[发明专利]容器的电磁成形系统和方法

说明书

公开了一种使用电磁辐射来成形工件的系统和方法。在一些方面，所述系统包括相对于进料机构以可移动的方式安装的多个成形模块。所述进料机构被构造为将预成形工件供给至所述多个成形模块，且所述多个成形模块中的各者包括围绕电磁线圈布置的多段模具。所述电磁线圈被构造为当被供给电能时将电磁力施加于预成形工件，所述电磁力推动所述预成形工件与多段模具接触以制造成形容器。

相关申请的交叉参考

本申请主张享有于2014年5月4日提交的61/988214号美国临时申请的权益，且将该美国临时申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及诸如饮料容器等工件的制造，更特别地涉及使用电磁加工的容器成形系统和方法。

背景技术

在常规的金属容器生产中，需要大量的制造操作来生产常见的特征件。(例如通过拉壁熨平工艺或冲击挤压工艺生产的)预成形容器通常需要包括胀形(expanding)、缩颈(necking)、翻边(flanging)、本体塑形(body shaping)、凸压纹(embossing)、车螺纹(threading)、修边(trimming)、车螺纹等在内的许多成形操作来制造成品容器。此外，这些成形操作中的每一者通常都需要多个阶段来生产期望的特征件。在各阶段，通过将容器与诸如压模等专用模具接触来进行冷成形或冷作业步骤。

取决于容器的特性(例如壁厚和颈几何结构等)，容器缩颈通常需要约7至17个压模缩颈阶段来进行生产。容器翻边通常需要一个或多个滚轧成形阶段。容器本体塑形通常需要多个模压缩和模胀形阶段，上述阶段的数量随着最终几何结构复杂度的增大而增加。凸压纹或凹压纹(debossing)通常需要用工具进行滚轧或冲压形成为模具的一个阶段。车螺纹通常需要至少一个滚轧成形阶段。修边通常需要一个阶段，且当进行多个缩颈和塑形阶段时，可能需要多个修边操作。例如，大概每8至12个压缩或胀形阶段后，就可能需要一次修边。因此，完全成品容器的生产能够需要50个或以上的成形阶段。

用于瓶罐制造的常规机器配置包括单条工艺线(通常是线性的)上延伸的多个加工或成形模块。通常被称为“机器线”。容器通过机器线得到传送直至到达期望的制造阶段。机器线上的各模块接收容器并且在将容器传送至相邻模块前仅完成容器的单个成形阶段。因此，这样的设备在仓库、工厂或其它位置中通常需要大量的空间。而且，机器线上的各模块通常也增加了系统的操作成本，这是因为各模块需要个体化的维护且带来额外的潜在故障点。

常规机器设备的另一个缺点是：各个冷成形阶段改变了容器材料的物理性质，通常使材料变得更脆。因此，降低了工件的结构完整性且可能需要例如加热或润滑容器等额外的操作来抵消这些被改变的性质。

作为冷成形的替代方案，能够使用插入容器的绕线电磁线圈，使金属直壁预成形工件或其它管件经受磁压力并由此使之成形。当通过线圈释放大的电脉冲时，在容器壁中生成感应电流脉冲。获得的磁压力能够用来迫使容器壁向外，从而形成容器。有时使用模具来帮助塑形容器。

这些磁压力系统通常是低速、低生产量和批量系统。这些系统还具有明显缺陷，例如工件成形不一致，无法生产精细的凸压纹，无法生产侧面光滑的容器或者无法生产某些容器几何结构等。例如，不能使用电磁系统实现某些容器几何结构，这是因为：由于罐的半球形底部与侧壁之间的间隙对于电磁线圈而言不充足，绕线线圈无法在容器的下侧壁附近释放充足的电磁力。题目为“薄壁金属的电磁成形方法和装置(Method and Apparatus forElectromagnetic Forming of Thin Walled Metal)”的第5730016号美国专利公开了一种试图克服该缺陷的方法。在该专利文献中公开的系统包括中间导体，该中间导体比线圈更薄且因此能够延伸得更接近工件的半球形底部。绕线线圈将电流感生至中间导体中，中间导体又将电磁力施加于工件。然而，这产成了许多缺陷，包括由于中间导体中的电流感应而造成的线圈与工件之间的成形功率损耗、由于中间导体所需的狭缝而造成的在径向方向上施加的非均匀力和/或由于线圈和中间导体需要装入预成形工件内部而造成的尺寸问题。