[发明专利]用于冷成形操作的冲头

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于成形或以其他方式加工材料的改进的硬质合 金工具，具体地涉及在两片饮料罐的制造中使用的工具。

背景技术

两片罐通过拉延和壁部变薄拉深工艺而制成。通常，两片罐通过 从金属板冲压出金属盘而制成。金属“杯”由该盘形成。成形的杯由 罐身成形冲头推入罐身成形模，该罐身成形模包括多个通常称为拉延 环、再拉延环、和变薄拉深环的环形的环。罐身成形冲头和所述多个 环之间的间隙逐渐变小，从而减小杯壁的厚度并拉长该杯。此工艺通 常被称为变薄拉深操作。它是导致工具高磨损的特殊要求的操作，并 且该操作易受尺寸变化和润滑条件的影响。由于每年制造极大量的饮 料罐，所以在制造过程中的每个微小改进能够产生极大的节省。

用于将期望形状、形式、或涂层(finish)施加到材料的工具，诸如 模、冲头等，必须具有极端的硬度、耐压强度和刚度的特征。在使金 属或类似材料成形时，这是特别必要的。用于大规模生产的商品化材 料加工工具也必须对重复和连续的应力和磨损耐磨、耐侵蚀、并且耐 破裂。此外，这些工具还应该表现良好的耐腐蚀特性，从而不被周围 液体介质(冷却剂/润滑剂)损坏。

除了这些特性以外，其它特性对于冲头工具也是非常重要的。因 为这种工具移动非常快，所以就工具的成本和寿命二者而言，任何重 量的减轻将产生极大的改进。实际上，如果工具更轻，则需要更少的 能量来运行该处理，并且能够减小压头(ram)的弯曲。后面的这种作用 使得冲头在工具包内的更好的对准并且对于对抗工具即变薄拉深模产 生更少损坏。结果，由于弯曲作用的减小，在该工艺期间将更少地损 坏此两种工具(冲头&模)。

这些工具也必须由能够被设计和加工成紧公差并在宽范围的操作 条件下维持尺寸稳定性的材料制成。

在JP 3-258424中描述了一种改进耐磨性和耐腐蚀性的可能方法， 该方法通过将0.16-0.48wt％的铬添加到粘结相并具有分散的碳化钨和 碳化钽的细颗粒相。

在US 5,736,658中描述了实现耐磨性和耐腐蚀性并结合有材料密 度减小的另一种可能方法。这关联到表现更好耐腐蚀性的镍基合金的 使用以及碳化钛的添加，碳化钛是比碳化钨更轻的材料。然而，因为 粘结相可以比镍基材料甚至更耐磨，所以该好处也是有限制的。此外， 通过增加目标硬度水平显著地改进了耐磨性。88Ra至91Ra(相当于大 约1150HV30至1450HV30)的硬度目标用于确保近似等于标准级别的 耐磨水平。最终，因为没有钴被添加到粘结相中，所以该级别没有磁 性，这对于要求用于冲头工具的磁性材料的制罐机来说可能是关键的 缺陷。

EP 1 557 230公开了由10-12wt％的Co、＜3wt％的TaC、1-5.5wt％ 的NbC、3-5wt％的TiC以及余量的WC组成的硬质合金体，该合金体 特别对需要高耐磨性、高边缘保持性和高边缘韧性的金属切削操作有 用。

然而，迄今为止常规的硬质合金似乎作为优选材料而保持其地位。 当不要求磁性特性时，这主要是具有大约11wt％的钴粘结剂或者9wt％ 的合金化镍基粘结剂的中等粒/粗粒级别。两个级别都表现出与上述充 分一致的硬度(分别为1250HV30和1375HV30)。

发明内容

本发明的目的是提供一种工具，该工具用于通过使用结合有较细 碳化钨和γ相的耐磨性粘结剂而特别地在铝或钢制的两片饮料罐的制 造中进行冷成形和拉延操作，该工具表现出比现有技术的工具更好的 特性。

本发明的一个重要特征涉及特定粘结剂的使用，该粘结剂设计为 获得对于在本领域中使用的冷却剂/润滑剂具有非常良好的耐腐蚀性的 硬质合金。为了保持足够的磁性，此合金粘结剂往往包含大量钴。除 此以外它包含铬，并且也可能包含镍、钼和铁。

该硬质合金表现高硬度，从而达到高耐磨性。这是经由极细碳化 钨的使用和所称的γ相的立方碳化物的添加的组合来实现的。后面的相 包含碳化钛和碳化铌，并且可能包含少量碳化钽。此外，粘结剂含量 足够得高，以保持材料的适于冲压金属盘的高韧性。硬质合金的此成 分结合材料密度减小提供良好的耐腐蚀性以及高硬度和耐磨性，如示 例1所示。