專利名稱：成形金屬容器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬容器及制造金屬容器的方法。
背景技術(shù)：
在金屬容器工業(yè)中，大規(guī)模地生產(chǎn)基本上同樣成形的飲料容器。已經(jīng)使用模具來 將容器的頂部進(jìn)行頸縮。發(fā)明內(nèi)容
在一些實(shí)施例中，成形鋁容器具有側(cè)壁，所述側(cè)壁包括頂部頸縮部分和底部頸縮 部分。在一些實(shí)施例中，底部頸縮部分中的側(cè)壁的厚度變化至少O. 001英寸。在一些實(shí)施 例中，頂部頸縮部分中的側(cè)壁的厚度變化至少O. 001英寸。在其它實(shí)施例中，頂部部分或底 部部分中的側(cè)壁厚度變化至少O. 0015 〃或O. 002 〃，或者頂部部分和底部部分中的側(cè)壁厚 度兩者都變化至少O. 0015 〃或O. 002 〃。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁厚度變化不多于O. 0015 〃、0· 002 〃、0· 0025 〃、0· 003 〃 或 O. 004 〃。
在一些實(shí)施例中，成形鋁容器通過一種方法制造，所述方法包括利用第一頸縮作 用模具將側(cè)壁的下部部分進(jìn)行頸縮，以使得第一頸縮作用模具的工作表面接觸側(cè)壁的第一 區(qū)段并且使側(cè)壁的第一區(qū)段的直徑在單次模具行程中縮減至少3%，其中側(cè)壁的第一區(qū)段 的厚度沿著側(cè)壁的高度變化至少O. 001英寸；和利用第二頸縮作用模具將側(cè)壁的上部部分 進(jìn)行頸縮，以使得第二頸縮作用模具的工作表面接觸側(cè)壁的第二區(qū)段并且使側(cè)壁的第二區(qū) 段的直徑在單次行程中縮減至少2%。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁的第二區(qū)段的厚度沿著側(cè)壁的 高度變化至少O. 001英寸。在其它實(shí)施例中，頂部部分或底部部分中的側(cè)壁厚度變化至少 O. 0015 〃或O. 002 〃，或者頂部部分和底部部分中的側(cè)壁厚度兩者都變化至少O. 0015 〃或 O. 002 〃。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁厚度變化不多于O. 0015 〃、0. 002 〃、0. 003 〃、或O. 004 〃。在一些實(shí)施例中，下部部分和/或上部部分利用一系列頸縮作用模具進(jìn)行頸縮。一系 列頸縮作用模具可包括兩個(gè)或更多頸縮作用模具。在一個(gè)實(shí)施例中，下部部分利用兩個(gè)頸 縮作用模具進(jìn)行頸縮。在一個(gè)實(shí)施例中，將下部部分進(jìn)行頸縮的第一模具使容器的直徑縮 減約6%，而將容器的下部部分進(jìn)行頸縮的第二模具使容器的直徑縮減原始直徑的另外4%。 在一些實(shí)施例中，單個(gè)頸縮作用模具可使容器的直徑縮減2%、3%、4%、5%、9%、12%或更多。
在一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括在使側(cè)壁的上部部分進(jìn)行頸縮之前使側(cè)壁 的中間部分的直徑膨脹。在一些實(shí)施例中，中間部分的厚度變化至少O. 001英寸。在一些 實(shí)施例中，最厚部分在容器的頂部處或附近。在一些實(shí)施例中，最薄或薄部分可在容器的頂部處或附近。
在一些實(shí)施例中，第一和第二頸縮作用模具構(gòu)造成使用于金屬瓶子坯料上并且包括頸縮作用表面和減緩部(relief)。頸縮作用表面包括凸臺(tái)(land)部分、頸部半徑部分、 和肩部半徑部分，每個(gè)部分具有內(nèi)徑。凸臺(tái)部分位于孔頸半徑部分和減緩部之間。凸臺(tái)的內(nèi)徑為模具的最小直徑。頸部半徑部分和肩部半徑部分的內(nèi)徑大于凸臺(tái)的內(nèi)徑。減緩部包括減緩部表面，其中減緩部表面的內(nèi)徑比凸臺(tái)部分的內(nèi)徑大至少約O. 01英寸，并且減緩部表面的內(nèi)徑不大于最大直徑以便在將側(cè)壁進(jìn)行頸縮時(shí)減小但并不消除側(cè)壁與減緩部表面之間的摩擦接觸而同時(shí)保持頸縮作用性能。在一些實(shí)施例中，減緩部表面的直徑比凸臺(tái)部分的內(nèi)徑大約O. 0075至約O. 035英寸。在其它實(shí)施例中，減緩部表面的直徑比凸臺(tái)部分的內(nèi)徑大約O. 01、0. 02或O. 03英寸。在一些實(shí)施例中，凸臺(tái)部分的長(zhǎng)度在約O. 02 〃至約 O. 08 〃之間。在其它實(shí)施例中，凸臺(tái)的長(zhǎng)度為約O. 03 〃至約O. 07 〃。在其它實(shí)施例中，凸臺(tái)部分的長(zhǎng)度在約O. 04 〃至約O. 06 〃之間。在一個(gè)實(shí)施例中，凸臺(tái)部分的長(zhǎng)度約為O. 04 〃。在一些實(shí)施例中，頸縮作用模具的尺寸使得當(dāng)將金屬瓶子坯料進(jìn)行頸縮時(shí)，整個(gè)凸臺(tái)和減緩部沿軸向方向相對(duì)于側(cè)壁行進(jìn)并且減緩部的至少一部分行進(jìn)超過側(cè)壁的頂部。
在一些實(shí)施例中，凸臺(tái)具有從約8 μ in至約32 μ in的表面光潔度Ra。在一些實(shí)施例中，減緩部具有從約8 μ in至約32 μ in、從約2 μ in至約6 μ in或從約2 μ in至約32 μ in 的表面光潔度Ra。在一些實(shí)施例中，頸部半徑部分和肩部半徑部分具有從約2 μ in至約 6 μ in的表面光潔度Ra。
在一些實(shí)施例中，用于制造金屬容器的膨脹模具將側(cè)壁的中間部分的直徑膨脹。 用于制造金屬容器的膨脹模具包括工作表面和底切部分，其中工作表面構(gòu)造成使具有封閉底部的金屬容器的直徑膨脹。工作表面包括漸進(jìn)膨脹部分和凸臺(tái)部分。凸臺(tái)部分位于漸進(jìn)膨脹部分和底切部分之間。凸臺(tái)部分的外徑為模具的最大直徑。在一些實(shí)施例中，凸臺(tái)部分的長(zhǎng)度為最小O. 12 〃。在一些實(shí)施例中，凸臺(tái)部分的長(zhǎng)度在約O. 01 〃至約O. 12 〃之間。 在一些實(shí)施例中，凸臺(tái)部分的長(zhǎng)度在約O. 02 〃至約O. 08 〃之間。在其它實(shí)施例中，凸臺(tái)的長(zhǎng)度為約O. 03 〃至約O. 07 〃。在其它實(shí)施例中，凸臺(tái)部分的長(zhǎng)度在約O. 04 〃至約O. 06 〃之間。在一個(gè)實(shí)施例中，凸臺(tái)部分的長(zhǎng)度為約O. 04 〃。底切部分包括具有外徑的底切表面。底切表面的外徑比凸臺(tái)部分的外徑小至少約O. 01英寸并且不小于最小直徑，以便減小但并不消除底切表面與金屬容器之間的摩擦接觸。底切表面的外徑的尺寸使得盡量減少在膨脹期間可能出現(xiàn)的塌陷、斷裂、皺縮及所有其它物理缺陷。工作表面的尺寸使得當(dāng)插入到鋁容器中時(shí)，整個(gè)凸臺(tái)部分和底切部分的至少一部分進(jìn)入鋁容器，引起側(cè)壁的中間部分的直徑膨脹。
在一些實(shí)施例中，膨脹模具的工作表面的一初始部分具有的幾何形狀用于形成容器中的從原始直徑部分到膨脹直徑部分的過渡區(qū)。在一些實(shí)施例中，過渡區(qū)為臺(tái)階狀或漸變狀。在一些實(shí)施例中，膨脹模具的凸臺(tái)部分具有的尺寸用于提供由工作表面加工的容器坯料的膨脹直徑。
在一些實(shí)施例中，膨脹模具的工作表面的至少一部分具有從約8 μ in至約32 μ in 的表面粗糙度平均值(Ra)。在一些實(shí)施例中，底切部分的至少一部分具有從約8 μ in至約 32 μ in的表面粗糙度平均值(Ra)。在一些實(shí)施例中，膨脹模具的凸臺(tái)部分的外`徑沿著凸臺(tái)的長(zhǎng)度基本上恒定。
在一些實(shí)施例中，利用一系列膨脹模具使側(cè)壁的中間部分的直徑膨脹。
在一些實(shí)施例中，容器的頂部的尺寸適于接收封蓋。在一些實(shí)施例中，封蓋覆蓋容 器頂部上的開口。在一些實(shí)施例中，封蓋包括以下各項(xiàng)之一突耳、拱頂、輥動(dòng)防竊封蓋或帶 螺紋封蓋。
在一些實(shí)施例中，具有可分離的注口的罐蓋封裝容器的頂部。
一種用于形成金屬容器的方法包括提供具有側(cè)壁的容器，其中所述側(cè)壁具有厚 度和高度，并且其中厚度沿著側(cè)壁的高度變化至少0.0010英寸；以及利用頸縮作用模具將 容器進(jìn)行頸縮以使得頸縮作用模具的工作表面接觸側(cè)壁的一區(qū)段并且使側(cè)壁的該區(qū)段的 直徑在單次行程中縮減至少2%，其中在進(jìn)行頸縮之前和之后，側(cè)壁的該區(qū)段的厚度沿著側(cè) 壁的高度變化至少O. 0010英寸。
在一些實(shí)施例中，用于形成金屬容器的方法的頸縮作用模具包括頸縮作用表面 和減緩部；其中所述頸縮作用表面包括凸臺(tái)部分、頸部半徑部分、和肩部半徑部分，每個(gè)部 分具有內(nèi)徑；
其中凸臺(tái)部分位于頸部半徑部分和減緩部之間并且凸臺(tái)的內(nèi)徑為模具的最小直 徑；其中頸部半徑部分和肩部半徑部分的內(nèi)徑大于凸臺(tái)的內(nèi)徑；
其中所述減緩部包括(a)減緩部表面；(b)減緩部表面的內(nèi)徑比凸臺(tái)部分的內(nèi)徑 大至少約O. 01英寸；(C)減緩部表面的內(nèi)徑不大于最大直徑，以便在將金屬容器進(jìn)行頸縮 時(shí)減小但并不消除金屬容器與減緩部表面之間的摩擦接觸而同時(shí)保持頸縮作用性能；并且 其中，頸縮作用模具的尺寸使得當(dāng)將金屬容器進(jìn)行頸縮時(shí)，整個(gè)凸臺(tái)和減緩部沿軸向方向 相對(duì)于容器行進(jìn)并且減緩部的至少一部分行進(jìn)超過容器的頂部。
在一些實(shí)施例中，形成金屬容器的方法進(jìn)一步包括使側(cè)壁的一部分的直徑膨脹。
在一些實(shí)施例中，形成金屬容器的方法進(jìn)一步包括利用一系列頸縮作用模具將容 器進(jìn)行頸縮。
在一些實(shí)施例中，形成金屬容器的方法進(jìn)一步包括利用一系列膨脹模具使側(cè)壁的 部分的直徑膨脹。
在一些實(shí)施例中，膨脹模具中的至少一個(gè)包括工作表面，所述工作表面包括漸進(jìn) 膨脹部分和凸臺(tái)部分；和底切部分；其中凸臺(tái)部分位于漸進(jìn)膨脹部分和底切部分之間并且 凸臺(tái)部分的外徑為模具的最大直徑；其中所述底切部分包括Ca)底切表面jP(b)底切表 面的外徑，其中所述底切表面的外徑(i)比凸臺(tái)部分的外徑小至少約O. 01英寸jP(ii) 不小于最小直徑以便減小但并不消除底切表面與鋁容器之間的摩擦接觸；以及，其中工作 表面的尺寸使得當(dāng)插入金屬容器中時(shí)，整個(gè)凸臺(tái)部分和底切部分的至少一部分進(jìn)入金屬容 器，引起側(cè)壁的至少一部分的直徑膨脹。
在一些實(shí)施例中，一種形成金屬容器的方法包括提供具有側(cè)壁的容器，其中所述 側(cè)壁具有厚度和高度，并且其中所述厚度沿著側(cè)壁的高度變化至少0.001英寸；以及利用 膨脹模具將容器的直徑膨脹以使得膨脹模具的工作表面接觸側(cè)壁的一區(qū)段并且使側(cè)壁的 該區(qū)段的直徑在單次行程中膨脹至少2%，其中在進(jìn)行膨脹之前和之后，側(cè)壁的該區(qū)段的厚 度沿著側(cè)壁的高度變化至少O. 001英寸。在一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括將容器進(jìn) 行頸縮。在一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括利用一系列膨脹模具使容器的直徑膨脹。在 一些實(shí)施例中，膨脹模具包括工作表面，所述工作表面包括漸進(jìn)膨脹部分和凸臺(tái)部分；和底切部分；其中凸臺(tái)部分位于漸進(jìn)膨脹部分和底切部分之間并且凸臺(tái)部分的外徑為模具的最大直徑；其中所述底切部分包括(a)底切表面jP(b)底切表面的外徑，其中所述底切表面的外徑(i)比凸臺(tái)部分的外徑小至少約O. 01英寸jP(ii)不小于最小直徑以便減小但并不消除底切表面與鋁容器之間的摩擦接觸；以及，其中工作表面的尺寸使得當(dāng)插入金屬容器中時(shí)，整個(gè)凸臺(tái)部分和底切部分的至少一部分進(jìn)入金屬容器，引起側(cè)壁的至少一部分的直徑膨脹。


以下詳細(xì)說明通過舉例給出，而非用于將本發(fā)明僅僅限制于其，所述詳細(xì)說明結(jié)合附圖將得到最好理解，其中同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的元件和部件，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種用于53mm直徑罐體的14級(jí)模具頸縮序列。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的起始頸縮作用模具的一個(gè)實(shí)施例的剖視側(cè)視圖2a示出了圖2所示的接觸角度的放大視圖，其中接觸角度從瓶子坯料接觸頸縮作用表面的位置測(cè)量；
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的拋光的頸縮作用表面的一個(gè)實(shí)施例的表面測(cè)繪圖 (mapping)；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的非拋光的頸縮作用表面的一個(gè)實(shí)施例的表面測(cè)繪圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的中間頸縮作用模具的一個(gè)實(shí)施例的剖視側(cè)視圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的最末頸縮作用模具的一個(gè)實(shí)施例的剖視側(cè)視圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的14級(jí)頸縮系統(tǒng)中的每個(gè)頸縮作用模具的肩部頸縮作用表面的剖視側(cè)視圖8為將鋁瓶子進(jìn)行頸縮至局部地非拋光的頸縮作用模具中所需的頸縮作用力和將瓶子進(jìn)行頸縮至拋光的頸縮作用模具中所需的力的曲線圖，其中Y軸示出了單位為磅 (Ibs)的力，X軸示出了瓶子插入頸縮作用模具中的距離(英寸)；
圖9為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于將2. 087 〃直徑容器膨脹至2. 247 〃直徑容器的膨脹模具的一個(gè)實(shí)施例的立體圖10為圖9的膨脹模具的俯視圖，示出了線A-A ;
圖11為沿著線A-A剖開的圖9和10中的膨脹模具的剖視圖12為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于將2. 247 〃直徑容器膨脹至2. 363 〃直徑容器的膨脹模具的剖視剖視圖
剖視圖
圖13為可用于將2. 363 〃直徑容`器膨脹至2. 479 〃直徑容器的一種膨脹模具的圖14為可用于將2. 479 〃直徑容器膨脹至2. 595 〃直徑容器的一種膨脹模具的圖15為可用于設(shè)定下部輪廓的形狀的模具的剖視圖；圖16為五個(gè)容器的側(cè)視圖，其中每個(gè)容器代表根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例將2. 087 〃直徑容器膨脹至2. 595 〃直徑容器的膨脹過程的一級(jí)；
圖17為圖16的五個(gè)容器的俯視圖18為圖16的五個(gè)容器的仰視圖19為具有變化厚度的側(cè)壁的金屬容器的剖視圖20為一種頸縮作用模具的剖視圖，所述頸縮作用模具將圖19中所示的金屬容 器的側(cè)壁的下部部分進(jìn)行頸縮；
圖21示出了圖20中的頸縮作用模具的剖視圖21a為圖20和21中所示的頸縮作用模具的鼻部的部分剖視圖22示出了與圖20、21和21a中的頸縮作用模具結(jié)合使用的脫模器(knockout) 的剖視圖23為使圖19中所示的金屬容器的側(cè)壁的中間部分膨脹的膨脹模具的剖視圖24示出了圖23中的膨脹模具的剖視圖25示出了在下部部分已經(jīng)進(jìn)行頸縮而中間部分已經(jīng)膨脹之后的金屬容器；
圖26示出了一種頸縮作用模具的剖視圖，其可用來將圖19中所示的金屬容器的 側(cè)壁的上部部分進(jìn)行頸縮；
圖27示出了一種頸縮作用模具的剖視圖，其可用來將圖19中所示的金屬容器的 側(cè)壁的上部部分進(jìn)行頸縮；以及
圖28示出了與圖27中的頸縮作用模具結(jié)合使用的脫模器的剖視圖。
具體實(shí)施方式
針對(duì)本文而言，例如頂部、底部、下方、上方、以下、以上等等術(shù)語相對(duì)于安放于平 面上的成品金屬容器的位置而言，而不管在制造或形成步驟或方法期間金屬容器的方位如 何。成品金屬容器為在由最終消費(fèi)者使用之前將不經(jīng)受另外的成形步驟的金屬容器。在一 些實(shí)施例中，容器的頂部具有開口。
貫穿本文使用術(shù)語“瓶子坯料”。然而，在此所公開的方法、產(chǎn)品以及設(shè)備全部適用 于所有金屬容器，包括飲料罐和杯、氣溶膠罐和食品容器。雙引號(hào)或“in”表示英寸。
圖1示出了在通過根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的頸縮作用系統(tǒng)進(jìn)行頸縮的每個(gè)級(jí)之 后的瓶子坯料，其中本發(fā)明的頸縮作用系統(tǒng)提供了比在先頸縮作用系統(tǒng)先前可實(shí)現(xiàn)的方案 更具有進(jìn)取性的頸縮作用縮減方案，并且提供了將容器通過厚壁和薄壁部分進(jìn)行頸縮的能 力，即，具有厚度變化至少0.001英寸的側(cè)壁的容器，并且頸縮作用模具在單次行程中經(jīng)過 厚壁部分而行進(jìn)至薄壁部分中。圖1示出了進(jìn)行頸縮的序列，從用于產(chǎn)生首次進(jìn)行頸縮的 瓶子坯料I的起始頸縮作用模具到用于產(chǎn)生最末進(jìn)行頸縮的瓶子坯料14的最末頸縮作用 模具。盡管圖1示出了包括14級(jí)的頸縮作用系統(tǒng)，但以下公開內(nèi)容并不意欲限制于其，因 為頸縮作用級(jí)的數(shù)量可根據(jù)瓶子坯料的材料、瓶子坯料的側(cè)壁厚度、瓶子坯料的起始直徑、 瓶子的最終直徑、頸縮輪廓的所需形狀和頸縮作用力而變化。因此，可設(shè)計(jì)任何數(shù)量的頸縮 作用模具，都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，只要該序列提供了頸縮作用而沒有瓶子坯料的塌陷或其 它物理缺陷。
圖2示出了一種頸縮作用模具的剖視圖，所述頸縮作用模具包括至少局部帶紋理 的頸縮作用表面10和跟隨頸縮作用表面10的帶紋理的減緩部20。在一個(gè)實(shí)施例中，局部 帶紋理的頸縮作用表面10包括肩部或本體半徑部分11、頸部半徑部分12和凸臺(tái)(land)部 分13。
在一些實(shí)施例中，頸縮作用模具包括局部帶紋理的頸縮作用表面10，其減少了頸縮作用表面與正被進(jìn)行頸縮的瓶子坯料之間的表面接觸，以便減小將瓶子進(jìn)行頸縮所需的力(下文稱為“頸縮作用力”)。預(yù)想不到地，可確定的是，具有帶紋理的表面的頸縮作用表面對(duì)正被進(jìn)行頸縮的瓶子坯料提供了比不帶紋理的表面更小的阻力。與關(guān)于光滑的、不帶紋理的、高度拋光的表面提供更小的阻力因而需要更小的頸縮作用力的在先預(yù)期相反，可以確定的是，具有較低Ra值即〈 6微英寸的表面與進(jìn)行頸縮的瓶子具有更大的表面接觸， 導(dǎo)致更大的阻力并且需要更大的頸縮作用力。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，增加的表面粗糙度(更高Ra值)減少了頸縮作用表面與進(jìn)行頸縮的瓶子之間的表面接觸，因此減小了所需的頸縮作用力。
通過減小將瓶子坯料進(jìn)行頸縮所需的頸縮作用力，就容許頸縮作用模具具有比在先的頸縮作用模具中先前可實(shí)現(xiàn)的更大的縮減百分比。這還有助于使得模具能夠通過金屬側(cè)壁的變化厚度進(jìn)行頸縮。
在一個(gè)實(shí)施例中，帶紋理的表面具有的表面粗糙度平均值(Ra)為從大于或等于 8 μ in到小于或等于32 μ in,只要帶紋理的頸縮作用表面不會(huì)顯著地不利地破壞瓶子坯料的表面(涂層)光潔度的美觀性特征。在一個(gè)實(shí)施例中，不帶紋理的表面具有的表面粗糙度平均值(Ra)光潔度為從2 μ in到6 μ in。圖3不出了通過ADE/Phase Shift Analysisand MapVue EX-Surface Mapping Software (相移分析和MapVue外表面測(cè)繪圖軟件)產(chǎn)生的頸縮作用模具的不帶紋理的凸臺(tái)部分13的一個(gè)實(shí)施例的表面測(cè)繪圖。在該實(shí)例中，表面粗糖度(Ra)值為約 4. 89 μ in。圖 4 不出了通過 ADE/Phase Shift Analysis and MapVue EX-Surface Mapping Software (相移分析和MapVue外表面測(cè)繪圖軟件)產(chǎn)生的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的頸縮作用模具的帶紋理的凸臺(tái)部分13的一個(gè)實(shí)施例的表面測(cè)繪圖。在該實(shí)例中，表面粗糙度(Ra)值為約25. 7 μ in。
參看圖2，在一個(gè)實(shí)施例中，局部帶紋理的頸縮作用表面10包括帶紋理的凸臺(tái)部分13、不帶紋理的頸部半徑部分12和不帶紋理的肩部半徑部分11。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述至少局部帶紋理的頸縮作用表面10可全部帶紋理。參看圖2a，瓶子坯料50相對(duì)于頸縮作用表面10的接觸角度α可小于32°，其中所述接觸角度為54(垂直于凸臺(tái)延伸的射線) 與51 (垂直于和瓶子坯料與頸縮作用表面的接觸點(diǎn)相切的平面延伸的射線)之間的夾角。 在一些實(shí)施例中，工作表面和/或減緩部可全部不帶紋理。在一些實(shí)施例中，工作表面和/ 或減緩部急轉(zhuǎn)彎并且輕微地拋光以便除去毛邊從而獲得約8-10微英寸或約8-16微英寸或約8至32微英寸的表面光潔度。
圖2中的帶紋理的凸臺(tái)部分13與脫模器(未示出)結(jié)合提供了用于在進(jìn)行頸縮期間使瓶子坯料的上部部分形成瓶頸的工作表面。脫模器(未示出)在進(jìn)行頸縮期間適配在容器或瓶子坯料內(nèi)部并且?guī)椭谶M(jìn)行頸縮之后從模具移除容器。在一個(gè)實(shí)施例中，帶紋理的凸臺(tái)13平行于頸縮作用模具的中心線從模具壁的頸部半徑部分12的切點(diǎn)延伸。帶紋理的凸臺(tái)部分13可沿著頸縮作用方向(沿著Y軸)延伸距離Yl，所述距離Yl小于O. 5 〃，或約為大致O. 0625 〃。在一些實(shí)施例中，凸臺(tái)部分的長(zhǎng)度在約O. 02 〃至約O. 08 〃之間。在一些實(shí)施例中，凸臺(tái)部分的長(zhǎng)度在約O. 03 〃至約O. 07 〃之間。在一些實(shí)施例中，凸臺(tái)部分的長(zhǎng)度在約O. 04 〃至約O. 06 〃之間。在一些實(shí)施例中，凸臺(tái)部分的長(zhǎng)度為大致O. 04 "。
本發(fā)明的一些實(shí)施例的`另一個(gè)方面為跟隨頸縮作用表面10的位于頸縮作用模具壁中的減緩部20。減緩部20的尺寸設(shè)置成使得在瓶子坯料已經(jīng)通過凸臺(tái)13和脫模器進(jìn)行頸縮之后減小但并不消除瓶子坯料與頸縮作用模具的摩擦接觸。因此，在一些實(shí)施例中，減 緩部20與局部帶紋理的頸縮作用表面10結(jié)合，有助于減小頸縮作用模具壁與進(jìn)行頸縮的 瓶子坯料之間的摩擦接觸，其中減小的摩擦接觸保持頸縮作用性能而同時(shí)減小發(fā)生塌陷、 翹曲、破裂、皺縮及其它物理缺陷的可能性，并且提高了瓶子坯料的脫模能力。
在一個(gè)實(shí)施例中，減緩部20延伸至頸縮作用模具壁中至少O. 005英寸的尺寸X2， 所述尺寸從凸臺(tái)13的基部13a測(cè)量，在其它實(shí)施例中，所述尺寸為至少O. 010英寸或O. 015 英寸。在一些實(shí)施例中，減緩部延伸至模具壁中不多于O. 025 〃。減緩部20可沿著頸縮作 用方向(沿著Y軸)延伸達(dá)進(jìn)入頸縮作用模具的瓶子坯料的頂部部分的長(zhǎng)度，以便減小但并 不消除瓶子坯料與頸縮作用模具壁之間的摩擦接合，從而減小發(fā)生塌陷、翹曲、破裂、皺縮 及其它物理缺陷的可能性，然而仍保持頸縮作用性能。在一個(gè)實(shí)例中，該減緩部20是帶紋 理的表面。從凸臺(tái)到減緩部的過渡區(qū)為混合的，沒有尖角，以使得金屬瓶子坯料可沿任一方 向越過凸臺(tái)而不會(huì)受損。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，提供一種頸縮作用系統(tǒng)，其中系統(tǒng)的頸縮作用模具中 的至少一個(gè)可更進(jìn)取性地縮減瓶子坯料直徑。盡管圖2示出了一個(gè)前導(dǎo)模具，但以上關(guān)于 肩部半徑11、頸部半徑12、凸臺(tái)13和減緩部20的討論同樣地適用并且可存在于頸縮作用 系統(tǒng)的每個(gè)頸縮作用模具中。一系列模具中的至少一個(gè)的頸縮作用表面的幾何形狀用于增 加縮減作用，其中術(shù)語“縮減”對(duì)應(yīng)于使瓶子坯料直徑從瓶子坯料的起始直徑減小到最終直 徑。
在一個(gè)實(shí)施例中，前導(dǎo)模具在單次頸縮作用行程中將進(jìn)行頸縮的容器的直徑縮減 多于5%，或在單次頸縮作用行程中縮減多于9%?？赏ㄟ^頸縮作用系統(tǒng)的模具實(shí)現(xiàn)的縮減水 平部分地取決于頸縮作用表面的表面光潔度、頸縮作用力、瓶子坯料材料、所需的頸縮輪廓 和側(cè)壁厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，前導(dǎo)頸縮作用模具提供大于9%的縮減，其中起始頸縮作用 模具構(gòu)造成用于從招板產(chǎn)生招瓶子頸縮包裝，所述招板由Aluminum Association3104合金 構(gòu)成，具有約O. 0085英寸或更小的上部側(cè)壁厚度和從約34到37ksi的烘后屈服強(qiáng)度。在 一些實(shí)施例中，上部側(cè)壁厚度可為O. 0085,0. 0080,0. 0075,0. 0070,0. 0060,0. 0050英寸， 這僅為幾個(gè)例子。在一些實(shí)施例中，底部頸縮部分中側(cè)壁的厚度變化至少O. 0010英寸。在 一些實(shí)施例中，頂部頸縮部分中側(cè)壁的厚度變化至少O. 0010英寸。在其它實(shí)施例中，頂部 部分或底部部分中的側(cè)壁厚度變化至少O. 0015 〃或O. 002 〃，或者頂部部分和底部部分中 的側(cè)壁厚度兩者都變化至少O. 0015 〃或O. 002 〃。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁厚度變化不多于 O. 0015 〃、0· 002 〃、0· 0025 〃、0· 003 〃 或 O. 004 〃。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的中間模具的一個(gè)實(shí)施例，其中所述中間頸縮作用模具可 在瓶子坯料已經(jīng)利用起始頸縮作用模具進(jìn)行頸縮之后使用。與圖2中示出的頸縮作用模具 相比，圖5中示出的中間頸縮作用模具提供了進(jìn)取性較小的縮減。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)中 間頸縮作用模具每個(gè)提供了從4%到7%的縮減。中間頸縮作用模具的數(shù)量取決于瓶子坯料 起始直徑、所需的最終直徑、頸縮輪廓、側(cè)壁厚度和側(cè)壁厚度的可變性。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的最末頸縮作用模具的一個(gè)實(shí)施例。最末頸縮作用模具在 瓶子坯料已經(jīng)通過中間頸縮作用模具進(jìn)行頸縮之后使用。最末頸縮作用模具具有產(chǎn)生成品 產(chǎn)品頸縮尺寸的頸縮作用表面。在一個(gè)實(shí)施例中，最末頸縮作用模具提供了小于4%的縮 減。在一個(gè)實(shí)施例中，最末頸縮作用模具可具有1. 9%的縮減。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種頸縮作用系統(tǒng)，其中這些頸縮作用模具包括具有大于 9%的縮減的前導(dǎo)頸縮作用模具、12個(gè)具有從4.1到6. 1%的縮減的中間模具和具有1. 9%的縮減的最末頸縮作用模具。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中提供了一種使用如上所述頸縮作用系統(tǒng)將金屬容器頸縮的方法，包括以下步驟提供鋁坯件例如盤或片狀毛坯；將坯件成形為鋁瓶子坯料；和， 將鋁瓶子坯料進(jìn)行頸縮，其中頸縮作用包括具有至少局部帶紋理的頸縮作用表面的至少一個(gè)頸縮作用模具。
本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了一種頸縮作用系統(tǒng)，包括數(shù)量減少的模具和脫模器， 因此有利地減少了與用于瓶子制造中的頸縮操作的工具相關(guān)的機(jī)器成本。
通過減少頸縮作用模具級(jí)的數(shù)量，本發(fā)明有利地減少了與瓶子制造中進(jìn)行頸縮相關(guān)的時(shí)間。
盡管上文總體上描述了本發(fā)明，提供了以下實(shí)例以便進(jìn)一步示例說明本發(fā)明和舉例說明從其產(chǎn)生的一些優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明并不限于所公開的特定實(shí)例。
實(shí)例
以下的表I示出了通過14級(jí)模具頸縮方案提供的縮減，其中頸縮作用模具幾何形狀構(gòu)造成用于從鋁瓶子坯料形成鋁瓶子頸縮包裝，所述鋁瓶子坯料具有大致O. 0085英寸的上部側(cè)壁板厚度和從約34到37Ksi的烘后屈服強(qiáng)度。招成分為Aluminum Association (AA)3104。如表I所示，瓶子坯料從大致2. 0870 〃的起始直徑進(jìn)行頸縮到1. 025 〃的最終直徑，而沒有發(fā)生損壞例如壁塌陷。
表I
權(quán)利要求
1.一種成形鋁容器，包括側(cè)壁，所述側(cè)壁具有厚度和高度，其中所述側(cè)壁包括頂部頸縮部分和底部頸縮部分，其中底部頸縮部分中的側(cè)壁的厚度變化至少0.001英寸；并且其中所述成形鋁容器通過如下方法制造利用第一頸縮作用模具將側(cè)壁的下部部分進(jìn)行頸縮，以使得第一頸縮作用模具的工作表面接觸側(cè)壁的第一區(qū)段并且使側(cè)壁的第一區(qū)段的直徑在單次模具行程中縮減至少3%，其中側(cè)壁的第一區(qū)段的厚度沿著側(cè)壁的高度變化至少O. 001英寸；和利用第二頸縮作用模具將側(cè)壁的上部部分進(jìn)行頸縮，以使得第二頸縮作用模具的工作表面接觸側(cè)壁的第二區(qū)段并且使側(cè)壁的第二區(qū)段的直徑在單次行程中減小至少2%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容器，其中，側(cè)壁的第二區(qū)段的厚度沿著側(cè)壁的高度變化至少O. 001英寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容器，其中，所述方法進(jìn)一步包括在使側(cè)壁的上部部分進(jìn)行頸縮之前使側(cè)壁的中間部分的直徑膨脹。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的容器，其中，側(cè)壁的中間部分的厚度變化至少O.001英寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容器，其中，所述方法進(jìn)一步包括利用一系列頸縮作用模具將側(cè)壁的下部部分進(jìn)行頸縮。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容器，其中，所述方法進(jìn)一步包括利用一系列頸縮作用模具將側(cè)壁的上部部分進(jìn)行頸縮。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的容器，其中，所述方法進(jìn)一步包括利用一系列膨脹模具使側(cè)壁的中間部分的直徑膨脹。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容器，其中，第一頸縮作用模具和第二頸縮作用模具各包括 頸縮作用表面和減緩部;其中頸縮作用表面包括凸臺(tái)部分、頸部半徑部分、和肩部半徑部分，每個(gè)部分具有內(nèi)徑;其中凸臺(tái)部分位于孔頸半徑部分和減緩部之間，并且凸臺(tái)的內(nèi)徑為模具的最小直徑； 其中頸部半徑部分和肩部半徑部分的內(nèi)徑大于凸臺(tái)的內(nèi)徑；其中減緩部包括Ca)減緩部表面；(b)減緩部表面的內(nèi)徑比凸臺(tái)部分的內(nèi)徑大至少約O.01英寸；(c)減緩部表面的內(nèi)徑不大于最大直徑以便在將側(cè)壁進(jìn)行頸縮時(shí)減小但并不消除側(cè)壁與減緩部表面之間的摩擦接觸而同時(shí)保持頸縮作用性能；以及其中頸縮作用模具的尺寸使得當(dāng)將側(cè)壁進(jìn)行頸縮時(shí)，整個(gè)凸臺(tái)和減緩部沿軸向方向相對(duì)于側(cè)壁行進(jìn)并且減緩部的至少一部分行進(jìn)超過側(cè)壁的頂部。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的容器，其中，膨脹模具使側(cè)壁的中間部分的直徑膨脹，其中所述膨脹模具包括工作表面，其中所述膨脹模具的工作表面包括漸進(jìn)膨脹部分和凸臺(tái)部分；以及底切部分；其中凸臺(tái)部分位于漸進(jìn)膨脹部分和底切部分之間，并且凸臺(tái)部分的外徑為模具的最大直徑；其中底切部分包括(a)底切表面；以及(b)底切表面的外徑，其中底切表面的外徑(i)比凸臺(tái)部分的外徑小至少約O. 01英寸；并且( )不小于最小直徑以便減小但并不消除底切表面與鋁容器之間的摩擦接觸；以及其中工作表面的尺寸使得當(dāng)插入到鋁容器中時(shí)，整個(gè)凸臺(tái)部分和底切部分的至少一部分進(jìn)入鋁容器，引起側(cè)壁的中間部分的直徑膨脹。
10.一種用于形成金屬容器的方法，包括提供具有側(cè)壁的容器，其中所述側(cè)壁具有厚度和高度，并且其中厚度沿著側(cè)壁的高度變化至少O. 001英寸；以及利用頸縮作用模具將容器進(jìn)行頸縮，以使得頸縮作用模具的工作表面接觸側(cè)壁的一區(qū)段并且使側(cè)壁的該區(qū)段的直徑在單次行程中縮減至少2%，其中在進(jìn)行頸縮之前和之后，側(cè)壁的該區(qū)段的厚度沿著側(cè)壁的高度變化至少O. 001英寸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，頸縮作用模具包括頸縮作用表面和減緩部;其中所述頸縮作用表面包括凸臺(tái)部分、頸部半徑部分、和肩部半徑部分，每個(gè)部分具有內(nèi)徑；其中凸臺(tái)部分位于頸部半徑部分和減緩部之間，并且凸臺(tái)的內(nèi)徑為模具的最小直徑； 其中頸部半徑部分和肩部半徑部分的內(nèi)徑大于凸臺(tái)的內(nèi)徑；其中所述減緩部包括Ca)減緩部表面；(b)減緩部表面的內(nèi)徑比凸臺(tái)部分的內(nèi)徑大至少約O.01英寸；(c)減緩部表面的內(nèi)徑不大于最大直徑以便在將金屬容器進(jìn)行頸縮時(shí)減小但并不消除金屬容器與減緩部表面之間的摩擦接觸而同時(shí)保持頸縮作用性能；并且其中，頸縮作用模具的尺寸使得當(dāng)將金屬容器進(jìn)行頸縮時(shí)，整個(gè)凸臺(tái)和減緩部沿軸向方向相對(duì)于容器行進(jìn)并且減緩部的至少一部分行進(jìn)超過容器的頂部。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括使側(cè)壁的一部分的直徑膨脹。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括利用一系列頸縮作用模具將容器進(jìn)行頸縮。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括利用一系列膨脹模具使側(cè)壁的部分的直徑膨脹。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，膨脹模具使側(cè)壁的部分膨脹，其中所述膨脹模具包括工作表面，所述工作表面包括漸進(jìn)膨脹部分和凸臺(tái)部分；和底切部分；其中凸臺(tái)部分位于漸進(jìn)膨脹部分和底切部分之間，并且凸臺(tái)部分的外徑為模具的最大直徑；其中所述底切部分包括(a)底切表面；和(b)底切表面的外徑，其中所述底切表面的外徑(i)比凸臺(tái)部分的外徑小至少約O. 01英寸；和( )不小于最小直徑以便減小但并不消除底切表面與鋁容器之間的摩擦接觸；以及其中工作表面的尺寸使得當(dāng)插入金屬容器中時(shí)，整個(gè)凸臺(tái)部分和底切部分的至少一部分進(jìn)入金屬容器，引起側(cè)壁的至少一部分的直徑膨脹。
16.—種形成金屬容器的方法,包括提供具有側(cè)壁的容器，其中所述側(cè)壁具有厚度和高度，并且其中所述厚度沿著側(cè)壁的高度變化至少O. 001英寸；以及利用膨脹模具將容器的直徑膨脹以使得膨脹模具的工作表面接觸側(cè)壁的一區(qū)段并且使側(cè)壁的該區(qū)段的直徑在單次行程中膨脹至少2%，其中在進(jìn)行膨脹之前和之后，側(cè)壁的該區(qū)段的厚度沿著側(cè)壁的高度變化至少O. 001英寸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括將容器進(jìn)行頸縮。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括利用一系列膨脹模具使容器的直徑膨脹。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述膨脹模具包括工作表面，所述工作表面包括漸進(jìn)膨脹部分和凸臺(tái)部分；和底切部分；其中凸臺(tái)部分位于漸進(jìn)膨脹部分和底切部分之間，并且凸臺(tái)部分的外徑為模具的最大直徑；其中所述底切部分包括(a)底切表面；和(b)底切表面的外徑，其中所述底切表面的外徑(i)比凸臺(tái)部分的外徑小至少約O.01英寸；和(ii)不小于最小直徑以便減小但并不消除底切表面與鋁容器之間的摩擦接觸；以及其中工作表面的尺寸使得當(dāng)插入金屬容器中時(shí)，整個(gè)凸臺(tái)部分和底切部分的至少一部分進(jìn)入金屬容器，引起側(cè)壁的至少一部分的直徑膨脹。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種成形金屬容器，其包括比現(xiàn)有技術(shù)的成形金屬容器更少的金屬，同時(shí)仍能處理足夠的軸向負(fù)載和經(jīng)受成形工藝，包括頸縮，而不會(huì)發(fā)生皺縮、翹曲、塌陷或其它物理缺陷。本發(fā)明還公開了用于對(duì)金屬容器進(jìn)行成形的方法，所述金屬容器具有厚度變化的側(cè)壁，其中厚度變化的側(cè)壁的一部分使用一個(gè)或多個(gè)模具進(jìn)行成形。
文檔編號(hào)B21D51/26GK103068498SQ201180040264
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者R·E·迪克, A·J·費(fèi)杜薩, G·L·邁爾斯 申請(qǐng)人:美鋁公司