专利名称：金属容器壳体成型的方法
技术领域：
本发明涉及一种金属容器壳体成形的方法，如用一块金属坯料压延成形容器壳体，并涉及利用本方法成形的容器壳体。更具体地说，它涉及一种方法，当在容器壳体中成形底廓时该方法将尽可能减少或避免金属皱折。
压延和冲薄一块金属板坯制造封装碳酸盐饮料用的薄壁罐体，这是众所周知的。同样众所周知的是，金属制造商、罐头制造商和碳酸盐饮料封装厂家已经有并继续有一个目标，那就是减轻容器的重量从而减少包装成本。减轻罐体和罐头的一种方法是模压一个底廓，它能够增强底壁承受因内压产生的膨胀。利用此方法，更薄的金属可以用于制造罐体从而减少重量和成本。美国专利3,905,507；4,099,475；4,151,927；4,177,746；4,294,373和5,105,953是涉及底廓及制造此底廓的方法的众多专利中的几个。
许多饮料罐头用的底廓包括一个从罐头侧壁的底部通常向内向下倾斜的环形部分和一个由该环形部分环绕的向内凸出的拱形部分。制造容器的金属越薄，在再压延和制造拱形的过程中，金属也就越易于在向内向下凸出的环壁中形成皱折。Clowes的美国专利4,685,322公开了一种减少皱折的方法，该法是在杯子底壁中模压一个向内(向上)的凸出环形封头，随后再压延成一个容器。Elert等的美国专利4,372,143提出了另一种解决方法，该方法包括适于模压拱的设备，以便当拱成形时用一个耐压环支承下斜的环壁。
另一个减轻罐重的方法是用一个直径更小的盖子封闭罐体。这种替代方案要求在罐体底廓的中央拱形也具有一个更小的横向直径，以便于罐头相互叠置，特别是在其上面叠置带小直径盖子的装满的罐头时。
需要一种改进的成形方法，它尽可能减少或避免在再压延罐头底部形状中形成皱折，特别是对于用薄金属板制成和有小横向直径的底部拱形的罐头。
本发明是一种用于将金属坯料压延和再压延以成形罐体的方法，该罐体具有一个包括通常从圆筒形罐体侧壁向内向下延伸的截头锥形环壁部分的底廓和一个由该环壁部分环绕的向内凸出的拱形部分。该方法可包括冲薄罐体的侧壁。本发明将一块金属坯料压延成一个杯状物，该杯状物具有一圆形凸台或环形凸出部，向内凸出或从底壁凸出。凸台具有一个位于底壁部分中的环壁，当杯状物再压延时该环壁将成形为底廓的截头锥壁。
本发明的优点在于在再压延过程中尽可能减少罐体底廓中的皱折；为罐体提供了一个底部形状，使得具有小直径盖子的满罐可以互相叠置；以及使用更薄的金属板制造罐体。本发明的另一个优点是可在罐体的底廓中模压一个具有较小横向直径的拱形而同时保持耐压存贮的能力。
图1A—1E是一组横向剖视图，表示根据本发明用铝板成形一个压延和冲薄的罐体的工艺程序。
图2是设备的横向剖视图，该设备用于根据本发明成形一个在其底壁有一个向内凸出的圆形凸台的压延的杯状物。
图3是设备的横向剖视图，该设备用于再压延和再成形图2所示的杯状物。
图4—6是与图3相似的局部剖视图，表示再压延和再成形的中间状态的杯状物。
图7是图3—6所示的冲模的横向剖视图，与一种典型的拱形模具相组合，用在压延和冲薄的罐体上成形底廓。
图8是与图7相似的横向剖视图，表示在罐体上成形端部过程的终止状态。
为了便于说明和图示，就制造一个压延和冲薄的饮料罐体而言来说明本发明；但显而易见，其应用不限于此。它也可以应用于一种制造没有冲薄的容器壳体如食品罐体的方法。方向“向上”或“向上地”和“向下”或“向下地”用于方便地说明一个处于直立位置而端部敞开面向上的杯状物或罐体。本专业的技术人员将会理解，这样的杯状物和罐体在其制造实践中可以有其它取向。术语“向内地”和“向外地”用于表示向着或离开一个杯状物或罐体的内部或是向着或离开一个杯状物或罐体的纵轴的方向。
在一种制造压延和冲薄的罐体的典型的生产方法中，从一张轻型金属板(如3004—H19型铝合金)切割或冲切出一张圆盘或坯料，然后将该坯料压延成杯状物。而后将杯状物输送到一个由冲床组成的壳体制造机，冲床可沿纵向移动并使杯状物挤压通过一个再压延的模具，然后通过同轴对中的冲薄环。当再压延的杯状物被挤压通过冲薄环时，侧壁被冲薄。在冲压行程的末端，一个底部成形模具与冲头配合在罐体的底壁中模压成形底廓。这个底廓的成形过程通常称为“拱起”。
通过实施本发明的一种方法，可以将更薄的金属板，例如厚度为0.229至0.254mm(0.009至0.010英寸)而不是0.295mm〔0.0116英寸〕的铝合金成形为一个罐体，这至少在罐体端壁部分中节省金属。本发明也可以成形具有横向直径更小的底部拱形的薄型金属罐体而皱折很少或无皱折。这便于通过能够叠置带有直径更小的盖子的装满的罐头而额外节省金属。
在本方法的实施中使用的铝合金可以是3000系列合金(如3004—H19)或其它成形性好的高强铝合金。本发明的方法也可以用于用钢板或其它金属板模压成形罐体。
图1表示根据本发明的一个罐体成形的工艺程序。首先从一张铝合金板切割出一张圆板或坯料10，圆板10再成形为杯状物12，在杯状物的底壁中模压成形一个环形的凸出部或凹台14，将杯状物12再压延为一个再压延的杯状物16，然后将再压延的杯状物冲薄和再成形为罐体18。图1的罐体18有一个压延和冲薄的侧壁20和一个具有耐压形状的底壁。底廓包括一个通常从侧壁20向内向下延伸的外截头锥壁部分24、一个向内凸出的拱形部分26和一个连接截头锥壁部分24和拱形部分26的弧形部分28。
切割坯料或圆板10并将圆板压延成杯状物12的第一步在本技术领域中是熟知的，因而此处不再示出。在用任何适当的压延方法成形杯状物12之后，如图2中所示，再成形杯状物的底壁而在底壁中模压一个向内凸出的凸台14。如此处所用，“凸台”指杯状物底部中的一个圆形凸出部。凸台14最好如图1所示地伸入杯状物12，但也可以从杯状物向下凸出。凸台14有一个环形壁15，该环形壁通常位于杯状物12的底壁部分中，它将成形为再压延杯状物1 6的向内和向下延伸的截头锥壁17和罐体18的截头锥形壁24。作为另一个参照点，设置环形壁15的最佳位置是在紧靠再压延、冲薄和成形底廓所用的冲模头的外部，这在下面参照图3—8说明。取决于其它物体中的工具构型，该环形壁15可以具有各种形状，如图2和3中所示的曲线形状或大体上为截头锥形。在本发明的实施中重要的是壁15的位置而不是它的形状。
图2表示在杯状物12的底壁中模压凹入的凸台14所用的装置。该装置包括一个最好与弹簧或压力机构一起弹性地安装在压机中的定位压力环30、一个胎模32、顶件34和可以移动的成形套筒36。套筒36在胎模32上压延杯状物并紧靠着压力环30成形杯状物中的凸台14。在完成成形操作而向上移动套筒时，顶件34从套筒36上脱下杯状物12。或者是，可以用一个没有示出的脱模环代替顶件34，脱模环可设置在成形套筒36的周围。虽然图1和2表示在现有的工序中凸台14是在不同的模具中压延杯状物12中成形的，但最佳的方法是在用于压延杯状物的同一压机和模具中成形凸台，从而免去一个各自分别成形的步骤。
在其底壁中具有凸台14的压延的杯状物12成形后，杯状物传送到一个再压延该杯状物的壳体制造机中，冲薄其侧壁并再成形其底壁。图3—8例示其操作程序。该壳体制造机有一个往返凸轮，该往返凸轮有一个冲薄用的冲压套筒40、一个冲薄用的冲头42和安装在其上面的再压延套筒44。凸轮将冲薄用的冲压套筒40、冲头42和再压延套筒44移入杯状物12内并利用冲薄冲模和再压延套筒带动杯状物直到杯状物和再压延套筒紧靠再压延模具46。而后冲薄冲压套筒40和冲头42使杯状物移动通过再压延模具46并相继再通过未图示的一系列常规的冲薄环。冲头42有一个凹进的中心或中空端部，允许在凸轮冲程终止时在罐体的端部中模压成拱形(图8)。冲头42在其沿轴向凸出的头部54上也有一个通常为截头锥形的外圆周表面48，用于在再压延杯状物(图6)和罐体(图8)上成形一个截头锥壁部分。表面48最好稍许凹进，以与图8中所示的制造拱形的模具的凸形表面配合而在容器壳体上形成优选的凹凸环形壁24。
本发明重要的是，杯状物12的尺寸是这样选定的，使得杯状物上的凸台14的环形壁15安置成大体上与冲模上的截头锥形表面48沿轴向成一直线(沿杯体和冲压套筒40的轴向)。这很重要，因为壁15提供在再压延的杯状物16上再成形为截头锥形壁17和而后再成形为罐体上的壁24的金属，其细节详述如下。
图4—6例示环形壁15的再成形。在该再成形过程中，在冲模表面48和再压延套筒44之间的不受限制的敞开间隙中，壁15中的金属向着冲头42上的表面48向上辗压，直到金属与该表面48基本相符，这在图6中看得最清楚。在这样的辗压过程中，壁15中的金属起控制邻近金属的流动并使金属的皱折尽可能减少的类似模具的作用。在此期间，环形壁15和杯状物12的轴向中心线之间的距离并不变化或变化得非常小。换言之，金属在离冲模套筒40的中心线约同一半径处再压延。这尽可能减少了该再压延期间金属的皱折。在已有技术方法中当杯中的金属挤压移动或沿着杯的纵轴压延时可能产生皱折，这意味着金属挤压进入较小的圆周。而且使金属薄片挤压进入较小的圆周是产生皱折的一个原因。
如上所述，向上辗压壁15中的金属也可能导致金属的某些有益增厚，因为在这种再成形过程期间金属在柱状压力中挤压。金属的这种增厚可以增大罐体的承压能力。
在如图3—6中所示，再压延杯状物12之后，冲薄冲头继续其行程以移动再压延的杯状物18通过许多个未示出的常规冲薄环。通常，一个壳体制造机包括两个或更多个与再压延环46同轴对中的冲薄环，每个冲薄环的直径稍小于前一个环，以便使杯状物的侧壁逐渐变薄变长。
图7和8表示罐体18的向内凸出的拱形是如何在罐体通过最后的冲薄环后通过使压延和冲薄的罐体的底壁紧靠拱形模具而模压成形的。该拱形模具是本技术中使用的典型工具，包括一个用于将罐体的底壁成形为向上凸出的拱形26的拱模50和一个用于紧靠冲头42的表面48成形罐体18的截头锥壁24的压延模52。图8表示在罐体18上底部成形终止时，落到底部紧靠拱模的冲模。
本专业的技术人员将会理解，罐体的截头锥壁部分24仅是大体而言，它可以有许多尺寸和形状。例如该壁部分可以向外凸出、平直、向外凹或是曲面和/或平直部分的组合。也可以理解为，拱形部分26可以具有本领域中熟知的各种形状和尺寸。
可以相信，通过本发明的实施对截头锥壁24中的皱折的减少和消除同时减少在成拱期间可能产生的不利的金属变薄。在底廓成形向内凸出的拱形要求将一些金属向内压延到冲薄冲模的冲头54上并进入拱形。截头锥壁24中的皱折对这种压延产生阻力，因为皱折使得更难将金属向内压延入拱中。这种阻力可能造成底部轮廓的弧形部分28中金属的局部拉伸和变薄。通过本发明的实施，减少皱折则尽可能地减小了压延金属入拱中去的阻力，由此减少了弧形部分28中金属的不利减薄。
在底部外廓成形后，冲薄冲模从成拱模具上后退或移开，而罐体从冲模上脱掉。此种脱模(没有示出)是利用本技术中熟知的压缩空气和/或机械脱模器进行的。
从上述可见，本发明的方法其关键在于将金属压入压延的杯状物中底部的环形壁中，以便金属再成形为容器壳体的底壁中的截头锥壁时，很少或不产生金属皱折。该特别设计的形状由于其增强效果而避免了皱折，并因而在再压延初期控制金属流动，直到下壳体半径和再压延半径基本相切。然后模具外形、间隙和再压延套筒压力相结合，形成完成再压延工序所必需的控制。凸台的环形壁中的金属再成形为再压延杯的截头锥形壁，而没有使金属相对于杯体的纵轴显著位移，从而尽可能减小了金属进入较小圆周的限制，该限制会使金属产生皱折。
利用本发明的方法成形可以使用0.203至0.305mm(0.008至0.012英寸)厚度的3004—H19型铝材制造211直径的罐体而使端壁的外廓部分很少或没有皱折，而且不减小其承压能力。利用本发明已经将0.254mm(0.010英寸)规格的3004—H19型铝材成功地成形为底座直径是47mm(1.850英寸)的基本上无皱折的211直径的罐体。如本技术中所使用的，底座直径指罐体在环形支承部分28底部(图1)处的直径。罐头制造工业中曾试图用小于0.279mm(0.011英寸)厚度的3004—H19坯料持续地生产同样底座直径而在端壁中没有皱折的211直径罐体一直没有成功。
虽然本发明已开发并特别适用于生产具有47mm(1.850英寸)底座直径的底廓的211直径罐体，但本发明也适用于成形直径更大或更小的罐体，这些罐体在其底廓上具有相应的更大或更小的底座直径。
可以相信，通过本发明的实施减小了或消除了截头锥壁24中的皱折，同时也减少了成拱期间可能发生的金属变薄。在底廓中成形向内凸出的拱形需要向内压延一些金属到冲薄冲模的冲头54上。截头锥壁24中的皱折对这种压延产生阻力，即更难向内压延金属，并可能在拱形部分26中造成金属的更大局部拉伸和变薄。因此，减少皱折也减少金属的不利变薄，或使产生的变薄较为均匀。
虽然本发明是按照最佳实施例来说明的，但此处所附的权利要求书预计包括属于本发明实质范围内的所有实施例。例如，本发明的方法可以包括，压冲薄罐体的侧壁之前在再压延的容器的底壁中局部成形向上凸出的拱形。
权利要求
1.一种金属容器壳体成形的方法，包括压延一个具有侧壁和底壁并在底壁中有一个向上凸出的凸台的金属杯状物，该凸台在金属杯体的侧壁附近有一个横向壁和一个环壁部分，以及通过相对于上述横向壁向上辗压上述环形壁中的金属而再成形上述底壁，从而在上述横向壁和上述侧壁之间形成一个通常为截头锥形的环形壁部分。
2.一种如权利要求1所述的方法，该方法包括压延一个具有侧壁和底壁的金属杯状物，该底壁包括一个中心壁部分、一个围绕该中心壁部分的环状壁部分和一个外圆周壁部分；以及再压延上述金属杯状物，将上述环状壁部分再成形为一个位于上述中心壁部分和该再压延杯的侧壁之间的截头锥壁部分。
3.一种如权利要求2中所述的方法，其中，上述中心壁部分随着上述金属杯状物的再压延再成形为一个向上凸出的拱形部分。
4.一种如权利要求1所述的方法，该方法包括冲薄再压延杯的侧壁以形成一个罐体。
5.一种如权利要求4所述的方法，该方法还包括在上述罐体的底壁中成形一个向内凸出的拱形部分。
6.一种如权利要求4所述的方法，包括成形一个金属罐体的下列步骤压延一个具有侧壁和底壁的金属杯状物，该底壁带一个向内凸出的圆形凸台，其中有一个与金属杯侧壁相邻的环形壁；再压延该金属杯状物以减小其直径；将上述环形壁再成形为一个从侧壁向下和向内延伸到上述底壁的截头锥壁部分；冲薄上述侧壁以减小其厚度；以及在上述底壁中成形一个向上凸出的拱形。
7.一种如权利要求6所述的方法，其中上述向上凸出的拱形的再压延、冲薄和成形是在冲模的一次冲程中完成的。
8.一种如权利要求6所述的方法，其中，上述杯状物是用一种厚度为0.305mm(0.012英寸)或更薄的铝合金板材压延而成。
9.一种用权利要求3或6的方法成形的金属容器壳体。
10.一种如权利要求9中所述的金属容器壳体，该壳体包括一个连接上述截头锥壁部分和拱形部分的环形支承部分。
11.一种如权利要求10中所述的金属容器壳体，其中，上述环形支承部分有一个大约为47mm(1.850英寸)的横向直径。
12.一个压延的杯状物，适合于再压延并成形为一个具有侧壁和一个底廓的容器壳体，底廓包括一个向上凸出的拱形部分和一个将上述拱形部分连至上述侧壁的截头锥壁部分，该杯状物有一个侧壁和一个在其中具有一个向内凸出的圆形凸台的底壁，该凸台有一个环形侧壁，此环形侧壁的直径与上述压延杯的待成形的容器壳体上的截头锥壁的直径大约相等。
13.一种如权利要求12中所述的压延杯状物，包括一个连接上述截头锥壁部分和上述拱形部分的环形支承部分。
全文摘要
一种金属容器壳体成型的方法，包括压延一个具有一侧壁和一个底壁的金属杯状物(12)，在底壁中有向上凸出的凸台，该凸台具有一个横向壁(14)和一个与杯状物(12)侧壁相邻的环形壁部分(15)，通过相对于上述横向壁(14)在上述环形壁(15)中向上辗压金属而再成型上述底壁，以在上述横向壁(14)和上述侧壁之间成型一个通常为截头锥形的环形壁部分。
文档编号B21D22/22GK1129412SQ94193128
公开日1996年8月21日 申请日期1994年8月16日 优先权日1993年8月18日
发明者汉斯·H·狄克霍夫, 小乔治·L·史密斯 申请人:美国铝公司