BR112016016067B1

BR112016016067B1 - Processo de fabricação de uma lata de bebida, garrafa ou lata de aerossol em liga de alumínio bem como disco de estampagem profunda de uma lata de bebida, garrafa metálica ou lata de aerossol

Info

Publication number: BR112016016067B1
Application number: BR112016016067-3A
Authority: BR
Inventors: Hervé STOPPIGLIA
Original assignee: Constellium Neuf Brisach
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2015-01-15
Publication date: 2022-11-08
Also published as: RU2016133985A; CN105916609A; US10675669B2; US20160332208A1; PL3096897T3; BR112016016067A2; RU2016133985A3; FR3016538B1; WO2015107284A1; CN105916609B; EP3096897B1; FR3016538A1; RU2684986C2; EP3096897A1; ES2818082T3

Abstract

PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA CAIXA PARA BEBIDA, GARRAFA METÁLICA OU CAIXA DE AEROSSOL EM LIGA DE ALUMÍNIO. A invenção tem por objeto um processo de fabricação de uma caixa para bebida, uma garrafa ou uma caixa de aerossol em liga de alumínio, por encaixe-estiramento a partir de um disco não circular, segundo o qual: - a cinta de metal, da qual é retirado cada disco, é virtualmente dividida em hexágonos regulares idênticos, dos quais dois lados opostos são sensivelmente perpendiculares à direção de laminação dessa cinta e constituindo um sistema hexagonal compacto plano; - o perímetro desse disco é calculado por ajuste, a partir de um círculo concêntrico e de raio inferior àquele do círculo inscrito do hexágono correspondente, para compensar, quando do encaixe, a anisotropia de comportamento do metal, segundo um método conhecido do técnico; - pelo menos quatro cantos são acrescentados, além disso, e a partir desse perímetro, nas zonas do hexágono deixadas livres, cujo eixo principal forma um ângulo respectivamente de sensivelmente 35°, 145°, 215° e 325° com a direção de laminação. A invenção tem também por objeto uma caixa para bebida, uma garrafa metálica ou uma caixa de aerossol, fabricadas a partir de um disco que apresenta (...).

Description

Domínio da invenção

[001] A presente invenção se refere ao campo de latas para bebidas em liga de alumínio, também conhecidas dos técnicos no assunto como "latas" ou "latas de bebida ", mas também garrafas metálicas ou e latas de aerossol, fabricadas por estampagem profunda - estiramento, isto é, um processo incluindo notadamente essas duas etapas de base.

[002] A invenção se refere mais particularmente a um processo de estampagem profunda otimizado para esse tipo de aplicação e apresentando notadamente a vantagem de evitar o fenômeno dito de "orelhamento ", bem conhecido do técnico, com o risco de quebra que ele implica, quando dos estiramentos posteriores.

Estado da técnica

[003] As ligas de alumínio são cada vez mais utilizadas na fabricação de latas, também conhecidas como "latas de bebida", mas também garrafas metálicas e latas de aerossol, em razão de seu aspecto estético muito bom, notadamente em comparação aos plásticos ou aços, por sua aptidão à reciclagem e sua boa resistência à corrosão.

[004] Todas as ligas de alumínio, das quais se trata no que se segue são designadas, salvo menção contrária, conforme as designações definidas pela "Aluminum Association" nas "Registration Record Series", que ela publica regularmente.

[005] As latas de bebida, também conhecidas do técnico no assunto pela denominação de "latas" ou "cans", são usualmente fabricadas por estampagem profunda -estiramento, a partir de chapas em liga do tipo 3104 no estado metalúrgico H19.

[006] A chapa sofre uma primeira operação de recorte em discos e formação de copos; mais precisamente, durante essa etapa, a bobina da chapa alimenta uma prensa, também denominada "formador de copos", que recorta pedaços denominados discos e efetua uma primeira operação de estampagem profunda para produzir os “copos”. Trata-se da principal etapa tratada pela invenção.

[007] Os copos são, em seguida, encaminhadas para uma segunda prensa ou "formador de corpo" onde sofrem pelo menos uma segunda estampagem profunda e vários estiramentos sucessivos; estes consistem em passar o disco estampado por anéis de estiramento, a fim de alongar e afinar o metal.

[008] Obtêm-se assim progressivamente latas cujas paredes são mais finas do que o fundo. Essas latas são, então, tratadas em uma máquina que lhes imprime um movimento rotativo, durante o corte por uma tesoura na altura desejada.

[009] Estas são, em seguida, lavadas em vários banhos de limpeza e enxágue, depois secadas.

[0010] Após o revestimento, as latas de bebida são, em seguida, encaminhadas para uma estação de moldagem do pescoço e flange ainda conhecida pela denominação de "necker flanger", onde a parte superior da pré-forma sofre várias operações sucessivas de moldagem do pescoço e flanges para o encaixe posterior da tampa.

[0011] As garrafas metálicas e latas pulverizadoras ou latas de aerossol, em liga de alumínio, são tradicionalmente fabricadas por extrusão de impacto a partir de pastilhas oriundas de fundição sobre roda.

[0012] As primeiras latas do tipo garrafa em liga de alumínio, ou "garrafas metálicas", fabricadas por estampagem profunda-estiramento seguido de moldagem de pescoço apareceram no Japão em 1993 e na Europa em 1995.

[0013] Os pedidos de patente JP 7060386 de Toyo Rikagaku Kenkyusho de 1993 e EP 0740971 de Hoogovens sob prioridade de 1995 são testemunhas disso.

[0014] Essas garrafas não são, todavia, de estrutura monobloco. Com efeito, as paredes verticais e o gargalo da garrafa são fabricados a partir do fundo da pré-forma e uma tampa é engastada no alto da pré-forma.

[0015] Assim, é também o caso do pedido EO 0115829, de Daiwa Can em 2000, sob a prioridade de 1999, que reivindica uma garrafa em liga de alumínio fabricada por formação a quente com uma aparelhagem complexa.

[0016] A fabricação de latas para bebidas, de garrafas metálicas ou de latas de aerossol em liga de alumínio essencialmente por estampagem profunda-estiramento e moldagem de pescoço exige um material capaz, notadamente, de:

[0017] - sofrer operações de estampagem profunda, isto é, de formação de copos com paredes verticais e uma base horizontal, com razões de estampagem profunda, isto é, a razão entre o diâmetro do disco e o diâmetro do punção, de até 1,9 ou mais, com deformações de moldagem de pescoço elevadas, a fim de se obter uma redução de diâmetro considerável em apenas duas passagens de estampagem profunda (estampagem profunda e retrabalho da estampagem profunda );

[0018] - e, sobretudo, objeto dessa invenção, fornecer copos de boa qualidade, isto é, não apresentando defeitos conhecidos do técnico pela denominação de "orelhamento ", nem dobras, a fim de evitar qualquer quebra durante o estiramento posterior.

[0019] As primeiras latas do tipo garrafa em liga de alumínio, ou "garrafas metálicas", de estrutura monobloco, e fabricadas essencialmente por estampagem profunda-estiramento, depois moldagem de pescoço surgiram no Japão nos anos 2000. Como prova disso há o pedido JP 2003082429 de Kobe Steel sob prioridade de 2001.

[0020] O mesmo acontece com o pedido EP 1870481 sob prioridade de 2005 do mesmo Kobe Steel.

[0021] Esse tipo de solução é também utilizado em série notadamente nos Estados Unidos.

[0022] Todavia, ela apresenta o inconveniente de uma formabilidade não ótima em relação à estampagem profunda, e, também, em relação à moldagem do pescoço.

[0023] Em particular, após estampagem profunda dos copos a partir de discos circulares, a forma do perímetro desenvolvido, conhecida do técnico pela denominação de "orelhamento", não é favorável.

[0024] Trata-se, com efeito, de um perfil com seis orelhas, incluindo duas posicionadas respectivamente em 0 e 180o da direção de laminação e quatro em 45o de ambos os lados dessa direção, conforme a figura 1.

[0025] Acontece que essa configuração, devido às orelhas a 0 e 180 o, apresenta um sério risco de gerar o fenômeno chamado de "orelhamento " bem conhecido do técnico, com o risco de quebra durante os estiramentos posteriores.

[0026] Para prevenir esse problema, a concepção e a utilização em produção de discos não circulares para a fabricação de latas para bebida fazem parte do estado da técnica. Nesse contexto, o objetivo é de compensar as propriedades de orelhamento do metal, fazendo-se variar o diâmetro do disco em função de sua orientação em relação à direção de laminação. Essa tecnologia é vantajosa, pois ela aumenta a razão entre a quantidade de metal realmente utilizada na lata de bebida e a quantidade de metal encaixado sobre o metal plano ou tira.

[0027] Essa concepção típica é perfeitamente descrita notadamente no artigo "Convolute Cut-Edge Desing for an Earless Cup in Cup Drawing" de R. E. Dick, J. W. Yoon et F. Barlat, CP 778 Volume A, Numishet 2005.

Problema apresentado

[0028] A utilização desse tipo de disco não circular tem infelizmente por inconveniente maior de tornar o processo de estampagem profunda bem mais sensível à menor variabilidade nas propriedades de orelhamento do metal. De fato, o copo estampado, fabricado a partir de um disco não circular apresenta teoricamente um perfil "plano", pois as depressões e saliências foram compensadas pelas variações de diâmetro do disco de partida. Nesse caso, qualquer variação nas propriedades de orelhamento do metal vai fatalmente gerar um perfil que apresenta orelhas de tamanho e orientação não controlados. Assim, uma modificação das propriedades de orelhamento do metal ao longo do eixo de laminação ou ortogonalmente a esse eixo, favorecerá o aparecimento de duas orelhas diametralmente opostas, o que é leva ao fenômeno de "orelhamento " que o técnico procura absolutamente evitar.

[0029] Assim, o perfil do disco apresenta sempre depressões e orelhas em detrimento da razão entre a quantidade de metal realmente utilizada na lata de bebida e a quantidade de metal inicial sobre o metal plano.

[0030] A invenção visa a resolver essas dificuldades, propondo um disco não circular, eliminando qualquer risco de orelhamento quando da estampagem profunda dos copos.

Objeto da invenção

[0031] A invenção tem por objeto um processo de fabricação de uma lata para bebida, uma garrafa ou uma lata de aerossol em liga de alumínio, por estampagem profunda-estiramento seguido por moldagem de pescoço e/ou dobra, a partir de um disco não circular, segundo o qual:

[0032] - a tira de metal da qual é retirado cada disco é virtualmente dividida em hexágonos regulares idênticos, dos quais dois lados opostos são sensivelmente perpendiculares à direção de laminação dessa tira e constituindo um sistema hexagonal compacto plano;

[0033] - o perímetro desse disco é calculado por ajuste, a partir de um círculo concêntrico e de raio inferior àquele do círculo inscrito do hexágono correspondente, para compensar, durante a estampagem profunda, as propriedades de orelhamento do metal, segundo um método conhecido do técnico no assunto, tipicamente tal como descrito no artigo "Convolute Cut-Edge Desing for an Earless Cup in Cup Drawing" de R. E. Dick, J. W. Yoon et F. Barlat, CP 778 Volume A, Numishet 2005; e

[0034] caracterizado pelo fato de que

[0035] - pelo menos quatro orelhas são acrescentadas, além disso, e a partir desse perímetro, nas zonas do hexágono deixadas livres, ou cujo eixo principal forma um ângulo respectivamente de sensivelmente 35°, 145°, 215° e 325° com a direção de laminação, cada um de uma altura relativa de 0,3 a 0,8% em relação a esse círculo concêntrico de partida, e de uma largura máxima, considerando-se o espaço disponível, seja tipicamente correspondente, à meia altura dessa orelha, em um setor angular mínimo de sensivelmente 25°, tendo por vértice o centro do disco.

[0036] A invenção se refere também a um disco de estampagem profunda de uma lata de bebida, garrafa metálica ou lata de aerossol, fabricado por um processo, tal como descrito acima.

[0037] Ela tem também por objeto uma lata para bebida ou garrafa metálica, ainda conhecida do técnico pelas denominações respectivas de "lata" ou "lata de bebida tipo garrafa " fabricada, a partir de um disco que apresenta as características mencionadas acima, inclusive uma garrafa metálica descrita como conformada, isto é, cujas paredes principais não são estritamente cilíndricas.

[0038] Ela tem também por objeto uma lata pulverizadora, também conhecida do técnico pela denominação de "lata de aerossol" ou ainda "dispensador de aerossol", fabricada a partir desse disco, apresentando as características mencionadas acima, inclusive uma lata de aerossol dita conformada, isto é, cujas paredes principais não são estritamente cilíndricas.

Descrição das figuras

[0039] A figura 1 representa "perfil de orelhamento ", isto é, a forma do perímetro desenvolvido do vértice dos "copos" após a a primeira operação de estampagem profunda, com, no eixo das ordenadas s, a razão entre a altura da orelha e a altura média do copo e, na abscissa, o ângulo α em relação à direção de laminação.

[0040] Esse perfil, com orelhas notadamente para α = 0 e 180°, corresponde a um copo da técnica anterior sem otimização. Trata-se, de fato, de um perfil com seis orelhas, duas das quais posicionadas respectivamente em 0 e 180° da direção de laminação e quatro a 45° de ambos os lados dessa direção.

[0041] A figura 2 representa a tira de metal de partida A, assim como seu recorte virtual em hexágonos regulares B, a partir dos quais são retirados os discos C.

[0042] A direção de laminação leva a marcação D, enquanto que a largura da tira leva a marcação E.

[0043] A figura 3 fornece as mesmas indicações com, além disso, as zonas do hexágono deixadas livres em F, G, H e I.

[0044] A figura 4 representa uma curva do perfil externo plano do disco circular uniforme de um raio de 69,3 mm (traço cheio) e otimizado não circular para considerar o comportamento anisotrópico do metal, de acordo com a técnica anterior (curva em traços pontilhados). Em ordenadas, o raio R em mm e, em abscissa, o ângulo α formado com a direção de laminação.

[0045] A figura 5 representa uma curva (contínua adicionada de motivos em cruz) do perfil externo plano do disco não circular, de acordo com a invenção, concebido, acrescentando-se à variante precedente quatro orelhas de uma altura relativa igual a 0,35% do raio dessa variante.

[0046] A variante com raio constante aí está representada em um traço cheio e o disco da técnica anterior dito ótimo em traços pontilhados, conforme na figura 4.

[0047] A figura 6 representa uma curva (contínua adicionada de motivos em cruz) do perfil externo plano do disco não circular, de acordo com a invenção, concebido, acrescentando-se à variante "otimizada" da figura 4, quatro orelhas de uma altura relativa igual a 0,57% do raio dessa variante.

[0048] A variante de raio constante está aí sempre representada em traços cheios e o disco da técnica anterior dito ótimo em traços pontilhados conforme na figura 5.

[0049] A figura 7 representa as curvas de perfil dos copos obtidos a partir das quatro variantes de disco, com, em ordenadas, a altura H de copo no ponto correspondente com passo de 0,1 mm e em abscissa o ângulo α formado com a direção de laminação:

[0050] - em curva cheia, o perfil dos copos obtidos com um disco circular uniforme do raio igual a 69,3 mm;

[0051] - em curva pontilhada, o perfil dos copos com um disco não circular da técnica anterior dito "ótimo";

[0052] - em curva com cruz, o perfil dos copos com um disco não circular otimizado, de acordo com a invenção, com quatro orelhas a 0,35%;

[0053] - em curva com arredondados, o perfil dos copos com um disco não circular otimizado, de acordo com a invenção, com quatro orelhas a 0,57%.

Descrição da invenção

[0054] A invenção consiste em uma escolha judiciosa da concepção do disco não circular, otimizada em duas etapas: uma primeira etapa para a compensação das propriedades de orelhamento, conforme a técnica anterior: ela consiste em compensar o efeito de orelhamento do metal, fazendo variar o diâmetro do disco, em função de sua orientação em relação à direção de laminação, tipicamente e esquematicamente, aumentando-se o raio do disco, segundo as direções correspondentes às depressões sobre o perfil do copo, devido às propriedades de orelhamento do metal durante a primeira etapa de estampagem profunda, e reduzindo-o de acordo com as direções correspondentes às orelhas_ou saliências sobre esse perfil. Essa concepção típica é perfeitamente descrita notadamente no artigo Convolute Cut-Edge Desing for an Earless Cup in Cup Drawing" de R. E. Dick, J. W. Yoon et F. Barlat, CP 778 Volume A, Numishet 2005;

[0055] - uma segunda etapa no decorrer da qual se acrescentam pelo menos quatro orelhas além e a partir desse perímetro, aumentando-se o raio do disco nas zonas além dos discos sem orelhas adicionais e no interior do hexágono correspondente, de acordo com quatro direções simétricas em relação à direção de laminação, conforme indicado na figura 3 (zonas F, G, H e I).

[0056] Mais precisamente, caso se decomponha virtualmente a tira de metal na qual é coletado cada disco em hexágonos regulares idênticos, cujos dois lados opostos são sensivelmente perpendiculares à direção de laminação, constituindo assim um sistema hexagonal compacto plano, conforme mostra a figura 2, as quatro orelhas são acrescentadas além e a partir desse perímetro, nas zonas do hexágono deixadas livres, ou cujo eixo principal forma um ângulo respectivamente de sensivelmente 35°, 145°, 215° e 325° com a direção de laminação, conforme mostra a figura 3, cada uma de uma altura relativa de 0,3 a 0,8% em relação a esse círculo concêntrico de partida, e de uma largura máxima, considerando-se o espaço disponível, ou tipicamente correspondente à meia-altura dessa orelha, com um setor angular mínimo de sensivelmente 25°, tendo por topo o centro do disco.

[0057] Mais precisamente, a largura típica à meia altura é igual ao comprimento do segmento perpendicular ao raio unindo o centro do disco e o topo da orelha, e delimitado pela interseção da orelha com um setor de ângulo de sensivelmente 30° oriundo do centro do disco.

[0058] A requerente constatou que essa otimização tinha por efeito inteiramente repetitivo limitar ao máximo o risco de defeitos conhecidos do técnico sob a denominação de "orelhamento ", assim como as dobras, a fim de evitar qualquer quebra durante o estiramento posterior.

[0059] Em seus detalhes, a invenção será melhor compreendida com o auxílio dos exemplos a seguir, que não têm, todavia, caráter limitativo.

Exemplos

[0060] Fundiu-se por fundição contínua vertical uma placa de liga de tipo 3104. Ela foi escalpada, depois homogeneizada a uma temperatura de aproximadamente 580 oC, durante aproximadamente 3 horas, antes de sofrer a laminação a quente, depois a laminação a frio até a espessura final de 0,264 mm, seja no estado metálico H19.

[0061] "Copos" foram produzidos a partir dessa chapa com um diâmetro do punção de estampagem profunda dos copos de 88,9 mm, a partir de discos de perfil plano, de acordo com as variantes abaixo, todos recortados por laser. Variantes 1 e 2 fora da invenção

[0062] A variante 1 corresponde a um raio de disco constante de 69.3 mm conforme representado em traços cheios na figura 4, seja um disco circular, sem nenhuma otimização.

[0063] A variante 2 corresponde a um disco dito "ótimo", isto é, compensando "perfeitamente" as propriedades de orelhamento do metal, conforme um método conhecido do técnico, tal como aquele precitado complementar no artigo Convolute Cut-Edge Desing for an Earless Cup in Cup Drawing" de R. E. Dick, J. W. Yoon et F. Barlat, CP 778 Volume A, Numishet 2005.

[0064] Ela está representada nessa mesma figura 4 por uma curva em traços pontilhados.

Variante 3, de acordo com a invenção

[0065] A variante 3 corresponde a um disco, de acordo com a invenção, concebido acrescentando-se à variante 2 acima quatro orelhas a 35°, 145°, 215° e 325°, com uma altura relativa igual a 0,35% do raio da dita variante 2 e uma largura à meia altura correspondente a um setor de 30°.

[0066] Ela está representada na figura 5 por uma curva em um traço contínuo adicionado de motivos em cruz.

[0067] A variante 1 está aí representada em traços plenos e o disco da técnica anterior, dito ótimo, em traços pontilhados, de acordo com a figura 4.

Variante 4, de acordo com a invenção

[0068] A variante 4 corresponde a um disco, de acordo com a invenção, concebido acrescentando-se à variante 2 precedente quatro orelhas a 35°, 145°, 215° e 325°, de uma altura relativa igual a 0,57% do raio dessa variante 2 e de uma largura à meia altura correspondente a um setor de 30°.

[0069] Ela está representada na figura 6 por uma curva em um traço contínuo adicionado de motivos em cruz.

[0070] A variante 1 está aí representada sempre em traços cheios e o disco da técnica anterior dito ótimo em traços pontilhados, conforme na figura 4.

Resultados

[0071] A partir dessas quatro variantes de discos, foram fabricados copos por estampagem profunda com um diâmetro do punção de estampagem profunda de 88,9 mm para uma altura média dos copos de 32 mm.

[0072] A figura 7 apresenta as curvas de perfil dos copos obtidos, a partir das quatro variantes de disco:

[0073] - em curva cheia, o perfil dos copos obtidos com um disco circular uniforme de raio igual a 69,3 mm;

[0074] - em curva pontilhada, o perfil dos copos com um disco não circular da técnica anterior dito "ótimo";

[0075] - em curva com cruz, o perfil dos copos com um disco não circular otimizado, de acordo com a invenção, com quatro orelhas a 0,35%, de acordo com a variante 3;

[0076] - em curva com arredondados, o perfil dos copos com um disco não circular otimizado, de acordo com a invenção, com 4 orelhas a 0,57%, de acordo com a variante 4.

[0077] Observa-se aí sem ambiguidade que o disco da técnica anterior dito "ótimo" (curva em pontilhados) compensa as propriedades de orelhamento do metal, pois a amplitude da curva de perfil passa de 0,9 mm aproximadamente a menos de 0,2 mm.

[0078] Sobre a base dos perfis otimizados, de acordo com a invenção, as 4 orelhas adicionais são bem visíveis sobre as curvas de perfil com cruz e com redondos. A diferença de altura das orelhas adicionais está corretamente ligada à diferença das alturas das orelhas iniciais.

[0079] Observa-se também que a altura das orelhas artificiais, no caso do perfil de orelhas com 0,57% (curva com pontilhados), ultrapassa muito a altura das orelhas associadas às propriedades de orelhamento (curva de linha contínua) e une também no caso das orelhas a 0,35% (curva com cruzes). Assim, o risco de surgir um sistema com duas orelhas, que é mais suscetível ao fenômeno de " orelhamento", é claramente reduzido, inclusive com relação ao caso que corresponde à curva pontilhada da otimização de acordo com a técnica anterior, mas também, valores negativos (depressões do perfil superior do copo) não são registrados.

Claims

1. Processo de fabricação de uma lata de bebida, uma garrafa ou uma lata de aerossol em liga de alumínio, por estampagem profunda-estiramento seguido de moldagem de pescoço e/ou dobra, a partir de um disco não circular, caracterizado pelo fato de que: - a tira de metal da qual é retirado cada disco é virtualmente dividida em hexágonos regulares idênticos, dos quais dois lados opostos são sensivelmente perpendiculares à direção de laminação dessa tira e constituindo um sistema hexagonal compacto plano; - o perímetro desse disco é calculado por ajuste, a partir de um círculo concêntrico e de raio inferior àquele do círculo inscrito do hexágono correspondente, para compensar, durante a estampagem profunda, as propriedades de orelhamento do metal, e em que; - pelo menos quatro orelhas são acrescentadas, além e a partir desse perímetro, nas zonas do hexágono deixadas livres, cujo eixo principal forma um ângulo respectivamente de substancialmente 35°, 145°, 215° e 325° com a direção de laminação, cada um tendo uma altura relativa de 0,3 a 0,8% em relação a esse círculo concêntrico de partida, e uma largura máxima, considerando-se o espaço disponível, ou tipicamente correspondente, à meia altura da dita orelha, em um setor angular mínimo de substancialmente 25° tendo por vértice o centro do disco.

2. Disco de estampagem profunda de uma lata de bebida, garrafa metálica ou lata de aerossol, caracterizado pelo fato de que é fabricado por um processo como definido na reivindicação 1.