BR112016024729B1 - Método de fabricação de recipiente de alumínio - Google Patents

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Abstract

folha de alumínio com maleabilidade melhorada e um recipiente de alumínio feito com folha de alumínio. uma folha de alumínio compreende uma liga 3xxx ou 5xxx tendo um limite de elasticidade (tys) quando medido na direção longitudinal de 186,15 ? 227,53 mpa (27 - 33ksi) e uma resistência à tração final (uts); em que a resistência à tração final menos o limite de elasticidade é menor que 22,75 mpa (3,30ksi) (uts - tys<22,75 mpa(3,30ksi)). um recipiente de alumínio tendo uma cúpula, em que a cúpula compreende aa 3xxx ou 5xxx tendo um limite de elasticidade quando medido na direção longitudinal de 186,15 - 227,53 mpa (27 - 33ksi) e uma resistência à tração final; em que a resistência à tração final menos o limite de elasticidade é menor que 22,75 mpa (3,30ksi) (uts - tys<22,75 mpa (3,30ksi)).

Description

MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE RECIPIENTE DE ALUMÍNIO REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS
[0001] Este pedido de patente reivindica prioridade para o Pedido de Patente Provisório U.S. No. 61/986.692 depositado a 30 de abril de 2014, que é incorporado aqui por referência em sua totalidade.
ANTECEDENTES
[0002] Na indústria de recipiente, recipientes de bebida de metal formados de modo substancialmente idênticos são produzidos massivamente e de modo relativamente econômico. A fim de expandir um diâmetro de um recipiente para criar um recipiente formado ou aumentar o diâmetro do recipiente inteiro, frequentemente várias operações são exigidas usando várias matrizes de expansão diferentes para expandir cada recipiente de metal uma quantidade desejada. Também matrizes foram usadas para estirar e formar os recipientes, frequentemente várias operações são exigidas usando várias matrizes de estiramento diferentes para estreitar cada recipiente de metal uma quantidade desejada. As extremidades abertas de recipientes são formadas por flangeamento, ondulações, rosqueamento e/ou outras operações para aceitar fechamentos. Operações de estiramento, expansão, e acabamento algumas vezes causam falhas de metal, tais como uma ou mais dos seguintes: divisões de ondulação, fratura de recipiente, colapso de recipiente.
SUMÁRIO
[0003] Referindo-se à figura 1, uma folha de alumínio 100 compreende uma liga AA 3XXX ou 5xxx tendo um limite de elasticidade (TYS) quando medido na direção longitudinal de 186,15 -227,53 MPa (27 - 33ksi) e uma resistência à tração final (UTS); em que a resistência à tração final menos o limite de elasticidade é menor que 22,75 MPa (3,30ksi) (UTS - TYS<22,75 MPa (3,30ksi)). Em algumas modalidades, o limite de elasticidade quando medido na direção longitudinal é de 193,05 - 220,63 MPa (28-32ksi). Em algumas modalidades, o limite de elasticidade quando medido na direção longitudinal é 196,70 - 214,70 MPa (28,58 - 31,14ksi). Em algumas modalidades, a resistência à tração final menos o limite de elasticidade é 19,99 - 22,75 MPa (2,99-3,30ksi). Em algumas modalidades, a resistência à tração final menos o limite de elasticidade é 20,61 - 22, 75 MPa (2,99 - 3,30ksi). Em algumas modalidades, a folha de alumínio compreende um de AA: 3x03, 3x04 ou 3x05. Em algumas modalidades, a folha de alumínio compreende AA 3104. Em algumas modalidades, a folha de alumínio compreende AA 5043. Em algumas modalidades, a resistência à tração final é 206,84 - 248,21 MPa (30-36ksi). E, algumas modalidades, a resistência à tração final é 213,73 -241,31 MPa (31-35ksi). Em algumas modalidades, a resistência à tração final é 217,25 - 237,31 MPa (31,51 -34,51ksi).
[0004] Em algumas modalidades, os valores de TYS e (UTS -TYS) descritos acima são para uma bobina de folha de alumínio "quando enviado" para um fabricante de lata. O processo de formação de recipiente realizado pelo fabricante de lata inclui tratamentos térmicos e processos mecânicos, isto é, trabalho a frio, ambos os quais afetam os valores de TYS e (UTS - TYS). Os valores de TYS e (UTS - TYS) de um recipiente particular variarão dependendo dos tratamentos térmicos e processos mecânicos usados para formar o recipiente e os valores de TYS e (UTS - TYS) variarão ao longo de vários pontos em um único recipiente. Por exemplo, as paredes laterais de um recipiente em geral têm muito trabalho a frio, que resultarão em TYS maior. Tratamentos térmicos em geral diminuem TYS. A cúpula do recipiente experimentará tratamentos térmicos, mas pouco trabalho a frio, assim o TYS da cúpula de um recipiente formado feito com folha descrita acima pode ser ligeiramente menor que TYS da folha descrita acima.
[0005] Referindo-se à figura 2, um recipiente de alumínio 200 tem uma cúpula 210, em que a cúpula 210 compreende uma liga AA 3XXX ou 5XXX tendo um limite de elasticidade quando medido na direção longitudinal de 186,15 - 227,53 MPa (27-33ksi) e uma resistência à tração final; em que a resistência à tração final menos o limite de elasticidade é menor que 22,75 MPa (3,30ksi) (UTS - TYS < 22,75 MPa (3,30ksi)). Em algumas modalidades, o limite de elasticidade quando medido na direção longitudinal é 193,05 - 220,63 MPa (28,32 -31,14ksi). Em algumas modalidades, o limite de elasticidade quando medido na direção longitudinal é 196,70 - 214,70 MPa (2,90 -3,30ksi). Em algumas modalidades, a resistência à tração final menos o limite de elasticidade é 19,99 - 22,75 MPa (2,99 - 3,30ksi). Em algumas modalidades, a cúpula 210 compreende um de AA: 3x03, 3x04, ou 3x05. Em algumas modalidades, a cúpula 210 compreende AA 3104. Em algumas modalidades, a cúpula 210 compreende AA 5043. Em algumas modalidades, a resistência à tração final é 206,84 -248,21 MPa (30 - 36ksi). Em algumas modalidades, a resistência à tração final é 213,73 - 241,31 MPa (31 - 35ksi). Em algumas modalidades, a resistência à tração final é 217,25 - 237,93 MPa (31,51 - 34,51ksi). Em algumas modalidades, o recipiente de alumínio é uma garrafa. Em algumas modalidades, o recipiente de alumínio foi formado arrastando e alisando uma folha de alumínio.
[0006] Referindo-se à figura 3, um método compreende: formar um recipiente 300 a partir de uma folha de alumínio compreendendo uma liga 3XXX ou 5xxx tendo um limite de elasticidade quando medido na direção longitudinal de 186,15 - 227,53 MPa (27 - 33ksi), e uma resistência à tração final; em que a resistência à tração final menos o limite de elasticidade é menor que 22,75 MPa (3,30ksi) (UTS -TYS<22,75 MPa); e reduzindo um diâmetro de uma parte do recipiente 310 por pelo menos 26%.
[0007] Referindo-se à figura 4, em algumas modalidades, reduzir um diâmetro do recipiente 310 por pelo menos 26% compreende estirar o recipiente 320 com matrizes de estiramento. Em algumas modalidades, reduzir o diâmetro do recipiente 310 por pelo menos 26% compreende estirar o recipiente 320 pelo menos 14 vezes. Em algumas modalidades, o diâmetro do recipiente é reduzido por pelo menos 30%.
[0008] Em algumas modalidades, o limite de elasticidade quando medido na direção longitudinal é 193,05 - 220,63 MPa (28 - 32ksi). Em algumas modalidades, o limite de elasticidade quando medido na direção longitudinal é 196,70 - 214,70 MPa (28,53 - 31,14ksi). Em algumas modalidades, a resistência à tração final menos o limite de elasticidade é 19,99 - 22,75 MPa (2,90 - 3,30ksi). Em algumas modalidades, a resistência à tração final menos o limite de elasticidade é 20,61 - 22,75 MPa (2,99 - 3,30ksi). Em algumas modalidades, a folha de alumínio compreende um de AA: 3x03, 3x04 ou 3x05. Em algumas modalidades, a folha de alumínio compreende AA 3104. Em algumas modalidades, a folha de alumínio compreende AA 5043. Em algumas modalidades, a resistência à tração final é 206,84 - 248,21 MPa (30 - 36ksi). E, algumas modalidades, a resistência à tração final é 213,73 - 241,31 MPa (31 - 35ksi). Em algumas modalidades, a resistência à tração final é 217,25 - 237,31 MPa (31,51 - 34,51ksi).
[0009] Em algumas modalidades, o recipiente é uma garrafa.
[0010] Referindo-se à figura 5, em algumas modalidades, o método ainda compreende expandir uma seção da parte do recipiente tendo um diâmetro reduzido 330. Em algumas modalidades, a seção tem um comprimento e o comprimento é pelo menos 0,76 cm (0,3pol.). Em algumas modalidades, o comprimento é pelo menos 1,01 cm (0,4 pol.).
[0011] Uma folha de alumínio é alumínio enrolado tendo uma espessura de 0,15 mm a 0,76 mm (0,006 a 0,030 pol.).
[0012] Uma cúpula é a cúpula no fundo do recipiente.
[0013] Uma garrafa é um recipiente rígido tendo um gargalo que é mais estreito que o corpo.
[0014] O limite de elasticidade é definido como a carga de rendimento compensado de 0,2% dividido pela área de seção transversal original do espécime. A resistência à tração final é a carga máxima dividida pela área de seção transversal original.
[0015] As ligas e têmperas mencionadas aqui são como definida por "American National Standard Alloy and Temper Designation System for Aluminum ANSI H35.1" e "Aluminum Association International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys" como revisão de Fevereiro de 2009.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0016] A figura 1 é uma vista em perspectiva aumentada parcial de uma folha de alumínio;
[0017] figura 2 é uma vista lateral de uma garrafa de alumínio tendo uma cúpula;
[0018] figura 3 representa as etapas de processo de acordo com uma modalidade;
[0019] figura 4 representa as etapas de processo de acordo com outra modalidade;
[0020] figura 5 representa as etapas de processo de acordo com uma modalidade adicional;
[0021] figura 6 é um gráfico ilustrando a UTS de grupos de bobinas 1-4;
[0022] figura 7 é um gráfico ilustrando o TYS de grupos de bobinas 1-4;
[0023] figura 8 é um gráfico ilustrando UTS - TYS de grupos de bobinas 1-4; e
[0024] figura 9 plota bobinas de taxa de rejeito alta e baixa versos UTS - TYS.
DESCRIÇÃO
[0025] A maleabilidade de estoque de garrafa de lata (como medida pela taxa de rejeito depois de terminar a abertura do recipiente) foi empiricamente demonstrada para aumentar com a diferença UTS - TYS reduzida (< 22,75 MPa (3,30ksi)). As diferenças UTS-TYS de < 22,75 MPa (3,30ksi) resultou em menos rejeitos de produto. Espécimes medidas foram feitas a partir de folha de gabarito acabado com largura nominal de ~1,27 cm (0,50pol.). As amostras foram orientadas tal que a direção de rolamento é paralela à carga aplicada.
[0026] Em algumas modalidades, acabamento compreende um ou uma combinação do seguinte: formar roscas, expandir, estreitar, ondular, flangear, ou formar a abertura do recipiente para aceitar um fechamento. Garrafas feitas de bobinas de folha de alumínio com UTS - TYS < 22,75 MPa têm taxas de rejeito menores depois do acabamento. A rejeição pode ser causada por falhas de recipiente, tal como um ou mais dos seguintes: divisores de ondulação, fratura de recipiente, colapso de recipiente. Outros tipos de falhas de recipiente podem causar rejeição.
[0027] Um método para produzir uma folha de estoque de garrafa de diferença UTS-TYS reduzida é uma redução em nível Ti e um aumento em tempo de imersão de preaquecimento a partir de alvos de produção padrão. Em algumas modalidades, os níveis de Ti na folha de alumínio estão na faixa de 0,0030 - 0,008% de peso. Em algumas modalidades, a folha de alumínio experimenta tempos de pré-imersão na faixa de 3 horas em 582,2°C (1080°F) mais 30-40 horas em 571,1°C (1060°F). Em algumas modalidades, a folha de alumínio experimenta tempos de pré-imersão na faixa de 3 horas em 582,2°C mais 35-40 horas em 571,1°C (1060°F). Em algumas modalidades, a folha de alumínio experimenta tempos de pré-imersão na faixa de em 582,2°C (1080°F) mais 37-40 horas em 571,1°C (1060°F).
[0028] A folha de alumínio (10 bobinas) tendo um TYS médio de ~243,72 MPa (35,35 ksi) (faixa de 237,04 - 124,10 MPa (34,38 -36,18ksi)) com UTS-TYS médio de 23,92 MPa (3,47ksi) (faixa de 22,75 - 26,20 MPa (3,30-3,80 ksi)) está no grupo 1. A UTS média do grupo 1 foi 268,13 MPa (38,89ksi) (faixa de 262,62 - 272,27 MPa (38,09 - 39,49ksi)). O material no grupo 1 carecia de maleabilidade suficiente para ser usado na fabricação de garrafas.
[0029] Bobinas de folhas de alumínio tendo TYS média de 221,66 MPa 32,15 ksi (faixa de 213,73 - 235,52 MPa 31,00-34,16 ksi)) com UTS - TYS média de 23,58 MPa(3,42ksi) (faixa 21,23 - 25,64 MPa (3,08 - 3,72ksi)) estão no grupo 2. A UTS média do grupo 2 foi 245,24 MPa (35,57ksi) (faixa de 236,76 - 258,48 MPa (34,34 - 37,49ksi)). O material do grupo 2 carecia de maleabilidade suficiente para ser usado na fabricação de garrafas.
[0030] As bobinas do grupo 3 da folha de alumínio tinham TYS média de 207,25 MPa (30,06ksi)(faixa de 199,74 - 215,32 MPa(28,97 - 31,23ksi)) e UTS - TYS média de 23,26 MPa (3,36ksi)(faixa de 20,82 - 25,09 MPa(3,02 - 3,64ksi)). A UTS média do grupo 3 foi 230, 25 MPa (33,41ksi)(faixa de 218,21 - 240,0 MPa(31,65 - 34,81ksi)). De bobinas de grupo 3 algumas foram identificadas como realizando com baixas taxas de rejeição de garrafa depois do acabamento. Algumas têm uma maneabilidade suficiente para serem usadas na fabricação de garrafas.
[0031] Bobinas de folha de alumínio atendo TYS média de 205,67 MPa (29,83ksi) 196,70 - 214,14 MPa(28,53 - 31,14ksi) e uma UTS - TYS média de 22,06 MPa (3,20ksi) 20,61 - 23,64 MPa (2,99 - 3,43ksi) cai no grupo 4. A UTS média do grupo 4 foi 227,73 MPa (33,03 ksi) (faixa de 217,46 - 237,93 MPa (31,54 - 34,51 ksi)). As garrafas feitas a partir de bobinas de folha de alumínio no grupo 4 com UTS - TYS < 22,75 MPa (3,30ksi) tinham baixas taxas de rejeito depois do acabamento.
[0032] A UTS de grupos 1-4 é mostrada no gráfico na figura 6. A TYS de grupos 1-4 é mostrada no gráfico na figura 7. A UTS - TYS de grupos 1-4 é mostrada no gráfico na figura 8.
[0033] A UTS - TYS de um subconjunto de bobinas do grupo 3 é plotado contra as taxas de rejeição na figura 9. Como pode ser visto na figura 9, existe uma diferença estatisticamente significante na UTS - TYS para bobinas de taxa de rejeição alta conhecida, e bobinas de taxa de rejeição baixa.
[0034] Uma análise de divisão na taxa de rejeição pode dividir os lotes em dois grupos que têm o erro de classificação incorreta mínima em um valor de UTS - TYS de 22,75. A tabela abaixo mostra os resultados da análise divisória do mesmo conjunto de dados incluídos na figura 9.
Figure img0001
[0035] A taxa na qual o trabalho de material endurece é também crítica para formar uma garrafa com baixas taxas de rejeição. A tensão de fluxo para alumínio é frequentemente definida pela Equação Você (σ = A - Bexp (-Cε)) em que a taxa de endurecimento de tensão é definida pelo coeficiente "C". Investigação de valores de C entre 5 e 25 resultou em diferenças significantes de formação de garrafa. Em algumas modalidades, um valor de C na faixa de 12-18 pode ser usado para minimizar as taxas de rejeição. Em outras modalidades, um valor de C na faixa de 15-25 pode ser usado. Em outras modalidades, um valor de C na faixa de 20-35 pode ser usado. Em outras modalidades, um valor de C na faixa de 25-50 pode ser usado. Em outras modalidades, um valor de C na faixa de 5-12 pode ser usado.
[0036] Enquanto várias modalidades da presente invenção foram descritas em detalhe, é evidente que modificações e adaptações daquelas modalidades ocorrerão àqueles versados na técnica. No entanto, deve ser expressamente entendido que tais modificações e adaptações se encontram dentro do espírito e escopo da presente invenção.

Claims (12)

  1. Método, caracterizado pelo fato de que compreende:
    obter uma folha de alumínio compreendendo uma liga 3XXX ou 5xxx;
    em que a folha de alumínio tem um limite de elasticidade quando medido na direção longitudinal de 186,15 - 227,53 MPa (27 -33ksi) e uma resistência à tração final;
    em que a resistência à tração final menos o limite de elasticidade é menor que 22,75 MPa (3,30ksi) (UTS - TYS<22,75 MPa (3,30ksi)); e
    em que a folha de alumínio possui uma espessura de 0,015 cm a 0,076 cm (0,006 pol. a 0,03 pol.);
    arrastar e alisar a folha de alumínio para formar um recipiente de alumínio tendo uma cúpula (210);
    estirar o recipiente de alumínio para reduzir o diâmetro de uma parte do recipiente de alumínio por pelo menos 26% para formar uma garrafa; e
    dar acabamento à garrafa de modo a resultar em uma garrafa configurada para aceitar um fechamento.
  2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o limite de elasticidade quando medido na direção longitudinal é 193,05 - 220,63 MPa (28 - 32ksi).
  3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o limite de elasticidade quando medido na direção longitudinal é 196,70 - 214,70 MPa (28,53 - 31,14ksi).
  4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a resistência à tração final menos o limite de elasticidade é 19,99 - 22,75 MPa (2,99 - 3,30ksi).
  5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a resistência à tração final menos o limite de elasticidade é 20,61 - 22,75 MPa (2,99 - 3,30ksi).
  6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a folha de alumínio compreende um de AA: 3x03, 3x04 ou 3x05.
  7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a folha de alumínio compreende AA 3104.
  8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende expandir uma seção da parte do recipiente de alumínio tendo um diâmetro reduzido.
  9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a seção tem um comprimento e o comprimento é pelo menos 7,62 mm (0,3 pol.).
  10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o comprimento é pelo menos 10,16 mm (0,4 pol.).
  11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a folha de alumínio é uma liga 3XXX.
  12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a liga 5XXX é uma liga 5043.
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