專利名稱：薄板件的深拉延方法及深拉延工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由至少一側(cè)涂有一層塑性材料的金屬薄板構(gòu)成的薄板件的深拉延方法以及包括一個一側(cè)涂有塑性材料涂層的產(chǎn)品在深拉延過程中沿其移動的加工面的深拉延工具，所述加工面相對產(chǎn)品移動方向有一個入口角。這種方法被廣泛用于制造包括底和管體的罐，盡管本發(fā)明不局限于這種特定用途。
入口角是深拉延中的一個重要參數(shù)。人們發(fā)現(xiàn)，在入口角很小的情況下，延展力即相對于產(chǎn)品移動方向橫向地作用在加工面上的力變得很大。例如，在深拉延制罐的情況下，這可能導(dǎo)致很高的負(fù)荷作用在所用深拉延環(huán)上，深拉延環(huán)可能因此受損并甚至破裂。
選擇大一些的入口角會帶來塑性材料層破裂并且金屬薄板剝離的危險。這是因為，大入口角導(dǎo)致了更大的力沿移動方向作用在塑性材料層上，結(jié)果，塑性材料層的應(yīng)力超過斷裂極限。
過去，有人提出了使工藝更適用于加工涂覆塑性材料的金屬薄板的方案。歐洲專利EP 0 298 560提出了在深拉延過程中采用附加潤滑并且提議連續(xù)的深拉延環(huán)采用特定入口角。盡管如此，人們?nèi)匀恍枰酶笕肟诮沁M行加工，以便能夠獲得更長的深拉延工具使用壽命。現(xiàn)在，本發(fā)明提供了一種能夠減小塑性材料層在深拉延過程中破裂和剝離的危險并因而可以采用更大的入口角的解決方案。
本發(fā)明是在利用以下所觀察到的事實的基礎(chǔ)上而作出的，即當(dāng)作用在所有側(cè)面上的壓力增大時，許多塑性材料在成型加工過程中顯示出更高的斷裂極限。附圖
畫出了加工率(沿水平軸線繪制，dε/dt，s-1)和屈服應(yīng)力σv(兆帕，沿垂直軸線繪制)以及所有側(cè)面上的主壓力P0(兆帕)。這張圖是在聚對苯二甲酸乙二酯(PET)的基礎(chǔ)上做出的，其線段表示模型研究結(jié)果，十字表示實驗結(jié)果?？梢郧宄貜倪@張圖中看到，當(dāng)所有側(cè)面的壓力增大時，屈服應(yīng)力明顯變得更高。因此，本發(fā)明的目的是在利用大入口角深拉延涂層金屬薄板的部位上所有側(cè)面產(chǎn)生大壓應(yīng)力，而不必對整個深拉延裝置施加很高壓力。
因此，本發(fā)明在于以下事實，入口角在加工面長度范圍內(nèi)并且在產(chǎn)品經(jīng)過加工面的移動方向上是變化的，所述入口角在加工面的起始區(qū)內(nèi)小于在其后續(xù)區(qū)域內(nèi)。這種措施的結(jié)果就是，在入口角小的起始區(qū)內(nèi)，在材料中累積了高的側(cè)面壓應(yīng)力，這種壓力在后續(xù)加工過程中保持在入口角大的后續(xù)區(qū)內(nèi)。在施加加工發(fā)生的區(qū)域內(nèi)，在所有側(cè)面上都主要存在高壓力，盡管對加工面(如深拉延環(huán)的加工面)施加了比較小的延展力。
在塑料層中所有側(cè)面上產(chǎn)生的高壓力可能略微在深拉延工具已移向入口角大的區(qū)域端部后向著內(nèi)腔松弛。這可能意味著，塑性材料的斷裂應(yīng)力在該位置再次降低了，結(jié)果造成破裂并被深拉延工具剝離。為此，使一端區(qū)域內(nèi)的加工面又處于一個小于在中間區(qū)內(nèi)的入口角，證明是有利的。
如果在具有最大入口角的區(qū)域的后面的加工面包括入口角為零的所謂接合區(qū)，則也獲得了改進。所述接合區(qū)的長度可以為0.3毫米-1.5毫米。
在本發(fā)明的一個可能應(yīng)用場合中，入口角在每個區(qū)域內(nèi)具有固定值。但是，在某些情況下，入口角可以優(yōu)選地在加工面的長度范圍內(nèi)平滑地過渡。這防止了在要深拉延材料中的應(yīng)力突變，因此，在某些情況下，深拉延可以更順利地進行。
在這個平滑過渡的優(yōu)選方案中，前后區(qū)域之間的過渡部和/或這些區(qū)域本身的走向成圓弧狀。如果圓弧半徑為0.1毫米-10毫米，則獲得了良好的結(jié)果。
尤其是，如果應(yīng)用新方法對最終需成型為罐狀的產(chǎn)品進行深拉延，則深拉延工具包括許多個上述類型的深拉延環(huán)是有利的。尤其是，整個壁厚減薄的60％-90％是由最大入口角的區(qū)域內(nèi)即在所謂的主區(qū)內(nèi)的對應(yīng)加工面產(chǎn)生的，這已經(jīng)被證明是有利的。如果整個壁厚減薄的10％-30％是由在起始區(qū)內(nèi)的對應(yīng)加工面產(chǎn)生的，則獲得了更好的改善。此外，如果使用端部區(qū)域，那么使不到30％的壁厚減薄總量是由在端部區(qū)域內(nèi)的對應(yīng)加工面產(chǎn)生的，則這是有利的。
如上所述，當(dāng)采用本發(fā)明的新方法時，尤其是可以在中間主區(qū)內(nèi)采用更大的入口角，從而允許在加工面即深拉延環(huán)上的機械負(fù)荷降低。盡管入口角較大，但通?？梢酝ㄟ^采用一個具有小入口角的起始區(qū)和端部區(qū)域來防止塑性涂層屈服和剝離。
當(dāng)在類型和厚度不同的金屬薄板上使用厚度不同的各種塑料時，如果想采用沒有塑性層破裂和剝離危險的最佳深拉延條件時，則對中間區(qū)內(nèi)的入口角以及起始區(qū)和端部區(qū)域長度及其入口角的限制條件通常是不一樣的。我們發(fā)現(xiàn)，在采用各種材料涂層時，最佳條件可以采用其起始區(qū)和/或端部區(qū)域的長度是變化的加工面(如深拉延環(huán)的加工面)并通過實驗來確定。
在塑料涂層金屬薄板的深拉延過程中，以下函數(shù)關(guān)系適用于塑料的屈服應(yīng)力σv(兆帕)σv=33+μ·[τ0ln(23·A0·dϵ/dt)+μP0]]]>其中，P0是在塑料所有側(cè)面上的壓力(兆帕)；τ0是屈服應(yīng)力的基礎(chǔ)水平(兆帕)；dε/dt是加工塑料的拉伸速率(s-1)；μ是無單位參數(shù)，它代表塑料壓敏性；A0是代表時間常數(shù)(秒)，它與塑料松弛行為有關(guān)；根據(jù)本發(fā)明，我們發(fā)現(xiàn)，如果涂層所用塑料的參數(shù)μ、τ0、A0滿足以下條件，則能成功地在增大的側(cè)面壓應(yīng)力P0的情況下對涂層薄板件進行深拉延，即μ≥0.03；τ0≥0.60兆帕；A0≥2.0×1019秒。
最好采用其參數(shù)是這樣的塑料μ≥0.047；τ0≥0.90兆帕；A0≥3.0×1019秒。
我們發(fā)現(xiàn)，被稱為塑料玻璃轉(zhuǎn)化溫度的參數(shù)Tg在塑料涂層金屬薄板的深拉延中是很重要的。Tg是塑料中的非晶區(qū)性能的轉(zhuǎn)化點。一般，在低于Tg的情況下，聚合物主鏈的自由移動是可行的。高于Tg時，這種自由移動是可行的，導(dǎo)致了材料硬度急劇降低。由于許多塑料是部分晶體，這些晶體部分在熔點前部分地保持其強度，在很接近超過Tg的溫度下，仍然可以使用許多塑性材料。
在深拉延的情況下，Tg大小是重要的，因為塑料必須仍在深拉延時具有較高的機械強度。Tg低的塑料涂層可能通過在深拉延工具中積累很高的壓力來獲得足夠的強度。但是，在這個壓力區(qū)外，塑料是如此軟弱，以至它馬上被壓掉并脫落。
在深拉延過程中，在拉延材料中，溫度明顯升高。這個溫度可能超過約200℃。
我們發(fā)現(xiàn)，如果塑料的Tg在各種條件下足夠高，則可以成功地深拉延塑料涂層金屬薄板。在大氣壓下的Tg(Tg，latm)和在塑料承受600兆帕側(cè)面壓應(yīng)力的情況下的Tg(Tg，600Mpa)對此特別重要。根據(jù)本發(fā)明，Tg，latm、Tg，600MPa必須是這樣的，Tg，latm≥30℃；Tg，600MPa≥200℃。Tg，latm最好必須是≥70℃。
除了上述方法外，本發(fā)明還涉及一種深拉延工具且尤其是深拉延環(huán)，它包括一個薄板件可以在深拉延過程中沿其移動的加工面，所述加工面相對薄板件移動方向成一個入口角，其中入口角在產(chǎn)品運動方向上加工面的整個長度范圍內(nèi)變化，所述入口角在加工面的起始區(qū)內(nèi)小于在其后續(xù)區(qū)域內(nèi)。
在新方法的在先說明(在此參照上述描述)中，已經(jīng)解釋了本發(fā)明深拉延工具的多個優(yōu)選實施例。
本發(fā)明的深拉延環(huán)的一個特別優(yōu)選的實施例是，所述深拉延環(huán)的外周面因帶材或線材已經(jīng)在應(yīng)力下卷繞其上而承受徑向預(yù)應(yīng)力。
深拉延環(huán)和象入口角、主區(qū)和接合區(qū)這樣的有關(guān)術(shù)語一樣是眾所周知的。
因此，沒有必要在參見附圖的說明中更具體地描述上述深拉延環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種薄板件的深拉延方法，所述薄板件由至少一側(cè)涂有塑料的金屬薄板構(gòu)成，所述深拉延工具包括一個所述具有塑料涂層的薄板件在深拉延過程中沿其移動的加工面，所述加工面相對產(chǎn)品移動方向有一個入口角，其特征在于，入口角在加工面長度范圍內(nèi)并且在經(jīng)過加工面的薄板件移動方向上是變化的，所述入口角在加工面的起始區(qū)內(nèi)小于在其后續(xù)區(qū)域內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在一端部區(qū)域內(nèi)的加工面又處于一個比在中間區(qū)內(nèi)更小的入口角角度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在具有最大入口角的區(qū)域的后面的加工面包括入口角為零的所謂接合區(qū)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，入口角在每個區(qū)域內(nèi)具有一個固定值。
5.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，入口角在加工面的長度范圍內(nèi)平滑地過渡。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，前后區(qū)域之間的過渡部和/或這些區(qū)域本身的走向成圓弧狀。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，深拉延工具包括許多加工面。
8.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，深拉延工具包括許多深拉壓延環(huán)。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，整個壁厚減薄的60％-90％是由在以最大入口角延伸的區(qū)域內(nèi)即在所謂的主區(qū)內(nèi)的對應(yīng)加工面產(chǎn)生的。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，整個壁厚減薄的10％-30％是由在起始區(qū)內(nèi)的對應(yīng)加工面產(chǎn)生的。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，不到30％的壁厚減薄總量是由在端部區(qū)域內(nèi)的對應(yīng)加工面產(chǎn)生的。
12.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，起始區(qū)和/或端部區(qū)域的長度在其它條件相同的情況下是如此設(shè)定的，即塑性涂層沒有因深拉延而從金屬薄板剝離。
13.一種薄板件的深拉延方法，所述薄板件由至少一側(cè)涂有塑料的金屬薄板構(gòu)成，所述深拉工具包括一個所述具有塑料涂層的薄板件在深拉延過程中沿其移動的加工面，所述加工面相對部件移動方向有一個入口角方法，其特征在于，在一個以最大入口角延伸的加工面區(qū)域內(nèi)，塑料層在所有側(cè)面上被保持在增大壓力P0(兆帕)下，用于涂層的塑料的特點是它具有如說明書所定義的參數(shù)μ(無單位)、τ0(兆帕)、A0(秒)，μ≥0.03；τ0≥0.60；A0≥2.0×1019。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，參數(shù)μ、τ0、A0是這樣的，μ≥0.047；τ0≥0.90；A0≥3.0×1019。
15.如權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，所用塑料的特征它具有如說明書所定義的參數(shù)Tg，latm(℃)、Tg，600MPa(℃)，Tg，latm≥30℃；Tg，600MPa≥200℃。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，參數(shù)Tg，latm是這樣的，Tg，latm≥70℃。
17.一種深拉延工具且尤其是深拉延環(huán)，它包括一個薄板件可以在深拉延過程中沿其移動的加工面，所述加工面相對該產(chǎn)品移動方向成一個入口角，其特征在于，入口角在加工面的整個長度范圍內(nèi)并且在薄板件的移動方向上變化，所述入口角在加工面的起始區(qū)內(nèi)小于在其后續(xù)區(qū)域內(nèi)。
18.如權(quán)利要求17所述的深拉延工具，其特征在于，在一端部區(qū)域內(nèi)的加工面又處于一個比在中間區(qū)內(nèi)更小的入口角角度。
19.如權(quán)利要求17或18所述的深拉延工具，其特征在于，在中間區(qū)與端部區(qū)域之間，有一個長度為0.3毫米-1.5毫米的接合區(qū)。
20.如權(quán)利要求17-19之一所述的深拉延工具，其特征在于，入口角在每個區(qū)域內(nèi)具有一個固定值。
21.如權(quán)利要求17-19之一所述的深拉延工具，其特征在于，入口角在加工面的長度范圍內(nèi)平滑地過渡。
22.如權(quán)利要求21所述的深拉延工具，其特征在于，前后區(qū)域之間的過渡部和/或這些區(qū)域本身的走向成半徑為0.1毫米-10毫米的圓弧狀。
23.如權(quán)利要求17-22之一所述的深拉延工具，其特征在于，在其縱向的橫向上，主區(qū)構(gòu)成了加工面橫向尺寸的60％-90％。
24.如權(quán)利要求23所述的深拉延工具，其特征在于，起始區(qū)構(gòu)成了加工面橫向尺寸的10％-30％。
25.如權(quán)利要求23或24所述的深拉延工具，其特征在于，端部區(qū)域形成了不到30％的加工面橫向尺寸。
26.如權(quán)利要求17-25之一所述的形狀為深拉延環(huán)的深拉延工具，其特征在于，深拉延環(huán)的外周面因帶材或線材已經(jīng)在應(yīng)力下卷繞于其上而承受徑向預(yù)應(yīng)力。
全文摘要
一種薄板件的深拉延方法,所述薄板件由至少一側(cè)涂有塑料的金屬薄板構(gòu)成,所述工具包括一個所述具有塑料涂層的薄板件在深拉延過程中沿其移動的加工面,所述加工面相對部件移動方向有一個入口角,入口角在加工面長度范圍內(nèi)并且在經(jīng)過加工面的薄板件移動方向上是變化的,所述入口角在加工面的起始區(qū)內(nèi)小于在其后續(xù)區(qū)域內(nèi)。
文檔編號B21D22/30GK1342109SQ00804511
公開日2002年3月27日 申請日期2000年3月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月3日
發(fā)明者米希爾·A·H·范德Aa, 亨德里庫斯·C·E·范德Aa, 亨德里克·B·拉斯, 威廉·J·范費恩恩 申請人:克里斯塔爾公司