用于深冲毛坯的深冲工具和深冲方法

摘要

用于深冲毛坯(32)的深冲工具(10)和方法，毛坯由喷漆的或者覆有薄膜材料的板材冲压而成，为了获得无凸缘的成型件，深冲工具具有拉伸钟形罩(12)、拉伸芯(14)、防皱夹具(18)和用于借助力传递装置(20，22)在防皱夹具(18)上施加弹力的拉伸垫，其特征在于，具有驱动器，当拉伸钟形罩(12)在其向下运动中到达预定义的位置之后，驱动器驱动力传递装置(20，22)超前于拉伸钟形罩(12)的运动地运动。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于深冲毛坯的深冲工具，毛坯由喷漆的或者覆有薄膜材料的板材冲压而成，根据权利要求1的前序以及相应的方法以便获得无凸缘的成型件。

背景技术

这种深冲工具尤其用于制造容器盖。毛坯由板材冲压而成并且在深冲工具中深冲，以获得近似锅形的形状。深冲工具包含拉伸钟形罩和拉伸芯，拉伸钟形罩围绕拉伸芯向下运动形成锅形的成型件。本发明在此和下文中所使用的概念“向下运动”并不局限于特定的空间方向，而是指在深冲运动期间的朝向拉伸钟形罩的下方止点的运动。事实上，这一术语与深冲机中的常规布置相吻合，拉伸钟形罩在深冲机中由上方下降到拉伸芯上。拉伸钟形罩的这一运动通常由相应的曲柄传动装置控制，以确保拉伸钟形罩的正弦式运动。

为了防止由于材料压缩而在成型件的边缘形成褶皱，设置了所谓的防皱夹具，防皱夹具如此从下方挤压拉伸钟形罩，即毛坯的边缘区域插入到拉伸钟形罩和防皱夹具之间并且夹紧在其中。这种夹持反过来导致在无凸缘的成型件上形成所谓的油漆毛边的问题，即发丝形结构，其可能污染工具。

存在各种用于减少这种油漆毛边形成的方法。举例而言，EP 2 125 264 B1示出了一种深冲工具，其中通过气动弹簧的反作用力将防皱工具朝向拉伸钟形罩的方向挤压。这个作用在防皱夹具上的弹簧，在技术术语中也称为“拉伸垫”，在此它是由腔室中的气体体积形成的，腔室由活塞密封形成，活塞通过力传递元件贴靠在防皱夹具上。在深冲过程中，活塞首先与拉伸钟形罩一起向下运动。一旦活塞达到预定的底部位置，腔室被突然排气并且由此气动弹簧的反作用力设置为零。这样就撤除了毛坯边缘的夹紧。由此避免油漆或薄膜材料从成型件的板材上脱离和谈及的不希望的油漆毛边的形成。

在EP 2 125 264 B1所示的解决方案中，设计消耗相当可观。在每一个成型周期中，必须在排气之后重新使用高压填充腔室中的气动的弹簧垫。压缩空气的消耗相当大并且由此产生压缩空气的制造成本也相当大。另一个缺点是在腔室的排气时噪音很大，因为压缩空气排出腔室伴随有劈啪声。用于劳动保护的必须的消音系统导致更多的费用。此外，EP 2 125 264 B1所示的解决方案限定使用气动的拉伸垫，因为这是唯一一种能够通过突然排气将弹簧力重置为零的拉伸垫类型。然而，机械拉伸垫也经常在实践中使用，其中预紧的机械压缩弹簧位于在固定基板和移动压力板之间。在此，移动压力板类似于气动的拉伸垫的活塞，通过力传递元件与防皱夹具连接。

发明内容

由此，本发明的目的在于，提供上述类型的深冲工具，该深冲工具描述一种抑制深冲工具中的油漆毛边的形成的替代的可能性，其兼具较低的消耗、较低的成本、较小的噪音并且可用于机械的拉伸垫。

根据本发明，此目的通过具有权利要求1所述特征的深冲工具以及通过根据权利要求14所述的相应的深冲方法实现。

根据本发明的深冲工具包含一个驱动器，当拉伸钟形罩在其向下运动中到达预定义的位置之后，该驱动器驱动力传递装置超前于拉伸钟形罩的运动地运动，力传递装置将拉伸垫的弹力传递到防皱夹具上。发生超前运动的位置，在下文中为了表述简单标明为“预定义位置”。

通过此超前运动，防皱夹具离开拉伸钟形罩并且防皱夹具的夹紧失效。由此，释放成型件的边缘，从而抑制油漆毛边的形成。超前运动最好在拉伸钟形罩的深冲运动即将完成之前开始，或者在毛坯的夹紧的凸缘(边缘区域)即将进入到钟形罩的拉伸半径内并且拉伸之前开始。用于产生超前运动的驱动器必须能够施加足够的力来克服拉伸垫的弹簧力。

因为在根据本发明的深冲工具中，不需要将拉伸垫弹簧力设置为零以释放成型件的边缘，所以能够避免用于产生压缩空气和消音的可观的成本并且不再存在对气动的拉伸垫的限制。

存在各种用于产生这种超前运动的可能性，对此，从属权利要求中阐述了一些优选的变型。然而，这些描述不应看作是详尽无遗的。

根据本发明的一个实施例，力传递装置包含活塞或压力板，活塞或压力板通过弹力朝向拉伸钟形罩的方向驱动，期间在活塞或压力板上安装拉伸杆，拉伸杆通过驱动器驱动。

活塞优选放置在腔室中并且在腔室中密封气体体积，气体体积形成气动的弹簧。气动的弹簧在这种情况下形成拉伸垫。

根据另一实施例，压力板由机械弹簧朝向拉伸钟形罩的方向驱动。在这种情况下，拉伸垫由机械弹簧形成。

此外，驱动器优选包含耦合杆，耦合杆平行于拉伸杆或者在拉伸杆的轴向的延长线上放置，并且最迟在拉伸钟形罩到达预定义的位置时与拉伸杆连接，从而由耦合杆传递拉伸运动到拉伸杆。在到达拉伸钟形罩的预定义的位置之前，耦合杆能够例如相对于拉伸杆自由地运动，也就是说没有运动耦合，而一旦到达拉伸钟形罩的预定义的位置，耦合杆与拉伸杆连接并且携带拉伸杆向下拉伸。举例而言，耦合杆和拉伸杆的耦合能够通过耦合套筒实现，耦合套筒与耦合杆固定连接并且直至碰触到固定连接位置的止动器之前在拉伸杆上自由地运行。套筒在预定义的位置时碰撞在止动器上并且携带拉伸杆向下拉伸。然而，也能够通过其它装置实现耦合杆和拉伸杆之间的耦合。

根据另一个优选的实施例，驱动器包含凸轮轨道和凸轮辊轮，凸轮辊轮贴靠在凸轮轨道表面上并且与力传递装置运动耦合。凸轮辊轮能够由此跟随凸轮轨道的进程。如此选择凸轮轨道的形状，即凸轮辊轮的向下运动仅在拉伸钟形罩到达预定义的位置之后才传递给力传递装置，在此预定义的位置处，应开始超前运动。凸轮轨道能够由各种适合的机械元件形成，例如通过圆周上形成凸轮轨道的可旋转的凸轮盘或者通过侧面上具有凸轮轨道的能够平移运动的凸轮杆。

根据另一优选实施例，驱动器包含通过连杆组件连接到力传递装置的旋转的偏心轮。举例而言，这种偏心轮能够是其上安装有连接杆的一端的曲轴。除了连杆本身，还能够在连杆组件中存在其他杆、杠杆或类似物，以实现所需的运动耦合。

根据本发明的另一个优选实施例，驱动器包含凸轮轴，凸轮轴的凸轮被布置用于在凸轮轴旋转期间向下挤压力传递装置。

此外，驱动器优选包括凸轮杆，在凸轮杆的侧面的曲形轮廓上贴靠有凸轮辊轮，凸轮辊轮能够环绕相对于凸轮辊轮轴偏移布置的摆动轴摆动地放置，以及用于将凸轮辊轮的环绕摆动轴的摆动转换为力传递装置的平移运动的装置。在这种情况下，凸轮杆和摆动轴相对于彼此的平移运动引发凸轮辊轮的摆动，进而转化为力传递装置的线性运动。

根据本发明的另一个实施例，力传递装置的驱动器与拉伸钟形罩的驱动器运动耦合。由此，能够最简单和最低成本地实现相对于拉伸钟形罩的超前运动的同步。在大运动量时，这种运动耦合比提供一个独立的驱动器更节约能量。耦合能够由压力机主轴通过适当的链条、皮带或齿轮变速器旋转地实现，也能够通过与冲压推进器、上部工具或拉伸钟形罩的适当的耦合装置平移地实现。

根据本发明的另一个实施例，驱动器包含用于力传递装置的移动的电磁驱动器。

根据另一优选实施例，驱动器在这种情况下包含线圈以及插入到线圈中的插入电枢、或者转子与力传递装置耦合的直列式发动机。

由权力要求14限定根据本发明的用于深冲毛坯的方法。

附图说明

接下来参照附图详细地阐述本发明的优选实施例。

图1a至1d示出了根据本发明的深冲工具的示意性描绘的实施例的运动过程；

图1e示出了根据本发明的深冲工具的具有机械的拉伸垫的实施例；

图2和3是根据本发明的深冲工具的第二和第三实施例的局部示意图；

图4a至4g示出了图3中所描绘的本发明的第三实施例的运动过程；

图5和6是根据本发明的深冲工具的第四和第五实施例的局部示意图；

图7至9是根据本发明的深冲工具的第六、第七和第八实施例的示意图；

图10至12示意性地示出了根据本发明的深冲工具的第九、第十和第十一实施例的工作原理。

具体实施方式

在图1a至1c中描绘出用于深冲毛坯的深冲工具，毛坯由喷漆的或者覆有薄膜材料的板材冲压而成。深冲工具整体由附图标记10标记并且具有以剖视图描绘的拉伸钟形罩12和拉伸芯14，拉伸钟形罩12在深冲过程中经过拉伸芯沿着方向S向下拉伸。在此，方向S表示朝向拉伸钟形罩的下方的止点的向下运动，其可以通过未详细描绘的曲轴传动装置驱动并且能够典型地、然而非限定地执行正弦式的进退运动，期间拉伸芯14保持静止。

在拉伸钟形罩12的边缘16的下方，设置一个环绕拉伸芯14的防皱夹具18并且其能够向上和向下运动。防皱夹具18处于防皱夹具杆20上，防皱夹具杆的底端又与嵌入在腔室24中的能够向上和向下运动的活塞22连接。在活塞22的下方,腔室24内部具有气体体积26，气体体积的上面由活塞22密封。如果活塞22下降，腔室24内部的气体体积26缩小并且气体被压缩。此外，还能够通过通向气体腔室的气体进口28不依赖于腔室体积地控制气体压力p。因此，气体体积26形成气动弹簧，气动弹簧通过作为力传递元件的防皱夹具杆20在防皱夹具18上施加指向上方的弹力F(见图1a中向上的箭头)。这个弹簧在下文中也称为拉伸垫。在拉伸钟形罩12向下运动时，这个弹力F的作用在于，防皱夹具18由下方挤压拉伸钟形罩12的边缘16。

深冲工具10的上述元件和其作用基本上在文献EP2125264B1中已知。就此而言，图1a至1c中的描绘对应于现有技术。然而，在图1a至1c中未描绘安装在活塞22底部上的活塞杆30，在图1d中示意性地描绘了此活塞杆并且在下文中会阐述其作用。活塞杆与活塞22共同在垂直方向上运动。

“活塞杆”和“活塞”的概念是根据它们与气动弹簧或气动拉伸垫相关的使用而在这里和下文中标明的。与此不同，也能够用机械弹簧代替气动弹簧。在这种情况下，用于将拉伸垫的弹力传递到防皱夹具18上的力传递装置包含由机械弹簧从下方支撑的压力板，而不是活塞22。一般来说，活塞杆30只是安装在活塞22或压力板上的拉伸杆的实施例。

图1a示出了拉伸钟形罩12处于将要触及到圆盘形的毛坯32的位置中，毛坯平放在拉伸芯14上。为了深冲，拉伸钟形罩12沿着方向S执行向下运动，借此运动，拉伸钟形罩的边缘16经过拉伸芯14向下拉伸毛坯32的相应的处于边缘下方的区域，如在图1b和图1c中的运动过程所示。在此，分别以S₂和S₃标明拉伸钟形罩12的路径。活塞22在运动期间行进同样的路径S₂和S₃并且对抗拉伸垫的弹力F向下挤压。毛坯的逐渐地深冲为成型件的边缘区域在运动期间夹紧在拉伸钟形罩12的下部边缘16和防皱夹具18之间。

如果拉伸钟形罩12在其向下运动期间到达图1d中描绘出的预定义的位置，则驱动活塞杆30超前于拉伸钟形罩12的运动地向下运动。所以活塞杆30比拉伸钟形罩12更快地向下运动，由此形成间隙Z并且防皱夹具18和拉伸钟形罩12的边缘16之间的夹紧失效。目前，防皱夹具18和拉伸钟形罩12的边缘16之间的距离大于毛坯32的材料厚度并且因此释放其边缘区域。如图1d所示，由活塞杆30和活塞22一起行进的路径等于S₃+Z，其大于以S₃标明的拉伸钟形罩的直至预定义位置的路径，在预定义位置上应当进行毛坯32的边缘的释放。在本发明的范围中，拉伸钟形罩12能够越过图1d所示的位置向下行进一段长于S₃的路径，从而例如使毛坯完全地无凸缘地拉伸。在这种情况下，带有活塞22的活塞杆30也继续同步地或者超前地向下运动，从而至少保持或者扩大间隙Z的大小，直至毛坯的夹紧的凸缘(边缘)进入到拉伸钟形罩的拉伸半径中，也就是说通过拉伸钟形罩的表面16。从这一时间点起，带有活塞的活塞杆也能够滞后运动或者与活塞驱动器解耦，这将导致间隙减小或者导致在解耦时由于拉伸垫弹力而使防皱夹具贴靠在拉伸钟形罩的边缘16的表面上。

图1e示出具有机械的弹簧的拉伸垫的可选择的实施例，其中，固定压力板23的拉伸杆33穿过固定的底板34，在底板上设置至少一个机械的压力弹簧25并且挤压压力板23。在这种情况下，压力板23代替活塞22，并且拉伸杆33代替图1a至1d中的活塞杆30。

本发明的接下来描述的实施例主要涉及驱动器的构造，该驱动器用于超前于拉伸钟形罩12的运动的力传递装置的运动，也就是在本案中未描绘在图1a至1e中的用于移动活塞杆30和安装在其上的活塞22的活塞驱动器。为了简单起见，图中所示的拉伸钟形罩12、拉伸芯14和防皱夹具18等的细节在接下来的图中省略。相同的元件用相同的附图标记标明。可以设定，在接下来的实施例中的拉伸钟形罩12、拉伸芯14、防皱夹具18和防皱夹具杆20构造得与图1a至1d所示的、即针对气动的拉伸垫一样。可以理解为，所描绘的驱动器同样适用于通过根据图1e的拉伸杆33驱动压力板23。

图2的上部描绘了具有气体体积26的腔室24和能够在腔室中移动的活塞22。活塞杆30垂直穿过腔室24的底板34直至活塞22的底部并且固定在其上，从而向下作用在活塞杆30上的牵引力使活塞22向下运动。

在活塞杆的底端安装一个凸轮辊轮36，其能够围绕垂直于活塞杆30的轴旋转。凸轮辊轮36贴靠在由凸轮盘40的外侧形成的凸轮轨道38的表面上，就凸轮盘而言，其能够围绕平行于凸轮辊轮36的旋转轴的轴42旋转。通过弹簧43，具有凸轮辊轮36的活塞杆30向下挤压凸轮轨道38。如此设置凸轮轨道38，即凸轮轨道在凸轮盘40的一个圆周区段中(尤其是在图2中的左上象限中)以圆形的形式围绕凸轮盘40的旋转轴42运行，但在凸轮盘40的圆周的其他三个象限中靠近旋转轴42。如果凸轮盘40和图2中箭头A所示的逆时针的旋转一样地围绕旋转轴42旋转，则凸轮辊轮36能够接近凸轮盘40的转动轴42并且顺从于弹簧43的压力，从而向下推动活塞杆30。为此，弹簧43的向下的压力F2必须大于阻碍活塞22的向下运动的拉伸垫的力F1。

在图2描绘的实施例中，凸轮轨道38必须设置为，在拉伸钟形罩12到达应该释放毛坯32的边缘区域的预定义位置之前，凸轮辊轮36的运动与拉伸钟形罩12同步。为此，必须以高精度生产凸轮盘40为前提。相对而言，图3示出了一个实施例，其中，只有在到达拉伸钟形罩12的预定义的位置时，凸轮辊轮36的向上和向下运动才传递到活塞杆30上。

这点通过将凸轮辊轮36安装在耦合杆44的底端而实现，耦合杆能够平行于活塞杆30地放置，也就是说处于垂直，或者在活塞杆的轴向的延长线中放置。耦合杆44和活塞杆30能够如此通过适当的耦合装置46，例如在活塞杆30上自由运动的、与耦合杆44的顶端固定连接的耦合套筒，彼此耦合，使耦合杆44在向下运动期间，在到达预定义的路径位置时才触及到活塞杆30(例如通过耦合套筒套碰撞到活塞杆30上的下方的止动器)并且在其之后的路径中携带活塞杆，从而将耦合杆44的向下拉伸运动传递到活塞杆30上。在耦合杆44和活塞杆30之间发生耦合的止动点的上方，耦合杆44自由地并且与活塞杆30的运动无关地运行。

耦合机构46用作于，仅在到达拉伸钟形罩12的预定义位置时才促使携带活塞杆30向下，这对应于所希望的活塞杆30相对于拉伸钟形罩12的超前运动。图4a到4g描绘了这样的运动过程。图4a描述拉伸钟形罩12的上方的止点。在图4b中，拉伸钟形罩12向下朝拉伸芯14运动，直至图4c中拉伸钟形罩12和毛坯32之间发生接触并且开始冲压和深冲过程。在此，拉伸钟形罩12以正弦方式与活塞22和活塞杆30共同向下运动，活塞杆尚与耦合杆44分离。与此同时，凸轮盘40执行逆时针方向的连续旋转。

在凸轮盘40从图4c所示的位置继续向图4d旋转时，凸轮辊轮36碰撞在凸轮轨道38的一个区段上，该区段不断地接近凸轮盘40的旋转轴42。由此，由于弹簧43的压力，凸轮辊轮被继续向下挤压并且耦合杆44比拉伸钟形罩12更快地向下运动，从而耦合杆44与活塞杆30连接并且携带活塞杆。这发生在应该释放毛坯32的边缘的拉伸钟形罩12的定义的位置。

在图4e中到达拉伸钟形罩12的运动的下方的止点。在从图4d的位置到图4e的路径上，毛坯的边缘区域通过拉伸钟形罩12的表面16并且被拉长。一旦在图4d中的位置之后不久、不再有油漆起毛的危险之后，附加偏移Z(见图1d)的大小不再相关并且既可以保持原样，也可以改变大小或者可选择地等于零。举例而言，图4e示出不变的附加偏移，并且连接杆44和活塞杆30之间维持耦合。

在图4f和4g中，拉伸钟形罩再次向上运动，其中耦合杆44和活塞杆30之间的耦合解除。

在图5所示的深冲装置10的实施例中，活塞驱动器包含旋转的偏心轮48，其可为围绕旋转轴50旋转的曲轴。连杆52的底端安装在偏心轮48上，连杆的顶端与双臂的摆动杆54连接。该摆动杆54围绕摆动轴56摆动，两个摆动臂58、60由摆动轴向不同的方向延伸。第一摆动臂58与连杆52的顶端相连，而在图5中处于相反位置的第二摆动臂60与推杆62的底端连接，推杆的顶端与耦合杆44的底端铰接。

在偏心轮48的稳定旋转中，旋转运动转化为摆动杆54的正弦式的摆动。通过相应地设计摆动臂58、60的长度能够实现在垂直方向上以较大的位移推动耦合杆44并且由此在向下的路径中一定程度上“赶上”活塞杆30，从而耦合杆44和活塞杆30衔接并且耦合杆44以其较高的速度向下拉动活塞杆30。

在图6所示的实施例中，由偏心轮48驱动的连杆52的顶端直接连接在耦合杆44上。在这种情况下，偏心轮48由电驱动器驱动，例如伺服电机，其速度被如此控制，即仅在拉伸钟形罩12的预定义位置上，才由耦合杆44的相应的加速的向下拉伸运动产生在活塞杆30的超前的运动中所希望的附加偏移，在此时耦合杆与活塞杆30开始接触。

图7示出了另一个实施例，其中活塞驱动器包含凸轮轴64，凸轮轴的凸轮66设置为，在凸轮轴64的确定的旋转位置中与活塞杆30或设置在活塞杆30上的突起物或类似物衔接，从而凸轮在凸轮轴64的继续旋转运动期间向下挤压活塞杆30。凸轮轴64能够具有稳定的转速并且与上部工具的驱动耦合或者具有独立控制的电驱动器。

在图8所示的实施例中，活塞驱动器包含用于活塞杆30的运动的电磁驱动器68。电磁驱动器68包含线圈70和插入线圈70中的插入电枢72，插入电枢安装在活塞杆30上。线圈70通过相应的开关电路76连接到电源74，从而线圈70能够周期性地供电。当供电时，插入电枢72拉入到线圈70中并且由此向下拉动活塞杆30。

在图9中，实施例的电驱动器68包含具有转子80的线性电机78，转子与活塞杆30耦合。如果转子80向下运动，则在这个方向上带动活塞杆30。

在图10所示的实施例中，类似于图2地在活塞杆30的底端上安装一个凸轮辊轮36，凸轮辊轮在这种情况下在能够平移运动的凸轮杆82表面上运行。凸轮杆82的表面形成凸轮轨道，并且凸轮杆82处于水平，也就是说垂直于活塞杆30的垂直运动方向。在凸轮杆82的往返运动期间，凸轮辊轮36向上和向下运动，并且将此运动传递给活塞杆30。

图11中的实施例包含摆动杆90，摆动杆围绕摆动轴92摆动并且具有两个臂86、88，两个臂由摆动轴92出发在不同的空间方向上延伸。在第一臂86上安装凸轮辊轮84，凸轮辊轮在凸轮杆82的表面上运行，凸轮杆设置得与先前所述的图10中的实施例类似，即能够水平地并且平移地往返运动。在凸轮杆82的往返运动期间，在其上移动的凸轮辊轮84将向上和向下运动。

通过这种运动，摆动杆90围绕其摆动轴92摆动，从而安装在另外的臂88的末端的压辊94同样执行摆动并且由此基本上同样地向上和向下运动。在向下运动期间，压辊94衔接活塞杆30，例如为此设置的止档板，并且向下挤压活塞杆30。能够由凸轮杆82的凸轮轨道的形状来控制朝向下方的活塞杆30的向下牵拉运动。

在图11中，凸轮辊轮84位于在凸轮杆82的左端的较低区段上的一个底部位置中。如果凸轮杆82由该位置向左水平运动(箭头B)，则凸轮辊轮84在凸轮杆82的中间区段中、在凸轮轨道的上升区域中发生碰撞并且因此被向上推。借此，摆动杆90沿顺时针方向(箭头C)摆动。由此，压辊94沿顺时针方向向下摆动(箭头D)并且碰触活塞杆30，活塞杆30被向下挤压(箭头E)。这一过程在相反于方向B的凸轮杆82的返回运动中是可逆的。

图12示出了另一个实施例，其中凸轮杆82是固定的并且摆动杆90的摆动轴92能够代替于凸轮杆往返地平移运动(箭头F)。并且由此，凸轮辊轮84在凸轮杆82的上升区域中发生碰撞，导致摆动杆90的摆动并且将压辊94和活塞杆30一起向下挤压。

区别与图11和图12中的描述，能够在图11和图12中所示的实施例中设置使压辊94不直接地连接在活塞杆30上，而是衔接在耦合杆44上，类似于图3中所示。这导致，压辊94的朝向下方的摆动只有在到达其轨迹的、耦合杆44和活塞杆30之间发生耦合的确定点时，才转化为活塞杆30的向下运动。此外，还能够考虑使用可替换的装置，该装置用于将由凸轮杆82产生的凸轮辊轮84的摆动转换为力传递装置20、22的平移运动。