專利名稱：制造裝飾形金屬罐用的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及消費(fèi)品包裝領(lǐng)域，更具體地涉及通常用于包裝軟飲料、其它飲料、食品及氣溶膠產(chǎn)品的金屬罐，如鋼罐和鋁罐。
2.先有技術(shù)和最新工藝的描述供軟飲料、其它飲料和其它物料用的金屬罐當(dāng)然廣泛用于北美洲和世界各地。本發(fā)明的受讓人美國費(fèi)城克朗塞子和密封件公司(CrownCork & Seal Company)是世界上此類罐筒的最大設(shè)計(jì)廠家和制造商。
制造和封裝金屬罐的技術(shù)隨著工藝改進(jìn)、新材料和制造技術(shù)的改進(jìn)而不斷發(fā)展。該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展的其它推動力包括原料價(jià)格、待封裝的新物料的性質(zhì)以及制造和配送消費(fèi)產(chǎn)品例如軟飲料的大公司的市場銷售目標(biāo)。
有時(shí)將金屬容器做成具有特色的非標(biāo)準(zhǔn)圓筒罐形狀，使其成為產(chǎn)品銷售外表的一部分或成為產(chǎn)品來源或性質(zhì)的另一指示，是有利的。但是，據(jù)發(fā)明人所知，還沒有人開發(fā)出一種實(shí)用技術(shù)來制造這樣一種不規(guī)則形狀的罐，其產(chǎn)量和生產(chǎn)速度能在實(shí)際上將這樣一種產(chǎn)品引入市場。
1960年代中期的Hansson的美國專利3,224,239公開一種將氣動壓力用于再成形罐的系統(tǒng)和工藝。該工藝?yán)靡粋€(gè)活塞迫使壓縮空氣進(jìn)入安置在模具中的罐。該壓縮空迫使罐壁塑性流動，直到罐壁呈現(xiàn)模具的形式。
據(jù)發(fā)明人所知，諸如Hansson專利中公開的技術(shù)還從來沒有成功地用于拉制和使壁壓平的罐的再成形。原因之一是罐壁變形時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力能導(dǎo)致缺陷，這些缺陷可能引發(fā)損壞，如局部沖薄、裂開或破裂。沖薄的危險(xiǎn)可以通過增大罐壁最度來減小，但這會使成形罐的生產(chǎn)成本過高。裂開或破裂的危險(xiǎn)可以通過退火之類工藝來減小，但會降低最終產(chǎn)品的韌性和機(jī)械損傷抵抗力。
因此，需要一種改進(jìn)的設(shè)備和工藝來制造成形金屬罐，這種工藝是有效、高效而廉價(jià)的，特別與至今為此目的而發(fā)展的工藝相比，并減小了成形罐由于沖薄、裂開或破裂而失效的傾向。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的設(shè)備和工藝來制造成形金屬罐，這種工藝是有效、高效而廉價(jià)的，特別與至今為此目的而發(fā)展的工藝相比，并且保證克服可能造成沖薄、裂開或破裂的罐中內(nèi)應(yīng)力。
為了達(dá)到本發(fā)明的上述和其它目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種制造具有特色形狀以便增加顧客視覺形像的金屬罐體的方法包括下列步驟(a)提供罐體坯料；(b)提供一個(gè)模具裝置，該模具裝置具有至少一個(gè)形成模具腔的模具壁，該模具腔符合罐體的所要最終形狀，該模具裝置由多于一個(gè)部件構(gòu)成，在操作期間這些部件中的至少一個(gè)可以沿基本上平行于罐體坯料的軸線的方向向另一部件移動，該模具壁包括向內(nèi)伸出的部分和向外伸出的部分，(c)將罐體坯料安置在模具腔內(nèi)，以便利用模具壁的向內(nèi)伸出部分預(yù)壓縮罐體坯料；(d)將一種增壓流體供給到模具腔中，使得罐體坯料受壓力而緊靠模具壁，使罐體坯料呈現(xiàn)所要的罐體最終形狀，步驟(c)中進(jìn)行的預(yù)壓縮盡可能減少了為獲得罐體最終形狀所需的向外變形量；(e)基本上與步驟(d)同時(shí)地，沿軸向向著另一部件移動至少其中一個(gè)模具部件。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種制造具有特色形狀以便增加顧客視覺形像的金屬罐體的方法包括下列步驟(a)制造罐體坯料；(b)對罐體坯料的至少一部分至少進(jìn)行部分退火，由此使罐體坯料的退火部分提高延性；(c)提供一個(gè)模具裝置，該模具裝置具有至少一個(gè)形成模具腔的模具壁，該模具腔符合罐體的所要最終形狀，該模具裝置由多于一個(gè)部件構(gòu)成，在操作期間這些部件中的至少一個(gè)可以沿基本上平行于罐體坯料的軸線的方向向另一部件移動；(d)將罐體坯料安置在模具腔內(nèi)；(e)將一增壓流體供給到模具腔中，使得罐體坯料受壓力而緊靠模具壁，使罐體坯料呈現(xiàn)所要的罐體最終形狀；(f)基本上與步驟(e)同時(shí)地，沿軸向向著另一部件移動至少其中一個(gè)模具部件。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種用于制造具有特色形狀以便增加顧客視覺形像的金屬罐體的設(shè)備包括制造罐體坯料用的結(jié)構(gòu)；模制結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)模具裝置，該模具裝置具有至少一個(gè)限定模具腔的模具壁，該模具腔符合所要的罐體最終形狀，所述模具壁包括向內(nèi)伸出的部分和向外伸出的部分，該模具裝置由多于一個(gè)部件構(gòu)成，在操作期間至少一個(gè)部件可以沿基本上平行于罐體坯料的軸線的方向向另一部件移動；安置結(jié)構(gòu)，用于將罐體坯料安置在模具腔內(nèi)，以便利用模具壁的向內(nèi)伸出部分預(yù)壓縮罐體坯料；流體供給結(jié)構(gòu)，用于將一增壓流體供給到模具腔中，使得罐體坯料受壓力而緊靠模具壁，使罐體坯料具有所要的罐體最終形狀，該預(yù)壓縮盡可能減少了為獲得罐體最終形狀所需的向外變形量；軸向減縮結(jié)構(gòu)，用于沿軸向向著另一部件移動至少一個(gè)模具部件。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，一種用于制造具有特色形狀以便增加顧客視覺形像的金屬罐體的設(shè)備包括制造罐體坯料用的結(jié)構(gòu)；對罐體坯料的至少一部分至少進(jìn)行部分退火用的結(jié)構(gòu)，由此使罐體坯料的退火部分提高延性；模制結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)模具裝置，該模具裝置具有至少一個(gè)限定模具腔的模具壁，該模具腔符合所要的罐體最終形狀，該模具裝置由多于一個(gè)部件構(gòu)成，在操作期間這些部件中的至少一個(gè)可以沿基本上平行于罐體坯料的軸線的方向向另一部件移動；安置結(jié)構(gòu)，用于將罐體坯料安置在模具腔內(nèi)；流體供給結(jié)構(gòu)，用于將一增壓流體供給到模具腔中，使得罐體坯料受壓力而緊靠模具壁，使罐體坯料呈現(xiàn)所要的罐體最終形狀；軸向減縮結(jié)構(gòu)，用于沿軸向向著另一部件移動至少一個(gè)模具部件。
本文所附的組成其一部分的權(quán)利要求書特別指出上述和其它各種優(yōu)點(diǎn)與形成本發(fā)明特征的新穎性特點(diǎn)。但是，為了更好地理解本發(fā)明、其優(yōu)點(diǎn)和使用目的，應(yīng)當(dāng)參考形成本文另一部分的附圖和伴隨的說明內(nèi)容，其中例示和描述本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例制造的罐體坯料或預(yù)成形件的截面圖；圖2是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的成形罐體的側(cè)視立面圖；圖3是一種用于制造本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的成形罐體的設(shè)備的示意圖；圖4是圖3所示設(shè)備中的處于第一狀態(tài)下的模具裝置的局部截面圖；圖5是圖3所示設(shè)備中的處于第二狀態(tài)下的模具裝置的局部截面圖；圖6是圖3中模具裝置用的壓力供給設(shè)備的示意圖；圖7是在圖3設(shè)備中進(jìn)行的預(yù)壓縮步驟的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例進(jìn)行的方法中壓凸緣步驟的示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例進(jìn)行的方法中旋壓步驟的示意圖；圖10是可以在本發(fā)明的的上述第二或第三實(shí)施例中作為第二步驟進(jìn)行的壓花步驟的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述現(xiàn)在參照附圖，其中相同的標(biāo)號表示所有圖中對應(yīng)的構(gòu)造，特別參照圖1和圖2，本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一種罐體坯料或預(yù)成形件10是一個(gè)兩件式罐體，它最好由眾所周知的拉制和壓平工藝形成。罐體坯料10包括一個(gè)基本上圓筒形的側(cè)壁表面12、一個(gè)底部14和頸狀上部16?；蛘呤?，圓筒形側(cè)壁12的上部可以是直的。
如該工藝領(lǐng)域中熟知的，罐體坯料10在拉制和壓平工藝后必須沖洗，然后必須干燥，再送去裝飾。干燥過程通常在約250華氏度(相當(dāng)于約121攝氏度)的溫度下進(jìn)行。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，干燥在比通常過程更高的溫度下進(jìn)行，以便至少對罐體坯料10的選定部分進(jìn)行部分退火。在圖1中示意性繪出熱源18，它最好是干燥裝置的一部分，但可以處在設(shè)備中模制裝置前的任何點(diǎn)上。如下面要更詳細(xì)地討論的，罐體坯料10最好用鋁制成，部分退火過程優(yōu)先在基本上為約375華民度(約190.5攝氏度)至約550華氏度(約288攝氏度)的范圍內(nèi)完成，更優(yōu)選的范圍為約450華氏度(約232攝氏度)至約500華氏度(約260攝氏度)，而最優(yōu)選的溫度為約475華氏度(約246攝氏度)。這與真實(shí)的退火過程大不相同，后者的溫度高于650華氏度(約353攝氏度)。部分退火的目的是給罐體坯料10足夠的延性，以便制成如圖2中示出的成形罐20，但該罐的韌性則大于罐體坯料完全退火時(shí)的韌性。
或者是，部分退火可以在一個(gè)爐子如涂漆爐或裝飾爐中進(jìn)行，而不是在干燥器中進(jìn)行。
或者是，罐體坯料10可以用鋼而不是用鋁制造。在這種情況下，部分退火的優(yōu)選溫度范圍基本上為1112華氏度(600攝氏度)至約1472華氏度(800攝氏度)。更優(yōu)選的是，部分退火在約1382華氏度(750攝氏度)進(jìn)行。
現(xiàn)在參照圖2，成形的罐20受到裝飾性和特色性成形，以便使顧客增加對它的視覺形像。如可在圖2中看到的，罐體20包括底部26和成形側(cè)壁22，成形側(cè)壁22的形狀與標(biāo)準(zhǔn)圓筒形罐體形狀如罐體坯料10的形狀顯著不同。成形側(cè)壁22包括可能希望特別偏離于圓筒形狀的區(qū)域，如凸條30和槽32。按照本發(fā)明的一個(gè)重要方面，在成形側(cè)壁22的外表面上以這樣的方式提供裝飾，就是在側(cè)壁的那些要求特別偏離于圓筒形狀的部位將著重裝飾。如可在圖2中看到的，凸條30上提供第一種裝飾(它可以是一種較淺的顏色)，而在至少一個(gè)槽32中提供第二種裝飾36(它可以是一種較深的顏色)。通過提供這樣的選擇性裝飾，并通過將此種裝飾合適地對齊成形側(cè)壁22中的偏離，可以獲得最佳配合的視覺效果，這種視覺效果是不可能通過單獨(dú)的罐體成形或罐體裝飾來獲得的。
再參照圖2，成形側(cè)壁22也有一個(gè)平坦面積28，該處可寫字或貼標(biāo)簽，并用罐端部24封閉，后者用常規(guī)的雙卷邊接合工藝密封。
按照優(yōu)選的方法，在干燥臺上由熱源18部分退火后，罐體坯料10被輸送到裝飾機(jī)上，在該處加上具有特色的裝飾，而罐體坯料10仍然處于其圓筒構(gòu)形，在裝飾過程中也可外加標(biāo)記，用于在隨后的成形步驟期間將裝飾內(nèi)容對齊模具輪廓，這將在下面更詳細(xì)地?cái)⑹觥?br> 現(xiàn)在參照圖3，圖中示出設(shè)備38，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該設(shè)備用來制造圖2中示出的那種類型的成形罐20。如可在圖3、4、5中看出，設(shè)備38包括一個(gè)模具40，它有形成模具腔42的模具壁46，該模具腔42符合成形罐體20的所需最終形狀。如圖7中所示，模具40為拼合壁型，模具壁46包括向內(nèi)伸出的部分48，其直徑小于由圖7b中虛線示了的罐體坯料10的圓筒形側(cè)壁12的直徑Db。模具壁46也包括多個(gè)向外伸出的部分，其直徑大于罐體坯料10的側(cè)壁12的直徑Db。換句話說，向內(nèi)伸出的部分48勢必將罐體坯料10的圓筒形側(cè)壁12壓縮到由圖7b中實(shí)線所示的位置12′，而罐體坯料10的側(cè)壁12則必需膨脹到符合模具壁46的向外伸出的部分50。最好是，當(dāng)以此種方式受壓時(shí)使圓筒形側(cè)壁的圓周長度保持恒定，就是使受壓的圓筒形側(cè)壁12′的圓周長度與罐體坯料10的側(cè)壁12的周邊長度相等。
如圖3中最清楚地示出的，模具裝置40有三個(gè)壓模部件82、46和84，它們分別組成頸環(huán)、模具側(cè)壁和底部支承件。壓模部件由間隙或“拼合線”86和88互相隔開。為了加工方便，底座支承件壓模84做成兩件，有一中心部件90支承罐體的底座圓拱。頸環(huán)82提供對罐體頸部的簡單支承。這些部件一起形成容納罐體的內(nèi)室或模具腔42，并在吹制成形后加工成罐體的所需最終形狀。設(shè)置氣孔49(見圖4和5)，以使夾帶的空氣在成形時(shí)逸出。
設(shè)置一對密封和支承環(huán)92、94和一個(gè)橡膠密封環(huán)96，以密封容器主體的頂部邊緣。一個(gè)節(jié)省空間的心軸98穿過密封和支承環(huán)92、94、96的中心通到一個(gè)剛巧在底座支承圓拱上方的位置。心軸98通過中心孔100和徑向通道102將空氣供應(yīng)到空腔42內(nèi)的罐體腔中。該設(shè)備還包括上活塞104和下活塞106，它們一起給模具腔42中的罐的兩端施加負(fù)載。下活塞106通過增壓空氣的供應(yīng)結(jié)構(gòu)可以向上移動，該增壓空氣經(jīng)過通道108送向活塞。同樣，上活塞通過增壓空氣的供應(yīng)結(jié)構(gòu)可以向下移動，該增壓空氣經(jīng)過通道110和112送向活塞。在圖示的優(yōu)選實(shí)施例中，通道110連接心軸98的中心孔100，使得上活塞和罐腔分享共同的供給空氣。該共同的供給空氣在活塞104內(nèi)的空氣通道112和中央心軸孔100的結(jié)合部分分叉供給活塞104和罐腔，從而盡可能減小損失和維持同樣的壓力供給罐腔和活塞。最好設(shè)置機(jī)構(gòu)來控制供給每個(gè)活塞和罐腔的空氣流速。因此可以密切控制罐腔壓力和活塞壓力。
圖6中示出性示意的流路圖，表示空氣供給到活塞和罐腔的流路。在該圖中，上活塞104與密封件和支承環(huán)92、94示意性表示為一個(gè)單獨(dú)的單元114。同樣，基座支承件84、90和下活塞106表示為一個(gè)單獨(dú)的單元116。單元114和116與頸環(huán)82是可以移動的，而模具的側(cè)壁壓模46被示出為固定的。
該流程包括兩個(gè)壓力供給。壓力供給118將增壓空氣供給到頂部活塞104和模具腔42內(nèi)的罐腔；壓力供給120僅將增壓空氣供給下活塞106。
兩個(gè)供給流路各包括壓力調(diào)節(jié)器122和124、儲存容器126和128、送風(fēng)閥130和132，以及排氣閥134和136。此外，下壓力供給流路120包括一個(gè)流量調(diào)節(jié)器138。上壓力供給流路118也可以包括一個(gè)流量調(diào)節(jié)器，雖然是否在兩個(gè)供給流路中都能夠調(diào)節(jié)流量并非很重要。儲存容器126、128防止在過程期間供給壓力出現(xiàn)大的下降。
通常，將大約30巴的高壓空氣引入罐腔并驅(qū)動罐的頂部。驅(qū)動底部活塞106的空氣壓力通常為約50巴，取決于活塞面積。模具腔42內(nèi)的空氣壓力提供將罐體坯料向外膨脹所需的力，但也將不需要的力施加到罐的頸部和底座上，這導(dǎo)致罐側(cè)壁中的縱向張力。因此將兩個(gè)活塞用于驅(qū)動罐的頂部和底部，形成一個(gè)力，用于抵消罐側(cè)壁中的這個(gè)張力。
在成形期間為避免罐由于分裂或折皺而損壞，供給到活塞的空氣壓力是關(guān)鍵的。如果由于活塞中的壓力太低而使罐側(cè)壁中的張力不能被該活塞壓力充分抵消，那么將出現(xiàn)分裂。相反，供給的空氣壓力不應(yīng)太高，否則會在側(cè)壁中形成波紋。
為此，最好不需要止動器來限制活塞的沖程。如果沖程受到限制，在活塞到達(dá)止動器之前，罐不可能對著模具壁充分膨脹。如果這種情況發(fā)生，罐側(cè)壁中的張力不能被活塞壓力平衡，隨之產(chǎn)生分裂的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際上，膨脹的罐與模具側(cè)壁的接觸阻止活塞進(jìn)一步移動。
因此應(yīng)當(dāng)注意，在成形周期的全過程中最好始終保持罐腔壓力和活塞壓力之間的平衡，使得腔中和活塞后的壓力上升速率在整個(gè)周期中應(yīng)當(dāng)受到平衡，特別是當(dāng)罐壁屈服時(shí)。壓力上升速率可以通過流量調(diào)節(jié)器138或通過經(jīng)壓力調(diào)節(jié)器122、124調(diào)整供給壓力而得到控制。
通過相對于被施加的使模具部件82、46、84互相相向移動的壓力來調(diào)整罐腔壓力，該設(shè)備可以以三種不同方式之一操作。通過對外模具部件82、84施加盡可能小的壓力，可以這樣操作該設(shè)備，使得僅僅將模具部件移向另一個(gè)而不會對罐體施加任何力。這將減小模具裝置40中的間隙86、88，因?yàn)樵谂蛎涍^程中罐體沿縱向收縮，并將減小但不一定抵銷在膨脹期間罐體側(cè)壁中產(chǎn)生的軸向抗張應(yīng)力。另一種方式是，通過提供增大的壓力來互相相向地驅(qū)動外模具部件，向罐體施加一個(gè)稍許縱向或軸向的力，它基本上等于罐體側(cè)壁中的軸向抗張應(yīng)力，從而平衡此應(yīng)力并防止罐體隨后發(fā)生的減弱和可能的分裂。第三種操作是提供甚至更大的壓力來互相相向地驅(qū)動外模具部件，以便向罐體施加一個(gè)軸向壓力，它大于操作期間抵消側(cè)壁中抗張應(yīng)力所需的力。最好提供的凈壓力不會導(dǎo)致形成皺紋。
為了形成罐，首先打開通風(fēng)閥130、132。如果需要在活塞和罐腔壓力之間獲得更好的匹配，可以在兩個(gè)通風(fēng)閥的打開時(shí)間之間有一短的延遲，但是一個(gè)流路需要有一較高的壓力上升速率，以便維持該平衡。也可以用延遲來補(bǔ)償不同的管子長度，在成形時(shí)間維持壓力平衡。如上面參照圖3時(shí)所述，上供給氣流118一分為二，用于活塞104和盡可能靠近活塞104的罐腔。
該設(shè)備這樣設(shè)計(jì)，使得最遲當(dāng)每個(gè)活塞到達(dá)其最大行程時(shí)該罐完全重新成形，而間隙86、88最終并不閉合。間隙閉合可能由于側(cè)壁中張力過大而導(dǎo)致罐的分裂，其方式就像在發(fā)生完全膨脹之前限制活塞移動一樣。但是，最終間隙不應(yīng)過大，因?yàn)閭?cè)壁上的任何眼睛可以見到的標(biāo)記變得太顯眼，雖然除去拼合線處的銳利邊緣能減輕該問題。
一旦成形操作完畢，通過閥134和136排去空氣。顯然在整個(gè)實(shí)際成形過程中排氣閥是關(guān)閉的。重要的是兩股供給氣流要同時(shí)排氣，因?yàn)橛苫钊┘拥钠胶夤耷粔毫?縱向張力)的壓力可能大于罐的軸向強(qiáng)度，因此不均勻的排氣導(dǎo)致罐的損壞。
如圖4中最清楚地看到的，罐體坯料10最好安置在模具腔42中，而如上所述，其內(nèi)部空間被密封成與一增壓流體源連通。如可在圖4中看到的，腔42如此設(shè)計(jì)，使得當(dāng)罐體坯料10被插入其中時(shí)對罐體坯料10施加一個(gè)輕微的壓力。這最好通過將模具裝置部件成形為圖4中所示的兩半52、54來完成，它們被這樣一分為二，使得在氣動膨脹罐體坯料10之前可以圍繞該罐體坯料閉合。
當(dāng)模具的兩半52、54圍繞圓筒形側(cè)壁12閉合時(shí)，模具壁46的向內(nèi)伸出部分48因此壓縮或預(yù)先壓縮圓筒形側(cè)壁12到圖7中示出的大到Rin量的距離。在模具被閉合并密封而增壓流體被供給到模具腔46中從而迫使罐體坯料10緊靠模具壁46之后，罐體坯料10將被迫呈現(xiàn)成形罐20的所需最終形狀。在圖5中示出該步驟后成形側(cè)壁22的狀態(tài)。在該步驟中，罐體坯料10的圓筒形側(cè)壁12被膨脹到Rout量，這又一次在圖7中示意示出。
模具兩半52、54的閉合實(shí)現(xiàn)的預(yù)壓縮使罐體坯料10的側(cè)壁12沿徑向向內(nèi)偏移一個(gè)Rin的距離，優(yōu)選的是該距離位于約0.1至約1.5毫米之間。更優(yōu)選的是，該距離位于0.5至約0.75毫米的范圍內(nèi)。圓筒形側(cè)壁12沿徑向向外膨脹而形成成形側(cè)壁22的最外部分的距離Rout優(yōu)選地位于約0.1至約5.0毫米的范圍內(nèi)。距離Rout的更優(yōu)選范圍為約0.5至3.0毫米。最優(yōu)選的距離Rout為約2毫米。
為了理解膨脹步驟前對圓筒形側(cè)壁12進(jìn)行預(yù)壓縮獲得的好處，必須理解，為了使膨脹步驟獲得必要的延性，一定量的退火或部分退火可能是有用的，特別在鋁罐體的情況下。但是，退火越完全，成形罐20的強(qiáng)度和韌性最終就越小。利用預(yù)壓縮來得到疊合在最終成形罐20上的圖案的最內(nèi)和最外部分之間的顯著差別部分，減少了獲得所要圖案所必需的實(shí)際徑向膨脹量。因此，也減少了需要外加到罐體坯料10上的退火量。因此，預(yù)壓縮步驟允許所要的被疊加在成形罐20上的圖案具有最小量的退火和由此產(chǎn)生的強(qiáng)度損失，由此允許罐體坯料10的圓筒形側(cè)壁12對于此類工藝可以作得盡可能的薄。
作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，模具壁可以用多孔材料制成，以便允許聚留在罐體坯料側(cè)壁和模具壁之間的空氣在操作期間逸出，雖然可能仍然需要?dú)饪?。一種這樣的材料是多孔鋼，它可以從瑞典Leydig市的AGA公司買到。
為了質(zhì)量監(jiān)測和控制的目的，在膨脹過程期間和之后通過壓力臨近器69的構(gòu)造臨控模具腔46內(nèi)的流體壓力，這在圖5中示意性示出。壓力監(jiān)控器69為常規(guī)構(gòu)造。如果罐體在膨脹過程期間發(fā)生泄漏，或者如果罐的上法蘭或頸部中的異常產(chǎn)生對氣體控針的不良密封，那么比起非此種情況來，模具腔內(nèi)的壓力將在模具室46中下降得快得多。壓力監(jiān)控器69將感知這種情況，并將向操作者指示該罐體可能出現(xiàn)裂縫。
在鋼罐的情況下，可以使模具室內(nèi)的壓力足夠高，以使罐體形成(例如)一種波紋式圖案，其中在容器上形成多個(gè)圓周形凸條。
圖7和9中公開一種制造其形狀具有特色的金屬罐體的第二方法和設(shè)備，該形狀增強(qiáng)了罐體對顧客的視覺形象。圖8和9表示第三實(shí)施例。按照第二和第三實(shí)施例，通過下列程序制造一個(gè)具有特色形狀的金屬罐體，就是提供一個(gè)罐體坯料如圖1中所示的罐體坯料10，該坯料具有直徑基本上恒定的側(cè)壁12，然后沿徑向在選定的區(qū)域中按選定量使罐體坯料10變形，以得到一個(gè)沿徑向修整而仍然對其入口對稱的中間罐體74，然后在中間罐體74上疊加一個(gè)預(yù)選的機(jī)械變形的圖案?，F(xiàn)在描述本發(fā)明的第二實(shí)施例，一個(gè)在該工藝領(lǐng)域中熟知的那種類型的壓凸緣設(shè)備62包括一個(gè)砧66和一個(gè)壓凸緣工具64。壓凸緣設(shè)備62用于使罐體坯料10沿徑向變形為圖9中所示的沿徑向修整的中間罐體74。如可在圖9中看到的，中間罐體74上沒有帶軸向成分的變形，并且基本上成圍繞罐體74入口的圓筒形。然后利用壓花工具76將預(yù)先選定的機(jī)械變形圖案(在此情況下為凸條和槽)疊加在中間罐體上，使得可以產(chǎn)生一個(gè)圖2所示的那種類型的成形罐20。
在圖8和9所示的第三實(shí)施例中，使用旋壓裝置68使罐體坯料10的圓筒形側(cè)壁12沿徑向變形為中間罐體74。如該工藝中熟知的，旋壓裝置68包括一個(gè)心軸70和一個(gè)與心軸70對置的成形輥72。在該過程后，最好以與上述相同的方式在如此成形的中間罐體74上進(jìn)行圖9中所示的壓花步驟。
代替圖9中所示的壓花步驟的另一辦法是，由圖7或圖8中所示方法生產(chǎn)的中間罐體74可以替換地安置在圖3-5中所示的那種類型的氣動膨脹壓模或模具裝置40中。然后中間罐體74以上述相同方式膨脹，以便得到成形罐20。
在上述第二和第三方法中，罐體坯料10在干燥過程中也最好用熱源18部分退火，但最好退火程度比所述第一實(shí)施例小些。最好是，上述第二和第三方法的退火在約375華氏度(約190攝氏度)至約425華氏度(約218攝氏度)之間的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。參照圖7和8所述的方法因此需要的退火低于前述實(shí)施例所述的方法，意味著在給定的重量或壁厚度下可以使成形罐20的強(qiáng)度更大，或者相對于用所述第一方法生產(chǎn)的罐可以減小成形罐20的重量。但是第二和第三方法的缺點(diǎn)包括更多的機(jī)械加工和更大的機(jī)械復(fù)雜性，以及由于附加的機(jī)械處理和操作而在罐上產(chǎn)生更多的磨損和撕裂、損壞與可能毀壞裝飾物。
但是，可以理解，雖然上面的描述中已經(jīng)提出了本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的功能，但公開內(nèi)容僅是例示性的，在通過附錄的權(quán)利要求書所述條款的廣泛普遍意義充分表明的發(fā)明原理范圍內(nèi)，細(xì)節(jié)可以變化，特別是部件的形狀、尺寸和配置。或者是，例如，如拉制一再拉制工藝、拉制-變薄-再拉制工藝或三件式焊接或粘結(jié)制造工藝。
權(quán)利要求
1.一種制造具有特色形狀以便提高顧客視覺形像的金屬罐體的方法，包括下列步驟(a)提供罐體坯料；(b)提供一個(gè)模具裝置，該模具裝置具有至少一個(gè)限定模具腔的模具壁，該模具腔符合所要罐體的最終形狀，所述模具裝置由多于一個(gè)部件構(gòu)成，在操作期間至少其中一個(gè)所述部件可以沿基本上平行于罐體坯料軸線的方向向另一部件移動，所述模具壁包括向內(nèi)伸出的部分和向外伸出的部分；(c)將所述罐體坯料安置在所述模具腔內(nèi)，以便利用所述模具壁的向內(nèi)伸出部分預(yù)壓縮罐體坯料；(d)將一種增壓流體供給到所述模具腔中，使得所述罐體坯料受壓力而緊靠所述模具壁，使所述罐體坯料呈現(xiàn)所要罐體的最終形狀，步驟(c)中完成的所述預(yù)壓縮盡可能減少了為得到罐體最終形狀所需的向外變形量；以及(e)基本上與步驟(d)同時(shí)地，使至少其中一個(gè)所述模具部件沿軸向向另一部件移動。
2.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述罐體坯料由鋁制成，還包括下列步驟在步驟(c)之前使所述罐體坯料至少部分退火，以使罐體坯料具有足夠延性以便加工成所需形狀，由此，步驟(c)中減少為達(dá)到所需位置而必需的向外膨脹量的預(yù)壓縮也減小了允許此種膨脹所需的退火程度，從而保持盡可能大的強(qiáng)度和韌性。
3.一種如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述部分退火步驟是在約375華氏度(190.5℃)至約550華氏度(288℃)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。
4.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(c)中進(jìn)行預(yù)壓縮，使所述罐體坯料的側(cè)壁沿徑向向內(nèi)偏移一個(gè)約0.1至約1.5毫米范圍內(nèi)的距離。
5.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(d)中的所述流體的引入使所述罐體坯料的側(cè)壁沿徑向向外偏移一個(gè)范圍為約0.1至約5.0毫米內(nèi)的距離。
6.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(c)中所述側(cè)壁的向內(nèi)偏移大約為步驟(d)中產(chǎn)生的向外偏移的三分之一。
7.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其中，模具裝置包括三個(gè)部件，其中步驟(e)包括將該三個(gè)部件中的至少兩個(gè)部件向著第三部件從第一位置移向第二位置，在該第一位置中這些部件被通到模具腔中的間隙互相隔開，而在該第二位置中這些模具部件之間的間隙尺寸縮小而仍然通到模具腔中。
8.一種如權(quán)利要求7所述的方法，其中，步驟(e)還包括將間隙設(shè)置在罐體坯料的最大膨脹的點(diǎn)上。
9.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(e)包括將一個(gè)軸向力施加在罐體坯料上，它足以在步驟(d)期間對罐體坯料的側(cè)壁施加一凈壓力。
10.一種如權(quán)利要求1所述的方法，還包括用步驟(e)中施加的軸向力平衡在步驟(d)中由增壓流體施加的力。
11.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述罐體坯料有一個(gè)直徑基本恒定的側(cè)壁。
12.一種用于制造具有特色形狀以便提高顧客視覺形像的金屬罐體的設(shè)備，包括制造罐體坯料用的機(jī)構(gòu)；模制機(jī)構(gòu)，包括一個(gè)模具裝置，該模具裝置具有至少一個(gè)限定模具腔的模具壁，該模具腔符合所要罐體的最終形狀，所述模具壁包括向內(nèi)伸出的部分和向外伸出的部分，所述模具裝置由多于一個(gè)部件制成，在操作期間至少其中一個(gè)所述部件可以沿基本上平行于罐體坯料的軸線的方向向另一部件移動；安置機(jī)構(gòu)，用于將所述罐體坯料安置在所述模具腔內(nèi)，以便利用所述模具壁的向內(nèi)伸出的部分預(yù)壓縮所述罐體坯料；流體供給機(jī)構(gòu)，用于將一種增壓流體供給到所述模具腔中，使得所述罐體坯料受壓力而緊靠所述模具壁，使所述罐體坯料呈現(xiàn)所要罐體的最終形狀，所述預(yù)壓縮盡可能減少了為獲得罐體最終形狀所需的向外變形量；以及軸向減縮機(jī)構(gòu)，用于沿軸向向著另一部件移動至少其中一個(gè)所述模具部件。
13.一種如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述模制機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成使所述罐體坯料的所述側(cè)壁沿徑向向內(nèi)偏移一個(gè)范圍在約0.1至約1.5毫米內(nèi)的距離。
14.一種如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述模制機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成使所述罐體坯料的所述側(cè)壁沿徑向向外偏移一個(gè)范圍在約0.1至約5.0毫米內(nèi)的距離。
15.一種如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述模制機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成使所述側(cè)壁偏移大約為增壓期間產(chǎn)生的向外偏移的三分之一。
16.一種如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述軸向減縮機(jī)構(gòu)包括所述模制機(jī)構(gòu)，該模制機(jī)構(gòu)有三個(gè)限定所述模具腔的部件和用于將所述三個(gè)部件中的至少兩個(gè)部件向著第三部件從第一位置移向第二位置，在該第一位置中這些部件被通到模具腔中的間隙互相隔開，而在該第二位置中這些模具部件之間的間隙尺寸縮小而仍然通到模具腔中。
17.一種如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，模具中的間隙被設(shè)置在容器的最大膨脹的點(diǎn)上。
18.一種如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述軸向減縮機(jī)構(gòu)包括將一個(gè)軸向力施加在罐體坯料上，它足以在膨脹期間對罐體坯料的側(cè)壁施加一凈壓力。
19.一種如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述軸向減縮機(jī)構(gòu)被構(gòu)造和配置成平衡一個(gè)由所述流體供給機(jī)構(gòu)施加在容器坯料上的力。
20.一種如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，還包括一個(gè)用于供給所述流體供給機(jī)構(gòu)和所述軸向壓縮機(jī)構(gòu)兩者的單獨(dú)的增壓流體管線。
21.一種如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，還包括用于使所述罐體坯料至少部分退火的機(jī)構(gòu)，以使罐體坯料具有足夠延性以便加工成所需形狀。
22.一種如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述部分退火機(jī)構(gòu)被構(gòu)造和配置成在約375華氏度(190.5℃)至約550華氏度(288℃)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行退火。
23.一種制造具有特色形狀以便提高顧客視覺形像的金屬罐體的方法，包括下列步驟(a)提供罐體坯料；(b)提供一個(gè)模具裝置，該模具裝置具有至少一個(gè)限定模具腔的模具壁，該模具腔符合所要罐體的最終形狀，所述模具壁包括向內(nèi)伸出部分和向外伸出部分；(c)將所述罐體坯料安置在所述模具腔內(nèi)，以便利用所述模具壁的向內(nèi)伸出部分預(yù)壓縮罐體坯料；以及(d)將一種增壓流體供給到所述模具腔中，使得所述罐體坯料受壓力而緊靠所述模具壁，使所述罐體坯料具有所要罐體的最終形狀，步驟(c)中進(jìn)行的所述預(yù)壓縮盡可能減少了為得到罐體最終形狀所需的向外變形量。
24.一種如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述罐體坯料用鋁制成，還包括下列步驟在步驟(c)之前使所述罐體坯料至少部分退火，以使罐體坯料具有足夠延性以便加工成所需形狀，由此，步驟(c)中減少為達(dá)到所需位置而必需的向外膨脹量的預(yù)壓縮也減小了允許此種膨脹所需的退火程度，從而保持盡可能大的強(qiáng)度和韌性。
25.一種如權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述部分退火步驟是在約375華氏度(190.5℃)至約550華氏度(228℃)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。
26.一種如權(quán)利要求23所述的方法，其中，步驟(c)中的所述預(yù)壓縮使所述罐體坯料的側(cè)壁沿徑向向內(nèi)偏移一個(gè)范圍在約0.1至約1.5毫米內(nèi)的距離。
27.一種如權(quán)利要求23所述的方法，其中，步驟(d)中所述流體的引入使所述罐體坯料的側(cè)壁沿徑向向外偏移一個(gè)范圍在約0.1至約5.0毫米內(nèi)的距離。
28.一種如權(quán)利要求23所述的方法，其中，步驟(c)中的所述側(cè)壁的向內(nèi)偏移大約為步驟(d)中產(chǎn)生的向外偏移的三分之一。
29.一種用于制造具有特色形狀以便提高顧客視覺形象的金屬罐體的設(shè)備，包括制造罐體坯料用的機(jī)構(gòu)；模制機(jī)構(gòu)，包括一個(gè)模具裝置，該模具裝置具有至少一個(gè)限定模具腔的模具壁，該模具腔符合所要罐體的最終形狀，所述模具壁包括向內(nèi)伸出的部分和向外伸出的部分；安置機(jī)構(gòu)，用于將所述罐體坯料安置在所述模具腔內(nèi)，以便利用所述模具壁的向內(nèi)伸出部分預(yù)壓縮所述罐體坯料；流體供給機(jī)構(gòu)，用于將一種增壓流體供給到所述模具腔中，使得所述罐體坯料受壓力而緊靠所述模具壁，使所述罐體坯料呈所要罐體的最終形狀，所述預(yù)壓縮盡可能減少了為得到罐體最終形狀所需的向外變形量。
30.一種如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其中，所述模制機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成使所述罐體坯料的側(cè)壁沿徑向向內(nèi)偏移一個(gè)范圍在約0.1至約1.5毫米的內(nèi)距離。
31.一種如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其中，所述模制機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成使所述罐體坯料的側(cè)壁沿徑向向外偏移一個(gè)范圍在約0.1至約5.0毫米內(nèi)的距離。
32.一種如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其中，所述模制機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成使所述側(cè)壁偏移大約為增壓期間產(chǎn)生的向外偏移的三分之一。
33.一種如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中，所述罐體坯料用鋁制成，還包括用于在將罐體坯料安置于所述模制機(jī)構(gòu)中之前使所述罐體坯料至少部分退火的機(jī)構(gòu)。
34.一種如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中，所述部分退火機(jī)構(gòu)用于在約375華氏度(190.5℃)至約550華氏度(288℃)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行部分退火。
35.一種如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其中，所述部分退火機(jī)構(gòu)用于在約450華氏度(232℃)至約500華氏度(260℃)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行部分退火。
全文摘要
一種制造具有特色形狀以便提高顧客視覺形像的金屬罐體(24)的方法,一個(gè)實(shí)施例包括的步驟有:提供側(cè)壁直徑基本恒定的罐體坯料(10);提供有至少一個(gè)模具壁(46)的模具裝置(38),該模具壁(46)形成符合罐體(24)的所要最終形狀的模具腔;將罐體坯料(10)安置在模具腔(46)內(nèi);以及將一種增壓流體供給到所述模具腔中,使得罐體坯料(10)受壓力而緊靠模具壁(46),使罐體坯料(10)具有罐體(24)的所要最終形狀。在模制容器期間最好在罐體坯料上施加軸向壓力以減小內(nèi)應(yīng)力。第二實(shí)施例包括的步驟有:在選定區(qū)域使罐體坯料沿徑向變形選定的量,以得到沿徑向變化的中間罐體,但仍對其軸線對稱;以及在該中間罐體上疊加具有軸向分量的預(yù)選的機(jī)械變形圖案。同時(shí)公開有關(guān)設(shè)備和工藝。
文檔編號B21D26/00GK1202843SQ96198572
公開日1998年12月23日 申請日期1996年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月2日
發(fā)明者M·W·哈特曼, Z·W·索雷, J·J·唐, A·A·阿施伯格, M·R·高高拉, W·O·伊維納, R·J·特恩卡, R·O·瓦勒, R·A·溫勒斯, R·M·O·高爾丁, D·A·哈維 申請人:皇冠塞及密封技術(shù)公司