ПУАНСОН ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БАНКИ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БАНКИ Российский патент 2025 года по МПК B21D51/10 B21D37/02 B21D22/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к средствам, предназначенным для изготовления банок. В частности изобретение относится к пуансонам для изготовления металлических банок вытяжкой.

Уровень техники

Хорошо известны банки для напитков, выполненные из металла, в частности, из алюминия или его сплавов. Такие банки характеризуются высокой прочностью при малом расходе материала, что особенно важно для хранения в них газированных напитков, и обеспечивается особой формой донышка банки, а также процессом изготовления банки.

Как правило, такие банки изготавливаются методом вытяжки заготовки, имеющей по существу форму стакана, или чашки, между пуансоном и матрицей. Вариант таких пуансона и матрицы, а также способ изготовления с их помощью жестяной банки раскрыты, например, в патенте RU 2557845. Известный пуансон выполнен в виде по существу вытянутого цилиндрического тела, имеющего ось симметрии, с гладкой внешней поверхностью и торцевой частью. Торцевая часть содержит кольцевой выступ с закругленной вершиной. При этом контур закругленной вершины в продольном сечении пуансона плоскостью, в которой лежит ось симметрии, сформирован первой дугой и второй дугой, сопряженными друг с другом. С применением такого пуансона формируется донышко банки с профилем, примерно соответствующим профилю, раскрытому в патенте RU 2720272 или в публикации международной заявки WO 9416842. Матрица имеет соответствующие пуансону размеры, так чтобы при продавливании между пуансоном и матрицей заготовке придавалась требуемая форма, в том числе, требуемая форма донышка. Последнее особенно важно, поскольку необходимо обеспечить достаточную жесткость донышка при относительно небольшом расходе материала, а также возможность штабелирования банок. На предыдущих этапах и/или далее изготовления банки могут применяться стадии разрезания, очистки, ополаскивания и сушки, нанесения покрытия, отбортовки и т.п. Банка, изготовленная в соответствии с известным способом, имеет минимальную толщину стенок корпуса, определяемую прочностными характеристиками использованного материала и требованиями к устойчивости банки в области донышка и переходной зоне между корпусом и донышком.

Однако такая известная и широко используемая форма пуансона, в которой контур закругленной вершины сформирован сопряженными друг с другом первой дугой и второй дугой, приводит к достаточно быстрому износу этой особенно важной области поверхности пуансона, что влияет на профиль донышка получаемой банки. Поэтому возникает задача создания пуансона, который был бы подвержен меньшему износу при его работе и при этом позволял формировать донышко банки, сохраняющей требуемые механические и геометрические свойства.

Раскрытие сущности изобретения

Перед авторами настоящего изобретения была поставлена техническая задача разработки нового пуансона, который позволил бы снизить нагрузку на его торцевую поверхность и при этом сохранить возможность штабелировать получаемые с его помощью банки с банками, уже существующими на рынке.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является снижение нагрузки на пуансон при его использовании, повышение его износостойкости и срока службы при сохранении требуемых прочностных характеристик и критичных для штабелирования геометрических размеров банки, получаемой с помощью такого пуансона.

Поставленная техническая задача решается, а заявленный технический результат достигается в пуансоне, выполненном в виде по существу вытянутого цилиндрического тела, имеющего ось симметрии, с гладкой внешней поверхностью и торцевой частью, в котором торцевая часть содержит кольцевой выступ с закругленной вершиной. При этом контур закругленной вершины в продольном сечении пуансона плоскостью, в которой лежит ось симметрии, сформирован первой дугой и второй дугой, сопряженными с прямым участком, соединяющим указанные первую дугу и вторую дугу.

Введение в форму торцевой части пуансона прямого участка, соединяющего указанные две дуги, все вместе формирующие контур вершины, позволяет сгладить самый нагруженный участок пуансона. При такой форме снижаются нагрузки в области сопряжения двух дуг с прямым участком и, как результат, снижается износ инструмента в процессе его использования. Более того, как показали испытания, получаемая с использованием такого пуансона банка также характеризуется снижением напряжений в области вершины кольцевого ребра банки на ее донышке, что приводит к возможности использования меньшего количества материала для производства банки, т.е. обеспечивается достаточно существенное снижение материалоемкости банки. При этом ухудшения механических свойств банки не происходит даже при хранении в банке сильногазированных напитков, поскольку сохраняется жесткость и прочность в области ее донышка.

Помимо этого, наличие указанного прямого участка на закругленной вершине кольцевого выступа торцевой части пуансона при его разумных размерах и размещении позволяет получать банки, которые легко штабелируются с уже имеющимися на рынке банками.

Поставленная техническая задача решается, а заявленный технический результат достигается также в некоторых частных вариантах заявленного пуансона, которыми, однако, данное изобретение не ограничивается.

В частности, является предпочтительным, если прямой участок проходит по существу перпендикулярно оси симметрии. Это позволяет проще выполнить сопряжение (соединение) с первой дугой и второй дугой, не усложняет конструкцию пуансона и обеспечивает наибольшую механическую прочность в данной области донышка получаемой с его помощью банки.

Также является предпочтительным, хотя и не обязательным, если закругление первой дуги в области ее сопряжения с прямым участком выполнено с первым радиусом, а закругление второй дуги в области ее сопряжения с прямым участком выполнено с вторым радиусом, и при этом первый радиус отличается от второго радиуса. Этим обеспечивается наиболее оптимальное распределение нагрузки в области кольцевого выступа, а значит, повышается износостойкость пуансона и прочность получаемой с его использованием банки.

Центр первой окружности, соответствующей указанному первому радиусу, и центр второй окружности, соответствующей второму радиусу, могут лежать на расстоянии друг от друга в направлении, параллельном оси симметрии, и, дополнительно к этому, - на расстоянии друг от друга в направлении, перпендикулярном оси симметрии. Длина и расположение прямого участка, величины первого и второго радиусов, размещение центров первой окружности и второй окружности, наиболее оптимальные с точки зрения износостойкости пуансона, а также жесткости и прочности получаемой с применением заявленного пуансона банки, определяются рядом параметров, таких как формат используемого пуансона и, соответственно, формат (в частности, диаметр донышка) получаемой с его использованием банки, толщина используемой заготовки, тип материала и др., но в любом случае обеспечивается повышенная износостойкость пуансона и прочность донышка банки в целом в сравнении с уже известными пуансонами и банками.

Исследования показали, что для снижения нагрузки на область вершины кольцевого выступа пуансона, а также обеспечения требуемой жесткости и одновременно сохранения возможности штабелирования получаемых с его помощью банок длина прямого участка может составлять от 0,55 до 1,35 мм, предпочтительно от 0,75 до 1,15 мм, наиболее предпочтительно от 0,90 до 1,05 мм. Дальнейшее увеличение длины прямого участка не дает каких-либо значимых преимуществ с точки зрения улучшения указанных характеристик износостойкости пуансона и жесткости и прочности получаемых банок и при этом может не позволить штабелирование получаемых банок с уже имеющимися на рынке банками. Уменьшение же длины прямого участка в сравнении с указанными значениями практически нивелирует преимущества его наличия, лишь незначительно повышая механические характеристики пуансона и получаемой банки в области соответственно кольцевого выступа торцевой части пуансона и кольцевого ребра банки на нее донышке.

Другими объектами настоящего изобретения являются способ изготовления банки с использованием описанного выше пуансона и его вариантов, включающий получение заготовки банки и формирование корпуса и донышка банки путем вытяжки полученной заготовки между пуансоном и матрицей, а также банка, полученная указанным способом. Очевидно, что в них также решается поставленная техническая задача и достигается заявленный технический результат.

Далее изобретение и некоторые варианты его исполнения, которыми, однако, изобретение не ограничивается, более подробно поясняются со ссылками на приложенные фигуры.

Краткое описание фигур

На фигурах показано следующее:

фиг. 1 - схематичное изображение пуансона (в разрезе);

фиг. 2 - увеличенное изображение области закругленной вершины кольцевого выступа пуансона согласно уровню техники;

фиг. 3 - увеличенное изображение области закругленной вершины кольцевого выступа пуансона согласно настоящему изобретению.

Позициями на фигурах отмечены следующие элементы:

1 - пуансон;

2 - внешняя поверхность;

3 - торцевая часть;

4 - ось симметрии;

5 - кольцевой выступ;

6 - первая дуга;

7 - вторая дуга;

8 - прямой участок;

O1 - центр первой окружности;

O2 - центр второй окружности;

R1 - первый радиус;

R2 - второй радиус.

Осуществление изобретения

Пуансон 1 для изготовления банки для напитка согласно уровню техники и настоящему изобретению содержит гладкую внешнюю поверхность 2 и торцевую часть 3 (фиг. 1). Пуансон 1 имеет по существу форму полого вытянутого цилиндра с осью 4 симметрии и выполняется преимущественно из твердого материала для возможности его многократного использования с целью формирования банок из тонкого металлического материала, такого как алюминий или сплав алюминия, при вытягивании заготовки банки (на фигурах не показана) между пуансоном 1 и ответной матрицей (на фигурах не показана).

На торцевой части 3 выполнен кольцевой выступ 5 с закругленной вершиной. Продавливание заготовки банки между матрицей и пуансоном 1 приводит к формированию соответствующего кольцевого ребра банки на донышке банки и вогнутой внутрь корпуса банки области, ограниченной кольцевым ребром банки, как раскрыто, например, в документе WO 9416842. Такая форма донышка банки обеспечивает требуемую жесткость банки в целом, позволяя сохранять свою форму, особенно при использовании банки для хранения газированных и сильногазированных напитков: вогнутая часть препятствует вспучиванию донышка, а кольцевое ребро банки усиливает донышко и собственно вогнутую часть. При этом важно, чтобы кольцевое ребро банки имело закругленную вершину, более равномерно распределяющую нагрузку в этой области донышка и таким образом исключающую вероятность его разрушения. Кроме того, определенная форма донышка банки обеспечивает штабелирование банок одна на другую при их хранении и транспортировке.

В пуансоне 1 согласно уровню техники закругленная вершина кольцевого выступа 5 сформирована двумя дугами - первой дугой 6 и второй дугой 7, если смотреть на сечение пуансона 1 плоскостью, в которой лежит ось 4 симметрии, как показано на фиг. 2. По сути эта плоскость является плоскостью, в которой лежит фиг. 2. Первая дуга 6 и вторая дуга 7 в области их сопряжения друг с другом имеют соответственно первый радиус R1 и второй радиус R2, и указанные радиусы отличаются. Положение центра O1 первой окружности, соответствующей первому радиусу R1, и положение центра O2 второй окружности, соответствующей второму радиусу R2, лежат на расстоянии друг от друга, хотя остаются на одной прямой, параллельной оси 4 симметрии.

При этом в банке, получаемой с использованием известного пуансона 1, т.е. согласно уровню техники, включая банку согласно уже упомянутому документу WO 9416842, кольцевое ребро банки также в сечении будет сформировано сопряженными друг с другом двумя дугами.

В пуансоне 1 согласно настоящему изобретению первая дуга 6 и вторая дуга 7 сопрягаются посредством прямого участка 8, как показано на фиг. 3. При этом вершина кольцевого выступа 5 все так же остается сглаженной, но содержит менее резкие переходы от одной кривой к другой. Как показали многочисленные испытания, это позволяет существенно снизить нагрузку на данную область кольцевого выступа 5 в процессе использования пуансона 1, а значит, повысить его износостойкость. Более того, это позволило обеспечить еще большую жесткость области кольцевого ребра получаемой с использованием такого пуансона 1 банки, уменьшить толщину донышка банки и, соответственно, снизить количество материала, требуемого для производства банки.

Авторами были проведены испытания вариантов выполнения прямого участка 8, в частности, касающиеся его длины и положения, которые показали следующее.

Прямой участок 8 может проходить перпендикулярно оси 4 симметрии либо под некоторым углом к этому направлению, что обуславливается сопряжением прямого участка 8 с первой дугой 6 и второй дугой 7 с целью обеспечения наиболее плавного перехода между указанными участками закругленной вершины кольцевого выступа 5.

Соответственно, первый радиус R1 (радиус первой дуги 6 в области ее сопряжения с прямым участком 8) и второй радиус R2 (радиус второй дуги 7 в области ее сопряжения с прямым участком 8) могут быть одинаковыми или отличаться. Центры O1 и O2 соответственно первой окружности и второй окружности могут лежать на расстоянии друг от друга, при этом оставаясь на одной прямой, параллельной оси 4 симметрии, а могут отстоять друг от друга также и в направлении, перпендикулярном оси 4 симметрии, как для примера показано на фиг. 3.

Что касается длины прямого участка 8, авторами было обнаружено, что его величина предпочтительно составляет от 0,55 до 1,35 мм, более предпочтительно - от 0,75 до 1,15 мм, наиболее предпочтительно - от 0,90 до 1,05 мм. Как уже отмечалось выше, такие значения длины прямого участка 8 выбраны для обеспечения повышенной износостойкости пуансона 1, а также жесткости получаемой с его помощью банки и одновременного сохранения возможности штабелирования получаемой банки с уже имеющимися на рынке банками. Дальнейшее увеличение длины прямого участка 8 свыше значения 1,35 мм не дает каких-либо значимых преимуществ с точки зрения повышения износостойкости пуансона 1, а также жесткости и прочности получаемой с его использованием банки и теоретически даже может привести к ухудшению этих характеристик, а кроме того, невозможности штабелирования такой банки с имеющимися на рынке банками. Уменьшение же длины прямого участка 8 ниже 0,55 мм снижает преимущества наличия прямого участка 8: механические нагрузки в области кольцевого выступа 5 хоть и снижаются в сравнении из известными из уровня техники пуансонами, но не так существенно, как при более высоких значениях длины прямого участка 8.

Таким образом, у специалиста в области техники, решившего повторить заявленное изобретение, появляется выбор при формировании кольцевого выступа 5: можно варьировать длину прямого участка 8 независимо или комбинируя ее с наклоном прямого участка 8 и/или значениями первого и второго радиусов R1 и R2, а также положением центров O1 и O2 соответственно первой и второй окружности. Это может оказаться полезным для использования пуансона 1 для изготовления банок разного диаметра корпуса, банок для конкретных напитков (разной степени газированности) и т.п.

Однако в любом случае наличие прямого участка 8 позволит ослабить нагрузку в области кольцевого выступа 5, что, в свою очередь, дает возможность использовать при производстве банки более тонкие листы материала, а значит, существенно снизить расход материала.

Согласно изобретению, пуансон 1 используется следующим образом для изготовления банки.

Выдавливанием плоского листа материала банки, такого как, например, алюминия или его сплава, получают заготовку, преимущественно имеющую форму в виде цилиндрического стакана (или чашки) с осью симметрии.

Далее посредством пуансона 1 и соответствующей ему матрицы производят формирование корпуса и донышка банки путем вытяжки полученной заготовки с образованием на донышке кольцевого ребра банки с закругленной вершиной и вогнутой внутрь области, форма которых определяется по существу формой торцевой части 3 пуансона 1. При этом контур закругленной вершины кольцевого ребра банки соответствует форме закругленной вершины кольцевого выступа 5 пуансона 1.

Указанный способ можно реализовать любым известным путем, описанным, в частности, в упомянутых выше документах RU 2557845, RU 2720272, WO 9416842.

Способ может включать и другие стадии, такие как химическая и/или механическая очистка листа материала, заготовки, конечной банки, которые известны специалисту в данной области техники и, например, из документа WO 9416842, но при этом не являются объектом настоящего изобретения и поэтому не описываются в деталях.

Таким образом, заявленные пуансон, способ изготовления банки с использованием такого пуансона и собственно банка, полученная указанным способом, позволяют повысить износостойкость пуансона, снизить расход материала для изготовления банки, т.е. ее материалоемкость, и при этом сохранить прочностные характеристики банки и возможность ее штабелировать с банками, уже существующими на рынке.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении металлических банок для негазированных и газированных напитков. Пуансон (1) для изготовления банки выполнен в виде цилиндрического тела, имеющего ось (4) симметрии, гладкую внешнюю поверхность (2) и торцевую часть (3). Торцевая часть (3) имеет кольцевой выступ (5). Контур вершины кольцевого выступа (5) в продольном сечении пуансона (1) плоскостью, в которой лежит ось (4) симметрии, сформирован первой и второй дугами. Дуги сопряжены с соединяющим их прямым участком. Пуансон (1) используют при изготовлении банки для формирования ее корпуса и донышка путем вытяжки заготовки в виде стакана. В результате обеспечивается снижение нагрузки на пуансон, повышение его износостойкости при сохранении требуемых прочностных характеристик и критичных для штабелирования геометрических размеров банки, получаемой с помощью этого пуансона. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пуансон (1) для формирования корпуса и донышка банки, выполненный в виде цилиндрического тела с гладкой внешней поверхностью (2) и торцевой частью (3), содержащей кольцевой выступ (5), отличающийся тем, что кольцевой выступ выполнен с вершиной, контур которой в продольном сечении пуансона (1) плоскостью, в которой лежит ось (4) симметрии пуансона, сформирован первой дугой (6) и второй дугой (7), сопряженными с прямым участком (8), соединяющим указанные первую дугу (6) и вторую дугу (7).

2. Пуансон (1) по п. 1, отличающийся тем, что прямой участок (8) проходит перпендикулярно оси (4) симметрии.

3. Пуансон (1) по п. 1, отличающийся тем, что первая дуга (6) в области сопряжения с прямым участком (8) выполнена с первым радиусом (R1), а вторая дуга (7) в области ее сопряжения с прямым участком (8) выполнена со вторым радиусом (R2), при этом первый радиус (R1) отличается от второго радиуса (R2).

4. Пуансон (1) по п. 3, отличающийся тем, что центр (O1) первой окружности, соответствующей первому радиусу (R1), и центр (O2) второй окружности, соответствующей второму радиусу (R2), лежат на расстоянии друг от друга в направлении, параллельном оси (4) симметрии пуансона.

5. Пуансон (1) по п. 3 или 4, в котором центр (O1) первой окружности, соответствующей первому радиусу (R1), и центр (O2) второй окружности, соответствующей второму радиусу (R2), лежат на расстоянии друг от друга в направлении, перпендикулярном оси (4) симметрии пуансона.

6. Пуансон (1) по любому из пп. 1-5, в котором длина прямого участка (8) составляет от 0,55 до 1,35 мм, предпочтительно от 0,75 до 1,15 мм, наиболее предпочтительно от 0,90 до 1,05 мм.

7. Способ изготовления банки, включающий получение заготовки в виде стакана цилиндрической формы и формирование корпуса и донышка банки путем вытяжки полученной заготовки между пуансоном и матрицей, отличающийся тем, что формирование корпуса и донышка банки осуществляют посредством пуансона по любому из пп. 1-6.