專利名稱：成型容器的脹形模和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于成型飲料容器的脹形模。
背景技術(shù)：
用于各種軟飲料或嘩酒的飲料容器通常由沖拔技術(shù)形成(即DI罐)，其中，容器身(或側(cè)壁部分)和容器底部通過對(duì)金屬薄板進(jìn)行沖
壓和變薄拉伸而整體地形成，例如鋁合金薄板或表面處理過的薄鋼板。在工業(yè)上，這些飲料容器被大規(guī)模并且比較經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)成基本一致的形狀。由于容器基本上生產(chǎn)成一致的形狀，因此通過它們的外觀不足以彼此區(qū)別或區(qū)分。由于飲料容器是大規(guī)模并且比較經(jīng)濟(jì)制造的，因此飲料廠商強(qiáng)烈的需要具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)以幫助區(qū)別他們產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)的飲料容器。
為了致力于滿足飲料廠商的要求，許多容器廠商一直試圖改善他們的制造技術(shù)，并且迄今為止用于再成形容器體的許多工藝已經(jīng)被提出。生產(chǎn)具有增大直徑的容器體的現(xiàn)有再成形工藝的一個(gè)例子包括模制技術(shù)與設(shè)于容器體內(nèi)部的膨脹介質(zhì)結(jié)合。膨脹介質(zhì)導(dǎo)致容器體從其內(nèi)部徑向膨脹，從而抵靠具有與想要的形狀相應(yīng)的幾何形狀的模具表面。膨脹介質(zhì)可以包括壓縮空氣或氮?dú)猓徊豢蓧嚎s液體；或者可以由徑向動(dòng)作的指狀物提供。
通過模制技術(shù)進(jìn)行的容器體的再成形或膨脹有很多缺點(diǎn)。更具體地，容器體的模制增加了制造時(shí)間，并且因此增加了與生產(chǎn)飲料容器相關(guān)的成本。模制不容易結(jié)合到在線工藝中，因此需要將模制步驟從用沖拔技術(shù)形成容器體的在線工藝分離開。
另 一 個(gè)缺點(diǎn)是通過使用模制可以提供的膨脹度基本上是有限的，尤其是當(dāng)考慮到?jīng)_拔罐已經(jīng)過了強(qiáng)化的金屬加工，即沖壓和變薄拉伸操作，并且不再保持足夠的延展性，以便可以得到提供想要效果的明顯輪廓，而不導(dǎo)致罐的破裂或金屬斷裂。在一個(gè)例子中，用單個(gè)模制
步驟，壁厚大約為0.0040"的鋁容器體的徑向膨脹量最多只能為容器體初始直徑的10%。
鑒于以上，需要提供更經(jīng)濟(jì)的方法來提供具有膨脹直徑部分的飲料容器，其中所述方法很容易地結(jié)合到在線工藝中。

發(fā)明內(nèi)容
總的來說，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造成型容器的方法，該成型容器的側(cè)壁具有至少一個(gè)膨脹直徑部分，其中，所述膨脹部分由至少一個(gè)脹形模提供。
所述方法包括
提供具有第一直徑的容器原料；
用至少 一個(gè)脹形模將至少 一部分容器原料膨脹到第二直徑；以及成形容器原料的一端以接納容器蓋。
脹形模能插入容器原料的開口端，其中，脹形模的工作面從脹形模的中心線逐漸發(fā)散。隨著脹形模插入容器原料的開口端，脹形模的工作面使容器原料的側(cè)壁徑向變形，以提供膨脹直徑部分。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還可以包括在膨脹步驟之后并且在成形容器原料的一端以接納容器蓋的步驟之前，用至少一個(gè)頸縮模將容
器原料頸縮到第三直徑。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還可以包括調(diào)整容器原料進(jìn)入頸縮模和/或脹形模的行程尺寸的步驟，以在容器膨脹部分與容器頸縮部分之間提供最小過渡，或在容器的膨脹部分與頸縮部分之間提供直徑基本均勻的拉長過渡。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種脹形模，以制造具有徑向膨脹直徑的金屬容器。脹形模包括具有漸進(jìn)膨脹部分和平臺(tái)部分的工作面；以及位于工作面的平臺(tái)部分之后的底切部分。工作面的起始部分具有用于在容器體側(cè)壁形成從初始直徑部分到膨脹直徑部分的過渡的幾何形狀。
在本發(fā)明的另 一個(gè)方面，提供了 一種包括上述脹形模的模具系統(tǒng)，
用于提供具有至少一個(gè)徑向膨脹直徑部分的成型容器。模具系統(tǒng)包括 第一脹形模，其具有工作面，工作面設(shè)置成增大容器原料直徑并
確定從初始容器原料直徑到容器原料膨脹部分的過渡處的輪廓，以及 至少一個(gè)漸進(jìn)的脹形模，其中，該至少一個(gè)漸進(jìn)的脹形模的各相
繼模均具有工作面，工作面設(shè)置成從第一脹形模開始為容器原料直徑
提供相等的、更小的或增大的膨脹度。


下面的詳細(xì)說明通過舉例的方式給出而且并非試圖將本發(fā)明僅限
制于此，與附圖結(jié)合將能很好的理解下面的詳細(xì)說明，其中類似的附
圖標(biāo)記表示類似的元件和部分，其中
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的脹形模的 一個(gè)實(shí)施例的側(cè)剖面圖。
圖1B是根據(jù)本發(fā)明的脹形模的另 一個(gè)實(shí)施例的側(cè)剖面圖。
圖1C是根據(jù)本發(fā)明的脹形模的另 一個(gè)實(shí)施例的側(cè)剖面圖。
圖1D是圖1A、 1B和1C所示的底切的方文大剖面圖。
圖2A、 2B和2C是內(nèi)徑為2.069"的飲料罐(飲料容器)的一些
實(shí)施例的示意圖，該飲料罐的至少 一 個(gè)部分的直徑用根據(jù)本發(fā)明的方
法膨脹到大于211飲料罐的直徑。
圖3是211飲料罐(飲料容器)的一些實(shí)施例的示意圖，該211
飲料罐的至少一個(gè)部分的內(nèi)徑用根據(jù)本發(fā)明的方法從直徑2.603'，膨脹
到大于2.860"的內(nèi)徑。
圖4是根據(jù)本發(fā)明使用的頸縮模的側(cè)剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A-1D描繪了一脹形模5，其用于提供具有至少一個(gè)膨脹部分 的成型飲料容器，在該膨脹部分中，飲料容器的直徑徑向膨脹。優(yōu)選 地，成型飲料容器可以大致是飲料罐幾何形狀，或可以大致具有飲料
6瓶幾何形狀，但其它的幾何形狀已被設(shè)想并且在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。 優(yōu)選地，飲料容器由金屬形成，更優(yōu)選地，由鋁合金形成，例如美國
鋁協(xié)(AA) 3104鋁合金。
本發(fā)明的脹形模5包括工作面10，該工作面10包括漸進(jìn)膨脹的 部分15和平臺(tái)部分20;該脹形模5還包括位于工作面IO的平臺(tái)部分 20之后的底切部分25。工作面10的起始部分30具有的幾何形狀用于 在容器側(cè)壁上形成從初始直徑部分到膨脹直徑部分的過渡。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供的脹形模5如圖1A所示，其中工作面IO 的起始部分30具有的角度設(shè)計(jì)成用于在容器的初始直徑和容器側(cè)壁 的膨脹部分之間提供平滑過渡，其中容器的直徑徑向增大。在圖2A 的例子A、 B、 C、 D和E中以及圖2C的例子K中，圖示了具有平滑 過渡的飲料容器的例子，這些例子圖示了內(nèi)徑為2.069'，的飲料罐(飲 料容器)的一些實(shí)施例，該飲料罐的至少一個(gè)部分直徑被膨脹到大于 內(nèi)徑等于2.603"的211飲料罐的直徑。為了本公開的目的，術(shù)語"平滑 過渡"是指直徑逐漸增大。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，提供的脹形模5 具有用于產(chǎn)生平滑過渡的工作面10，以生產(chǎn)具有類似于Pilsner杯的 幾何形狀的容器。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了如圖1B和1C所示的脹形模5，其中 工作面10的起始部分30具有彎曲度，該彎曲度設(shè)計(jì)用于在容器的初 始直徑和容器的膨脹部分之間提供更顯著的或梯級(jí)的過渡，其中容器 的直徑徑向增大。在一個(gè)實(shí)施例中，工作面10的起始部分30的彎曲 度可以由單個(gè)半徑Rl提供。在另一個(gè)實(shí)施例中，工作面10的起始部 分30的彎曲度可以由兩個(gè)相對(duì)的半徑R2、 R3提供，以便在提供具有 顯著的或梯級(jí)過渡的側(cè)壁時(shí)產(chǎn)生所需的膨脹。在圖2B的例子G、 H、 I和J中以及圖2C的例子L、 M和N中，圖示了具有顯著的或梯級(jí) 的過渡的飲料容器的例子，這些例子圖示了內(nèi)徑為2.069"的飲料罐(飲 料容器)的一些實(shí)施例，該飲料罐的至少一個(gè)部分直徑被膨脹到大于 內(nèi)徑等于2.603，，的211飲料罐的直徑。為了本公開的目的，術(shù)語"顯著 的或梯級(jí)的過渡"是指直徑更急劇地增大，這可以包括容器側(cè)壁上的波紋效果。
脹形模5的工作面10還包括漸進(jìn)的膨脹部分15，該漸進(jìn)的膨脹 部分15可以包括起始部分30。漸進(jìn)的膨脹部分15具有這樣的尺寸和 幾何形狀，以便當(dāng)其插入罐原料的開口端時(shí)，隨著罐原料沿工作面10 移動(dòng)，漸進(jìn)的膨脹部分15加工罐原料側(cè)壁，以使罐原料的直徑以漸進(jìn) 的方式徑向膨脹。膨脹度可以取決于容器的膨脹部分所需的最終直徑、 用于形成膨脹部分的脹形模數(shù)目以及容器原料的材料和壁厚。在一個(gè) 實(shí)施例中，工作面IO可以提供適當(dāng)?shù)呐蛎浐统尚尾僮?，而不需要脫?器或類似的結(jié)構(gòu)。
脹形模5的工作面10還包括在漸進(jìn)的膨脹部分15終止處的平臺(tái) 部分20。平臺(tái)部分20具有的尺寸和幾何形狀用于確定由脹形模5成 形的容器膨脹部分的最終直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，平臺(tái)部分20可以沿 頸縮方向延伸小于0.5"的距離Ll，優(yōu)選大約0.125"。應(yīng)當(dāng)注意，所提 供的平臺(tái)部分20的尺寸只是為了說明性的目的，并不意味著對(duì)本發(fā)明 的限制，因?yàn)槠脚_(tái)部分20的其它尺寸也已被設(shè)想并在本公開的范圍之 內(nèi)。
工作面IO可以是拋光面或非拋光面。在一個(gè)實(shí)施例中，拋光面具 有的平均表面粗糙度(Ra)在2ji英寸到6n英寸的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí) 施例中，工作面IO可以是非拋光面，其具有的平均表面粗糙度(Ra) 范圍從大于或等于8 ji英寸到小于或等于32n英寸，只要非拋光面10 不使沿容器原料內(nèi)表面設(shè)置的產(chǎn)品側(cè)面涂層顯著降級(jí)。
平臺(tái)部分20之后是底切部分25，其設(shè)置成當(dāng)容器原料已經(jīng)通過 工作面10的漸進(jìn)膨脹部分15和平臺(tái)20加工后，減少容器原料和脹形 模5之間的摩擦接觸。圖1D描繪了根據(jù)本發(fā)明的底切部分25的一個(gè) 實(shí)施例的末端放大圖。在膨脹過程期間，摩擦接觸的減少使折疊的發(fā) 生最小化，并改進(jìn)容器原料的脫模。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，底切部分 25是非拋光面，其具有的平均表面粗糙度(Ra)范圍從大于或等于8 p英寸到小于或等于32ji英寸。底切部分25可以延伸進(jìn)入脹形模壁的 尺寸L2為至少0.005英寸。應(yīng)當(dāng)注意，底切部分25的尺寸和表面粗糙度值只是為了說明性的目的，并不意味著本發(fā)明限制于此。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了用于生產(chǎn)成型飲料容器的模具系
統(tǒng)，其包括本公開中所述的脹形模5。模具系統(tǒng)包括至少第一脹形 模5，其具有工作面10，工作面IO設(shè)置成增大容器原料直徑并確定從 初始容器原料直徑到容器原料膨脹部分的過渡的輪廓；以及至少一個(gè) 漸進(jìn)的脹形模，其中，漸進(jìn)的脹形模系列中的各相繼脹形模均具有工 作面，該工作面設(shè)置成從第一個(gè)脹形模開始為容器原料直徑提供相等 的、更小的或增大的膨脹度。在一個(gè)實(shí)施例中，模具系統(tǒng)也可以包括 一個(gè)或多個(gè)頸縮模。圖4中描繪了頸縮模的一個(gè)例子。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于成形飲料容器的方法。 本發(fā)明的方法可以采用上述脹形模5，并且包括提供具有第一直徑的 容器原料；用至少一個(gè)脹形模將容器原料的至少一部分膨脹到大于第 一直徑的第二直徑；并且成形容器原料的一端以接納容器蓋。
如本公開全篇使用的，術(shù)語"提供容器原料"的意思是表示提供鋁 坯料，例如盤或塊，并將坯料成型為鋁容器原料。如上所述，至少一 個(gè)脹形模5隨后被插入容器原料的開口端中。脹形模5的數(shù)目可取決 于膨脹度、容器原料的材料和容器原料的側(cè)壁厚。在一個(gè)實(shí)施例中， 可以使用五個(gè)脹形模5來將容器原料內(nèi)徑從大約2.069，，增大到大于 211罐內(nèi)徑的直徑，如圖2A-2C所示。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用 三個(gè)脹形模來將211罐的內(nèi)徑從大約2.603'，膨脹到大約2.860"，如圖 3所示。利用本發(fā)明脹形模5進(jìn)行的漸進(jìn)膨脹可以使容器直徑增大大 約25%，其中已經(jīng)設(shè)想了更大的膨脹，只要金屬在膨脹期間不會(huì)斷裂。
在一個(gè)實(shí)施例中，成形飲料容器的方法還可以包括在將容器的所 述部分膨脹到第二直徑之后并且在將容器坯料的一端成形用于接納容 器蓋之前，將容器原料頸縮到第三直徑。圖2C中顯示的例子L和M 圖示了容器原料膨脹部分的頸縮。優(yōu)選地，由頸縮步驟提供的第三直 徑小于第二直徑，并且第三直徑可以大于、小于或等于第一直徑。在 一個(gè)實(shí)施例中，頸縮處理步驟可以由至少一個(gè)頸縮模40提供，如圖4 所示。在一個(gè)實(shí)施例中，在成形飲料罐或具有瓶子形狀的飲料容器時(shí)，頸縮處理可以頸縮容器的膨脹部分。
與現(xiàn)有的頸縮方法相反，把根據(jù)本發(fā)明成形的容器的膨脹部分從 該膨脹部分頸縮到大于容器原料初始直徑的直徑是不需要脫模器的， 因?yàn)槿萜鞯膫?cè)壁在膨脹后處于張緊狀態(tài)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，
當(dāng)將容器原料的膨脹部分頸縮到第三直徑時(shí)，可以采用脫模器。從膨 脹部分頸縮到小于或等于容器原料的初始直徑通常需要脫模器。優(yōu)選 地，脫模結(jié)構(gòu)應(yīng)用于頸縮步驟，其中頸縮后的直徑小于容器原料的初 始直徑。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，成形飲料容器的方法還包括調(diào)整容器
原料進(jìn)入頸縮模40和/或脹形模5的行程尺寸，以使相繼的容器膨脹 部分之間或容器膨脹部分與頸縮部分之間的過渡最小。該行程尺寸定 義為容器原料沿脹形模5的工作面10或頸縮模40移動(dòng)的距離。圖2C 的例子L顯示了調(diào)整行程尺寸以提供最小過渡的效果的一個(gè)例子。在 另一個(gè)實(shí)施例中，可調(diào)整該行程尺寸，以便在容器膨脹部分和容器頸 縮部分之間提供直徑基本均勻的拉長過渡。成形的具有直徑基本均勻 的拉長過渡的容器的例子包括圖2B的例子H、 I和J、圖2C的例子 M和N。
本發(fā)明的方法還可以包括用多組脹形模5和多組頸縮模40來成 型，它們可以相繼地使用，以提供形成為容器側(cè)壁的多個(gè)交替的膨脹 部分和頸縮部分。
在最后的膨脹/頸縮步驟之后，容器原料的開口端被成形為用于接 納容器蓋。將容器蓋附加到容器原料開口端上的成形步驟可以是任何 已知的工藝或方法，包括形成翻邊、巻曲、螺紋、凸耳、外部連接附 件和折邊，或它們的組合。
本發(fā)明提供了用于在飲料容器側(cè)壁形成膨脹部分的脹形模5和方 法，因此有利地減少了與在飲料容器制造中成型飲料容器相關(guān)的生產(chǎn) 成本。
應(yīng)當(dāng)注意，上面公開的內(nèi)容適合于飲料、氣霧劑、食物或任何其 它能被膨脹和/或頸縮的容器。另外，上面公開的內(nèi)容同樣適用于沖拔、
10拉伸以及沖擠成型/膨脹方法。
盡管上面已經(jīng)大致地描述了本發(fā)明，但提供下列例子以進(jìn)一步闡 明本發(fā)明并闡明由此帶來的好處。并非試圖將本發(fā)明局限于公開的特 定例子。
例子1
內(nèi)徑為2.069"的膨脹
使用五模膨脹系統(tǒng)將容器原料一部分的直徑從初始內(nèi)徑2.069，，膨 脹到最終內(nèi)徑大約2.615"，容器原料為美國鋁協(xié)(AA) 3104鋁合金 且側(cè)壁厚度為0.0088英寸。膨脹代表容器原料的直徑增加大約24%, 而不會(huì)形成Lueder線或金屬撕裂。第一個(gè)脹形模提供大約9。/。的膨脹； 第二和第三脹形模各提供大約4.5%的膨脹；并且第四和第五脹形模各 提供大約3.0%的膨脹。
例子2
內(nèi)徑為2.603"的膨脹
使用三模膨脹系統(tǒng)將211罐容器原料一部分的直徑從初始內(nèi)徑 2.603"膨脹到最終內(nèi)徑大約2.860", 211罐容器原料為美國鋁協(xié)(AA ) 3104鋁合金且側(cè)壁厚度為0.0056英寸。在這三個(gè)脹形模的每一個(gè)中， 膨脹度在每個(gè)膨脹步驟增加3%。
已經(jīng)描述了目前的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以是包含在 所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的其它實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1、一種制造成型容器的方法，包括提供具有第一直徑的容器原料；用至少一個(gè)脹形模將至少一部分容器原料膨脹到第二直徑；以及成形容器原料的一端以接納容器蓋。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在將容器的所述部分膨脹 到第二直徑之后并且在所述成形容器原料的一端以接納容器蓋的步驟之前，將容器原料頸縮到第三直徑。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括用至少一個(gè)頸縮模來頸縮 容器原料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，第三直徑的尺寸小于第二 直徑，并且第三直徑大于、小于或等于第一直徑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括調(diào)整容器原料進(jìn)入頸縮模 和脹形模的行程尺寸，以在容器膨脹部分與容器原料頸縮部分之間提 供最小過渡。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括調(diào)整容器原料進(jìn)入頸縮模 和脹形模的行程尺寸，以在容器膨脹部分和容器頸縮部分之間提供直 徑基本均勻的拉長過渡。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括至少一個(gè)其它膨脹步驟和 至少一個(gè)其它頸縮步驟。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括用至少一個(gè)沒有脫模器的 頸縮模將容器原料頸縮到第三直徑，其中，第三直徑大于第一直徑。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述成形容器原料的一端 以接納容器蓋的步驟還包括形成翻邊、巻曲、螺紋、凸耳、外部連接 附件和折邊，或它們的組合。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述將容器原料從第一 容器直徑的膨脹進(jìn)展到增加大約25%為止。
11、 一種用于制造金屬容器的脹形模，包括工作面，該工作面包括漸進(jìn)膨脹的部分和平臺(tái)部分；以及 位于工作面的平臺(tái)部分之后的底切部分。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的脹形模，其中，工作面的起始部分具 有的幾何形狀用于在容器上成形從初始直徑部分到膨脹直徑部分的過 渡。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的脹形模，其中，所述過渡是梯級(jí)的或 漸進(jìn)的。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的脹形模，其中，所述平臺(tái)部分具有的 尺寸能提供由工作面加工成的容器原料的膨脹直徑。
15、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的脹形模，其中，工作面的至少一部分 是非拋光的。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的脹形模，其中，所述工作面的非拋光 部分具有的表面光潔度范圍從8 n英寸到32n英寸。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的脹形模，其中，所述底切部分是非拋 光的。
18、 一種模具系統(tǒng)，包括第一脹形模，其具有工作面，該工作面設(shè)置成增大容器原料直徑 并確定從初始容器原料直徑到容器原料膨脹部分的過渡處的輪廓，以 及至少一個(gè)漸進(jìn)的脹形模，其中，該至少一個(gè)漸進(jìn)的脹形模的各相 繼脹形模均具有工作面，各工作面設(shè)置成從第一脹形模開始為容器原 料直徑提供相等的、更小的或增大的膨脹度。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的模具系統(tǒng)，該模具系統(tǒng)包括所述至少 一個(gè)漸進(jìn)的脹形模的最終脹形模，其具有提供容器原料膨脹部分最終 直徑的工作面。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的模具系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)頸縮模。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于制造容器的脹形模(5)，其包括工作面(10)，該工作面包括漸進(jìn)膨脹的部分(15)和平臺(tái)部分(20)；以及位于工作面(10)的平臺(tái)部分(25)之后的底切部分(25)。本發(fā)明還提供了一種用于制造成型容器(A-N、1-3)的方法，包括提供具有第一直徑的容器原料；用至少一個(gè)脹形模將至少一部分容器原料膨脹到第二直徑；以及成形容器原料的一端以接納容器蓋。
文檔編號(hào)B21D51/26GK101479057SQ200780024186
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月26日
發(fā)明者A·費(fèi)杜薩, G·L·邁爾斯, R·E·迪克 申請(qǐng)人:美鋁公司