專利名稱：從具有壁厚梯度的預(yù)型件壓力成型金屬容器等的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過壓力成型空心金屬預(yù)型件來生產(chǎn)金屬容器等的方法。在一個重要的特定方面中，本發(fā)明涉及壓力夯頭成型鋁或其他金屬容器，該容器具有異型形狀，例如帶有非對稱特征的瓶形。
背景技術(shù)：
金屬罐是公知的并且廣泛用于飲料。常規(guī)的飲料罐主體通常具有簡單的直立圓柱形側(cè)壁。然而，有時為了美觀、吸引消費者和/或產(chǎn)品識別的原因而希望賦予金屬飲料容器的側(cè)壁和/或底部不同的且更復(fù)雜的形狀，并且具體地提供具有瓶形而非普通圓柱罐形的金屬容器。在此之前已經(jīng)提出了多種方法用于通過壓力成型從空心預(yù)型件生產(chǎn)此類物件，SP 通過將預(yù)型件防止在模具中并且使預(yù)型件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以使預(yù)型件向外膨脹成與模具接觸。如所描述的，例如在美國專利No. 6，802，196和No. 7，107，804(其全部公開內(nèi)容通過引用并入本文中)中，壓力夯頭成型(PRF)技術(shù)提供了方便且有效的方法來將工件成型為瓶形或其他復(fù)雜形狀。這種過程能夠成型不是徑向?qū)ΨQ的異型容器形狀，以增強可獲得的設(shè)計多樣性。在用于成型具有限定形狀和橫向尺寸的金屬容器的PRF方法中，具有封閉端部的空心金屬預(yù)型件被放置在模具腔體中，模具腔體被模具壁橫向地包圍，模具壁限定了所述形狀和橫向尺寸，沖頭位于腔體一端處并且能夠平移到腔體中，預(yù)型件封閉端被定位成緊鄰地面對沖頭，并且預(yù)型件的至少一部分被初始地從模具壁向內(nèi)間隔開。預(yù)型件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以使預(yù)型件向外膨脹成與模具壁基本完全接觸，由此向預(yù)型件賦予限定形狀和橫向尺寸，預(yù)型件封閉端上的流體壓力施加力被引導(dǎo)朝向腔體的前述一端。在預(yù)型件開始膨脹之前或之后，然而在預(yù)型件完全膨脹之前，沖頭平移到腔體中以接合預(yù)型件的封閉端并且使該封閉端沿著與其上的流體壓力所施加力的方向相反的方向移位，從而使預(yù)型件的該封閉端變形。通過夯頭來實現(xiàn)沖頭的平移，夯頭能夠向沖頭施加足夠的力以使預(yù)型件移位和變形。該方法被稱為壓力夯頭成型，因為既通過所施加的內(nèi)部流體壓力也通過夯頭造成的沖頭平移來形成容器。預(yù)型件是單體工件，其通常具有與其封閉端相對的開放端以及大致圓柱形壁。沖頭具有異型(例如，穹頂?shù)?表面，并且預(yù)型件的封閉端被變形從而與其符合。容器所形成的限定形狀可以是瓶形，其包括頸部分和主體部分，主體部分的橫向尺寸大于頸部，模具腔體具有長軸線，預(yù)型件具有長軸線并且被基本共軸地布置在腔體中，并且沖頭能夠沿著腔體的長軸線平移。而且，有利地且優(yōu)選地，模具壁包括能夠分開以便去除已成型容器的分裂模具(拼合模)，即由圍繞模具腔體周邊的兩個或更多個匹配區(qū)段組成的模具。在分裂模具的情況下，限定形狀可以繞腔體的長軸線不對稱。希望在升高的溫度下與預(yù)型件一起執(zhí)行PRF操作。另外，此前已經(jīng)提出在預(yù)型件中引起溫度梯度，例如通過添加分離的加熱器來導(dǎo)致預(yù)型件中的從開放端到封閉端的溫度梯度。預(yù)型件中的這種溫度梯度有助于在內(nèi)部流體壓力被施加到模具中的預(yù)型件時控制預(yù)型件膨脹(鼓脹)的發(fā)生。特別地，開放端到封閉端的壓力梯度導(dǎo)致逐漸膨脹，其中，預(yù)型件的鄰近開放端的部分處于相對較高溫度并且首先向外鼓脹，直到其與模具接觸，因此在膨脹朝向封閉端移動時將預(yù)型件鎖定在模具腔體中，而背襯夯頭朝向預(yù)型件的封閉端推動沖頭并且保持沖頭與封閉端接觸以形成封閉端(容器基部)輪廓。具體地，逐漸膨脹通過在預(yù)型件的相鄰部分接合模具壁之前允許夯頭使沖頭移動到與封閉端接觸并且形成容器基部而防止了爆裂。然而，控制預(yù)型件中的溫度梯度是困難的，因為梯度會被諸如生產(chǎn)速度、預(yù)型件尺寸和工具設(shè)置之類的變量負面地影響。因此，有利的是在不必為實現(xiàn)該目的而建立和維持溫度梯度的情況下獲得從開放端到封閉端的逐漸膨脹的益處
發(fā)明內(nèi)容

在特定實施例中，本發(fā)明包括用于成型具有限定形狀和橫向尺寸的空心金屬物件(例如容器)的方法，包括步驟將具有壁、封閉端和開放端的空心金屬預(yù)型件布置在模具腔體中，所述模具腔體由模具壁橫向地包圍，所述模具壁限定了所述形狀和橫向尺寸，所述預(yù)型件封閉端被定位成面對所述腔體的一端，并且所述預(yù)型件的至少一部分被初始地從所述模具壁向內(nèi)間隔開；以及使所述預(yù)型件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以使所述預(yù)型件向外膨脹成與所述模具壁基本完全接觸，由此向所述預(yù)型件賦予所述限定形狀和橫向尺寸，所述封閉端上的所述流體壓力施加的力被引導(dǎo)朝向所述腔體的所述一端，其中，布置在所述模具腔體中的所述預(yù)型件具有壁厚梯度，使得所述預(yù)型件壁厚從所述封閉端朝向所述開放端逐漸減小。在一個重要的方面中，本發(fā)明構(gòu)想了提供一種用于成型具有限定形狀和橫向尺寸的金屬容器的方法，包括將具有壁、封閉端和開放端的空心金屬預(yù)型件布置在模具腔體中，所述模具腔體由模具壁橫向地包圍，所述模具壁限定了所述形狀和橫向尺寸，沖頭位于所述腔體的一端處并且能夠平移到所述腔體中，所述預(yù)型件封閉端被定位成緊鄰地面對所述沖頭，并且所述預(yù)型件的至少一部分被初始地從所述模具壁向內(nèi)間隔開；使所述預(yù)型件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以使所述預(yù)型件向外膨脹成與所述模具壁基本完全接觸，由此向所述預(yù)型件賦予所述限定形狀和橫向尺寸，所述封閉端上的所述流體壓力施加的力被引導(dǎo)朝向所述腔體的所述一端；以及使所述沖頭平移到所述腔體中以接合所述預(yù)型件的封閉端并且使所述封閉端沿著與其上的流體壓力所施加的力的方向相反的方向移位，從而使所述預(yù)型件的封閉端變形，其中，布置在所述模具腔體中的所述預(yù)型件具有壁厚梯度，使得所述預(yù)型件壁厚從所述預(yù)型件的所述封閉端朝向所述開放端逐漸減小。所述方法可包括初始步驟提供具有壁、封閉端、開放端和壁厚梯度的空心金屬預(yù)型件，使得所述預(yù)型件壁厚從所述預(yù)型件的所述封閉端朝向所述開放端逐漸減小。在特定實施例中，可通過拉拔和熨平板狀金屬坯料來生產(chǎn)所述預(yù)型件，使用錐形沖頭來進行熨平，其導(dǎo)致所述預(yù)型件壁朝向所述預(yù)型件的開放端逐漸變薄。由于壁厚梯度的緣故，當預(yù)型件經(jīng)歷內(nèi)部流體壓力時，向外膨脹在其開放端開始并且向下移動到其封閉端；也即，預(yù)型件在開放端處的部分首先向外鼓脹，因為開放端處的壁相比封閉端處的壁更薄。這實質(zhì)上是如同通過在模具內(nèi)加熱恒定壁厚預(yù)型件以導(dǎo)致開放端到封閉端的溫度梯度所實現(xiàn)的逐漸膨脹的相同效果，但是避免了與溫度梯度相關(guān)聯(lián)的難題。換句話說，預(yù)型件壁厚梯度優(yōu)選地使得在使預(yù)型件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力的步驟期間，預(yù)型件的向外膨脹在開放端(在那里，預(yù)型件壁厚最小)附近的區(qū)域開始，并且沿著朝向封閉端(在那里，預(yù)型件壁厚最大)的方向前進。預(yù)型件壁厚梯度還提供了其他的益處。雖然所生產(chǎn)的容器的壁尺度薄于用于形成該容器的預(yù)型件的壁尺度，但是梯度趨向于被保留，尤其在直壁容器中，結(jié)果，容器具有相對較強、較厚的底部(所期望的，以幫助典型地穹頂?shù)撞康挚估鐏碜詺馊苣z產(chǎn)品的內(nèi)部壓力)以及相對較薄的頂部(所期望的，以便容易地形成為了封閉而需要的凸緣或卷曲)。
雖然在本發(fā)明的PRF方法中優(yōu)選地不提供溫度梯度，但是在成型操作之前和/或期間對預(yù)型件進行總體加熱是有益的，尤其是為了在不導(dǎo)致破裂的情況下增加可能獲得的總的側(cè)壁膨脹量。在進一步優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明提供了一種用于成型具有限定形狀和橫向尺寸的金屬容器的方法，包括步驟(a)將具有壁、封閉端和開放端的空心金屬預(yù)型件布置在模具腔體中，所述模具腔體由模具壁橫向地包圍，所述模具壁限定了所述形狀和橫向尺寸，所述預(yù)型件封閉端被定位成面對所述腔體的一端，并且所述預(yù)型件的至少一部分被初始地從所述模具壁向內(nèi)間隔開；以及(b)使所述預(yù)型件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以使所述預(yù)型件向外膨脹成與所述模具壁基本完全接觸，由此向所述預(yù)型件賦予所述限定形狀和橫向尺寸，所述封閉端上的所述流體壓力施加的力被引導(dǎo)朝向所述腔體的所述一端，其中，布置在所述模具腔體中的所述預(yù)型件具有壁厚梯度，使得所述預(yù)型件壁厚從所述封閉端朝向所述開放端逐漸減小。在所述方法中，步驟(b)優(yōu)選地包括向所述腔體中的所述預(yù)型件同時施加內(nèi)部正流體壓力和外部正流體壓力，所述內(nèi)部正流體壓力高于所述外部正流體壓力，并且包括通過獨立地控制所述預(yù)型件同時經(jīng)受的內(nèi)部和外部正流體壓力以便改變所述內(nèi)部正流體壓力和所述外部正流體壓力之間的差來控制所述預(yù)型件中的應(yīng)變率。所述容器優(yōu)選地是鋁容器，并且所述方法優(yōu)選地進一步包括步驟在執(zhí)行步驟(a)之前，用鋁板制造所述預(yù)型件，所述鋁板具有再結(jié)晶的或再生的微結(jié)構(gòu)并且具有在大約0. 25 mm到大約I. 5 mm范圍內(nèi)的尺度。所述容器優(yōu)選地是鋁容器并且所述限定形狀優(yōu)選地是瓶形，所述瓶形包括頸部和主體部，所述主體部在橫向尺寸上大于所述頸部，所述模具腔體具有長軸線，所述預(yù)型件具有長軸線并且在步驟(a)中與所述腔體基本共軸地布置；其中，所述預(yù)型件是細長的且最初為大致圓柱形的工件并且在直徑上基本等于所述瓶形的所述頸部，所述封閉端與所述開放端相對；并且包括預(yù)備步驟在執(zhí)行步驟(a)和(b)之前，將所述工件放置在小于首先提到的模具腔體的模具腔體中，并且使其內(nèi)的所述工件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以使所述工件膨脹到小于所述限定形狀和橫向尺寸的中間尺寸和形狀。本發(fā)明的另一實施例提供了一種用于成型具有限定形狀和橫向尺寸的空心金屬物件的方法，包括(a)將具有壁、封閉端和開放端的空心金屬預(yù)型件布置在模具腔體中，所述模具腔體由模具壁橫向地包圍，所述模具壁限定了所述形狀和橫向尺寸，所述預(yù)型件封閉端被定位成面對所述腔體的一端，并且所述預(yù)型件的至少一部分被初始地從所述模具壁向內(nèi)間隔開；以及(b)使所述預(yù)型件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以使所述預(yù)型件向外膨脹成與所述模具壁基本完全接觸，由此向所述預(yù)型件賦予所述限定形狀和橫向尺寸，所述封閉端上的所述流體壓力施加的力被引導(dǎo)朝向所述腔體的所述一端，其中，布置在所述模具腔體中的所述預(yù)型件具有壁厚梯度，使得所述預(yù)型件壁厚從所述封閉端朝向所述開放端逐漸減小。在所述方法中，步驟(b)優(yōu)選地包括向所述腔體中的所述預(yù)型件同時施加內(nèi)部正流體壓力和外部正流體壓力，所述內(nèi)部正流體壓力高于所述外部正流體壓力，并且包括通過獨立地控制所述預(yù)型件同時經(jīng)受的內(nèi)部和外部正流體壓力以便改變所述內(nèi)部正流體壓力和所述外部正流體壓力之間的差來控制所述預(yù)型件中的應(yīng)變率。所述方法優(yōu)選地進一步包括步驟在執(zhí)行步驟(a)之前，用鋁板制造所述預(yù)型件，所述鋁板具有再結(jié)晶的或再生的微結(jié)構(gòu)并且具有在大約0.25 mm到大約I. 5 mm范圍內(nèi)的尺度。
當所述物件是空心鋁物件時，所述限定形狀優(yōu)選地是瓶形，所述瓶形包括頸部和主體部，所述主體部在橫向尺寸上大于所述頸部，所述模具腔體具有長軸線，所述預(yù)型件具有長軸線并且在步驟(a)中與所述腔體基本共軸地布置；其中，所述預(yù)型件是細長的且最初為大致圓柱形的工件并且在直徑上基本等于所述瓶形的所述頸部，所述封閉端與所述開放端相對；并且包括預(yù)備步驟在執(zhí)行步驟(a)和(b)之前，將所述工件放置在小于首先提到的模具腔體的模具腔體中，并且使其內(nèi)的所述工件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以使所述工件膨脹到小于所述限定形狀和橫向尺寸的中間尺寸和形狀。從下面闡述的詳細描述以及附圖將會明白本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。


圖I是用于壓力夯頭成型的工具的簡化的且某種程度示意性的透視 圖2A和2B是類似于圖I的在PRF方法的執(zhí)行中的相繼階段的視 圖3是作為時間的函數(shù)的內(nèi)部壓力(液壓成型加載)和夯頭位移的曲線圖，使用空氣作為流體介質(zhì)，示出了在圖2A和2B所示的方法中將預(yù)型件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以及使沖頭平移的步驟之間的時間關(guān)系；
圖4A、4B、4C和4D是類似于圖I的在修改的PRF方法的執(zhí)行中的相繼階段的視 圖5A和5B分別是類似于圖I的視圖和旋轉(zhuǎn)成型步驟的簡化示意性透視圖，示出了另一個修改的PRF方法的執(zhí)行中的相繼階段；
圖6A、6B、6C和6D是PRF方法中的相繼階段的計算機生成的示意性立面視 圖7是成型期間的壓力歷史的曲線圖(隨著時間的壓力變化，使用任意時間單位)，示出了向模具腔體中的預(yù)型件同時施加可獨立控制的內(nèi)部和外部正流體壓力的特征，并且將沒有外部正壓力時的內(nèi)部壓力變化(如圖3中)與其進行比較；
圖8是從有限元分析得出的成型期間隨著時間的應(yīng)變變化的曲線圖，示出了在圖7中比較的在兩個不同壓力條件(具有和不具有背壓，BP)下對于一個具體位置(元)的應(yīng)變；
圖9是類似于圖7的成型期間的壓力歷史(具有應(yīng)變率相關(guān)的材料性質(zhì))的曲線圖，示出了當內(nèi)部和外部正流體壓力被同時施加到模具腔體中的預(yù)型件時在成型過程中可使用的具體控制機構(gòu)；圖10是用于執(zhí)行PRF方法的設(shè)備的示例性實施例的立面剖視 圖11是圖10的設(shè)備的局部分解透視 圖12A、12B和12C是圖10和11的設(shè)備的分裂模具的一半的透視圖，分別示出了分解視圖中的分裂模具半體的分裂插件、分裂插件保持器以及處于組裝關(guān)系的插件和插件保持器；
圖13是圖10和11的設(shè)備的完全分解透視 圖14A、14B和14C是示意性立面剖視圖，示出了 PRF方法的執(zhí)行中的相繼階段，其中，如本發(fā)明的實施例中那樣，預(yù)型件經(jīng)歷從開放端到封閉端的逐漸膨脹；
圖15是用于本發(fā)明的方法中的預(yù)型件的示例的局部立面剖視圖；
圖16是示意圖，示出了用于生產(chǎn)圖15所示類型的預(yù)型件的熨平步驟；
圖17A和17B分別是圖15所示類型的預(yù)型件的生產(chǎn)中的相繼步驟的簡化示意圖和立面剖視圖，圖17B沿圖17A的線B-B截?。?br> 圖18A、18B、18C和18D是簡化示意性立面剖視圖，示出了在生產(chǎn)具有壁厚梯度的預(yù)型件時的相繼的沖杯(cupping)、再拉拔和熨平操作，該預(yù)型件用于本發(fā)明的方法的特定實施例中；
圖19是圖18D的一部分的局部放大 圖20是圖18A-18D所示的操作所生產(chǎn)的錐形壁預(yù)型件的立面剖視 圖21A和21B是簡化示意性立面?zhèn)纫晥D，示出了在諸如圖20的預(yù)型件經(jīng)受壓力夯頭成型之前對預(yù)型件進行卷邊的操作；
圖22是壓力夯頭成型模具或模具腔體的示意性立面剖視 圖23A、23B、23C和23D是本發(fā)明的方法的實施例中的相繼階段的計算機生成的示意性立面圖；并且
圖24是機器輸出數(shù)據(jù)的曲線圖，示出了用于實施本方法時的典型PRF成型操作的成型條件(成型壓力、背襯夯頭運動和背襯負載機器輸出數(shù)據(jù))。
具體實施例方式以說明的方式但非限制性地，本發(fā)明將被描述成具體體現(xiàn)為使用液壓(內(nèi)部流體壓力)和沖頭成型的組合，即PRF過程，來成型鋁容器的方法，該鋁容器具有不必的軸對稱(繞容器的幾何軸線徑向?qū)ΨQ)的異型形狀。本文中的術(shù)語“鋁”指的是鋁基合金以及純鋁金屬。如下文說明的，本發(fā)明的重要特征被具體體現(xiàn)在PRF過程的修改和改進中，具體 涉及經(jīng)受PRF操作的預(yù)型件的生產(chǎn)和結(jié)構(gòu)性特征。根據(jù)本發(fā)明制造和構(gòu)造的預(yù)型件可經(jīng)受例如在前述美國專利No. 6，802, 196和No. 7，107, 804中闡述的多種類型的PRF過程，并且后一種過程在被施加到那些預(yù)型件時構(gòu)成了本發(fā)明的方法的實施例。因此，下面的描述將以前述美國專利No. 6，802，196和No. 7，107，804中公開的PRF過程的概述開始。然后將描述本發(fā)明的具體特征。PRF 概述
如前述美國專利No. 6，802, 196和No. 7，107, 804中描述的，PRF制造過程具有兩個不同階段，即制造預(yù)型件以及后續(xù)的將預(yù)型件成型為最終容器。對于完整的成型路徑而言有幾個選項，并且通過所使用的鋁板的可成型性來確定適當?shù)倪x擇。預(yù)型件由鋁板制成，該鋁板具有再結(jié)晶的或再生的微結(jié)構(gòu)并且具有例如在0.25mm到I. 5 mm范圍內(nèi)的尺度。預(yù)型件是封閉端圓柱體，其可通過例如拉拔一再拉拔工藝制造。預(yù)型件的直徑處于所期望的容器產(chǎn)品的最小和最大直徑之間的某處?？稍诤罄m(xù)的成型操作之前在預(yù)型件上形成螺紋。預(yù)型件的封閉端的輪廓可被設(shè)計成有助于形成最終產(chǎn)品的底部輪廓。 如圖I所示，用于PRF方法的工具組件包括分裂模具10、沖頭12和夯頭14，分裂模具10具有異型腔體11，異型腔體11限定了軸向地豎直瓶形，沖頭12具有容器的底部所期望的輪廓(例如，在所示實施例中，中凸地穹頂輪廓，用于向所形成容器的底部賦予穹頂形狀)，夯頭14附接到?jīng)_頭。在圖I中，僅僅示出了分裂模具的兩個半體之一，另一個半體是所示的模具半體的鏡像；如明顯看出的，兩個半體在包含由模具腔體11的壁限定的瓶形的幾何軸線的平面中相遇。在模具腔體11的上開放端Ila (其對應(yīng)于腔體的瓶形的頸部)處，模具腔體11的最小直徑在允許余隙的情況下等于將要被放置在腔體中的預(yù)型件(見圖2A)的外側(cè)直徑。預(yù)型件被初始地放置成略微高于沖頭12并且在開放端I Ia處具有示意性示出的壓力附件16，以允許內(nèi)部加壓?？衫缤ㄟ^聯(lián)接到預(yù)型件的上開放端中形成的螺紋或者通過將管子插入預(yù)型件的開放端中并借助于分裂模具或通過一些其他壓力附件形成密封而實現(xiàn)加壓。加壓步驟涉及向空心預(yù)型件的內(nèi)部引入處于壓力下的流體(例如水或空氣)，該壓力足以導(dǎo)致預(yù)型件在腔體中膨脹直到預(yù)型件的壁被基本完全壓靠限定了腔體的模具壁，由此向被膨脹的預(yù)型件賦予腔體的形狀和橫向尺寸。一般而言，所采用的流體可以是可壓縮的或不可壓縮的，質(zhì)量、通量、體積或壓力中的任一個被控制以控制預(yù)型件壁所由此經(jīng)受的壓力。在選擇流體時，有必要考慮成型操作中將要采用的溫度條件；如果例如水是所述流體，則溫度必須低于100°c，并且如果需要較高的溫度，則所述流體應(yīng)當是諸如空氣的氣體或者是在成型操作的溫度時不會沸騰的液體。作為加壓步驟的結(jié)果，形成在模具壁中的細節(jié)的浮雕特征被復(fù)制成所得到容器的表面上的倒置鏡像形狀。即使所生產(chǎn)的容器的這些特征或總體形狀不是軸對稱的，該容器仍能夠無困難地從工具移除，這歸因于分裂模具的使用。在圖2A和2B所示的特定PRF過程中，預(yù)型件18是具有封閉下端20和開放上端22的空心圓柱形鋁工件，其外側(cè)直徑等于將要形成的瓶形的頸部的外側(cè)直徑，并且PRF操作的成型應(yīng)變在由預(yù)型件的可成型性設(shè)定的界限(其取決于溫度和變形率)內(nèi)。在具有該可成型性性質(zhì)的預(yù)型件的情況下，模具腔體11的形狀被制成精確地如最終產(chǎn)品所需的形狀，并且該產(chǎn)品可在單個PRF操作中制成。夯頭14的運動以及內(nèi)部加壓的速率例如最小化成型操作的應(yīng)變并且產(chǎn)生容器的期望形狀。頸部和側(cè)壁特征主要產(chǎn)生于由于內(nèi)部壓力而導(dǎo)致的預(yù)型件的膨脹，而底部的形狀主要由夯頭和沖頭12的運動以及面對預(yù)型件封閉端20的沖頭表面的輪廓來限定。內(nèi)部流體壓力的施加以及夯頭和沖頭的操作的適當同步是重要的。圖3示出了計算機生成的模擬數(shù)據(jù)(有限元分析輸出的序列)的圖，其代表圖2A和2B的成型操作，空氣壓力由通量控制。特別地，該曲線圖示出了所涉及的壓力和夯頭時間歷史。如從圖3明顯看出的，預(yù)型件中的流體壓力在如下相繼的階段中出現(xiàn)(i)在預(yù)型件開始膨脹之前上升到第一峰24，(ii)在開始膨脹時下降到最小值26隨著繼續(xù)膨脹逐漸上升到中間值28，
直到預(yù)型件持續(xù)地(盡管不是完全地)接觸模具壁，以及(iv)在預(yù)型件膨脹完成期間從中間值更快速地(在30處)上升。參照壓力階段的該序列而言，沖頭的平移基本在階段(iii)的末尾處開始發(fā)生，以在優(yōu)選的PRF過程中使預(yù)型件的封閉端移位和變形。時間、壓力和夯頭位移的單位在圖中示出。針對圖3的X軸上所表示的時間0. 0、0. 096,0. 134和0. 21秒，圖6A、6B、6C和6D示出了圖3所代表的操作在預(yù)型件上的效果(計算機生成的模擬結(jié)果)。在開始將內(nèi)部流體壓力引入空心預(yù)型件中時，沖頭12被布置在預(yù)型件的封閉端下面(假設(shè)工具為軸向豎直取向，如圖所示)，與預(yù)型件的封閉端緊密相鄰(例如，接觸)，從而限制預(yù)型件在所供應(yīng)的內(nèi)部壓力的影響下的軸向拉伸。當預(yù)型件的膨脹達到實質(zhì)的(盡管不是完全完整的)程度時，夯頭14被致動以強迫地使沖頭向上平移，隨著內(nèi)部壓力造成的預(yù)型件的橫向膨脹得以完成而使預(yù)型件的封閉端的金屬向上移位并且使封閉端變形成沖頭表面的輪廓。在所描述的這些步驟中，預(yù)型件封閉端的向上移位不使預(yù)型件相對于模具向上移動或?qū)е骂A(yù)型件的側(cè)壁起皺(可能由于夯頭的過早向上操作而出現(xiàn))，這歸因于當夯 頭開始驅(qū)動沖頭向上時預(yù)型件已經(jīng)出現(xiàn)的膨脹程度。圖4A-4D示出了 PRF過程的第二示例。在該示例中，如圖2A和2B中那樣，圓柱形預(yù)型件38具有初始的外側(cè)直徑，其等于最終產(chǎn)品的最小直徑(頸部)。然而，在該示例中，假設(shè)PRF操作的成型應(yīng)變超過了預(yù)型件的可成型性極限。在該情況中，需要兩個連續(xù)的壓力成型操作。第一個(圖4A和4B)不需要夯頭并且僅僅通過內(nèi)部加壓在簡單分裂模具40中使預(yù)型件膨脹成較大直徑的工件38a。第二個是PRF過程(圖4C和4D)，以在模具40中初始地膨脹的工件開始，并且采用具有瓶形腔體44的分裂模具42以及由夯頭48驅(qū)動的沖頭46，即使用內(nèi)部壓力和夯頭運動二者，產(chǎn)生最終的期望的瓶形，包括側(cè)壁輪廓和底部輪廓的所有特征，其主要由沖頭46的動作來產(chǎn)生。圖5A和5B示出了 PRF過程的第三示例。在該示例中，預(yù)型件50被制造為具有大于最終瓶形容器的最小外側(cè)直徑(通常為頸部直徑)的初始外側(cè)直徑。預(yù)型件的這種選擇可產(chǎn)生于對于預(yù)成型操作的成型極限的考慮或者可被選擇為降低PRF操作中的應(yīng)變。結(jié)果，最終產(chǎn)品的制造必須包括預(yù)型件的直徑上的膨脹和壓縮二者，從而不能單獨用PRF設(shè)備實現(xiàn)。單個PRF操作(圖5A，采用分裂模具52和夯頭驅(qū)動的沖頭54)被用于形成壁和底部輪廓(如圖2A和2B的實施例中那樣)并且需要旋轉(zhuǎn)成型或其他頸部成型操作來成型容器的頸部。如圖5B所示，可采用的一種類型的旋轉(zhuǎn)成型過程是美國專利No. 6，442，988中闡述的那種，其全部公開內(nèi)容通過引用并入本文中，其采用旋轉(zhuǎn)成型盤56的多個串列組和錐形心軸58來成型瓶頸部60。在上述PRF過程的實踐中，PRF應(yīng)變可能大。相應(yīng)地選擇或調(diào)整合金成分來提供期望的產(chǎn)品性質(zhì)和增強的可成型性的組合。如果仍然需要更好的可成型性，則成型溫度可升高，因為溫度的升高提供了更好的可成型性；因而，可能需要在升高的溫度下執(zhí)行(一個或多個)PRF操作和/或預(yù)型件可能需要恢復(fù)退火，以便增加其可成型性。PRF過程還可用于從其他的材料(例如鋼)成型容器。可參照(上述的)圖3并一起考慮圖6A-6D來進一步說明使夯頭驅(qū)動的沖頭12移動到模具腔體11內(nèi)以使預(yù)型件18的封閉端20移位和變形(如圖2A和2B中那樣)的重要性，其中，虛線表示模具腔體11的豎直輪廓，并且穹頂輪廓的沖頭12在內(nèi)部壓力開始之后的各個時間處的位移(以毫米為單位)由虛線的右手側(cè)上的刻度來表示。夯頭在鋁瓶的成型中發(fā)揮兩個重要功能。其限制了軸向拉伸應(yīng)變并且形成了容器的底部的形狀。初始地，夯頭驅(qū)動的沖頭12被保持成緊密鄰近或剛好接觸預(yù)型件18的底部(圖6A)。這用于最小化預(yù)型件側(cè)壁的軸向拉伸，否則由于內(nèi)部加壓而會導(dǎo)致軸向拉伸。因此，隨著內(nèi)部壓力增大，預(yù)型件的側(cè)壁將在沒有顯著拉長的情況下膨脹到接觸模具的內(nèi)偵U。在這些過程中，在一些時間點，預(yù)型件的底部將變得接近半球形，半球的半徑近似等于模具腔體的半徑(圖6B)。在該時間點或者剛好在該時間點之前，夯頭必須被致動以向上驅(qū)動沖頭12 (圖6C)。夯頭的鼻部的輪廓(即，沖頭表面輪廓)完全地限定了容器的底部的輪廓。隨著內(nèi)部流體壓力完成了預(yù)型件抵靠模具腔體壁的模制(比較圖6B、6C和6D中的瓶肩部和頸部)，夯頭的運動與內(nèi)部壓力一起迫使預(yù)型件的底部進入沖頭表面的輪廓，使得在沒有過度的拉伸應(yīng)變的情況下產(chǎn)生所期望的輪廓(圖6D)，可以想到的是，過度的拉伸應(yīng)變可能導(dǎo)致失效。夯頭的向上運動向預(yù)型件的半球區(qū)域施加了壓縮力，降低了由加壓操作引起的總體應(yīng)變，并且?guī)椭鷱较蛳蛲獾毓┙o材料以填充沖頭鼻部的輪廓。

如果相對于內(nèi)部加壓的速率過早地施加夯頭運動，則預(yù)型件很可能由于軸向壓縮力而起皺并且折疊。如果施加得過晚，則材料將會經(jīng)歷軸向方向的過度應(yīng)變，導(dǎo)致其失效。因此，需要對內(nèi)部加壓速率以及夯頭和沖頭鼻部的運動進行協(xié)調(diào)以便實現(xiàn)成功的成型操作。通過該過程的有限元分析(FEA)來最佳地實現(xiàn)必要的時間控制。圖3基于FEA的結(jié)果。目前已經(jīng)描述并且在圖3中示出了PRF過程，好像沒有向模具腔體中的預(yù)型件的外側(cè)施加正(即，超大氣的)流體壓力。在這種情況中，腔體中的預(yù)型件上的外部壓力可以基本為周圍的大氣壓力。隨著預(yù)型件膨脹，腔體中的空氣將(由于預(yù)型件的外側(cè)和模具壁之間的體積逐漸減小)而通過適當?shù)呐艢忾_口或通道被驅(qū)趕出來，所述排氣開口或通道為此目的而設(shè)并且連通在模具腔體和模具的外部之間。特別參照鋁容器而言，作為示例，F(xiàn)EA已經(jīng)示出了在沒有施加任何正外部壓力的情況下，一旦預(yù)型件開始塑性變形(經(jīng)受形變)，則預(yù)型件中的應(yīng)變率變得非常高并且基本上不可控，這歸因于鋁合金在壓力夯頭成型操作的工藝溫度(例如高于300°C)時的低或零加
工硬化率。也就是說，在這種溫度時，鋁合金的加工硬化率基本為零并且延展性(S卩，成型極限)隨著應(yīng)變率增大而減小。因此，由于成型操作的應(yīng)變率增大并且鋁的延展性減小，制造所期望的最終形狀的容器產(chǎn)品的能力被減低。根據(jù)PRF過程的進一步特征，在向預(yù)型件的內(nèi)側(cè)施加正流體壓力的同時將正流體壓力施加到模具腔體中的預(yù)型件外側(cè)。這些外部和內(nèi)部正流體壓力分別由兩個獨立受控的壓力系統(tǒng)提供。可通過將可獨立控制的正流體壓力源連接到前述排氣開口或通道來方便地供應(yīng)外部正流體壓力，從而維持模具和膨脹預(yù)型件之間的體積中的正壓力。針對在具有和不具有正外部壓力控制的情況下對容器進行壓力夯頭成型，圖7和8比較了壓力與時間以及應(yīng)變與時間歷史(本文中的術(shù)語“應(yīng)變”指的是由外力在主體中引起的每單位長度的伸長)。對于沒有外部正流體壓力作用在預(yù)型件上的情況，圖7的線101對應(yīng)于圖3中標示為“壓力”的線；圖8的線103代表由FEA確定的針對一個具體位置(元)所得到的應(yīng)變。顯然，應(yīng)變在情況中總是瞬時的，暗示了非常高的應(yīng)變率和非常短的時間以使預(yù)型件膨脹到接觸模具壁。對比而言，圖7的線105、107和109分別代表當內(nèi)部和外部壓力二者均被控制時，即當外部和內(nèi)部正流體壓力被獨立地控制且被同時施加到模具腔體中的預(yù)型件時內(nèi)部正流體壓力、外部正流體壓力和二者之間的差；內(nèi)部壓力高于外部壓力，從而具有實現(xiàn)預(yù)型件的膨脹所需的凈的正內(nèi)部一外部壓力差。針對線105、107和109代表的獨立受控的內(nèi)部一外部壓力條件，圖8的線111代表環(huán)向應(yīng)變(當預(yù)型件膨脹時，在預(yù)型件的圓周周圍的水平面中產(chǎn)生的應(yīng)變)；將會看出，由線111代表的環(huán)向應(yīng)變達到了線103所達到的相同的最終值，但是在長得多的時間上達到，從而以低得多的應(yīng)變率達到。圖8中的線115代表軸向應(yīng)變(隨著預(yù)型件拉長而在豎直方向上產(chǎn)生的應(yīng)變)。通過同時提供作用在模具腔體中的預(yù)型件上的可獨立控制的內(nèi)部和外部正流體壓力并且使這些內(nèi)部和外部壓力之間的差變化，成型操作保持完全受控，避免了非常高的且不可控制的應(yīng)變率。預(yù)型件的延展性以及因此操作的成型極限由于兩個原因而增大。第 一，降低成型操作的應(yīng)變率會增大鋁合金的固有延展性。第二，外部正壓力的添加會降低膨脹的預(yù)型件中的流體靜應(yīng)力(并可能導(dǎo)致流體靜應(yīng)力為負)。這會降低與金屬中的微孔和金屬間顆粒相關(guān)聯(lián)的損傷的不利影響。在本文中，術(shù)語“流體靜應(yīng)力”指的是在x、y和z方向上的三個正應(yīng)力的算術(shù)平均。如此描述的特征通過使得能夠控制成型操作的應(yīng)變率并且通過降低成型期間金屬中的流體靜應(yīng)力而增強了壓力夯頭成型操作成功地制造瓶形鋁容器等的能力。壓力差的選擇是基于用于制造預(yù)型件的金屬的材料性質(zhì)。特別地，必須考慮金屬的屈服應(yīng)力和加工硬化率。為了使預(yù)型件塑性(即，非彈性)變形，壓力差必須使得預(yù)型件中的有效(Mises)應(yīng)力超過屈服應(yīng)力。如果存在正的加工硬化率，超過屈服應(yīng)力的固定施加的有效應(yīng)力(來自壓力)將導(dǎo)致金屬變形到等于所施加的有效應(yīng)力的應(yīng)力水平。在那個點，變形率將接近零。在非常低或零加工硬化率的情況下，金屬可以以高應(yīng)變率變形直到其或者接觸模型(模具)的壁或者出現(xiàn)破裂。在PRF過程所預(yù)期經(jīng)歷的升高的溫度下，鋁合金的加工硬化率低至零。適合用于供應(yīng)內(nèi)部和外部壓力的氣體的例子包括但不限于氮氣、空氣和氬氣，以及這些氣體的任意組合。在任何時間點時，預(yù)型件的壁中的任何點處的塑性應(yīng)變率僅取決于瞬時有效應(yīng)力，其進而僅取決于壓力差。外部壓力的選擇取決于內(nèi)部壓力，總體原則是實現(xiàn)并控制預(yù)型件的壁中的有效應(yīng)力，從而實現(xiàn)并控制應(yīng)變率。圖9示出了可用于成型過程中的不同的控制機制。有限元模擬已經(jīng)被用于優(yōu)化該過程。在圖9中，線120代表作用在預(yù)型件上的內(nèi)部壓力(Pin)，線122代表作用在預(yù)型件上的外部壓力(Pout),并且線124代表壓力差(Pdiff = Pin 一 Pout)。該圖示出了來自一個控制方法的壓力歷史。在該情況中，內(nèi)部腔體中的流體質(zhì)量被保持恒定并且(預(yù)型件外側(cè)的)外部腔體中的壓力線性地降低。應(yīng)變率相關(guān)的材料性質(zhì)也被包括在該模擬中。該后一個控制機制是當前優(yōu)選的，因為其得到了較簡單的過程。用于執(zhí)行某些PRF程序來形成金屬容器的設(shè)備示例在圖10-13中示出。該設(shè)備包括分裂模具210、沖頭212、背襯夯頭214和密封夯頭216以及下面描述的其他部件和器具，分裂模具210具有限定了軸向豎直瓶形的異型腔體211，沖頭212的輪廓被形成為賦予期望的容器底部構(gòu)造(其可以是非對稱的)，背襯夯頭214用于使沖頭移動，密封夯頭216用于在金屬(例如，鋁)容器預(yù)型件218如圖10所示被插入模具腔體中時密封模具腔體以及預(yù)型件的開放上端。在圖10-13的設(shè)備的分裂模具中，可互換的主插件219和次異型區(qū)段或插件221和223配合到分裂插件保持器225的內(nèi)表面上，分裂插件保持器225被接收在分裂主模具構(gòu)件210中。這些區(qū)段可充當模板，其內(nèi)表面形成有浮雕圖案(本文所使用的術(shù)語“浮雕”指的是正的和負的浮雕 二者)，用于在金屬容器成型時向金屬容器施加裝飾或壓花。每個插件219、221和223本身是分裂插件，由兩個分離的零件形成(219a、219b ;221a、221b ;223a、223b)，其被分別裝配在兩個分離的分裂插件保持器半體225a、225b中，分裂插件保持器半體225a、225b進而分別被接收在兩個分裂主模具構(gòu)件半體210a、210b的軸向豎直面對的半圓柱通道中。氣體通過兩個分離的通道被供給到模具，用于預(yù)型件的內(nèi)部和外部加壓?？赏ㄟ^模具結(jié)構(gòu)210和插件保持器225中的匹配端口來實現(xiàn)將氣體在預(yù)型件的外面供應(yīng)到模具腔體的內(nèi)部，從匹配端口開始，存在通過插件219、221或223通向腔體內(nèi)部的開口或通道；這種開口或通道將會在所成型的容器上產(chǎn)生表面特征，并且因此被定位和構(gòu)造成是不引人注目的，例如構(gòu)成容器表面設(shè)計的一部分。模具中可包括加熱元件。加熱元件231被安裝在預(yù)型件內(nèi)側(cè)，與預(yù)型件共軸；該加熱元件可消除對氣體進行預(yù)熱的任何需求，在(上述的)本方法的其他實施例中，預(yù)熱的氣體被供應(yīng)到預(yù)型件的內(nèi)部以使預(yù)型件膨脹。圖10-13的設(shè)備的前述特征使得能夠增強模具替換的快捷性，降低能量消耗并且提聞生廣率。如圖10-13的設(shè)備中另外示出的，螺紋或凸耳(以使得能夠附接螺紋封閉蓋)和/或頸環(huán)可在PRF程序期間并且作為PRF程序本身的一部分形成在容器的頸部中而不是通過單獨的頸部成型步驟，還是為了增大生產(chǎn)率。這通過在對應(yīng)于所形成容器的頸部的分裂模具內(nèi)表面部分中產(chǎn)生負螺紋或凸耳圖案來實現(xiàn)，使得在預(yù)型件(在模具腔體的頸部區(qū)域中)膨脹時，螺紋或凸耳浮雕圖案被賦予到預(yù)型件。對于這種螺紋成型操作，至少預(yù)型件的頸部被制造成在直徑上小于最終形成的容器的頸部。具體參照圖11-13而言，插件保持器由兩個鏡像半體225a、225b構(gòu)成，半體225a、225b各自具有軸向豎直的且大致半圓柱形內(nèi)表面。主插件219以及兩個次分裂插件221和223沿著模具腔體的軸線以連續(xù)的串行相繼方式布置，每個次插件的每個半體被裝配到分裂插件保持器的一個半體中，使得當插件保持器的兩個半體以面對的方式聚在一起時，每個分裂插件的兩個半體彼此配準地面對。主和次插件在它們的水平邊緣241、243、245處彼此匹配并且其外表面與諸如形成在分裂插件保持器的半體的內(nèi)表面中的突臺247的特征互相配合。共同地，插件構(gòu)成了整個模具壁，其限定了將要形成的容器的形狀。主異型插件半體219a、219b的每一個具有限定了期望的容器形狀(例如瓶形)的上部(包括頸部)的一半的內(nèi)表面。如圖10中在237處指示的，該主分裂插件的每個半體的形成頸部的表面可形成螺紋的輪廓，以便將蓋接合螺紋賦予所形成容器的頸部。主分裂插件的內(nèi)表面的其余部分可以是平滑的以產(chǎn)生平滑表面的容器，或者可以是帶紋理的以產(chǎn)生具有期望表面粗糙度或重復(fù)圖案的容器。兩個(上和下)次異型插件221、223的任一個或二者的一個或兩個半體可具有構(gòu)造成在所形成容器的表面上提供正和/或負浮雕圖案、設(shè)計、符號和/或字母的內(nèi)表面。有利地，提供了例如表面特征彼此不同的多組可互換的插件，以便以對應(yīng)不同的設(shè)計或表面來生產(chǎn)成型金屬容器。然后，可以通過將一組插件滑出插件保持器并且替換與其和互換的另一組插件來非?？焖偾液唵蔚貙崿F(xiàn)工具的替換。分裂模具的相對的部件之間的密封通過精密機加工來實現(xiàn)，其消除了對于襯墊和環(huán)的需求。在所示的設(shè)備中，分裂模具構(gòu)件210被十二個棒加熱器249加熱，每個棒加熱器249為模具組的豎直高度的一半，分別從頂部或底部豎直地插入模具組件中。用于模具腔體中的預(yù)型件的內(nèi)部和外部加壓的氣體可以經(jīng)由穿過兩部件壓力容納體(分裂模具構(gòu)件210)中的兩個分離的通道而被預(yù)加熱。用于外部加壓的通道排放到模具腔體中，而用于內(nèi)部加壓的通道經(jīng)由密封夯頭216排放到預(yù)型件的內(nèi)部，氣體通過密封夯頭氣體端口 250被輸送到密封夯頭216。 加熱元件231是加熱棒，其附接到密封夯頭并且與預(yù)型件共軸地定位，當密封夯頭處于其完全降低位置以便執(zhí)行PRF程序時，加熱元件231通過預(yù)型件的開放上端向下延伸到預(yù)型件中，接近其底部。元件231具有其獨立的溫度控制系統(tǒng)(未示出)。在該布置的情況下，可避免氣體的預(yù)加熱，使得能夠消除氣體預(yù)加熱設(shè)備并且還至少很大程度上不再需要預(yù)加熱模具部件，因為僅僅預(yù)型件本身需要處于升高的溫度。密封夯頭設(shè)置有陶瓷溫度隔離環(huán)253，以防止相鄰的液壓系統(tǒng)和負載單元(load cell)的過度加熱。如圖10和13進一步示出的，設(shè)備還設(shè)置有液壓密封夯頭適配器255和液壓背襯夯頭適配器257、隔離環(huán)夯頭適配器259、密封夯頭環(huán)261以及用于分裂主模具構(gòu)件210的每個半體的上和下壓力容納端蓋263。凸輪系統(tǒng)可用作液壓系統(tǒng)的替代來使夯頭移動。本發(fā)明
如上述類型的PRF程序所具體體現(xiàn)的，本發(fā)明的方法提供了新的且改進的方式以在使(布置在模具腔體中的)預(yù)型件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力的步驟期間實現(xiàn)預(yù)型件從其開放端到其封閉端(即在本文所示的取向規(guī)定時從模具的頂部到底部)的逐漸向外膨脹。針對預(yù)型件18經(jīng)歷如圖I中的模具10中的壓力夯頭成型的情況，圖14A、14B和14C中示出了這種逐漸向外膨脹。最初，細長的大致圓柱形預(yù)型件(具有其封閉下端20和開放上端22)被布置在異型模具腔體11中(圖14A)。此時，位于模具腔體的底部處的沖頭12可被定位成接合預(yù)型件下端20。隨著預(yù)型件經(jīng)受通過壓力附件16引入的流體的內(nèi)部壓力(由指向下的箭頭表示)，在所示沖頭(在該時刻)保持靜止的情況下，預(yù)型件側(cè)壁開始向外鼓脹。期望地，該向外鼓脹在預(yù)型件的上部中開始(圖14B)并且向下進展到預(yù)型件的下部，直到整個預(yù)型件側(cè)壁接合模具腔體壁(圖14C)，而同時沖頭在由指向上的箭頭所指示的負載下向上移動以成型預(yù)型件的下端。在此以前，在PRF操作中，已經(jīng)通過如下方式實現(xiàn)了這種逐漸膨脹沿著預(yù)型件的長度從頂部到底部建立溫度梯度，預(yù)型件的上部(接近其開放端)被加熱到最高溫度，并且溫度向著預(yù)型件的下(封閉)端逐漸降低。隨著處于最高溫度的預(yù)型件上部首先向外鼓脹，直到其接觸模具腔體，其將預(yù)型件鎖定在模具中，而同時沖頭向上推靠預(yù)型件的基部(封閉端)以形成基部輪廓。根據(jù)本發(fā)明，代替采用沿著預(yù)型件長度的溫度梯度來引起逐漸膨脹，預(yù)型件設(shè)置有沿著預(yù)型件側(cè)壁的厚度梯度，側(cè)壁的最厚部分在預(yù)型件的基部(封閉端)處并且壁厚沿著向上方向(朝向預(yù)型件的開放頂端)逐漸減小。由于該壁厚梯度，當施加內(nèi)部壓力時，預(yù)型件側(cè)壁的最薄(上)部分首先向外鼓脹，并且隨著壓力在成型期間增大，預(yù)型件的向外膨脹以圖14A、14B和14C所示的方式逐漸向下進行到封閉端。圖15示出了具有壁厚梯度的產(chǎn)生逐漸膨脹的預(yù)型件318，其代表穿過預(yù)型件側(cè)壁319以及封閉端320的相鄰部分的縱向剖面。如那里所指示的，預(yù)型件側(cè)壁具有封閉端320附近的O. 38 mm (O. 0150英寸)的最大厚度并且逐漸減小到開放端322附近的O. 30 mm(O. 0120英寸)的最小厚度。這種預(yù)型件可易于通過拉拔和熨平程序來生產(chǎn)，如圖16-24所例示的。首先參照圖17A和17B，被適當潤滑的扁平圓形鋁板坯料324在第一機器上經(jīng)受沖杯操作，在第一機器處，工具包使用標準拉拔方法將坯料成型為杯326。然后，將杯傳遞到再拉拔工具包并且 使其經(jīng)歷第一再拉拔以產(chǎn)生具有減小的直徑的拉長工件328 ;以相同的方式，執(zhí)行第二再拉拔以實現(xiàn)進一步拉長以及工件直徑的進一步減小，如330處所示。在該階段，經(jīng)再拉拔的杯被修剪以去除不均勻的頂部并且其尺寸被設(shè)定為預(yù)型件高度。杯被再次傳遞到主體制造機以便進行第三再拉拔(更進一步拉長和減小直徑，如332處所示)以及用錐形沖頭334 (圖16)進行熨平步驟以將預(yù)型件的側(cè)壁厚度減小到預(yù)定厚度并具有沿著側(cè)壁的厚度梯度。在離開主體制造機之后，預(yù)型件被修剪以去除開放端處的任何不均勻性并且其尺寸被設(shè)定為預(yù)型件高度。經(jīng)修剪的預(yù)型件318被清潔并形成頸部以降低頂部開口的直徑，而后就形成了期望的封閉精加工。進一步參照圖16，在熨平步驟中，工件332被放置在熨平模具338中，并且異型(錐形)沖頭334被通過工件的開放端引入工件中并且沿指向下的箭頭方向移動，沖頭334在其鄰近工件封閉端的末端處具有最小直徑。錐形沖頭的輪廓限定了所生產(chǎn)的預(yù)型件318的側(cè)壁厚度梯度，因為熨平模具的直徑是固定的。隨著沖頭在模具中沿沖頭和模具的公共軸線移動，最大沖頭直徑的區(qū)域(沖頭和熨平模具之間的最小間隙)導(dǎo)致預(yù)型件壁的最薄部分，而最小沖頭直徑的區(qū)域(沖頭和模具之間的最大間隙)導(dǎo)致預(yù)型件壁的最厚部分。一般而言，恰當?shù)膮?shù)可以在表I所示的范圍內(nèi)。表I
參數(shù)_工作范闈
優(yōu)選范圍
板開始尺寸
英寸O. 005 - O. 100
O. 010 — O. 030
mm0.13 — 2. 5
O. 25 - O. 76
沖頭錐度，度O. 0001 — L O0.01 -
O. 10
壁厚變化I 一 50%
20 - 40%
壁厚變化是最大壁厚(Tl)和最小壁厚(T2)之間的差，表示為[T1-T2/T2] X 100 %。在本發(fā)明的進一步說明中，可參照以下特定示例。示例用于實施本發(fā)明的方法的鋁錐形壁預(yù)型件在五個分離的階段中形成，其示意性地示出在圖18A、B、C和D中。上面參照圖17A和B討論的這五個階段是沖杯、第一再拉拔、第二再拉拔、主體制造(即第三再拉拔和壁熨平)以及修剪。表2列出了用于生產(chǎn)錐形壁預(yù)型件的坯料尺寸、再拉拔直徑和縮減百分比。工作示例預(yù)型件的成型使用了標準坯料和拉拔、再拉拔以及拉拔和熨平工藝。表2
直徑mm (英寸)縮減(% )
坯料 324158 (6.217)—
拉拔(沖杯)326106 (4. 165)33. 01
第一再拉拔 32876 (3. 000)27. 97
第二再拉拔 33052 (2.050)31.67
第三再拉拔 33237 (I. 468)28. 39
使用通用坯料和拉拔工具包在商用沖杯機340中執(zhí)行坯料和拉拔操作。一卷AA3104鋁合金、H19韌度、O. 50 mm (O. 0199英寸)尺度的罐體原料342被供應(yīng)到?jīng)_杯機中并且用DTICl沖杯潤滑劑來預(yù)潤滑。沖杯機包括沖頭344、拉拔墊346、切削刃348和拉拔模具350，在該沖杯機中，板材被形成為坯料(被切割成坯料324，參見圖17A和B)并且被拉拔成杯326。 來自于坯料和拉拔操作的杯被傳遞到再拉拔沖壓機，其中，使用通用再拉拔工具包351(圖18B)來實施第一再拉拔操作以生產(chǎn)第一再拉拔杯328，工具包351包括沖頭352、第一再拉拔襯套354和第一再拉拔模具356。第一再拉拔杯通過浸入溫水和DTI Cl沖杯潤滑劑的7:1乳狀液中而被預(yù)潤滑，并且使用通用實驗性再拉拔工具包358 (圖18C)在伺服液壓雙軸沖壓機中執(zhí)行第二再拉拔操作以生產(chǎn)第二再拉拔杯330，工具包358包括沖頭360、第二再拉拔襯套362和第二再拉拔模具364。在該階段，第二再拉拔杯被修剪以去除不均勻的頂部并且被清洗以去除修剪碎屑。經(jīng)修正的第二再拉拔杯通過浸入溫水和DTI Cl沖杯潤滑劑的7:1乳狀液中而被預(yù)潤滑，并且被傳遞到通用豎直主體制造機工具包366 (圖18D)，工具包366包括如上所述的錐形沖頭334并且順次地包括第三再拉拔襯套368、第三再拉拔模具370和熨平環(huán)或熨平模具338。在主體制造機中，所述杯經(jīng)歷了標準拉拔和熨平過程，首先經(jīng)過第三再拉拔模具370以生產(chǎn)第三再拉拔杯332，然后經(jīng)過熨平環(huán)338以生產(chǎn)錐形壁預(yù)型件318，兩個操作均使用錐形沖頭334。通過包括冷卻劑/潤滑環(huán)的閉環(huán)潤滑系統(tǒng)來供應(yīng)熨平環(huán)潤滑(水和DTI Cl潤滑劑的10:1乳狀液)。第三再拉拔模具370的尺寸設(shè)置成接收熨平?jīng)_頭334的最寬部分以及第二再拉拔杯330的側(cè)壁的厚度；因此在第三再拉拔階段期間不會出現(xiàn)杯側(cè)壁的變薄。然而，熨平環(huán)338的直徑較小，其被如此選擇以使得錐形沖頭與其組合起來將預(yù)型件的側(cè)壁厚度降低到預(yù)定厚度并具有沿側(cè)壁的梯度(圖19)。在該工作示例中，相對于原始板尺度的熨平縮減為封閉端附近的14. 57%漸變到開放端處的29. 6%。在離開豎直主體制造機后，預(yù)型件318被修剪以去除頂部處的任何不均勻性并且賦予其190. 5 mm (7. 5英寸)的高度。圖20示出了剖視圖，其示出了厚度梯度和預(yù)型件尺寸。在頂部附近，側(cè)壁厚度為0.36 mm(0. 014英寸)，在底部320附近，側(cè)壁厚度為O. 43 mm(O. 017英寸)，基部厚度為O. 5 mm (O. 0199英寸)并且直徑為38 mm (I. 498英寸)，如圖所
/J n ο經(jīng)修剪的預(yù)型件在溫水和肥皂的乳狀液中被清洗，并且在開放端處被形成凸緣以允許在成型模具中密封，使用被放置在預(yù)型件的開放端中的凸緣形成工具372并手動地用無彈力錘(dead blow hammer)撞擊以產(chǎn)生6. 35 mm (四分之一英寸)的密封凸緣374。接下來，具有凸緣的預(yù)型件被傳遞到烤爐，在那里，它們在450 1被完全退火達五分鐘的時間。在實現(xiàn)完全退火后，它們被允許空氣冷卻達一個半小時。在該工作示例中如此生產(chǎn)的預(yù)型件在實驗性多軸伺服液壓機375 (圖22)中經(jīng)受壓力夯頭成型過程，液壓機375包括模具或模型腔體411、具有背襯夯頭414的沖頭412以及密封夯頭416。如上所述具有側(cè)壁中的厚度梯度的錐形壁預(yù)型件318被首先放置在機器中并且模型腔體被完全關(guān)閉。預(yù)型件在腔體中被給予90秒預(yù)熱時間以確保沿著預(yù)型件的均勻熱分布。模型腔體溫度被設(shè)置為250 1的溫度并且沒有梯度。在預(yù)熱時間段之后，執(zhí)行壓力夯頭成型程序。在該成型循環(huán)期間，預(yù)型件經(jīng)歷1500 Ibs的凸緣密封負載以及300psi/秒的速率下的400 psi的內(nèi)部壓力。同時，背襯夯頭開始以3. 38 mm (O.133英寸)/秒的速率行進10.16 mm (0.4英寸)的距離。在該過程期間，預(yù)型件經(jīng)歷20%的總膨脹，從38 mm (I. 498英寸)的直徑開始膨脹到45. 72 mm (I. 800英寸)的直徑。圖24中繪制了成型壓力、背襯夯頭運動和背襯負載機輸出數(shù)據(jù)。圖23A、23B、23C和23D是計算機模型結(jié)果，并且示出了基于有限元分析(FEA)在利用本發(fā)明的壓力夯頭成型方法的執(zhí)行期間根據(jù)本發(fā)明的具有壁厚梯度的預(yù)型件的逐漸膨脹。如圖所示，在經(jīng)歷內(nèi)部流體壓力(圖18A)之前，預(yù)型件318具有與模具腔體壁411均勻間隔開的大致圓柱形側(cè)壁319，而位于模具下端處的沖頭412擱置抵靠預(yù)型件的封閉端320。在開始預(yù)型件的內(nèi)部加壓時，鄰近于預(yù)型件開放上端的側(cè)壁的最薄區(qū)域向外膨脹抵靠模具腔體壁(圖23B)。隨著內(nèi)部加壓增大，預(yù)型件的向外膨脹向下前進到較大壁厚的區(qū)域(圖23C)。沖頭412向上移動抵靠預(yù)型件下端320以對所生產(chǎn)的容器的基部進行成型(圖23D)，并且預(yù)型件側(cè)壁在其全長上均勻地接合模具腔體壁。也就是說，如圖23A、23B、23C和23D所示，由于在側(cè)壁厚度分布和加壓綜合作用下局部出現(xiàn)的鼓脹，錐形壁預(yù)型件在預(yù)型件的薄的上部處開始膨脹(圖23A和B)。隨著壓力增大，該膨脹從頂部傳播到預(yù)型件的基部，并且最終，夯頭運動完成了容器的形狀(圖23C和D)。雖然最終容器的壁尺度薄于用于形成該容器的預(yù)型件的壁尺度，但是在采用本發(fā)明的PRF方法中，壁厚梯度趨向于被保留，尤其在直壁容器中。較強、較厚的容器底部是所期望的，以幫助穹頂?shù)撞康挚箒碜运菁{的氣溶膠產(chǎn)品的內(nèi)部壓力，而較薄的頂部有助于為了封閉而形成凸緣或卷曲。因此，廣義而言，本發(fā)明的方法涉及例如使用上面描述的且在圖1-13中示出的任何PRF程序來壓力夯頭成型具有壁厚梯度的預(yù)型件，所述壁厚梯度使得壁厚逐漸地從預(yù)型件的封閉端到開放端減小?？傊?，根據(jù)本發(fā)明的特定實施例，通過用錐形沖頭來進行熨平而在預(yù)型件的壁中產(chǎn)生厚度梯度，從而壁朝向開放端逐漸地變薄。當預(yù)型件在PRF模具中經(jīng)歷內(nèi)部流體壓力時，膨脹在頂部開始并且朝向基部向下移動。這實質(zhì)上是如同恒定壁厚預(yù)型件的模具內(nèi)加熱以導(dǎo)致頂部到底部的溫度梯度所實現(xiàn)的相同效果，但是沒有諸如生產(chǎn)速度、預(yù)型件尺寸和工具設(shè)置的變量(在溫度梯度上)的負面效果的問題。逐漸膨脹通過在容器的下部接觸模具之前或之后允許底部夯頭沖頭向上移動并且形成基部而防止了爆裂。應(yīng)當理解的是，本發(fā)明不限于上文特別闡述的程序和實施例，而是可以以所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的其他方式 來實施。
權(quán)利要求
1.一種用于成型具有限定形狀和橫向尺寸的金屬容器的方法，包括 (a)將具有壁、封閉端和開放端的空心金屬預(yù)型件布置在模具腔體中，所述模具腔體由模具壁橫向地包圍，所述模具壁限定了所述形狀和橫向尺寸，沖頭位于所述腔體的一端處并且能夠平移到所述腔體中，所述預(yù)型件封閉端被定位成緊鄰地面對所述沖頭，并且所述預(yù)型件的至少一部分被初始地從所述模具壁向內(nèi)間隔開； (b )使所述預(yù)型件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以使所述預(yù)型件向外膨脹成與所述模具壁基本完全接觸，由此向所述預(yù)型件賦予所述限定形狀和橫向尺寸，所述封閉端上的所述流體壓力施加的力被引導(dǎo)朝向所述腔體的所述一端；以及 (c)使所述沖頭平移到所述腔體中以接合所述預(yù)型件的封閉端并且使所述封閉端沿著與其上的流體壓力所施加的力的方向相反的方向移位，從而使所述預(yù)型件的封閉端變形， 其中，布置在所述模具腔體中的所述預(yù)型件具有壁厚梯度，使得所述預(yù)型件壁厚從所述封閉端朝向所述開放端逐漸減小。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述預(yù)型件壁厚梯度使得在步驟(b)中，所述預(yù)型件的向外膨脹在鄰近于所述開放端的區(qū)域處開始并且沿著朝向所述封閉端的方向進展。
3.如權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的方法，其包括提供所述空心金屬預(yù)型件以便在步驟(a)中布置。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，提供所述預(yù)型件包括拉拔和熨平板狀金屬坯料，使用錐形沖頭來進行熨平，其導(dǎo)致所述預(yù)型件壁朝向所述開放端逐漸變薄。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項所述的方法，其中，在步驟(b)中所述預(yù)型件開始膨脹之后但是在所述預(yù)型件的膨脹完成之前，所述沖頭移動到所述腔體中。
6.如權(quán)利要求I至4中任一項所述的方法，其中，在所述預(yù)型件開始膨脹之前，所述沖頭移動成與所述預(yù)型件的封閉端接觸，并且在所述預(yù)型件的膨脹期間保持所述接觸。
7.如權(quán)利要求I至6中任一項所述的方法，其中，所述沖頭具有異型表面，所述預(yù)型件的封閉端被變形以符合所述異型表面。
8.如權(quán)利要求I至7中任一項所述的方法，其中，所述限定形狀是瓶形，所述瓶形包括頸部和主體部，所述主體部在橫向尺寸上大于所述頸部，所述模具腔體具有長軸線，所述預(yù)型件具有長軸線并且在步驟(a)中與所述腔體基本共軸地布置，并且所述沖頭能夠沿著所述腔體的長軸線平移。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述沖頭具有穹頂輪廓，并且其中，步驟(c)使所述預(yù)型件的封閉端變形成所述穹頂輪廓。
10.如權(quán)利要求I至9中任一項所述的方法，其中，所述模具壁包括能夠分開以便在步驟(c)之后去除已成型容器的分裂模具。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述限定形狀繞所述腔體的所述長軸線不對稱。
12.如權(quán)利要求I至11中任一項所述的方法，其中，所述沖頭在步驟(b)起初被初始地定位以限定由所述流體壓力引起的所述預(yù)型件的軸向拉長。
13.如權(quán)利要求I至12中任一項所述的方法，其中，步驟(c)基本在所述預(yù)型件的所述部分開始接觸所述模具壁的同時開始。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述預(yù)型件是細長的且最初為大致圓柱形的工件并且在直徑上基本等于所述瓶形的所述頸部，所述封閉端與所述開放端相對。
15.如權(quán)利要求I至14中任一項所述的方法，其中，所述工件具有足夠的可成型性以便能夠在單個壓力成型操作中膨脹到所述限定形狀。
16.如權(quán)利要求I至15中任一項所述的方法，包括預(yù)備步驟在執(zhí)行步驟(a)、(b)和(C)之前，將所述工件放置在小于首先提到的模具腔體的模具腔體中，并且使其內(nèi)的所述工件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以使所述工件膨脹到小于所述限定形狀和橫向尺寸的中間尺寸和形狀。
17.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述預(yù)型件是細長的且最初為大致圓柱形的工件并且在直徑上基本等于所述瓶形的所述頸部，所述封閉端與所述開放端相對；并且包括進一步的步驟在執(zhí)行步驟(a)、(b)和(C)之后，使所述工件在所述開放端附近經(jīng)受旋轉(zhuǎn)成型操作以形成減小的直徑的頸部。
18.如權(quán)利要求I至17中任一項所述的方法，其中，所述預(yù)型件是鋁預(yù)型件。
19.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述預(yù)型件由具有再結(jié)晶的或再生的微結(jié)構(gòu)的鋁板制成。
20.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述預(yù)型件被生產(chǎn)為封閉端圓柱體。
21.如權(quán)利要求I至20中任一項所述的方法，其中，在步驟(b)期間，所述預(yù)型件中的流體壓力在如下相繼的階段中出現(xiàn)(i)在所述預(yù)型件開始膨脹之前上升到第一峰，(ii)在開始膨脹時下降到最小值；(iii)隨著繼續(xù)膨脹而逐漸上升到中間值，直到所述預(yù)型件盡管不是完全地但持續(xù)地接觸所述模具壁，以及(iv)在預(yù)型件膨脹完成期間從所述中間值上升，并且其中，步驟(c)中的用于使所述預(yù)型件的封閉端移位和變形的所述沖頭的平移基本在階段(iii)的末尾處開始發(fā)生。
22.如權(quán)利要求I至21中任一項所述的方法，其中，在步驟(b)期間，在所述預(yù)型件的所述部分在步驟(b)中與所述模具壁初始接觸時，所述預(yù)型件的封閉端呈現(xiàn)放大的且大致半球形構(gòu)造；并且其中，步驟(c)中的用于使所述預(yù)型件的封閉端移位和變形的所述沖頭的平移基本在所述預(yù)型件封閉端呈現(xiàn)所述構(gòu)造的同時開始發(fā)生。
23.如權(quán)利要求I至22中任一項所述的方法，其中，步驟(b)包括向所述腔體中的所述預(yù)型件同時施加內(nèi)部正流體壓力和外部正流體壓力，所述內(nèi)部正流體壓力高于所述外部正流體壓力。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，包括通過獨立地控制所述預(yù)型件同時經(jīng)受的內(nèi)部和外部正流體壓力以便改變所述內(nèi)部正流體壓力和所述外部正流體壓力之間的差來控制所述預(yù)型件中的應(yīng)變率。
25.如權(quán)利要求I至24中任一項所述的方法，其中，所述沖頭基本在膨脹階段的末尾被致動以使所述預(yù)型件的封閉端移位和變形。
26.如權(quán)利要求I至25中任一項所述的方法，其中，所述模具腔體具有與所述一端相對的第二端以及在它們之間延伸的軸線，并且其中，所述模具壁包括分裂模具，所述分裂模具包括多個分裂插件，所述多個分裂插件沿所述軸線串行布置用于限定所述形狀的相繼部分并且能夠分開以便在步驟(c)之后去除已成型容器。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述分裂插件被可去除地且可更換地接收在分裂保持器中，所述分裂保持器在步驟(b)和(c)的執(zhí)行期間將所述插件保持在固定的模具腔體限定位置。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述插件中的至少一個具有帶有浮雕特征的內(nèi)表面，用于向所述容器賦予對應(yīng)的浮雕特征。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，還包括步驟在執(zhí)行步驟(b)之前，從具有分別帶有不同浮雕特征的內(nèi)表面的一組可互換插件中選擇所述至少一個插件，并且將選定的插件布置在所述保持器中。
30.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，通過經(jīng)由分離的通道分別向所述預(yù)型件的內(nèi)部和所述預(yù)型件外部的所述模具腔體供給氣體來施加所述內(nèi)部和外部正流體壓力。
31.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述限定形狀的頸部包括用于將螺紋封蓋固定到已成型容器的螺紋或凸耳，并且其中，所述模具壁具有其內(nèi)形成有螺紋或凸耳的頸部，以便 在步驟(b)的執(zhí)行期間向所述預(yù)型件賦予螺紋。
32.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述限定形狀的頸部包括頸環(huán)，并且其中，所述模具壁具有其內(nèi)形成有浮雕特征的頸部，以便在步驟(b)的執(zhí)行期間向所述預(yù)型件賦予頸環(huán)。
33.如權(quán)利要求I至33中任一項所述的方法，其中，所述預(yù)型件在步驟(b)和(c)的執(zhí)行期間處于升高的溫度。
34.一種用于成型具有限定形狀和橫向尺寸的金屬容器的方法，包括步驟 (a)將具有壁、封閉端和開放端的空心金屬預(yù)型件布置在模具腔體中，所述模具腔體由模具壁橫向地包圍，所述模具壁限定了所述形狀和橫向尺寸，所述預(yù)型件封閉端被定位成面對所述腔體的一端，并且所述預(yù)型件的至少一部分被初始地從所述模具壁向內(nèi)間隔開；以及 (b )使所述預(yù)型件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以使所述預(yù)型件向外膨脹成與所述模具壁基本完全接觸，由此向所述預(yù)型件賦予所述限定形狀和橫向尺寸，所述封閉端上的所述流體壓力施加的力被引導(dǎo)朝向所述腔體的所述一端， 其中，布置在所述模具腔體中的所述預(yù)型件具有壁厚梯度，使得所述預(yù)型件壁厚從所述封閉端朝向所述開放端逐漸減小。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中，步驟(b)包括向所述腔體中的所述預(yù)型件同時施加內(nèi)部正流體壓力和外部正流體壓力，所述內(nèi)部正流體壓力高于所述外部正流體壓力，并且包括通過獨立地控制所述預(yù)型件同時經(jīng)受的內(nèi)部和外部正流體壓力以便改變所述內(nèi)部正流體壓力和所述外部正流體壓力之間的差來控制所述預(yù)型件中的應(yīng)變率。
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述容器是鋁容器，并且進一步包括步驟在執(zhí)行步驟(a)之前，用鋁板制造所述預(yù)型件，所述鋁板具有再結(jié)晶的或再生的微結(jié)構(gòu)并且具有在大約0. 25 mm到大約I. 5 mm范圍內(nèi)的尺度。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述容器是鋁容器；其中，所述限定形狀是瓶形，所述瓶形包括頸部和主體部，所述主體部在橫向尺寸上大于所述頸部，所述模具腔體具有長軸線，所述預(yù)型件具有長軸線并且在步驟(a)中與所述腔體基本共軸地布置；其中，所述預(yù)型件是細長的且最初為大致圓柱形的工件并且在直徑上基本等于所述瓶形的所述頸部，所述封閉端與所述開放端相對；并且包括預(yù)備步驟在執(zhí)行步驟(a)和(b)之前，將所述工件放置在小于首先提到的模具腔體的模具腔體中，并且使其內(nèi)的所述工件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以使所述工件膨脹到小于所述限定形狀和橫向尺寸的中間尺寸和形狀。
38.一種用于成型具有限定形狀和橫向尺寸的空心金屬物件的方法，包括(a)將具有壁、封閉端和開放端的空心金屬預(yù)型件布置在模具腔體中，所述模具腔體由模具壁橫向地包圍，所述模具壁限定了所述形狀和橫向尺寸，所述預(yù)型件封閉端被定位成面對所述腔體的一端，并且所述預(yù)型件的至少一部分被初始地從所述模具壁向內(nèi)間隔開；以及 (b )使所述預(yù)型件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以使所述預(yù)型件向外膨脹成與所述模具壁基本完全接觸，由此向所述預(yù)型件賦予所述限定形狀和橫向尺寸，所述封閉端上的所述流體壓力施加的力被引導(dǎo)朝向所述腔體的所述一端， 其中，布置在所述模具腔體中的所述預(yù)型件具有壁厚梯度，使得所述預(yù)型件壁厚從所述封閉端朝向所述開放端逐漸減小。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中，步驟(b)包括向所述腔體中的所述預(yù)型件同時施加內(nèi)部正流體壓力和外部正流體壓力，所述內(nèi)部正流體壓力高于所述外部正流體壓力，并且包括通過獨立地控制所述預(yù)型件同時經(jīng)受的內(nèi)部和外部正流體壓力以便改變所述內(nèi)部正流體壓力和所述外部正流體壓力之間的差來控制所述預(yù)型件中的應(yīng)變率。
40.如權(quán)利要求38所述的方法，進一步包括步驟在執(zhí)行步驟(a)之前，用鋁板制造所述預(yù)型件，所述鋁板具有再結(jié)晶的或再生的微結(jié)構(gòu)并且具有在大約0.25 mm到大約I. 5 mm范圍內(nèi)的尺度。
41.如權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述物件是空心鋁物件；其中，所述限定形狀是瓶形，所述瓶形包括頸部和主體部，所述主體部在橫向尺寸上大于所述頸部，所述模具腔體具有長軸線，所述預(yù)型件具有長軸線并且在步驟(a)中與所述腔體基本共軸地布置；其中，所述預(yù)型件是細長的且最初為大致圓柱形的工件并且在直徑上基本等于所述瓶形的所述頸部，所述封閉端與所述開放端相對；并且包括預(yù)備步驟在執(zhí)行步驟(a)和(b)之前，將所述工件放置在小于首先提到的模具腔體的模具腔體中，并且使其內(nèi)的所述工件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以使所述工件膨脹到小于所述限定形狀和橫向尺寸的中間尺寸和形狀。
全文摘要
一種通過如下步驟成型瓶形或其他異型金屬容器的方法提供具有封閉端和壁厚的空心金屬預(yù)型件，壁厚沿著遠離封閉端的方向逐漸減小，并且使預(yù)型件經(jīng)受內(nèi)部流體壓力以導(dǎo)致預(yù)型件膨脹抵靠模具腔體的壁，模具腔體的壁限定了期望容器形狀。該方法可應(yīng)用在壓力夯頭成型程序中，其中，沖頭借助于背襯夯頭前進到模具腔體中以使預(yù)型件的封閉端移位和變形。
文檔編號B21D26/02GK102781602SQ201180013612
公開日2012年11月14日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者R.馬羅里, Y.施 申請人:蒙特貝洛包裝公司, 諾維爾里斯公司