Öffnung gepresst, um einen röhrenförmigen Hals 90 zu bilden und die anschlies- sende gleichzeitige Abwärtsbewegung der Stempel 47 und 50 durch die Ziehmatrize D zieht den Rohling in einen becherförmigen Gegenstand 93, wie weiter oben ausführlich beschrieben. Der gezogene Becher hat eine Seitenwand 94 und einen Boden 95, wobei der Boden entsprechend den fluchtgerechten koni schen Abschlussflächen 49 und 53 des inneren bzw. äusseren Stempels 47 und 50 eine konische Form aufweist.
Nach Austritt aus der Ziehmatrize D wird der ge zogene Becher 93 nach unten geführt, bis ein an der Aussenseite befindlicher Teil des konischen Becher bodens 95 in eine ähnlich geformte Vertiefung 98 in der oberen Fläche der ersten von zwei ringförmigen Plättmatrizen 99 und 100 einrastet (Fig. 5).
Die Plättmatrizen 99 und 100 sind in der Aufspannplatte 12 unter und in axialer Ausfluchtung mit der Zieh matrize D eingebaut. Eine ringförmige Abstandsplatte 101 ist zwischen der Ziehmatrize D und der ersten Plättmatrize 99 angebracht und eine Abstandsplatte 102 trennt die erste von der zweiten Plättmatrize, d. h. 99 von 100.
Sowie der Becherboden 95 in die konische Vertiefung 98 in der ersten Plättmatrize 99 einrastet, betätigt das sich gleichzeitig nach unten be wegende horizontale Organ 58 einen über der Halte- rung C am Ständerteil 56 angebrachten Schalter 103 und schliesst diesen.
Dadurch wird das elektrisch be tätigte Solenoidventil 104 geöffnet, welches dann das von der verzweigten Röhre 84 kommende Druckflui dum durch einen Verbindungsschlauch 105 zu einer oberen Einlassöffnung 106 eines inneren Stempel- Betätigers 107 strömen lässt.
Der Betätiger 107 hat eine durch den oberen Teil des äusseren Stempels 50 gebildete Zylinderwand 108, wobei sein oberer Abschluss 109 mit der Zylin derwand verschraubt ist und wobei der untere Ab- schluss vom Flansch 54 gebildet ist. Ein innerhalb der Zylinderwand 108 gleitend angebrachter Kolben 110 besitzt eine Kolbenstange 111, die sich nach un ten durch den Abschlussflansch 54 erstreckt und an der oberen Abschlussfläche 48 des inneren Stempels 47 verankert ist.
Das durch die obere Einlassöffnung 106 in den Betätiger 107 einströmende Druckfluidum treibt den Kolben 110 nach unten, der seinerseits und unabhän gig vom äusseren Stempel 50 den inneren Stempel 47 nach unten bewegt.
Während dieser Abwärtsbewe gung strömt das Fluidum im unteren Teil des Betäti- gers 107 unter dem Kolben 110 durch eine Auslass- öffnung 112 aus und von hier durch einen Verbin- dungschlauch 113 zur verzweigten Röhre 89 und weiter durch die Ventilöffnung 78, den Kanal 76, die Rücklauföffnung 74 und das Rohr 75 zurück zum Behälter 68.
Durch die Abwärtsbewegung des inneren Stem pels 47 wird der gezogene Becher 93 nacheinander durch die Öffnungen 114 und 115 in der ersten und zweiten Plättmatrize 99 bzw. 100 gepresst, wobei die Seitenwandstärke verringert und ein langgestreckter gezogener und geplätteter becherförmiger Gegenstand 116 entsteht. Das Ende 117 des gezogenen und ge plätteten Bechers 116 ist weitgehend gleich dick wie der Rohling A und dessen Seitenwand 118 ist von wesentlich geringerer Stärke als die des Rohlings.
Während des Plättvorganges drücken die betäti- genden Zylinder 55 den äusseren Stempel anhaltend nach unten gegen die konische Vertiefung 98 in der Plättmatrize. Daher wird eine weitgehend vorausbe stimmte Haltekraft auf das Bechermaterial ausgeübt, während es sich zwischen der konischen Abschluss- fläche 53 des äusseren Stempels 50 und der koni schen Vertiefung 98 in der Plättmatrize 99 bewegt. Diese haltende Kraft verhindert eine Schrumpfung oder Faltenbildung der Seitenwand 94, während der gezogene Becher 93 geplättet wird.
Sie erhöht auch das zulässige Ausmass der Kaltbearbeitung des Me talls in der ersten Plättmatrize 99 ohne Risse herbei zuführen. Man darf annehmen, dass sich als Folge der Haltekraft eine Hinterspannung des in die erste Plättmatrize eindringenden Metalls ergibt, was eine grössere Verformung des Metalls zulässt, und zwar ohne übermässig hohen Matrizendruck, der sich an dernfalls ergeben würde und zu einer überbeanspru- chung und zum Bruch des Materials führen würde, wenn dieses aus der Matrize gezogen wird.
Die fortgesetzte Abwärtsbewegung des inneren Stempels 47 führt den gezogenen und geplätteten Be cher 116 durch einen Abstreifsegmentring 36, der mit dem oben beschriebenen identisch ist: Nachdem der Stempel 47 seine unterste Stellung erreicht hat, wird durch eine Bewegung des Steuerventühandgriffs 65 nach links - nach Fig. 7 gesehen - der Ventilschie ber 60 nach links verschoben und gleichzeitig ein ne ben dem Handgriff angebrachter Schalter betätigt und geschlossen.
Der Schalter 119 ist mit dem Schal ter 103 parallelgeschaltet, so dass durch das Schlies- sen des einen dieser Schalter das Solenoidventil unter Spannung gesetzt und geöffnet wird. In der neuen Stellung des Schiebers 60 verbindet der U-förmige Kanal 76 die Ventilöffnung 78 mit einem an das linke Ende des Gehäuses anliegenden Hohlraum 120.
Auf diese Weise strömt das von der Pumpe 66 kom mende Druckfluidum von der Ventileinlassöffnung durch die Längsrille 83, die im Schieber 60 die Ein- lassöffnung mit dem abschliessenden Hohlraum 120 verbindet, dann weiter durch den U-förmigen Kanal 76 zur Ventilöffnung 78, durch die verzweigte Röhre 89 und die Schläuche 88 und 113, die die Ventilöff nung 78 mit den unteren Öffnungen 87 und 112 ver binden, und schliesslich durch die unteren Öffnungen 87 und 112 in die betätigenden Zylinder 55.und 107,
was bewirkt, dass der äussere Stempel 50 und der innere Stempel 47 nach oben bewegt werden.
Damit zusammenwirkend verbindet der U-för- mige Kanal 77 die Ventilöffnung 79 mit der Rück lauföffnung 74, wodurch das Druckfluidum in den oberen Teilen der betätigenden Zylinder 55 und 107 durch die oberen Öffnungen 86 und 106 und die ent sprechenden Verbindungsschläuche 85 und 105 strö men kann und von hier durch die Röhre 84, Kanal 77 und Rohr 75 zurück zum Behälter 68.
Bei seiner Aufwärtsbewegung rückt das horizon- tale Organ 58 den Schalter 103 aus, wodurch dieser geöffnet wird. Das Solenoidventil 104 jedoch wird in der unter Spannung gesetzten, offenen Stellung wäh rend der Aufwärtsbewegung der Stempel 47 und 50 mittels des geschlossenen Schalters 119 aufrecht erhalten. Während sich der innere Stempel 47 nach oben bewegt, erfasst die untere Kante 46 des Segment ringes 36 den unteren Rand 121 der Seitenwand 118 des geformten Gegenstandes 116 und streift diesen vom Stempel ab.
Aus der obigen Beschreibung des Verfahrens und seiner Durchführung wird ersichtlich, dass es möglich ist, einen becherförmigen Metallgegenstand mit röh- renförmigem Hals in einem einzigen kontinuierlichen Arbeitstakt zu formen.
Durch Anwendung eines ein zigen Ziehvorganges kann die Seitenwand eines auf solche Weise geformten Gegenstandes verhältnismäs- sig kurz gehalten werden, oder die Seitenwand kann, verglichen mit dem Durchmesser des geformten Ge genstandes, ziemlich lang gemacht werden, indem eine oder mehrere Plättmatrizen verwendet werden, welche in enger Aufeinanderfolge unter der Zieh matrize angebracht werden, so dass in einem einzi gen kontinuierlichen Arbeitstakt der Rohling zu nächst in eine Becherform gezogen und dann durch die Plättmatrizen geführt wird,
um den Durchmesser des Bechers und seine Seitenwandstärke zu verrin gern.
Method and device for producing metal objects The present invention relates to a method for producing a cylindrical, cup-shaped metal object with side walls and an end part on which a tubular neck is located, and to a device for carrying out the method.
Made of thin sheet metal, such as B. made of tinplate, cup-shaped objects that have a short, tubular opening at their end part are used on a large scale as container parts. Such a cup-shaped object can be used as an end closure of a conventional Behäl terkörpers or, if the molded cup has a relatively long side wall, serve as a can body and can end unit united in one piece. In any case, the short tubular neck is used as a means for holding a closure cap for a pouring spout, a dispensing valve or the like on the container closure.
So far, the production of metal objects of this type went in a number of separate, aufein other successive work stages. In the general my method used is a flat raw ling made of sheet metal, z. B. from tinplate, first drawn into the desired cup shape. In subsequent separate work steps, a locked; tubular neck of the desired length is formed on the end surface of the drawn cup, and the closed end of the tubular neck is then broken in a further operation.
In the previously common methods and their implementation, the shaping and breaking through to produce an open tubular neck on a drawn cup requires the use of special mechanical equipment. These operations also result in operating and processing costs that contribute significantly to the total production costs of the finished item.
According to the novel process described here and the means associated with it, metal objects of the present type can be completely formed in a single continuous work process, which eliminates the need for special mechanical equipment and tools to carry out the separate operations of forming and breaking with consequent savings in equipment and processing costs.
The purpose of the present invention is therefore to provide a method for forming a cylindrical, cup-shaped metal object with an open, tubular neck, without having to perform the work processes of forming and breaking the end surface of a previously drawn sheet separately.
Furthermore, with this method the open, tubular neck should be able to be formed during and as part of the cup-forming process.
Also, a method is to be created, for the implementation of which less equipment and Ma machines are required than in the previously common methods.
Another purpose is to create a method with which a cylindrical, cup-shaped object can be formed, the depth of which is greater than its diameter and the side wall thickness is less than the thickness of the blank.
Another object of the invention is to create a device for shaping such a cylindrical, cup-shaped object, with which the shaping of the cup part and the shaping of the open, tubular neck part can be carried out in a simultaneous operation.
Finally, the device should make it possible to reduce the side wall in the same continuous operation to a thickness that is less than the thickness of the blank.
The method according to the invention is characterized in that a thin, disc-shaped blank with a circular hole is placed on a die element and held against it with a predetermined force so that the blank is pressed through the die element around the cylindrical, cup-shaped object to form with sidewalls and an end part, and that at the same time with this forming process the metal adjoining the said hole is deformed into the tubular neck.
The device for carrying out the method, which is also the subject of the invention, is characterized by a drawing die with an opening, by a holding member which is arranged over the drawing die and is designed so that it brings the blank into the correct position and brings it with it a predetermined force presses against the drawing die, by means of a drawing punch which is installed so that it can be moved back and forth above the die and the holding member and is axially aligned with the opening of the drawing die, the drawing punch having an end face that merges into a forming plug ,
whose cross-sectional shape is similar to that of the hole in the blank but of larger diameter and by means of moving the drawing punch through the opening of the die in order to deform the blank in a single operation into the cup-shaped object, with the plug being pressed through the hole in the blank is to expand the metal adjacent to this hole and to form the tubular neck.
The cup thus formed has a side wall thickness that is largely the same as the thickness of the blank. If desired, the diameter and the side wall thickness of the cup can be reduced in one continuous operation by forcing the initially drawn cup through one or more flattening dies which are attached in close succession under the drawing die.
In the drawing, two preferred Ausfüh approximately examples of the invention are shown.
1 shows a sectional view of the device according to the invention for shaping metal objects. FIG. 2 is a partial view similar to FIG. 1 showing the parts after the blank has been drawn into the cup shape.
Fig. 3 is a front view of a modified imple mentation. FIG. 4 is a vertical sectional view of the embodiment shown in FIG. 3.
5 and 6 are sectional views of parts of the device, similar to FIG. 4, the parts being shown in other positions of the working cycle.
FIG. 7 is a vertical sectional view of the control valve of FIG. 3.
1 shows a hydraulic metal drawing press 11 with a clamping plate 12 fastened to a stand 13. An annular drawing die D with a die opening 14 is placed in a suitable manner on the clamping plate 12 and anchored therewith by means of screws 15. A flat, circular blank A with a hole <I> B </I> in its center is inserted between the die <I> D </I> and an annular workpiece holder C, which is arranged above the die .
The inside diameter of the bracket C is small. larger than the diameter of the die opening 14, and a little offset from its outer edge, the holding tion has a number of continuous guide holes 16 on. They serve to accommodate studs 17 with shank 18 and head 19, which are screwed into the clamping plate to prevent the holder C for the blank from shifting transversely to the die D, while an upward movement in the longitudinal axis of the die is made possible.
The lower surface of the holder C has a circular recess 20, the diameter of which largely corresponds to that of the blank A and the depth of which is slightly less than the thickness of the blank; this recess is used to bring the blank into the correct position in axial alignment with the die opening 14. So attached, an edge portion 23 of the blank A is clamped between the die D and the bracket C with a predetermined force which emanates from the compressed springs 24, which are located on the screw shaft 18 between the bracket and the screw head.
A cylindrical drawing punch E, which is mounted so that it can move back and forth above the holder C in axial alignment with the die opening 14, has a lower end surface 25 with an axially arranged cylindrical shaped plug F which forms a whole with the drawing punch. The upper end of the drawing punch E is attached to the piston rod 26 of the hydraulically actuating cylinder 27, the cylinder being anchored to the stand 13 and having an upper and lower control opening 28 and 29.
The supply of hydraulic pressure fluid from a suitable source (not shown in the drawing) to the cylinder 27 through the upper control opening 28 moves the plunger E downwards. The form plug F initially contacts the blank A and is pushed through it, the metal abutting the opening B in the blank being driven downward and wrapped or stretched around the plug so as to form a tubular neck 30: The following Further movement of the punch E pushes the blank A through the die opening 14, whereby the blank is given shape, is stretched over the punch and a cup-shaped object 33 (FIG. 2) is thus created.
During this process, the force with which the edge part 23 of the blank is clamped between the holder C and the drawing die D is sufficient to ensure that the blank is plastically stretched and no shrinkage or wrinkling occurs when the edge part is under the holding pulled away and through the die; however, the force exerted is not so great as to cause tearing or cracking of the metal due to excessive stretching during the formation of the cup 33.
The cup 33 formed has an end 34 and a side wall 35, the wall thickness of both parts being approximately the same as the thickness of the blank A. The shape of the end surface 25 of the drawing punch E determines the shape of the end 34 of the drawn cup 33 and can be conical or a combination of conical and spherical outlines, etc. Preferably, the end surface 25 is the conical surface of a truncated cone. The conical angle of the end surface 25 should not be too small, however, since an excessively pointed drawing punch E tends to expand the blank and cause it to break instead of pulling it through the die D.
An angle of at least 120 is generally desirable, although small angles can be used with success.
The continuous downward movement of the Ziehstem pels E leads the formed cup through a conventional scraper, which is placed under the die D on. The stripper consists of a flat segment ring 36, the segments 37 of which are formed so that they are radially displaceable ver within a recess 38 in the lower surface of the clamping plate 12. The segments 37 are urged radially inward by springs 39 and held within the recess 38 by a flat retaining ring 40 fastened to the platen 12 by means of screws 43.
At the innermost possible position of the Seg elements 37, the segment ring 36 has a largely cylindrical inner surface 44, the diameter of which is slightly smaller than the diameter of the drawing punch E. The upper edge 45 of the segment ring is smoothly rounded, while the lower edge 46 is sharp.
While the shaped cup 33 is conveyed by the drawing die pel E against the stripper, it touches the rounded upper edge 45 of the segment ring 36, and by pressing the segments 37 apart, the passage of the cup through the ring is made possible; If the cup has left the ring, the segments 37 move inwards against the drawing punch E.
By means of suitable valve means (not shown in the drawing) the flow of hydraulic pressure fluid is then directed to the lower control opening 29, whereupon the drawing punch E is moved upwards by the actuating cylinder 27. During the upward movement of the Ziehstem pels E, the upper edge of the shaped cup 33 engages in the sharp lower edge 46 of the segment ring, which prevents any further upward movement of the cup ver while stripping it from the drawing punch.
In order to be able to withdraw it more easily from the tubular neck 30, the form plug F is preferably conically tapered inwards, that is to say away from the end surface 25 of the drawing punch. However, this tapering is not apparent from the drawing because of the small scale.
In the embodiment modified in FIGS. 3 and 4, the blank A is pressed in a single continuous operation through the drawing die and die in order to form an elongated, cup-shaped object with a tubular neck.
The term drawing here refers to the process in which a flat blank is formed into a cup; The thickness of the side wall is approximately equal to the thickness of the blank; Flattening refers to the process; in which the wall thickness of the side wall of the drawn cup is reduced, but the side wall is lengthened, but without reducing the outer diameter of the drawn cup by flattening the side wall between a punch and a die, while the punch presses the cup through the die.
Fig. 4: A flat, circular metal blank A with a hole in the center B is inserted between a drawing die D and a holder C for the blank in the same way as described in connection with the first embodiment.
A shaped stamp is installed above the holder C, which is formed with a cylindrical inner punch 47 with a flat upper end surface 48 and a conical lower end surface 49, which is slidably arranged within a tubular outer punch 50 with a conical lower end surface 53 . An axially arranged cylindrical shaped plug F forms a whole with the lower end surface 49 of the inner punch 47.
In the uppermost position of the inner punch 47 with respect to the outer punch 50, the upper end surface 48 of the inner punch abuts against a flange 54 which forms a whole with the inner surface of the outer punch. In this position, the lower end surfaces 49 and 53 of the inner and outer punches 47 and 50 form a continuous surface, namely the conical surface of a truncated Ke (Fig. 4 and 5). As already stated above, the end surfaces 49 and 53 preferably have an angle of at least 120.
The outer punch 50 can be moved vertically back and forth by means of two conventional actuating cylinders 55; they are brought to the side of the punch so that they are opposite one another, and they are anchored to the respective stand part 56. The cylinders 55 have downwardly extending piston rods 57 which are anchored to a horizontal member 58 with the. outer punch 50 forms a whole.
The actuation of the hydraulic cylinders 55 is preferably via a manually operated three-position control valve 59 of a type more well known in the art. The valve 59 has a cylindrical slide 60 which is slidably mounted in a closed housing 63 (FIG. 7). . The slide over 60 is provided with a spindle 64 which passes through one end of the housing 63 and is verbun with a pivotably mounted handle 65 the.
3 and 7, the handle is shown in the neutral central position.
A continuously operating pump 66 uses suitable means, such as. B. an electric motor 67, the incoming hydraulic fluid from the container 68 under pressure and promotes it through a connecting pipe 69 Ver to an inlet port 70 of the control valve. If the valve slide 60 is in the neutral central position, a groove 73 running around its circumference connects the inlet opening 70 with a return opening 74.
This return opening is connected to the storage container 68 via a pipe 75, as a result of which an uninterrupted circulation of hydraulic pressure fluid from the pump 66 through the valve 59 and back to the storage container 68 is created when the slide 60 is in the neutral central position .
Also, two U-shaped channels 76 and 77 are formed on each side of the annular groove 73 in the slide, which shield the valve openings 78 and 79 in the middle position of the slide, whereby an effective sealing of these valve openings is given.
If the handle 65 is moved to the right, the slide moves - as seen in FIG. 7 - from the neutral position to the right into a position in which the connection between the annular groove 73 and the return opening 74 is interrupted,
whereby the hydraulic pressure fluid no longer flows back directly from the pump 66 into the container 68. At the same time, in this position of the slide, the right leg - according to FIG. 7 - of the U-shaped channel 77 establishes the connection with a terminating cavity 80 adjacent to the right end of the housing 63, while the opposite leg of the channel 77 makes the connection with the valve opening 79 manufactures.
In a similar manner, the U-shaped channel 76 connects the valve opening 78 to the return opening 74.
In this way, the pressurized fluid flows from the inlet opening 70 to and through a longitudinal groove 83, which connects the inlet opening with the closing cavity 80;
it flows from here through the U-shaped channel 77 to the valve opening 79 and through a branched tube 84 and through hoses 85, which connect the valve opening 79 with the upper through openings 86 for the actuating cylinders, into the upper ends of the cylinders . This causes a downward movement of the horizontal organ 58 and of the outer die 50 connected to it as a whole,
after which the fluid from the lower parts of the actuating cylinders through the lower passage openings 87 and further through the hoses 88 and a branched tube which connects the lower passage openings with the valve openings 78 drains; from here the fluid flows through the U-shaped channel 76 to the return opening 74 and through the pipe 75 into the container 68 back.
Simultaneously and in accordance with the downward movement of the outer punch 50, the inner punch 47 also moves downwards, its upper end surface 48 abutting the flange 54, whereby the adjacent parts of the lower end surfaces 49 and 53 of the inner and outer punch respectively be maintained in the desired common alignment.
The mold plug F first contacts the blank A and is pressed through its opening to form a tubular neck 90 and the subsequent simultaneous downward movement of the punches 47 and 50 through the drawing die D pulls the blank into a cup-shaped object 93, as above described in detail. The drawn cup has a side wall 94 and a bottom 95, the bottom corresponding to the aligned conical end surfaces 49 and 53 of the inner and outer punch 47 and 50 having a conical shape.
After exiting the draw die D, the drawn cup 93 is guided downward until a part of the conical cup bottom 95 located on the outside engages in a similarly shaped recess 98 in the upper surface of the first of two annular platematrices 99 and 100 (Fig . 5).
The platematrices 99 and 100 are installed in the platen 12 under and in axial alignment with the drawing die D. An annular spacer plate 101 is attached between the draw die D and the first die 99, and a spacer plate 102 separates the first from the second die, i.e., the die. H. 99 of 100.
As soon as the cup base 95 engages in the conical recess 98 in the first die 99, the horizontal member 58, which is moving downwards at the same time, actuates a switch 103 mounted above the holder C on the stand part 56 and closes it.
This opens the electrically operated solenoid valve 104, which then lets the pressure fluid coming from the branched tube 84 flow through a connecting hose 105 to an upper inlet opening 106 of an inner plunger actuator 107.
The actuator 107 has a cylinder wall 108 formed by the upper part of the outer ram 50, its upper end 109 being screwed to the cylinder wall and the lower end being formed by the flange 54. A piston 110 slidably mounted inside the cylinder wall 108 has a piston rod 111 which extends downward through the end flange 54 and is anchored to the upper end surface 48 of the inner punch 47.
The pressure fluid flowing through the upper inlet opening 106 into the actuator 107 drives the piston 110 downwards, which in turn and independently of the outer punch 50 moves the inner punch 47 downwards.
During this downward movement, the fluid flows in the lower part of the actuator 107 under the piston 110 through an outlet opening 112 and from here through a connecting hose 113 to the branched tube 89 and further through the valve opening 78, the channel 76, return port 74 and tube 75 back to tank 68.
The downward movement of the inner stamp 47 presses the drawn cup 93 successively through the openings 114 and 115 in the first and second die 99 and 100, the side wall thickness being reduced and an elongated, drawn and flattened cup-shaped object 116 being created. The end 117 of the drawn and flattened cup 116 is largely the same thickness as the blank A and the side wall 118 is of much less thickness than that of the blank.
During the flattening process, the actuating cylinders 55 press the outer punch continuously downwards against the conical recess 98 in the flattening die. Therefore, a largely predetermined holding force is exerted on the cup material while it moves between the conical closing surface 53 of the outer punch 50 and the conical recess 98 in the die 99. This holding force prevents the side wall 94 from shrinking or wrinkling while the drawn cup 93 is being flattened.
It also increases the amount of cold working of the metal in the first die 99 without causing cracks. It can be assumed that as a result of the holding force there is a back tension of the metal penetrating into the first die, which allows greater deformation of the metal without the excessively high die pressure that would otherwise result and lead to overstressing and Breakage of the material when it is pulled out of the die.
The continued downward movement of the inner punch 47 leads the drawn and flattened cup 116 through a stripping segment ring 36, which is identical to the one described above: After the punch 47 has reached its lowest position, a movement of the control valve handle 65 to the left - according to Fig 7 - the valve slide moved to the left via 60 and at the same time a switch attached next to the handle operated and closed.
The switch 119 is connected in parallel with the switch 103 so that the solenoid valve is energized and opened by closing one of these switches. In the new position of the slide 60, the U-shaped channel 76 connects the valve opening 78 with a cavity 120 adjacent to the left end of the housing.
In this way, the pressure fluid coming from the pump 66 flows from the valve inlet opening through the longitudinal groove 83, which connects the inlet opening with the closing cavity 120 in the slide 60, then on through the U-shaped channel 76 to the valve opening 78, through the branched tube 89 and the hoses 88 and 113, which connect the valve opening 78 with the lower openings 87 and 112, and finally through the lower openings 87 and 112 into the actuating cylinders 55 and 107,
which causes the outer punch 50 and the inner punch 47 to be moved upwards.
Cooperating with this, the U-shaped channel 77 connects the valve opening 79 with the return opening 74, whereby the pressurized fluid in the upper parts of the actuating cylinders 55 and 107 through the upper openings 86 and 106 and the corresponding connecting hoses 85 and 105 flow can and from here through tube 84, channel 77 and tube 75 back to container 68.
During its upward movement, the horizontal member 58 disengages the switch 103, thereby opening it. The solenoid valve 104, however, is maintained in the energized, open position during the upward movement of the rams 47 and 50 by means of the closed switch 119. As the inner punch 47 moves upward, the lower edge 46 of the segment ring 36 grips the lower edge 121 of the side wall 118 of the molded article 116 and strips it off the punch.
From the above description of the method and its implementation it can be seen that it is possible to shape a cup-shaped metal object with a tubular neck in a single continuous working cycle.
By using a single drawing process, the side wall of an article shaped in this way can be kept relatively short, or the side wall can be made quite long compared to the diameter of the shaped article, by using one or more platelets which be attached in close succession under the drawing die so that in a single continuous work cycle the blank is first drawn into a cup shape and then passed through the flat dies,
to reduce the diameter of the cup and its side wall thickness.