專利名稱：成型金屬罐的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飲料罐型成形金屬罐的制造方法，特別是這樣一種成形金屬罐，它一方面包括一個罐底和一個帶有不同直徑的連續(xù)區(qū)域的外壁或外筒，另一方面包括一個與外壁卷邊或合縫連接的蓋。
制造成形金屬罐是公知的，這種罐包括一個帶有不同直徑的連續(xù)區(qū)域的外壁、一個與外壁一端卷邊或合縫連接的罐底和一個與所述外壁另一端卷邊或合縫連接的蓋。這種蓋帶有諸如通過拉裂減小強(qiáng)度用的刻痕來開啟罐的易開裝置或可接納螺紋塞子的旋塞頸口。
這種型式的金屬罐的外壁包括一個柱狀圓筒，該圓筒沿軸向焊接并加以膨脹以形成不同直徑的連續(xù)區(qū)域。
通常外壁由軟鋼金屬坯料制成，這種軟鋼的含碳量低且屈服強(qiáng)度約為250MPa。
這種鋼允許焊接圓筒在依下式計算的膨脹率下不困難地產(chǎn)生膨脹
該膨脹率可達(dá)20％，原始D是焊接圓筒的原始直徑，最終D是焊接圓筒膨脹后的直徑。
為制造這種型式的罐，須生產(chǎn)焊接圓筒，所述的圓筒加以膨脹以得到帶有不同直徑的連續(xù)區(qū)域的外壁，而且罐底和蓋分別與圓筒的每一端卷邊或合縫連接。
這種圓筒通常采用壓縮空氣或氮氣成形法、或采用不可壓縮流體成形法來膨脹。
制造飲料罐型成形金屬罐也是公知的，這種罐一方面包括一個罐底和一個與罐底同在一塊材料上的外壁，另一方面包括一個與外壁卷邊或合縫連接的蓋。
罐底和外壁可制造在同一塊材料上，特別是在采用深沖和擠拉(ironing)杯狀物的方法制造時，該杯狀物是從金屬坯料或條帶上切下的。
為此目的，杯狀物首先在沖床上以相對大的壓縮率承受深沖作用，在通常方式下，上述沖床一方面包括一個固定沖頭和一個帶有圓形坯料夾具的支撐體，該夾具可圍繞所述沖頭滑動且杯狀物置于其上，另一方面，上述沖床還包括一個借上部滑板垂直傳遞的力抵住杯狀物的沖模。
接著，帶有杯底和通過沖壓作用形成的凸緣的杯狀物或者通過不使用坯料夾具的輕微深沖作用、或者通過使用坯料夾具的再深沖作用被校準(zhǔn)，然后，杯狀物承受擠拉作用，該擠拉作用包括采用深沖模在連續(xù)壓縮率下深沖凸緣，以實現(xiàn)罐外壁的連續(xù)成形。
此后，杯底在深沖模上成形，以形成一個給定的幾何形狀，外壁頸縮處依使用沖模的沖模-頸縮法成形，或依使用成形輥的旋壓-頸縮法成形。
采用沖模的頸縮法包括施力使頸部進(jìn)入一個帶有圓錐形入口和圓柱形出口的沖模。圓柱形構(gòu)件用來當(dāng)成形壁離開沖模時引導(dǎo)其運(yùn)動。
使金屬變形所需的力從施加給罐底的推力得到并通過外壁沿軸向傳遞。
采用成形輥的旋壓-頸縮法包括驅(qū)動罐旋轉(zhuǎn)，該罐夾持在一根推桿和一個中心圓環(huán)之間。頸部形狀通過同時移動輥子、中心圓環(huán)和推桿產(chǎn)生。
這種型式的罐通常用碳含量非常低的鋼坯制成。
在外壁凸緣深沖之后，金屬高度硬化導(dǎo)致外壁屈服強(qiáng)度約達(dá)700MPA，有時甚至超過此值，所以它實際上無膨脹能力。
可能的外壁總膨脹率小于1％，對于非常薄的壁來說甚至小于0.5％。
另一方面，這種罐的優(yōu)點在于可得到非常小厚度，因為外壁金屬是一種有強(qiáng)機(jī)械特性的非常硬的金屬，這樣使罐重量輕、金屬消耗少。
另外，這種罐制成兩部分，罐底和外壁在一塊材料上，這從美學(xué)觀點上看是一個優(yōu)點。
本發(fā)明的目的是提供一種飲料罐型成形金屬罐的制造方法，所述罐用諸如深沖和擠拉的方法得到，它包括一個罐底和一個與罐底同在一塊材料上的外壁，用這種制造方法能在外壁區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)高于2％的膨脹率。
因此，本發(fā)明提供一種成形金屬罐的制造方法，該罐一方面包括一個罐底和一個帶有不同直徑的連續(xù)區(qū)域的外壁，另一方面包括一個與外壁卷邊或合縫連接的蓋，該方法的特征在于，它包括從金屬坯料制成圓柱形預(yù)制罐，該罐包括一個罐底和一個與給定外壁區(qū)域的直徑D相等直徑的外壁。
在預(yù)制罐的外壁上且高于成形罐外壁上所述給定直徑D的所述區(qū)域的部分上進(jìn)行頸縮操作，使該部分達(dá)到比所述給定直徑D小的給定直徑。
在外壁上且高于所述給定直徑D的所述區(qū)域的部分上進(jìn)行至少一次膨脹操作，以制成所述外壁上不同直徑的連續(xù)區(qū)域。
依據(jù)本發(fā)明的其他特征該方法包括，在預(yù)制罐的外壁上且高于所述給定直徑D的所述區(qū)域的部分上進(jìn)行頸縮操作后，進(jìn)行單次膨脹操作，以制成所述外壁上不同直徑的連續(xù)區(qū)域。
在預(yù)制罐的外壁上且高于所述給定直徑D的所述區(qū)域的部分的直徑等于外壁上最小直徑區(qū)域的直徑。
該方法包括，在預(yù)制罐的外壁上且高于所述給定直徑D的所述區(qū)域的部分上進(jìn)行頸縮操作后，在預(yù)制罐的外壁上且高于經(jīng)頸縮或膨脹的區(qū)域的整個部分上進(jìn)行連續(xù)的膨脹和頸縮操作。
該方法包括通過深沖和擠拉鋼、鋁或鋁合金制成的金屬坯料制成預(yù)制罐。
該方法包括通過深沖和再深沖鋼、鋁或鋁合金制成的金屬坯料制成預(yù)制罐。
本發(fā)明的特征和優(yōu)點將通過實施例并參照附圖從下面單獨給出的描述中顯現(xiàn)出來。


圖1是依據(jù)本發(fā)明方法得到的成形罐第一實施例的縱向半剖視和半正視圖。
圖2至圖6是制造圖1所示成形罐的不同步驟中罐的縱向半剖視和半正視圖。
圖7是依據(jù)本發(fā)明方法得到的成形罐第二實施例的縱向半剖視和半正視圖。
注意，在這些圖中，為了表達(dá)清楚，圖示罐的輪廓被有意放大。
如圖1所示，飲料罐型成形罐包括罐底1和一個與罐底1同在一塊材料上的圓柱形外壁或外筒2。
外壁2包括不同直徑的連續(xù)區(qū)域區(qū)域2A鄰近罐底1且其直徑為D，中間部分2B處在相對罐底1來說，高于且鄰近區(qū)域2A的位置，此區(qū)域中外壁2的直徑減小；區(qū)域2C處在高于且鄰近中間部分2B的位置，其直徑為D1，小于區(qū)域2A的所述給定直徑D，中間部分2D處在高于且鄰近區(qū)域2C的位置，此部分中外壁2的直徑增加，區(qū)域2E處在高于且鄰近中間部分2D的位置，其直徑為D2，大于區(qū)域2C的所述給定直徑D1；中間部分2F處在高于且鄰近區(qū)域2E的位置，此部分中外壁2的直徑減少，區(qū)域2G處在高于且鄰近部分2F的位置，其直徑為D3，小于區(qū)域2E的所述給定直徑D2，中間部分2H處在高于且鄰近區(qū)域2G的位置，此部分中外壁2的直徑增加，區(qū)域2I處在高于且中間部分2H的位置，其直徑為D4，大于區(qū)域2G的所述給定直徑D3；中間部分2J處在高于且鄰近區(qū)域2I的位置，此部分中外壁2的直徑減小，在飲料罐中這個區(qū)域通常被稱為頸部；區(qū)域2K處在高于且鄰近中間部分2J的位置，其直徑為D5，小于區(qū)域2I的所述給定直徑D4，最后一個區(qū)域2L相當(dāng)于凸緣，用來當(dāng)罐裝滿時，設(shè)置(稱為卷邊或合縫)罐蓋(未在圖中表示)。
為制造這種成形罐，依據(jù)本發(fā)明的方法包括第一步，如圖2所示，通過諸如深沖和擠拉鋼、鋁或鋁合金金屬坯料的方式制造圓柱形預(yù)制罐3，其直徑等于外壁2上鄰近罐底1的區(qū)域2A的直徑D，所述外壁2是本實施例最終成形罐的外壁。
在此實施例中，圓柱形預(yù)制罐3是通過深沖金屬坯料形成杯狀物并擠拉所述杯狀物的凸緣而制成的。
在另一實施例中(未在圖中表示)，圓柱形預(yù)制罐3是通過深沖金屬坯料形成杯狀物，再深沖罐底并擠拉經(jīng)再深沖后杯狀物的凸緣而制成的。
這種情況下，直徑為D的區(qū)域不再鄰近罐底。
如圖3所示，第二步包括在預(yù)制罐的外壁上且高于成形罐外壁2上的區(qū)域2A的部分上進(jìn)行頸縮操作，使該部分達(dá)到比區(qū)域2A的直徑D小的給定直徑D1。
在此實施例中，直徑D1與成形罐外壁2上的區(qū)域2C的直徑相等。
頸縮操作采用公知形式的工具由多個步驟實現(xiàn)，該工具包括帶有圓錐形進(jìn)口和圓柱形出口的沖模，它與圓柱形構(gòu)件相連，該構(gòu)件用于在外壁離開沖模時引導(dǎo)其運(yùn)動。
使金屬變形所需的力從施加給罐底的推力得到并通過外壁沿軸向傳遞。
為了避免外壁2上的罐底1的破裂，在頸縮操作中向預(yù)制罐3的內(nèi)部充以1到6Bar間的壓縮空氣。
為達(dá)到所需直徑，需要若干次連續(xù)壓縮，每一次都是一個單獨的成形步驟。
每個成形步驟中使用的不同沖模的幾何形狀取決于中間部分2B的所需形狀。
頸縮操作之后，依據(jù)本發(fā)明的操作包括在預(yù)制罐外壁上且高于直徑D的區(qū)域的部分上進(jìn)行至少一次膨脹操作，以產(chǎn)生成形罐外壁2上的不同直徑的連續(xù)區(qū)域。
為制造如圖1所示的成形罐，在預(yù)制罐3的外壁上且高于成形罐上區(qū)域2A的部分上進(jìn)行頸縮操作之后，在預(yù)制罐3的外壁上且高于經(jīng)頸縮或膨脹的區(qū)域的整個部分上，進(jìn)行連續(xù)的膨脹和頸縮操作。
因此，為制造如圖1所示的罐，第三步包括如圖4所示，在預(yù)制罐3的外壁上且高于成形罐外壁2的已經(jīng)頸縮區(qū)域2C的部分上進(jìn)行膨脹操作，使該部分直徑達(dá)到D2。
這種膨脹操作可依據(jù)不同方法實現(xiàn)。
采用沖模的膨脹方法包括施力使預(yù)制罐外壁上的自由邊進(jìn)入一個沖模，該沖模帶有圓柱形進(jìn)口和圓錐形出口且與一個構(gòu)件相連，此構(gòu)件用于在成形壁離開沖模時引導(dǎo)其運(yùn)動。
為達(dá)到所需直徑D2，常需多次連續(xù)膨脹，每次都是不同的成形步驟。
每個成形方式中使用的不同沖模的幾何形狀取決于中間部分2D的所需形狀。
膨脹方法可以是采用帶有多個部分的工具進(jìn)行機(jī)械膨脹的方法，或者是采用非壓縮流體(如空氣、氮氣或油)的方法。
如圖5所示，第四步包括在預(yù)制罐3的外壁上且高于已經(jīng)膨脹區(qū)域2E的部分上進(jìn)行另一次頸縮操作，使該部分直徑達(dá)到D3，同時，使得中間部分2F依據(jù)所需形狀成形。
如圖6所示，第五步包括在預(yù)制罐3的外壁上且高于已經(jīng)頸縮區(qū)域2G的部分上進(jìn)行另一次膨脹操作，使該部分直徑達(dá)到D4，同時，使得中間部分2H依據(jù)所需形狀成形。
最后，第六步包括在預(yù)制罐3的外壁上且高于已經(jīng)膨脹區(qū)域2I部分上進(jìn)行最后一次頸縮操作，使該部分直徑達(dá)到D5，同時，使得中間部分2J依據(jù)所需形狀成形，并為卷邊或合縫罐蓋而作出凸緣。
如上述為實現(xiàn)第三步到第六步的不同頸縮和膨脹操作可采用上述為實現(xiàn)第一步到第二步的相同方法。
如圖7所示，依據(jù)第二實施例的成形罐包括罐底10和與其同在一塊材料上的外壁或外筒11。
外壁11包括不同直徑的連續(xù)區(qū)域區(qū)域11A鄰近罐底10，其直徑為D，中間部分11B處在高于且鄰近區(qū)域11A的位置，此區(qū)域中外壁11的直徑增加，區(qū)域11C處在高于且鄰近中間部分11B的位置，其直徑為D6，大于區(qū)域11A的直徑D。
中間部分11D處在高于且鄰近區(qū)域11C的位置，此區(qū)域中外壁11的直徑減小，區(qū)域11E處在高于且鄰近中間部分11D的位置，其直徑為D7，小于區(qū)域11C的直徑D6但大于區(qū)域11A的直徑D，中間部分11F處在高于且鄰近區(qū)域11E的位置，此區(qū)域中外壁11的直徑減小，區(qū)域11G處在鄰近中間部分11F的位置，其直徑為D8，小于區(qū)域11E的直徑D7，最后一個區(qū)域11H相當(dāng)于凸緣，用來當(dāng)罐裝滿時，設(shè)置(稱為卷邊或合縫)罐蓋(未在圖中表示)。
與圖1所示罐相比較，這種罐的特征在于高于且鄰近緊靠罐底10的區(qū)域11A的區(qū)域11C之直徑D6大于成形罐外壁11上的區(qū)域11A之直徑D。
依據(jù)本發(fā)明，制造這種成形罐的方法包括第一步，通過諸如深沖和擠拉鋼、鋁或鋁合金金屬坯料的方式制造一個圓柱形預(yù)制罐，其直徑等于外壁11上緊靠罐底10的區(qū)域11A的直徑D，接著，第二步，對預(yù)制罐外壁上的一部分進(jìn)行頸縮操作，以使該部分達(dá)到比區(qū)域11A的直徑D小的給定直徑。
在這一實施例中，這一直徑可以等于成形罐外壁11的最小直徑區(qū)域的直徑，在圖7中就是直徑D8。
當(dāng)成形罐外壁1的最小直徑區(qū)域是緊靠罐底10的區(qū)域11A時，可選擇直徑D8使其小于這一直徑D，因為為了從諸如用深沖和擠拉金屬坯料方法得到的預(yù)制罐以大于1％的膨脹率制成成形罐，一開始就進(jìn)行頸縮操作是絕對重要的。
在進(jìn)行這種頸縮操作步驟后，依據(jù)本發(fā)明方法的第三步包括對預(yù)制罐的外壁區(qū)域11C和11E進(jìn)行一次或多次膨脹操作，以達(dá)到每個區(qū)域的所需形狀。
這種工藝方式下，第一步包括用深沖和擠拉操作制造圓柱形預(yù)制罐，其直徑等于直徑D。
在可替換工藝方式下，第一步可以用深沖操作或深沖和擠拉操作制造圓柱形預(yù)制罐，其直徑等于圖7中所示區(qū)域11C的直徑D6，然后再深沖這個預(yù)制罐以形成罐底和比直徑D6小的直徑為D的區(qū)域11A。
第二步包括進(jìn)行頸縮操作以使區(qū)域11C達(dá)到直徑D6。
為制造出圖1所示的成形罐，在第一步用深沖和擠拉鋼、鋁或鋁合金的方法制成預(yù)制罐之后，也可以進(jìn)行第二步，即包括對在預(yù)制罐3的外壁上且高于成形罐外壁2的區(qū)域2A上進(jìn)行頸縮操作，使該部分達(dá)到外壁2的最小直徑區(qū)域的直徑，也就是區(qū)域2K的直徑D5。
此后，膨脹操作包括進(jìn)行若干次連續(xù)膨脹操作以得到區(qū)域2B和2I。
為制造出圖1所示的成形罐，有上述兩種依據(jù)本發(fā)明方法實施的方式，選擇其中一個還是另一個取決于采用的膨脹方法。
實際上，如果采用沖模方式的膨脹方法，比如依據(jù)采用沖頭的擴(kuò)口法，最好用圖2-6所示步驟制造罐，比如進(jìn)行連續(xù)的膨脹和頸縮操作。
另一方面，如果采用非壓縮流體的膨脹方式，最好進(jìn)行頸縮操作直到最小直徑，以當(dāng)罐需要頸部時形成頸部，然后對需要膨脹的不同區(qū)域進(jìn)行膨脹操作。
當(dāng)采用含多個部分的工具進(jìn)行膨脹時，可以用兩種可替換的工藝方式中的任何一種。
如上述兩個成形罐的實施例可見，依據(jù)本發(fā)明的方法的重要特征在于一開始就用頸縮操作對由深沖和擠拉制成的預(yù)制罐進(jìn)行成形。
事實上，申請人發(fā)現(xiàn)在先的頸縮會使外壁的后繼膨脹更容易進(jìn)行，使得諸如已具有高的工作硬度的低碳鋼仍能接受高于2％的膨脹率，該膨脹率是相對于頸縮前的預(yù)制罐的直徑而言的。而如果不經(jīng)過在先頸縮進(jìn)行膨脹，膨脹率會低于1％。
這種在先頸縮后改進(jìn)的膨脹性能取決于在先頸縮后外壁厚度的增加，以及在頸縮操作過程中金屬發(fā)生的輕微的金相和/或流變轉(zhuǎn)變。
對直徑為66mm的罐體進(jìn)行了試驗，用不同頸縮率進(jìn)行第一次操作，此后進(jìn)行最大化的整體膨脹。
下表表示了這些試驗的結(jié)果。
從表中可見，以3.35％的頸縮率進(jìn)行在先頸縮(試驗2)可以使直徑后來膨脹至67.34mm，這比不經(jīng)過在先頸縮的直接膨脹可達(dá)到的直徑66.74mm(試驗1)要大。
另外，如果比較兩個直徑D1和D2，會發(fā)現(xiàn)在試驗1中最大可能變形達(dá)1.12％，而在試驗2中可達(dá)5.56％。
從表中還可以清楚地看到，如果第一次操作的頸縮率超過5％，膨脹直徑將不可能超過試驗1中不經(jīng)在先頸縮操作得到的直徑D2。
但是，以超過5％的頸縮率進(jìn)行在先頸縮操作有一個優(yōu)點，即可制成帶有非常明顯的隆起或曲線的成形罐。
實際上，如果將試驗2與試驗6比較，會發(fā)現(xiàn)后者經(jīng)膨脹后的最終直徑只有65.83mm，即小于試驗1的67.34mm，甚至小于罐體最初直徑66mm，但在試驗6中，在直徑為D1的頸縮區(qū)域與直徑為D2的膨脹區(qū)域間的整體膨脹率達(dá)11.94％，高于試驗2中的5.56％。
因此，可以發(fā)現(xiàn)最初頸縮率的增加會導(dǎo)致頸縮后直徑與膨脹后直徑之間的變形的增加。
依據(jù)本發(fā)明的制造成形罐的方法允許制造帶有更多的明顯隆起和曲線的成形罐，而且這種方法容易在工業(yè)上實施，因為進(jìn)行頸縮和膨脹操作的工具是公知形式且通用于金屬包裝制造商。
依據(jù)本發(fā)明的方法不限于深沖和擠拉的罐，它還可以用于通過深沖和再深沖鋼、鋁或鋁合金金屬坯料從預(yù)制罐制成成形罐。
在這種情況下，膨脹率從3％增加到約6％。
權(quán)利要求
1.成形金屬罐的制造方法，該罐一方面包括一個罐底和一個帶有不同直徑連續(xù)區(qū)域的外壁，另一方面包括一個與外壁卷邊或合縫連接的蓋，所述方法的特征在于，它包括從金屬坯料制成一個圓柱形預(yù)制罐，該預(yù)制罐包括一個罐底和一個外壁，該外壁的直徑等于外壁上鄰近罐底區(qū)域的直徑D；在預(yù)制罐的外壁上且高于成形罐外壁上直徑為D的第一區(qū)域的部分上進(jìn)行頸縮操作，使該部分達(dá)到比直徑D小的給定直徑；在外壁上且高于直徑為D的第一區(qū)域的部分上進(jìn)行至少一次膨脹操作，以制成所述外壁上不同直徑的連續(xù)區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括在預(yù)制罐的外壁上且高于直徑為D的第一區(qū)域的部分上進(jìn)行頸縮操作后，進(jìn)行單次膨脹操作，以制成所述外壁上不同直徑的連續(xù)區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于位于直徑為D的第一區(qū)域上方的預(yù)制罐直徑等于外壁上最小直徑區(qū)域的直徑。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，包括在預(yù)制罐的外壁上且高于所述給定直徑D的所述區(qū)域的部分上進(jìn)行頸縮操作后，在預(yù)制罐的外壁上且高于經(jīng)頸縮或膨脹的區(qū)域的整個部分上進(jìn)行連續(xù)的膨脹和頸縮操作。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，包括通過深沖和擠拉鋼、鋁和鋁合金金屬坯料制成預(yù)制罐。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，包括通過深沖和再深沖鋼、鋁和鋁合金金屬坯料制成預(yù)制罐。
全文摘要
成型金屬罐的制造方法，該罐一方面包括一個罐底(1)和一個帶有不同直徑區(qū)域的外壁(2)，另一方面包括一個與外壁(2)卷邊或合縫連接的蓋。這種方法包括從金屬坯料制成一個圓柱形預(yù)制罐，該罐包括一個罐底和一個與罐外壁2上區(qū)域(2A)的給定直徑相等直徑的外壁，在預(yù)制罐外壁上且高于成型罐外壁2上的給定直徑D的區(qū)域(2A)的部分上進(jìn)行頸縮操作，使該部分達(dá)到比給定直徑D小的直徑D1，在外壁上且高于給定直徑D的區(qū)域(2A)的部分上進(jìn)行至少一次膨脹操作。
文檔編號B21D22/28GK1142419SQ96105550
公開日1997年2月12日 申請日期1996年3月21日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月21日
發(fā)明者M·德阿芒爾, P·愛哈德, F·米爾 申請人:索拉克有限公司