低延度金属细长瓶和生产方法与流程

本公开涉及一种金属细长瓶和其生产方法，并且特别地涉及一种细长的低延度铝瓶和其生产方法。

背景技术：

饮料容器常常由金属薄板制成，这归因于金属薄板材料的结实的结构、低重量和良好的热导率。例如，铝罐在饮料工业中比较流行并且由铝薄板卷制成，铝薄板卷被切割、拉深、成型、修剪并且涂布以形成圆柱形容器。圆柱形容器然后被填充饮料并且利用单次使用的盖子密封。

近来，金属薄板材料也曾用来形成铝瓶形容器，其具有窄颈部和开口端，开口端带有螺纹以用来接纳帽或者包括压接的皇冠盖。铝瓶的窄颈部和纤细形状使得握持瓶的饮用者更舒适并且也提供美观的视觉外观。然而，当瓶成型时，铝瓶的细长形状的主体和窄颈部需要原始铝薄板材料增加的塑性变形。当与铝罐制造相比时，铝薄板的增加的变形导致增加的制造缺陷和更高的次品率。

技术实现要素：

本发明提出了一种低延度金属细长瓶和其生产方法。如在下文中更详细地描述，与使用传统铝罐材料和制造方法制成的铝瓶相比，低延度金属瓶和其生产方法导致降低的次品率。低延度金属细长瓶由低延度金属形成并且包括细长主体形状和窄颈部。低延度金属具有在对应于金属薄板的屈服应力的屈服状态与对应于金属薄板的极限拉伸应力的极限拉伸状态之间的低延度。

在一具体方面，金属薄板的延度(译者注：spread，也可意译成“屈强差”)等于屈服应力与极限拉伸应力之间的算术差。举例而言，在某些实施例中，在金属薄板的屈服应力与极限拉伸应力之间的差为约22.4MPa或3.25ksi。在某些实施例中，金属薄板的屈服应力为约200MPa或29ksi。

在另一方面，描述了一种制造细长瓶的方法，其包括提供一片金属薄板，金属薄板具有在屈服状态与极限拉伸状态之间的低延度。屈服状态对应于金属薄板的屈服应力，并且极限拉伸状态对应于金属薄板的极限拉伸应力。这片金属薄板被成型为圆形杯。圆形杯被拉深为圆柱形容器，圆柱形容器具有开口端和闭合端。圆柱形容器的闭合端被成型为凹入底部。圆柱形容器的开口端缩窄为颈部。

在一具体方面，该方法还包括在将开口端缩窄为颈部之前，将开口端修剪为直线。

在另一具体方面，将圆柱形容器的开口端缩窄为颈部还包括在开口端附近施加垂直于中心容器的圆柱形轴线的压力。

在又一具体方面，该方法包括将涂料层施加到细长瓶的外表面上。将透明密封层进一步施加到涂料层上。

在一具体方面，该方法还包括将密封薄膜施加到细长瓶的内表面上。

在另一具体方面，金属薄板的延度是在金属薄板的屈服应力与极限拉伸应力之间的算术差。在某些实施例中，延度在约22.4MPa或3.25ksi内。

在另一方面，描述了一种细长瓶，其包括由金属薄板形成的主体，其中金属薄板形成的主体的金属薄板具有在对应于金属薄板的屈服应力的屈服状态与对应于金属薄板的极限拉伸应力的极限拉伸状态之间的低延度。主体还包括具有圆形周边的凹入底部和从底部的圆形周边延伸的圆柱形部分。在某些实施例中，圆柱形部分具有均匀直径。瓶还包括颈部，颈部具有从圆柱形部分的均匀直径减小的变化的直径以形成锥形轮廓。瓶还包括开口。

在某些实施例中，在金属薄板的屈服应力与极限拉伸应力之间的算术差在约21MPa或3.05ksi至约23.1MPa或3.35ksi之间。

在其它实施例中，在金属薄板的屈服应力与极限拉伸应力之间的算术差在约21.4MPa或3.1ksi至约22.8MPa或3.3ksi之间。

在其它实施例中，在金属薄板的屈服应力与极限拉伸应力之间的算术差为约22.1MPa或3.2ksi。

在另外的实施例中，金属薄板的屈服应力在约196.5MPa或28.5ksi至约217.2MPa或31.5ksi之间。

在另一实施例中，金属薄板的屈服应力在约29ksi至约31ksi之间。

在又一实施例中，屈服应力为约29.8ksi。

在某些实施例中，瓶的圆柱形部分具有在约114mm或4.490”至约162mm或6.381”之间的长度。

在其它实施例中，圆柱形部分具有约162mm的长度。

在另外的实施例中，瓶具有在约190mm至约238mm之间的总长度。

在另一实施例中，瓶具有约238mm的总长度。

在某些实施例中，瓶的颈部包括螺纹部分。

在其它实施例中，颈部的螺纹部分包括折叠凸缘。

在某些实施例中，瓶包括螺旋帽，螺纹帽可与螺纹部分联接。

在另一方面，描述了一种制造细长瓶的方法，其包括：提供金属薄板，其具有在对应于金属薄板的屈服应力的屈服状态与对应于金属薄板的极限拉伸应力的极限拉伸状态之间的低延度。该方法包括：将金属薄板成型为圆形杯；将圆形杯拉深并且变薄为圆柱形容器，圆柱形容器具有开口端和闭合端。该方法还包括：将圆柱形容器的闭合端成型为凹入底部；以及，切割圆柱形容器的开口端。该方法还包括：将圆柱形容器的开口端成型为颈部。

在某些实施例中，该方法包括：将容器成型为具有约127mm或5”至约254mm或10”之间的总长度。

在其它实施例中，该方法包括：将容器成型为具有约238mm的总长度。

在一些其它实施例中，在薄板的屈服应力与极限拉伸应力之间的算术差为约22.4MPa或3.2ksi。

在另一方面，提供一种制造饮料瓶的方法，其包括：将金属薄板成型为圆形杯；其中金属薄板具有在对应于金属薄板的屈服应力的屈服状态与对应于金属薄板的极限拉伸应力的极限拉伸状态之间的低延度。在金属薄板的屈服应力与极限拉伸应力之间的算术差为约22MPa或3.2ksi并且屈服应力为约205.5MPa或29.8ksi。该方法还包括：将圆形杯拉深并且变薄为圆柱形容器，圆柱形容器具有开口端和闭合端。该方法还包括：将圆柱形容器的闭合端成型为凹入底部；以及切割圆柱形容器的开口端。该方法还包括：将圆柱形容器的开口端缩窄为颈部；以及向外折叠开口端的边缘以形成凸缘。在某些实施例中，瓶具有约238mm的总长度。

在其它实施例中，该方法包括：相对于容器的主体部分以大约45度的角度形成肩部。

当结合附图理解时，通过下文的详细描述，其它方面、特点和优点将变得显然，附图是本公开的部分并且其以举例说明的方式示出了本公开的原理。

附图说明

图1是根据本公开的低延度金属制成的细长瓶的实施例的示意图。

图2A和图2B是用来制造图1所示的细长瓶的低延度金属的应力-应变关系的曲线图。

图3是用于密封图1的细长瓶的帽的示意图。

图4是用于生产图1的细长瓶的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

金属细长瓶具有优于传统罐形容器的许多优点(如在背景中简要地讨论)。然而，在制造期间，由于瓶更复杂的几何形状和瓶的细长形状和更窄颈部所需的更高塑性变形，细长瓶的次品率可能高于传统罐的次品率。例如，由于诸如过度金属膨胀和卷边裂开(brim roll splitting)等缺陷，在金属瓶生产中的次品率可以在约5％至约95％的范围。

在先前认为在用来形成铝容器的铝薄板的屈服应力与极限拉伸应力之间的宽延度将通过允许增加操作范围用于金属成型性质而提供更低的次品率。然而，发现诸如3104系列铝的铝薄板的低延度，即在屈服应力与极限拉伸应力之间的低差值却能在高生产速度下提供较低的次品率。此外，业已发现对金属进行特殊的成型后热处理，结合利用低延度金属，还有助于减少制造缺陷。例如，在某些实施例中，由低延度金属形成的杯在向杯施加了装饰性印刷涂层后被热处理，以干燥装饰性印刷。杯然后被缩颈和形成螺纹，并且卷边(brim roll)被施加到瓶开口上。在某些实施例中，对金属进行热处理以及利用低延度金属避免了大量加工硬化，允许以高生产速度和低缺陷率进行缩颈、形成螺纹和卷边轧制。

本公开提出了一种低延度金属的细长瓶和生产方法，其用来减少与生产铝瓶相关联的次品率。在某些实施例中，本文所描述的生产方法也允许生产比先前可提供的铝瓶更高的细长瓶。在某些实施例中，本文所描述的方法也允许比先前可提供的更薄的侧壁厚度和因此更少的铝材料使用。另外，所公开的过程和设备可以用于形成利用非低延度金属不太可能形成的复杂瓶形状。

图1是由低延度金属薄板101制成的细长瓶100的示意图。细长瓶100可以使用“拉深和变薄”制造方法用低延度金属薄板101的卷来批量生产。在某些实施例中，为了更厚的壁厚，也可以将冲击挤压方法用于具有类似物理性质的金属块(slug)。低延度金属薄板101是经过热处理和化学处理的铝合金，其具有在对应于金属薄板101的屈服应力的屈服状态与对应于金属薄板101的极限拉伸应力的极限拉伸状态之间的低延度(即，算术差)。

图1所示的细长瓶100是使用低延度金属制成的瓶100的示例并且其它几何形状、设计和变型也是可能的。细长瓶100包括凹入底部115、圆柱形部分110和带有螺纹部分120的颈部105。底部115包括圆形周边117。底部115的凹入形状向包含于其中的加压饮料流体提供结构支承。底部115由金属薄板101的中央部分构成并且构成闭合端。圆柱形部分110从圆形周边117延伸并且具有均匀直径112。在生产期间，圆柱形部分110被拉伸并且变薄到略微超过瓶100高度的长度。在某些实施例中，圆柱形部分110具有在约0.213mm或0.0084”至约0.239mm或0.0094”之间的壁厚。在其它实施例中，圆柱形部分110具有约0.165mm或0.0065”的壁厚。

颈部105形成于瓶100的开口端191附近。颈部105具有从圆柱形部分110的均匀直径112减小的变化的直径。变化的直径形成锥形轮廓107，锥形轮廓107使颈部105朝向开口123逐渐缩小。在某些实施例中，颈部105的肩部111相对于圆柱形部分110以约45度的角度延伸。在某些实施例中，颈部105的顶颈部113相对于瓶100的中心线103以约6度的角度延伸。在某些实施例中，颈部105的顶颈部113相对于瓶100的中心线103以约5.75度的角度延伸。

颈部105包括螺纹部分120，螺纹部分120具有在螺纹部分120的外表面上暴露的一个或多个螺纹122。螺纹122允许螺纹帽300(图3)闭合并且密封开口123。在某些实施例中，螺纹部分120还包括折叠的凸缘125，折叠的凸缘125从开口123向外折叠以在从瓶100饮用饮料时形成安全地接触。

在某些实施例中，印刷标记118施加到瓶100的外表面上。印刷标记118还可以利用涂敷到瓶100的外表面上的无色或透明涂层119密封。内涂层130可以涂敷到细长瓶100的内表面以分隔饮料与金属薄板101。

在某些实施例中，瓶100的圆柱形部分110具有在约114mm或4.490”至约162mm或6.381”之间的高度。在某些实施例中，圆柱形部分110具有在约120mm或4.7244”至约155mm或6.1024”之间的高度。在其它实施例中，圆柱形部分110具有约162mm或6.3779”的高度。在某些实施例中，瓶100具有约190mm或7.48”至约238mm或9.37”之间的总高度。在其它实施例中，瓶100具有约200mm或7.874”至约220mm或8.661”之间的总高度。在其它实施例中，瓶100具有高达约762mm或30”的总高度。如在下文中更详细地描述，由于高缺陷率，这个高度的瓶在先前难以以高生产率在一致的基础上形成。例如，在使较高容器成型中所涉及的对金属增加的冷加工量会导致金属变得更脆，造成增加的制造缺陷率。已发现使用低延度金属以及进行热处理可允许以高速度和低缺陷率来形成瓶形容器。本公开允许以高生产速度和低缺陷率一致地生产总高度约238mm(9.37”)或更高的瓶100。

图2A和图2B示出了低延度金属薄板210与非低延度金属薄板220的示例应力-应变关系的实施例。图2A和图2B是出于说明目的并且具有其它应力-应变关系的其它材料也在本公开的范围内。现具体地参考图2A，低延度金属薄板的应力-应变曲线在210示出并且非低延度金属薄板的应力-应变曲线在220示出。图2A的水平轴线示出了应变变量( )并且竖直轴线示出了应力变量( )。由曲线210和220所表示的两种不同金属具有以数字215所示的相同弹性模量(E)和以数字202示出的相同屈服应力(y)。如由曲线210和20所示，屈服应力202对应于应变222和(屈服应力，应变)或者(y,1)，限定在应力-应变关系与从(0.2,0)以弹性模量(E)为斜率延伸的直线的交点处，其中0.2＝0.002。低延度金属210的极限拉伸应力由以数字204示出的uL表示并且非低延度金属220的极限拉伸应力由以数字206示出的uN表示。在此示例中，uL和uN都对应于以数字224示出的相同极限拉伸应变T。在图2A中示出的示例中，为了易于比较，yL＝yN＝y。yL和yN的实际值可以不同。同样，极限拉伸应变T也可以具有用于低延度金属210和非低延度金属220的相应值。对于相同合金，uL和uN可以根据热处理、合金元素的变化、化学处理或者对金属晶体结构的其它改变而不同。

如图2A所示，在低延度金属210的屈服应力与极限拉伸应力之间的差小于在非低延度金属的屈服应力与极限拉伸应力之间的差，使得uL–yL<uN–yN。在低延度金属薄板210的极限拉伸应力uL与屈服应力yL之间的差(即，延度)显著小于非低延度金属薄板220的极限拉伸应力uN与屈服应力yN之间的差。在某些实施例中，例如，低延度金属薄板210具有约227.53MPa或33ksi的极限拉伸应力和约205.46MPa或29.8ksi的屈服应力，并且典型非低延度金属薄板具有约268.9-317.2MPa或39-46ksi的极限拉伸应力和约241-289.6MPa或35-42ksi的屈服应力。

在某些实施例中，低延度铝薄板材料的极限拉伸应力在约213.7MPa或31ksi至约241.3MPa或35ksi之间。在某些实施例中，铝薄板材料的极限拉伸应力为约227.5MPa或33ksi。在某些实施例中，铝薄板材料的屈服应力在约196.5MPa或28.5ksi至约217.2MPa或31.5ksi之间。在其它实施例中，屈服应力为约205.5MPa或29.8ksi。已发现低于约193MPa或28ksi的屈服应力可能导致瓶100的抗弯强度损失。在某些实施例中，在低延度金属的屈服应力与极限拉伸应力之间的算术差在约21MPa或3.05ksi至约23.1MPa或3.35ksi之间。在其它实施例中，在低延度金属中的屈服应力与极限拉伸应力之间的算术差为在约21.4MPa或3.1ksi至约22.1MPa或3.2ksi之间。在某些实施例中，在低延度金属中的屈服应力与极限拉伸应力之间的算术差为约22.4MPa或3.25ksi。在某些实施例中，例如，低延度金属210可以具有屈服应力y＝200MPa(或29ksi)和拉伸应力uL＝222.4MPa(或32.25ksi)。因此，低延度uL–Y在约22.4MPa(or3.25ksi)内。如上文所解释，在非低延度金属中在屈服应力与极限拉伸应力之间的算术差通常为约255.1MPa或37ksi。

在变形期间，低延度金属薄板210可实现的最大塑性变形为以数字233示出的L，其中T-L是弹性应变。同样，非低延度金属薄板220的最大塑性变形是以数字231示出的N，其中T-N是弹性应变。因为uN大于uL，并且两种金属210和220可以具有相同弹性模量E 215，可实现的塑性变形L 233大于N 231。因此，发现低延度金属210能在高速金属瓶生产期间耐受比非低延度金属220更大的塑性变形。此外，已发现在低延度金属中在L 233与N 231之间的差可通过减小瓶的撕裂和缺陷而减小次品率。在某些实施例中，例如，与利用非低延度材料的约10％至约60％的缺陷率相比，具有约3.2ksi的延度的低延度金属以每分钟约1200个瓶的速率生产瓶100，只有约3％的缺陷率。延度

在先前认为在用于形成罐和瓶的金属薄板的屈服应力与极限拉伸应力之间的低延度将增加缺陷率和减缓生产。具体而言，在先前认为需要较宽延度来提供增加的操作范围以用于金属成型性质。然而，发现具有在屈服应力与极限拉伸应力之间的低延度的金属薄板特别适合于以高速形成细长铝瓶。

图2B示出了比较低延度金属薄板260与非低延度金属薄板270的应力-应变曲线的第二示例集合。类似于图2A，图2B的水平轴线示出了应变变量( )并且竖直轴线示出了应变变量( )。两种不同的金属260和270可以具有相同弹性模量E 215和相同的屈服应力y 252。y 252对应于应变1 272，其中(1,y)限定在应力-应变关系与从(0.2,0)以E 265的斜率延伸的直线之间的交点处，其中0.2＝0.002。低延度金属260的极限拉伸应力为uL 254，而非低延度金属270的极限拉伸应力为uN 256。uL 254对应于极限拉伸应变uL 275，而uN 256对应于极限拉伸应变uN 285。在图2B所示的示例中，yL＝yN＝y，尽管如上文所解释，这些值可能不同。

如上文所描述，低延度金属薄板260具有比非低延度金属薄板270更低的延度，或者，换言之，uL–yL<uN–yN。在图2B所示的示例中，下极限拉伸强度uL 254对应于比uN 285更大的极限拉伸应变uL 275，即，uL>uN。在变形期间，低延度金属薄板260可实现的最大塑性变形为L 273，其中uL-L是弹性应变。同样，非低延度金属薄板270的最大塑性变形为N 283，其中uN-N是弹性应变。因为uN大于uL，并且两种金属210和220具有相同弹性模量E 215，弹性变形部分(uN-N)大于(uL-L)。而且，L大于N。因此，已发现低延度金属260在高生产率下能耐受比非低延度金属270显著更大的塑性变形。还发现在L 273与N 283之间的差能通过提供更高的应变值L用于塑性变形而有助于在生产期间减小次品率。还发现宽延度并非必需的，因为这些预先成型的容器能一致地成型，而没有制造缺陷。实际上，发现较宽延度增加了与颈部和螺纹形成有关的制造缺陷率。

图3是用于密封图1的细长瓶100的帽300的示意图。帽300包括对应于瓶100的螺旋螺纹122的螺旋螺纹310。螺旋螺纹310能接合螺纹部分120以密封细长瓶100。在某些实施方式中，帽300可以由金属、塑料或其它合适材料制成。帽300也可以包括表示帽300已经打开一次的部件，诸如在帽300的底边缘处的可破裂的带。

图4是用来生产图1的细长瓶100的方法的流程图400。在步骤402，提供低延度金属薄板用于制造细长瓶100。该低延度金属薄板具有在对应于金属薄板的屈服应力的屈服状态与对应于金属薄板的极限拉伸应力的极限拉伸状态之间的低延度。在某些实施例中，金属薄板的低延度等于在屈服应力与极限拉伸应力之间的算术差。例如，在某些实施例中，在低延度金属的屈服应力与极限拉伸应力之间的算术差为约22.4MPa或3.25ksi。

在步骤404，金属薄板被成型为杯。然后在步骤406将杯拉深为圆柱形容器。该圆柱形容器具有开口端和闭合端。在步骤408，凹入底部形成于圆柱形容器的闭合端。在某些实施例中，在使开口端缩窄为颈部之前，将开口端修剪为直边缘。在步骤410，装饰涂层和密封物施加到杯上。在某些实施例中，涂料层涂敷到细长瓶100的外表面上并且透明密封物119层可以进一步涂敷到涂料层上。密封物薄膜130可以施加到细长瓶100的内表面上以用来分隔饮料与金属薄板。在步骤412，圆柱形容器可以经受热处理或者移除在先前步骤发生的加工硬化效果中的某些或全部，并且对施加到帽上的装饰性涂层或密封物进行干燥。在步骤414，颈部形成于圆柱形容器100的开口123附近。颈部105可以在缩颈操作中成型并且可以具有形成缩窄的锥形轮廓107的变化的直径。

在步骤416，通过使颈部105的一部分变形或凹进以形成一个或多个螺纹122而使螺纹部分120形成于颈部105上。螺纹122在细长瓶100的外表面上暴露。在418，使在开口123的边缘处的凸缘125向外折叠以提供倒圆的边沿。

在某些实施例中，在步骤412期间的温度设置点和循环持续时间被配置成使施加到瓶上的任何装饰性涂层固化并且使金属热恢复。例如，涂布的瓶100可以通过洗涤烘干炉(washer dry-off oven)、销式炉和烤炉。在某些实施例中，涂布的瓶100可以以约5-17ft/min行进通过在约275-500°F的洗涤烘干炉。然后，涂布的瓶100能以约200-1500罐/分钟的速率行进通过约390-500F的销式炉。并且最后，涂布的瓶100可以以约12-22ft/min的最大速度通过烤炉。内侧炉温度可以在第一区域中为约290-340°F，在第二区域中为约410-500°F，并且在第三区域中为约400-500°F。

在不同实施例中，涂布的瓶100可以以约6-14ft/min行进通过在约280-350°F的洗涤器烘干炉。然后，涂布的瓶100可以以约400-1300罐/分钟的速率通过在约425-485°F的销式炉。并且，最后，涂布的瓶100可以以约14-20ft/min的最大速度通过烤炉。内侧炉温度可以在第一区域中为约300-330°F，在第二区域中为约450-490°F，并且在第三区域中为约440-490°F。

在某些其它实施例中，涂布的瓶100可以以约7-12ft/min行进通过在约300-320°F的洗涤烘干炉。然后，涂布的瓶100可以以约600-1200罐/分钟的速率通过在460-470°F的销式炉。最后，涂布的瓶100可以以约16-18ft/min的最大速度通过烤炉。内侧炉温度可以在第一区域中为约310-320°F，在第二区域中为约465-475°F，并且在第三区域中为约460-470°F。还发现，在某些实施例中，上述温度和行进速率使材料的至少某些加工硬化恢复，以允许低延度金属成型为具有颈部形状的部分的瓶形状，如上文所描述。

在某些实施例的前文的描述中，为了清楚起见，选择了具体术语。然而，本公开预期并不限于所选择的具体术语，并且应了解每个具体术语包括以类似方式操作以实现相似技术目的的其它技术等效物。在这种说明书中，词语“包括”应以其“开放”意义来理解，即，以“包含”的意义，并且因此并不限于其“闭合”意义，“闭合”意义是“仅由……组成”的意义。如果相对应的词语“包括”、“包含”和“具有”出现，相对应意义应认为是相对应的词语“包括”、“包含”和“具有”的属性。

此外，前文描述了本公开的某些实施例，并且在不偏离所公开的实施例的范围和精神的情况下能做出更改、修改、添加和/或变化，实施例只是说明性的而不是限制性的。

而且，本公开并不限于图示的实施方式，而是相反，意图涵盖包括于本公开的精神和范围内的各种修改和等效布置。而且，上文所描述的各种实施例可以与其它实施例组合地实施，例如，一个实施例的方面可以与另一实施例的方面组合来实现另外的实施例。另外，任何给定组件的每个独立特征或部件可以构成额外实施例。