CN1142419A - 成型金属罐的制造方法 - Google Patents

Abstract

成型金属罐的制造方法，该罐一方面包括一个罐底(1)和一个带有不同直径区域的外壁(2)，另一方面包括一个与外壁(2)卷边或合缝连接的盖。这种方法包括：从金属坯料制成一个圆柱形预制罐，该罐包括一个罐底和一个与罐外壁2上区域(2A)的给定直径相等直径的外壁，在预制罐外壁上且高于成型罐外壁2上的给定直径D的区域(2A)的部分上进行颈缩操作，使该部分达到比给定直径D小的直径D1，在外壁上且高于给定直径D的区域(2A)的部分上进行至少一次膨胀操作。

Description

成形金属罐的制造方法

本发明涉及一种饮料罐型成形金属罐的制造方法，特别是这样一种成形金属罐，它一方面包括一个罐底和一个带有不同直径的连续区域的外壁或外筒，另一方面包括一个与外壁卷边或合缝连接的盖。

制造成形金属罐是公知的，这种罐包括：一个带有不同直径的连续区域的外壁、一个与外壁一端卷边或合缝连接的罐底和一个与所述外壁另一端卷边或合缝连接的盖。这种盖带有诸如通过拉裂减小强度用的刻痕来开启罐的易开装置或可接纳螺纹塞子的旋塞颈口。

这种型式的金属罐的外壁包括一个柱状圆筒，该圆筒沿轴向焊接并加以膨胀以形成不同直径的连续区域。

通常外壁由软钢金属坯料制成，这种软钢的含碳量低且屈服强度约为250MPa。

这种钢允许焊接圆筒在依下式计算的膨胀率下不困难地产生膨胀：

该膨胀率可达20％，原始D是焊接圆筒的原始直径，最终D是焊接圆筒膨胀后的直径。

为制造这种型式的罐，须生产焊接圆筒，所述的圆筒加以膨胀以得到带有不同直径的连续区域的外壁，而且罐底和盖分别与圆筒的每一端卷边或合缝连接。

这种圆筒通常采用压缩空气或氮气成形法、或采用不可压缩流体成形法来膨胀。

制造饮料罐型成形金属罐也是公知的，这种罐一方面包括一个罐底和一个与罐底同在一块材料上的外壁，另一方面包括一个与外壁卷边或合缝连接的盖。

罐底和外壁可制造在同一块材料上，特别是在采用深冲和挤拉(ironing)杯状物的方法制造时，该杯状物是从金属坯料或条带上切下的。

为此目的，杯状物首先在冲床上以相对大的压缩率承受深冲作用，在通常方式下，上述冲床一方面包括一个固定冲头和一个带有圆形坯料夹具的支撑体，该夹具可围绕所述冲头滑动且杯状物置于其上，另一方面，上述冲床还包括一个借上部滑板垂直传递的力抵住杯状物的冲模。

接着，带有杯底和通过冲压作用形成的凸缘的杯状物或者通过不使用坯料夹具的轻微深冲作用、或者通过使用坯料夹具的再深冲作用被校准，然后，杯状物承受挤拉作用，该挤拉作用包括采用深冲模在连续压缩率下深冲凸缘，以实现罐外壁的连续成形。

此后，杯底在深冲模上成形，以形成一个给定的几何形状，外壁颈缩处依使用冲模的冲模-颈缩法成形，或依使用成形辊的旋压-颈缩法成形。

采用冲模的颈缩法包括施力使颈部进入一个带有圆锥形入口和圆柱形出口的冲模。圆柱形构件用来当成形壁离开冲模时引导其运动。

使金属变形所需的力从施加给罐底的推力得到并通过外壁沿轴向传递。

采用成形辊的旋压-颈缩法包括驱动罐旋转，该罐夹持在一根推杆和一个中心圆环之间。颈部形状通过同时移动辊子、中心圆环和推杆产生。

这种型式的罐通常用碳含量非常低的钢坯制成。

在外壁凸缘深冲之后，金属高度硬化导致外壁屈服强度约达700MPA，有时甚至超过此值，所以它实际上无膨胀能力。

可能的外壁总膨胀率小于1％，对于非常薄的壁来说甚至小于0.5％。

另一方面，这种罐的优点在于可得到非常小厚度，因为外壁金属是一种有强机械特性的非常硬的金属，这样使罐重量轻、金属消耗少。

另外，这种罐制成两部分，罐底和外壁在一块材料上，这从美学观点上看是一个优点。

本发明的目的是提供一种饮料罐型成形金属罐的制造方法，所述罐用诸如深冲和挤拉的方法得到，它包括一个罐底和一个与罐底同在一块材料上的外壁，用这种制造方法能在外壁区域内实现高于2％的膨胀率。

因此，本发明提供一种成形金属罐的制造方法，该罐一方面包括一个罐底和一个带有不同直径的连续区域的外壁，另一方面包括一个与外壁卷边或合缝连接的盖，该方法的特征在于，它包括：

从金属坯料制成圆柱形预制罐，该罐包括一个罐底和一个与给定外壁区域的直径D相等直径的外壁。

在预制罐的外壁上且高于成形罐外壁上所述给定直径D的所述区域的部分上进行颈缩操作，使该部分达到比所述给定直径D小的给定直径。

在外壁上且高于所述给定直径D的所述区域的部分上进行至少一次膨胀操作，以制成所述外壁上不同直径的连续区域。

依据本发明的其他特征：

该方法包括，在预制罐的外壁上且高于所述给定直径D的所述区域的部分上进行颈缩操作后，进行单次膨胀操作，以制成所述外壁上不同直径的连续区域。

在预制罐的外壁上且高于所述给定直径D的所述区域的部分的直径等于外壁上最小直径区域的直径。

该方法包括，在预制罐的外壁上且高于所述给定直径D的所述区域的部分上进行颈缩操作后，在预制罐的外壁上且高于经颈缩或膨胀的区域的整个部分上进行连续的膨胀和颈缩操作。

该方法包括通过深冲和挤拉钢、铝或铝合金制成的金属坯料制成预制罐。

该方法包括通过深冲和再深冲钢、铝或铝合金制成的金属坯料制成预制罐。

本发明的特征和优点将通过实施例并参照附图从下面单独给出的描述中显现出来。

图1是依据本发明方法得到的成形罐第一实施例的纵向半剖视和半正视图。

图2至图6是制造图1所示成形罐的不同步骤中罐的纵向半剖视和半正视图。

图7是依据本发明方法得到的成形罐第二实施例的纵向半剖视和半正视图。

注意，在这些图中，为了表达清楚，图示罐的轮廓被有意放大。

如图1所示，饮料罐型成形罐包括罐底1和一个与罐底1同在一块材料上的圆柱形外壁或外筒2。

外壁2包括不同直径的连续区域：

区域2A邻近罐底1且其直径为D，

中间部分2B处在相对罐底1来说，高于且邻近区域2A的位置，此区域中外壁2的直径减小；

区域2C处在高于且邻近中间部分2B的位置，其直径为D1，小于区域2A的所述给定直径D，

中间部分2D处在高于且邻近区域2C的位置，此部分中外壁2的直径增加，

区域2E处在高于且邻近中间部分2D的位置，其直径为D2，大于区域2C的所述给定直径D1；

中间部分2F处在高于且邻近区域2E的位置，此部分中外壁2的直径减少，

区域2G处在高于且邻近部分2F的位置，其直径为D3，小于区域2E的所述给定直径D2，

中间部分2H处在高于且邻近区域2G的位置，此部分中外壁2的直径增加，

区域2I处在高于且中间部分2H的位置，其直径为D4，大于区域2G的所述给定直径D3；

中间部分2J处在高于且邻近区域2I的位置，此部分中外壁2的直径减小，在饮料罐中这个区域通常被称为颈部；

区域2K处在高于且邻近中间部分2J的位置，其直径为D5，小于区域2I的所述给定直径D4，

最后一个区域2L相当于凸缘，用来当罐装满时，设置(称为卷边或合缝)罐盖(未在图中表示)。

为制造这种成形罐，依据本发明的方法包括：

第一步，如图2所示，通过诸如深冲和挤拉钢、铝或铝合金金属坯料的方式制造圆柱形预制罐3，其直径等于外壁2上邻近罐底1的区域2A的直径D，所述外壁2是本实施例最终成形罐的外壁。

在此实施例中，圆柱形预制罐3是通过深冲金属坯料形成杯状物并挤拉所述杯状物的凸缘而制成的。

在另一实施例中(未在图中表示)，圆柱形预制罐3是通过深冲金属坯料形成杯状物，再深冲罐底并挤拉经再深冲后杯状物的凸缘而制成的。

这种情况下，直径为D的区域不再邻近罐底。

如图3所示，第二步包括：在预制罐的外壁上且高于成形罐外壁2上的区域2A的部分上进行颈缩操作，使该部分达到比区域2A的直径D小的给定直径D1。

在此实施例中，直径D1与成形罐外壁2上的区域2C的直径相等。

颈缩操作采用公知形式的工具由多个步骤实现，该工具包括带有圆锥形进口和圆柱形出口的冲模，它与圆柱形构件相连，该构件用于在外壁离开冲模时引导其运动。

使金属变形所需的力从施加给罐底的推力得到并通过外壁沿轴向传递。

为了避免外壁2上的罐底1的破裂，在颈缩操作中向预制罐3的内部充以1到6Bar间的压缩空气。

为达到所需直径，需要若干次连续压缩，每一次都是一个单独的成形步骤。

每个成形步骤中使用的不同冲模的几何形状取决于中间部分2B的所需形状。

颈缩操作之后，依据本发明的操作包括：在预制罐外壁上且高于直径D的区域的部分上进行至少一次膨胀操作，以产生成形罐外壁2上的不同直径的连续区域。

为制造如图1所示的成形罐，在预制罐3的外壁上且高于成形罐上区域2A的部分上进行颈缩操作之后，在预制罐3的外壁上且高于经颈缩或膨胀的区域的整个部分上，进行连续的膨胀和颈缩操作。

因此，为制造如图1所示的罐，第三步包括：如图4所示，在预制罐3的外壁上且高于成形罐外壁2的已经颈缩区域2C的部分上进行膨胀操作，使该部分直径达到D2。

这种膨胀操作可依据不同方法实现。

采用冲模的膨胀方法包括：施力使预制罐外壁上的自由边进入一个冲模，该冲模带有圆柱形进口和圆锥形出口且与一个构件相连，此构件用于在成形壁离开冲模时引导其运动。

为达到所需直径D2，常需多次连续膨胀，每次都是不同的成形步骤。

每个成形方式中使用的不同冲模的几何形状取决于中间部分2D的所需形状。

膨胀方法可以是采用带有多个部分的工具进行机械膨胀的方法，或者是采用非压缩流体(如空气、氮气或油)的方法。

如图5所示，第四步包括在预制罐3的外壁上且高于已经膨胀区域2E的部分上进行另一次颈缩操作，使该部分直径达到D3，同时，使得中间部分2F依据所需形状成形。

如图6所示，第五步包括在预制罐3的外壁上且高于已经颈缩区域2G的部分上进行另一次膨胀操作，使该部分直径达到D4，同时，使得中间部分2H依据所需形状成形。

最后，第六步包括在预制罐3的外壁上且高于已经膨胀区域2I部分上进行最后一次颈缩操作，使该部分直径达到D5，同时，使得中间部分2J依据所需形状成形，并为卷边或合缝罐盖而作出凸缘。

如上述为实现第三步到第六步的不同颈缩和膨胀操作可采用上述为实现第一步到第二步的相同方法。

如图7所示，依据第二实施例的成形罐包括罐底10和与其同在一块材料上的外壁或外筒11。

外壁11包括不同直径的连续区域：

区域11A邻近罐底10，其直径为D，

中间部分11B处在高于且邻近区域11A的位置，此区域中外壁11的直径增加，

区域11C处在高于且邻近中间部分11B的位置，其直径为D6，大于区域11A的直径D。

中间部分11D处在高于且邻近区域11C的位置，此区域中外壁11的直径减小，

区域11E处在高于且邻近中间部分11D的位置，其直径为D7，小于区域11C的直径D6但大于区域11A的直径D，

中间部分11F处在高于且邻近区域11E的位置，此区域中外壁11的直径减小，

区域11G处在邻近中间部分11F的位置，其直径为D8，小于区域11E的直径D7，

最后一个区域11H相当于凸缘，用来当罐装满时，设置(称为卷边或合缝)罐盖(未在图中表示)。

与图1所示罐相比较，这种罐的特征在于高于且邻近紧靠罐底10的区域11A的区域11C之直径D6大于成形罐外壁11上的区域11A之直径D。

依据本发明，制造这种成形罐的方法包括：第一步，通过诸如深冲和挤拉钢、铝或铝合金金属坯料的方式制造一个圆柱形预制罐，其直径等于外壁11上紧靠罐底10的区域11A的直径D，接着，第二步，对预制罐外壁上的一部分进行颈缩操作，以使该部分达到比区域11A的直径D小的给定直径。

在这一实施例中，这一直径可以等于成形罐外壁11的最小直径区域的直径，在图7中就是直径D8。

当成形罐外壁1的最小直径区域是紧靠罐底10的区域11A时，可选择直径D8使其小于这一直径D，因为为了从诸如用深冲和挤拉金属坯料方法得到的预制罐以大于1％的膨胀率制成成形罐，一开始就进行颈缩操作是绝对重要的。

在进行这种颈缩操作步骤后，依据本发明方法的第三步包括对预制罐的外壁区域11C和11E进行一次或多次膨胀操作，以达到每个区域的所需形状。

这种工艺方式下，第一步包括用深冲和挤拉操作制造圆柱形预制罐，其直径等于直径D。

在可替换工艺方式下，第一步可以用深冲操作或深冲和挤拉操作制造圆柱形预制罐，其直径等于图7中所示区域11C的直径D6，然后再深冲这个预制罐以形成罐底和比直径D6小的直径为D的区域11A。

第二步包括进行颈缩操作以使区域11C达到直径D6。

为制造出图1所示的成形罐，在第一步用深冲和挤拉钢、铝或铝合金的方法制成预制罐之后，也可以进行第二步，即包括对在预制罐3的外壁上且高于成形罐外壁2的区域2A上进行颈缩操作，使该部分达到外壁2的最小直径区域的直径，也就是区域2K的直径D5。

此后，膨胀操作包括进行若干次连续膨胀操作以得到区域2B和2I。

为制造出图1所示的成形罐，有上述两种依据本发明方法实施的方式，选择其中一个还是另一个取决于采用的膨胀方法。

实际上，如果采用冲模方式的膨胀方法，比如依据采用冲头的扩口法，最好用图2-6所示步骤制造罐，比如进行连续的膨胀和颈缩操作。

另一方面，如果采用非压缩流体的膨胀方式，最好进行颈缩操作直到最小直径，以当罐需要颈部时形成颈部，然后对需要膨胀的不同区域进行膨胀操作。

当采用含多个部分的工具进行膨胀时，可以用两种可替换的工艺方式中的任何一种。

如上述两个成形罐的实施例可见，依据本发明的方法的重要特征在于一开始就用颈缩操作对由深冲和挤拉制成的预制罐进行成形。

事实上，申请人发现在先的颈缩会使外壁的后继膨胀更容易进行，使得诸如已具有高的工作硬度的低碳钢仍能接受高于2％的膨胀率，该膨胀率是相对于颈缩前的预制罐的直径而言的。而如果不经过在先颈缩进行膨胀，膨胀率会低于1％。

这种在先颈缩后改进的膨胀性能取决于在先颈缩后外壁厚度的增加，以及在颈缩操作过程中金属发生的轻微的金相和/或流变转变。

对直径为66mm的罐体进行了试验，用不同颈缩率进行第一次操作，此后进行最大化的整体膨胀。

下表表示了这些试验的结果。

试验编号	颈缩后的直径D1(mm)	颈缩率(66-D)/66	膨胀后的直径D2(mm)	膨胀率(D2-D1/D1
					1	66	0％	66.74	1.12％
2	63.79	3.35％	67.34	5.56％
					3	62.55	5.23％	66.64	6.54％

4	61.30	7.12％	66.33	8.20％
					5	60.06	9％	66.28	10.36％
6	58.81	10.89％	65.83	11.94％

从表中可见，以3.35％的颈缩率进行在先颈缩(试验2)可以使直径后来膨胀至67.34mm，这比不经过在先颈缩的直接膨胀可达到的直径66.74mm(试验1)要大。

另外，如果比较两个直径D1和D2，会发现在试验1中最大可能变形达1.12％，而在试验2中可达5.56％。

从表中还可以清楚地看到，如果第一次操作的颈缩率超过5％，膨胀直径将不可能超过试验1中不经在先颈缩操作得到的直径D2。

但是，以超过5％的颈缩率进行在先颈缩操作有一个优点，即可制成带有非常明显的隆起或曲线的成形罐。

实际上，如果将试验2与试验6比较，会发现后者经膨胀后的最终直径只有65.83mm，即小于试验1的67.34mm，甚至小于罐体最初直径66mm，但在试验6中，在直径为D1的颈缩区域与直径为D2的膨胀区域间的整体膨胀率达11.94％，高于试验2中的5.56％。

因此，可以发现最初颈缩率的增加会导致颈缩后直径与膨胀后直径之间的变形的增加。

依据本发明的制造成形罐的方法允许制造带有更多的明显隆起和曲线的成形罐，而且这种方法容易在工业上实施，因为进行颈缩和膨胀操作的工具是公知形式且通用于金属包装制造商。

依据本发明的方法不限于深冲和挤拉的罐，它还可以用于通过深冲和再深冲钢、铝或铝合金金属坯料从预制罐制成成形罐。

在这种情况下，膨胀率从3％增加到约6％。

Claims (6)

1.成形金属罐的制造方法，该罐一方面包括一个罐底和一个带有不同直径连续区域的外壁，另一方面包括一个与外壁卷边或合缝连接的盖，所述方法的特征在于，它包括：

从金属坯料制成一个圆柱形预制罐，该预制罐包括一个罐底和一个外壁，该外壁的直径等于外壁上邻近罐底区域的直径D；

在预制罐的外壁上且高于成形罐外壁上直径为D的第一区域的部分上进行颈缩操作，使该部分达到比直径D小的给定直径；

在外壁上且高于直径为D的第一区域的部分上进行至少一次膨胀操作，以制成所述外壁上不同直径的连续区域。

2.如权利要求1所述的方法，包括：

在预制罐的外壁上且高于直径为D的第一区域的部分上进行颈缩操作后，进行单次膨胀操作，以制成所述外壁上不同直径的连续区域。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：位于直径为D的第一区域上方的预制罐直径等于外壁上最小直径区域的直径。

4.如权利要求1所述的方法，包括：

在预制罐的外壁上且高于所述给定直径D的所述区域的部分上进行颈缩操作后，在预制罐的外壁上且高于经颈缩或膨胀的区域的整个部分上进行连续的膨胀和颈缩操作。

5.如权利要求1所述的方法，包括：

通过深冲和挤拉钢、铝和铝合金金属坯料制成预制罐。

6.如权利要求1所述的方法，包括：

通过深冲和再深冲钢、铝和铝合金金属坯料制成预制罐。

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