專利名稱：嵌入式直管螺圈封閉器及密封和固定方法
技術領域：
本發明涉及包裝鋼桶領域內一種嵌入式直管螺圈封閉器。該封閉器采用凹凸齒嚙合定位 和凹臺鉚接方法，使直管螺圈永久固定在桶頂蓋凸臺孔內，使桶頂蓋凸臺翻孔作為密封面直 接與密封墊圈、桶塞接觸，形成密封裝置。本發明還提供一種嵌入式直管螺圈封閉器的密封 和固定方法。
技術背景嵌入式八角螺圈封閉器是目前世界上使用最廣泛的鋼桶封閉器。從17升提桶到230升 集裝箱桶都使用G2封閉器作為液體注入口 (排放口)。用G3/4封閉器作為輔助通氣孔。中 國鋼桶封閉器標準GB/T 13251-2002、歐洲標準EN 12928:2000和國際標準ISO 15750-3:2002 對嵌入式八角螺圈封閉器的結構、尺寸和性能作了比較詳細的介紹和規范。為了不斷提高鋼桶封閉器抗沖擊、跌落和防止滲漏的性能，從嵌入式八角螺圈封閉器發 明以來，世界各國都在進行努力。2007年1月30日公布的美國專利說明書US7， 168， 585 B2 就公開了一種《防止鋼桶變形造成滲漏的封閉器》，該發明加大了桶頂蓋凸臺翻孔與八角螺圈 之間的密封圈容積，在桶頂蓋凸臺周圍壓制了一個環形凹槽，還在桶頂蓋凸臺翻孔邊緣臺階 上沖壓一個環狀V形壓痕，有意識將該處鋼桶強度減弱。當鋼桶受到意外沖擊、跌落，桶頂 蓋凸臺周圍的環形凹槽和桶頂蓋凸臺翻孔邊緣臺階上強度減弱的環狀V形壓痕首先變形，吸 收大量沖擊能量，減少凸臺翻孔邊緣環狀V形壓痕以內的封閉器受沖擊變形的影響。即使桶 頂蓋凸臺翻孔與嵌入式八角螺圈之間產生較小的變形，容積較大的密封墊圈也會利用自身良 好的追隨形變能力，使彈性橡膠體迅速膨脹，填補新產生的間隙空間，防止滲漏產生。這些 專利都使鋼桶封閉器的防滲漏性能不斷提高。這種嵌入式八角螺圈封閉器采用八角形法蘭邊作徑向定位，防止桶塞旋緊時，螺圈產生 旋轉。所以先要在桶頂蓋上沖壓出八角形凸臺和凸臺翻孔，然后把套上密封橡膠墊圈的八角 法蘭螺圈放入桶頂蓋八角形凸臺內，用模具擠壓使八角螺圈直管壁向外翻巻，并包裹住桶頂 蓋凸臺翻孔邊。在八角螺圈法蘭邊徑向定位和螺圈翻巻邊縱向包裹擠壓下，八角螺圈被永久 定位在桶頂蓋凸臺孔中。密封橡膠墊圈在擠壓作用下充填入桶頂蓋凸臺翻孔圓弧處與八角螺
圈的間隙中，形成一道密封阻隔帶，阻止桶內液體通過桶頂蓋凸臺翻孔與八角螺圈的配合間 隙中滲漏出去。鋼桶灌裝液體后，嵌入式八角螺圈與桶塞之間需安裝密封墊圈。由此可見嵌 入式八角螺圈封閉器是一種需要安裝兩道密封圈結構的封閉器，桶內液體滲漏存在兩條通道。 當然，鋼桶在一般情況下密封很好，是不會滲漏的。但鋼桶在運輸和裝卸中受到沖擊、跌落 時，桶內液體壓力瞬間上升，桶頂蓋產生變形，使嵌入式八角螺圈封閉器在桶頂蓋凸臺翻孔 處，被桶頂蓋拉應力掀起，使桶頂蓋凸臺翻孔與八角螺圈接合部產生較大間隙或者脫開，使 密封墊圈失去密封作用，造成桶內液體滲漏。 發明內容本發明所要解決的技術問題是在上述封閉器的基礎上提供一種在桶頂蓋產生較大變形 狀態下不滲漏的嵌入式直管螺圈封閉器。本發明還提供一種嵌入式直管螺圈封閉器的密封和 固定方法。為了解決上述技術問題，本發明采用新的設計理念創造出一種嵌入式直管螺圈封閉器密 封結構、密封方法和固定方法。為了使桶頂蓋凸臺翻孔能夠抵抗桶頂蓋變形拉應力的破壞。本發明直接用圓柱形凸臺作 為直管螺圈封閉器結合面，13毫米高的圓柱形凸臺內徑為63毫米，它的抗拉應力強度非常 高，足以抵抗桶頂蓋拉應力的破壞。為了減少液體滲漏通道，本發明把兩道密封結構改為一道密封結構，把原來八角形法蘭 螺圈直管巻曲包裹的桶頂蓋凸臺翻孔改為桶頂蓋圓柱形凸臺翻孔包裹直管螺圈，使桶頂蓋與 螺圈之間的密封結構移到桶頂蓋凸臺與桶塞密封位置，將兩道密封結構合為一道密封結構。為了使嵌入式直管螺圈在桶頂蓋產生較大變形狀態下，保持不滲漏。本發明將桶頂蓋厚 度僅有1.2毫米的板材通過翻孔技術把圓柱形凸臺的結構強虔和直管螺圈的螺紋夾緊功能轉 移到桶頂蓋凸臺翻孔表面，并把凸臺翻孔作為密封接觸面使用，使桶頂蓋凸臺翻孔足以^:受 150N m (G2桶塞)旋緊扭距產生的壓緊力。.為了使直管螺圈永久固定在桶頂蓋圓柱形凸臺孔內，本發明設計一種固定方法，使桶頂 蓋凸臺、直管螺圈、凸臺翻孔，形成凹凸齒嚙合狀組合凹臺。
下面結合
和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明圖l.為桶頂蓋凸臺未組裝前的整體剖視圖。組裝后凸臺邊5外形將改變成內翻孔5形狀。 圖2.為直管螺圈未組裝前的整體剖視圖。組裝后直管螺圈管壁改變成凹凸齒嚙合狀凹臺。
圖3.為嵌入式直管螺圈組合件剖視圖。它在剖面左邊表示嵌入式i:管螺圈組合凹臺受到雙向擠壓夾緊部位微觀結構，在剖面右邊表示組合凹臺凹凸齒單向擠壓變形后的微觀結構。圖4.是嵌入^;直管螺圈組合件主視圖。
圖5.是圖4凹凸齒外形A—A剖面圖。使看圖者便于理解凹凸齒嚙合微觀圖形。圖6.為嵌入式直管螺圈封閉器在正常狀態下的局部剖視圖。圖7.為嵌入式直管螺圈封閉器在桶頂蓋嚴重變形時的局部剖視圖。
具體實施方式
圖1是嵌入式直管螺圈封閉器的桶頂蓋凸臺3組裝前整體剖視圖。它包括桶頂蓋1，過 渡圓弧2， 13毫米高的圓柱形凸臺3，凸臺的內徑為63毫米，凸臺圓弧4和4毫米寬的凸臺 邊5。凸臺中間有一個直徑56毫米的工藝孔7，桶頂蓋凸臺3通過組合模具經沖壓拉伸，沖 孔成形。圖2是嵌入式直管螺圈14組裝前的整體剖面圖。主要由壁厚為1.2毫米的直管16和G2 非密封管螺紋21組成。目前它用標準產品直徑為63.5毫米、壁厚3.2毫米的低碳直縫電焊鋼 管經無切削下料、車孔、攻制G2非密封管螺紋，表面鍍鋅處理加工而成。今后將選用直管 螺圈專用管材以減少材料損耗和機械加工量。圖3是本發明嵌入式直管螺圈組合件剖面圖。當直管螺圈14放入桶頂蓋凸臺孔13內， 在組合模具擠壓下，桶頂蓋凸臺邊5從圓弧9處向下彎曲，進入直管螺圈孔19內，逐漸包緊 直管螺圈壁17，桶頂蓋凸臺3的內壁10和凸臺邊底面8形成的環形槽，將直管16夾緊在環 形槽內，凸臺邊5在組合模具擠壓作用下成為凸臺翻孔5。同時桶頂蓋凸臺3、直管16和凸 臺翻孔5初步形成組合凹臺。桶頂蓋凸臺3與直管螺圈14組合時接觸面之間不安裝密封墊圈。圖4是嵌入式直管螺圈組合件主視圖。組合件的上部有一個環形凸臺，凸臺外壁有8個 微觀弧形凸齒18。圖5是圖4弧形凸齒外表A—A剖面圖。主要便于理解凹凸齒嚙合成型過程，.在組合模 芯繼續擠壓下，桶頂蓋凸臺3的外壁擴大到組合模具凹凸齒定位套時，受到凸齒面定位。桶 頂蓋凸臺3，直管16和凸臺翻孔5受到來自模芯和凸齒面的雙向擠壓，進入塑性變形壓緊過 程。被擠壓的材料開始向凸齒面兩側凹齒腔內移動。這時處在凹齒腔部位的組合凹臺22在模 芯單向擠壓力和凸齒面兩側材料移動作用下迅速向凹齒腔內突起，并產生塑性永久變形，使 凸臺3，直管16和凸臺翻孔5在凹臺22組合件內部產生不同程度的弧形凸起，凸臺翻孔5在凸齒面受到雙向擠壓，材料向凹齒腔移動，使凹齒腔部位的凸臺翻孔5材料變厚，凸臺翻孔5的底面8形成弧形凸起，直管16在凸齒面受到雙向擠壓，材叫也向凹齒腔移動，使凹齒 腔內直管16厚度增加，并順著凸臺翻孔5的底面8向凹齒腔內凸起，凸臺3在凸齒面受到雙 向擠壓，材料也向凹齒腔移動，使凹齒腔內凸臺3的厚度增加，同時順著直管16外壁15的 弧形向凹齒腔內凸起。此時凹齒腔內直管16的內壁17凹齒與凸臺翻孔5的底面8凸齒形成 弧形嚙合。直管16的外壁15凸齒與凸臺3的內壁10凹齒也形成弧形嚙合。當組合模具擠壓 結束時，最終形成一個深度為4毫米的凹凸齒弧形嚙合組合凹臺22。雖然直管螺圈和桶頂蓋 凸臺3形成的弧形齒狀嚙合高度只有0.25 0.5毫米，但它們之間保持的接觸壓力和桶塞的旋 緊擠壓力足以阻止直管螺圈14產生徑向轉動，同時組合凹臺產生徑向擴大，使直管16上部 外徑大于桶頂蓋凸臺翻孔13的下部內徑，直管螺圈圓柱狀凹臺呈喇叭口鉚接狀態，使其不能 軸向移動，直管螺圈14被永久固定在桶頂蓋凸臺孔13內。圖6是本發明嵌入式直管螺圈封閉器組裝后的局部剖面圖。桶頂蓋凸臺3利用凹臺22的 鉚接定位作用，把自身的結構強度和直管螺圈14的螺紋夾緊功能轉移到桶頂蓋凸臺翻孔5上， 使桶頂蓋凸臺翻孔5足以承受150N，m (G2桶塞)旋轉扭距產生的接觸壓緊力，并作為接觸 面使用。當套有密封圈31的桶塞29旋入嵌入式直管螺圈14,密封墊圈31直接與桶頂蓋凸 臺圓弧4和凸臺翻孔5接觸，當桶塞29旋緊到桶塞蓋邊尖角26與桶頂蓋圓弧4接觸時，桶 塞29受到定位作用，停止下降。密封圈31利用壓縮產生的回彈力在桶頂蓋凸臺翻孔5，桶 塞蓋邊尖角26、底面28、圓弧30，桶塞頸部32和直管螺圈14形成的環形槽空間33內，組 成一道橡膠彈性體密封帶，足以阻止桶內液體滲漏。由于嵌入式直管螺圈封閉器采用凹凸齒 嚙合定位取代八角法蘭定位，使嵌入式直管螺圈封閉器整體外形尺寸降到70毫米以下，封閉 器中心線到桶身巻邊安裝距離達到55毫米。當鋼桶翻轉180度，傾倒殘留液體時，桶頂蓋與 地表平面呈0 20度之間，封閉器處于最低處，可使桶內殘留液體積減少到50毫升。圖7是嵌入式直管螺圈封閉器在桶頂蓋嚴重變形時的局部剖面圖。當鋼桶在運輸或裝卸 中受到意外沖擊、跌落，桶內液體壓力瞬間上升，形成液體沖擊，由于桶頂蓋的平面薄壁結 構剛度最差，最先產生變形，桶頂部向外嚴重隆起，桶頂蓋1變形產生的拉應力使嵌入式直 管螺圈封閉器周圍凸臺背面圓弧11迅速掀起，使直管螺圈14底部突出圓柱形凸臺孔。由于 直管螺圈14與桶頂蓋凸臺圓弧11之間不安裝密封墊圈，本身并不密封，所以即使直管螺圈 14突出桶頂蓋圓柱形凸臺孔，也不會發生密封圈失效，產生滲漏事故。當桶頂蓋拉應力掀起圓柱形凸臺圓弧2后，遇到垂直的桶頂蓋凸臺圓柱形外壁3，由于 圓柱形外壁3在沖壓拉伸時產生較大冷作應力，使圓柱形外壁抗拉強度很大。圓柱形內壁IO 內襯強度很大的直管螺圈14使桶頂蓋凸臺3的剛度比桶身剛度大幾倍，桶頂蓋變形拉應力遇 到嵌入式直管螺圈封閉器圓柱形外壁3，只能順著圓柱形凸臺改變方向，向周圍擴散消失。 一部分液體在桶內壓力作用下，會順著桶頂蓋凸臺內壁10和直管螺圈外壁15的接觸間隙36 進入桶頂蓋凸臺翻孔5的內壁8和直管螺圈凹臺壁17之間，最終到達環形槽空間33。由于 凸臺翻孔5和桶塞蓋邊底面28，桶塞頸部32和直管螺圈14形成的環形槽是一個固定空間33。 密封圈31在桶塞壓力作用下形成的密封帶足以阻止正常情況下的液體滲漏。當桶內壓力瞬間 上升時，密封墊圈31能在桶內液體壓力作用下，朝作用力方向移動，使密封面上的接觸壓力 迅速上升，因此密封面上的接觸壓力大于桶內的壓力。這種借助桶內液體壓力改變密封圈接 觸狀態，使之密封的過程，是密封圈在固定空間內的一種自封作用。另一部分液體在桶內壓 力作用下順著直管螺圈管螺紋21和桶塞管螺紋34的配合間隙35進入環形槽空間33，他們 的狀態與上述情況一樣，都不能從嵌入式直管螺圈封閉器滲漏出去。一種嵌入式直管螺圈封閉器的密封方法嵌入式直管螺圈封閉器采用桶頂蓋凸臺翻孔5 作為密封面直接與密封圈31接觸，使桶頂蓋表面在密封墊圈31作用下直接與桶塞29接觸形 成密封裝置。一種嵌入式直管螺圈封閉器的固定方法組合模具使直管16嵌入桶頂蓋凸臺3與翻孔5 形成的環形槽內夾緊后，并產生徑向擴大，同時桶頂蓋凸臺3，直管16和翻孔5在組合模具 凹凸齒定位套的作用下，最終形成凹凸齒嚙合狀組合凹臺22，將直管螺圈14永久固定在桶 頂蓋上。
權利要求
1. 一種嵌入式直管螺圈封閉器，它包括桶頂蓋凸臺(3)，直管螺圈(14)，桶塞(29)和密封圈(31)。其特征在于桶頂蓋凸臺(3)直管螺圈(14)凸臺翻孔(5)在組合模具擠壓下形成齒狀嚙合組合凹臺(22)，將直管螺圈(14)永久固定在桶頂蓋凸臺(3)上，使桶頂蓋凸臺翻孔(5)作為密封面直接與密封圈(31)接觸，桶塞(29)旋緊后形成密封裝置。
2. 按照權利要求1所述的嵌入式直管螺圈封閉器，其特征在于:所述的直管螺圈外壁(15) 和內壁(17)上部擠壓后形成的環狀凹凸齒與同部位桶頂蓋凸臺(3)的內壁(10)和凸臺翻 孔(5)的底面(8)形成的弧狀凹凸齒構成嚙合狀態。
3. 按照權利要求1所述的嵌入式直管螺圈封閉器，其特征在于所述的直管螺圈外壁(15) 的上部擠壓后形成的凹臺外徑大于桶頂蓋凸臺內孔(13)的下部內徑，直管螺圈圓柱狀凹臺(19)與桶頂蓋凸臺內孔(13)構成鉚接狀態。
4. 按照權利要求1所述的嵌入式直管螺圈封閉器，其特征在于所述的桶頂蓋凸臺(3) 是一個垂直凸起的13毫米高的圓柱形凸臺(3)，凸臺上表面有一個凸臺翻孔邊(5)，圓柱形 凸臺與桶頂蓋接合部采用圓弧(2)過渡。
5. 按照權利要求1所述的嵌入式直管螺圈封閉器，其特征在于所述的桶頂蓋凸臺翻孔 (5)作為密封面直接與密封圈(31)接觸。
6. —種嵌入式直管螺圈封閉器的密封方法，其特征在于嵌入式直管螺圈封閉器采用桶 頂蓋凸臺翻孔(5)作為密封面直接與密封圈(31)接觸，使桶頂蓋表面在密封墊圈(31)作 用下直接與桶塞(29)形成密封裝置。
7. 按照權利要求6所述的一種嵌入式直管螺圈封閉器的密封方法，其特征在于嵌入式 直管螺圈封閉器將厚度僅有L2毫米的桶頂蓋板通過凸臺翻孔技術把桶頂蓋凸臺(3)的結構 強度和直管螺圈(14)的螺紋夾緊功能轉移到桶頂蓋凸臺翻孔(5)，使凸臺翻孔(5)足以承 受150N m (G2桶塞)旋緊扭距產生的壓緊力。
8. 按照權利要求6所述的一種嵌入式直管螺圈封閉器的密封方法，其特征在于嵌入式 直管螺圈封閉器的桶頂蓋凸臺(3)與直管螺圈(14)在永久固定時，不使用密封墊圈。
9. 一種嵌入式直管螺圈封閉器的固定方法，其特征在于組合模具使直管(16)嵌入桶 頂蓋凸臺(3)與翻孔(5)形成的環形槽夾緊后，并產生徑向擴大，同時桶頂蓋凸臺(3)， 直管(16)和翻孔(5)在組合模具凹凸齒定位套的作用下，最終形成凹凸齒嚙合狀組合凹臺(22)，將直管螺圈(14)永久固定在桶頂蓋上。
10.按照權利要求9所述的一種嵌入式直管螺圈封閉器的固定方法，其特征在于凹凸 齒嚙合狀組合凹臺的內徑為圓柱形凹臺，.外徑為凹凸齒形狀，內部為凹凸齒嚙合形狀。
全文摘要
本發明公開了包裝鋼桶領域內一種嵌入式直管螺圈封閉器。本發明采用凹凸齒嚙合定位和凹臺鉚接方法，把直管螺圈(14)永久固定在桶頂蓋凸臺孔(13)內，使桶頂蓋凸臺翻孔(5)作為密封面，直接與密封墊圈(31)、桶塞(29)接觸，形成密封裝置。當鋼桶受到沖擊、跌落、桶頂蓋產生嚴重變形，由于桶頂蓋凸臺孔(13)與直管螺圈(14)組合時，接觸面之間不安裝密封墊圈，所以嵌入式直管螺圈封閉器不會產生滲漏。本發明還提供一種嵌入式直管螺圈封閉器的密封方法和固定方法。
文檔編號B65D53/02GK101397062SQ200710188688
公開日2009年4月1日 申請日期2007年11月25日 優先權日2007年9月25日
發明者張連元 申請人:張連元