CN102574186B - 容器和选择性地形成的杯以及它们的制造工具和相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种容器，例如饮料或食物罐，其包括第一侧壁、第二侧壁和在所述第一侧壁和所述第二侧壁之间延伸的底部部分。底部部分的材料相对于所述第一侧壁和所述第二侧壁被拉伸，以形成变薄的预先选择的轮廓，例如穹顶。所述容器的在所述穹顶处或附近的材料具有基本上均匀的厚度。容器由材料坯体形成，该材料坯体在形成之前具有基础规格。在形成之后，所述容器的在所述穹顶处或附近的材料具有小于基础规格的厚度。还公开了用于将材料坯体选择性地形成为容器的工具和方法。

Description

容器和选择性地形成的杯以及它们的制造工具和相关方法

相关申请

本申请要求2009年10月21日提交的名称为“容器和选择性地形成的杯以及它们的制造工具和相关方法(CONTAINER，ANDSELECTIVELY FORMED CUP，TOOLING AND ASSOCIATEDMETHOD FOR PROVIDING SAME)”的临时申请No.61/253,633的优先权。

技术领域

本发明整体涉及容器，更具体地，本发明涉及金属容器，例如啤酒罐或饮料罐以及食物罐。本发明还涉及杯以及用于形成杯和容器的坯体。本发明还涉及用于选择性地形成杯或容器的底部部分以减少杯或底部部分中材料量的方法和工具。

背景技术

众所周知的是，拉延和展平片状金属坯体来制造薄壁容器或罐本体，以用于包装饮料(例如，碳酸饮料；非碳酸饮料)、食物或其它物质。通常，形成这样的容器的初始步骤之一是形成杯。该杯通常比最终的容器短且宽。因此，杯通常经受多种额外的处理，这些处理进一步将杯形成为最终的容器。例如，如图所示，在图1中，常规的罐本体2具有薄的侧壁4、6和底部轮廓8，该底部轮廓8包括向外突出的环形脊10。底部轮廓8从环形脊10向内倾斜，以形成向内突出的穹顶部分12。罐本体2由材料坯体14(例如非限制性地为片状金属)形成。

在工业中总是期望降低规格，从而减少用来形成这种容器的材料的量。然而，除了与由较薄规格材料形成容器相关的优点之外，容器具有起皱的趋势，尤其是在重新拉延和形成穹顶期间。此前的建议在很大程度上集中于形成各种形状的底部轮廓，这些轮廓将会是强效的，并且因此能够抵抗弯折，同时使得具有较薄基础规格的金属能够用来制造罐本体。从而，常规的期望是保持穹顶和底部轮廓中的材料厚度，以保持或增大罐本体的这个区域中的强度，从而避免弯折。

用于形成穹顶形杯或罐本体的工具具有在常规上包括的凸的弯曲阳模和凹的阴模，使得穹顶形罐本体由传送到阳模和阴模之间的材料(例如而非限制性地为金属片状坯体)形成。通常，阳模向下延伸到阴模中，以形成穹顶形杯或罐本体。为了保持穹顶形部分的厚度，材料较轻地夹在要形成穹顶的部分的任一侧上。也就是，在形成穹顶时，材料可以朝向穹顶运动(例如滑动)或流动，以便保持底部轮廓中的期望厚度。例如而非限制性地在美国专利4,685,322；4,723,433；5,024,077；5,154,075；5,394,727；5,881,593；6,070,447；和7,124,613中公开了形成穹顶的方法和设备，这些专利据此以引用方式并入本文中。

因此，诸如啤酒/饮料罐的容器还有改进的空间，选择性地形成的杯以及用于制造这种杯和容器的工具和方法也有改进的空间。

发明内容

通过本发明的实施例来满足这些需求和其它的需求，本发明的实施例提供金属容器，例如饮料罐和食物罐、杯以及用于形成杯和容器的坯体，以及用于选择性地形成杯或容器的底部部分以减少杯或底部部分中材料量的方法和工具。

作为本发明的一个方面，容器包括：第一侧壁；第二侧壁；以及在第一侧壁和第二侧壁之间延伸的底部部分。底部部分的材料相对于第一侧壁和第二侧壁被拉伸，以形成变薄的预先选择的轮廓。

变薄的预先选择的轮廓可以为穹顶。容器的在穹顶处或附近的材料可以具有基本上均匀的厚度。容器可以由材料坯体形成，其中该材料坯体在形成之前具有基础规格。在形成之后，容器的在穹顶处或附近的材料可以具有小于基础规格的厚度。在穹顶处或附近的材料的厚度可比基础规格薄大约0.0003英寸至大约0.003英寸。

容器可以由材料坯体形成，其中该材料坯体具有预先形成的穹顶部分。

作为本发明的另一个方面，提供用于将材料坯体选择性地形成为容器的工具。容器包括第一侧壁、第二侧壁和在第一侧壁和第二侧壁之间延伸的底部部分。该工具包括：上工具组件；和下工具组件。材料坯体在靠近第一侧壁和靠近第二侧壁处被夹在上工具组件和下工具组件之间。底部部分相对于第一侧壁和第二侧壁被拉伸，以形成变薄的预先选择的轮廓。

作为本发明的另一个方面，提供用于选择性地形成容器的方法。该方法包括：将材料坯体引导至工具；使材料坯体形成为包括第一侧壁、第二侧壁和在第一侧壁和第二侧壁之间延伸的底部部分；将材料在靠近第一侧壁和靠近第二侧壁处夹在工具之间，以抵抗材料的运动；以及拉伸底部部分，以形成变薄的预先选择的轮廓。

附图说明

参考附图，从以下优选实施例的说明中可以获得本发明的完整理解，其中：

图1为饮料罐和用来形成饮料罐的材料坯体的侧正视图；

图2为根据本发明实施例的容器和形成容器的坯体的一个非限制性实例的侧正视图，还用虚线绘制了根据本发明另一个方面的预成形的材料坯体；

图3为根据本发明实施例的工具的侧正视剖面图；

图4为根据本发明另一个实施例的工具的侧正视剖面图；

图5为图4的工具的一部分的俯视平面图；

图6为沿图5的线6-6截取的剖面图；

图7为沿图5的线7-7截取的剖面图；

图8为图6的区段8的放大视图；

图9A-9D为根据本发明的非限制性实例的实施例的杯的连续形成阶段的侧正视图；

图10A-10C为根据本发明的另一个非限制性实例的实施例的杯的连续形成阶段的侧正视图；

图11A-11D为示出根据本发明的非限制性实例的实施例变薄的杯的金属厚度的侧正视图，分别示出了沿顺着材料的纹理方向、沿逆着纹理的方向、沿相对于纹理成45度的方向以及沿相对于纹理成135度的方向的穹顶的基本的均匀的厚度；

图12为根据本发明的非限制性实例的实施例的穹顶在其各个位置处的金属厚度的曲线图；以及

图13为对于图11A-11D的每个方向以及沿着交叉纹理方向的基础金属和穹顶的在图12的穹顶各个位置处的金属厚度的曲线图。

具体实施方式

为了图示说明的目的，本发明的实施例将描述为应用于杯，但是显然它们还可以用于合适地拉伸任何已知的或合适的罐本体或容器(例如而非限制性地为饮料/啤酒罐；食物罐)的端片或底部部分。

应当理解，本文的附图所示的以及以下的说明中所述的特定元件仅仅只是本发明的示例性实施例，其仅仅是为了图示说明的目的而作为非限制性实例提供。因此，与本文所公开的实施例相关的特定尺寸、定向和其它物理特征将不被认为是限制本发明的范围。

本文所使用的方向性措辞，例如左、右、前、后、顶部、底部、上、下及其衍生物，涉及附图中所示的元件的定向，而不是限制权利要求，除非有明确的表示。

如本文所用，两个或更多个部件“联接”在一起的表述应当指的是部件直接连接在一起或者通过一个或多个中间部件而连接在一起。

如本文所用，术语“数量”应当指的是一个或大于一的整数(即多个)。

图2示出来根据本发明一个非限制性实例的材料坯体20和饮料罐22，该饮料罐22具有选择性地形成的底部轮廓24。具体地，如下文详细所述，罐底部24尤其是其穹顶形部分26中的材料已经被拉伸，从而使其变薄。尽管图2的实例示出了饮料罐，但是应当理解，本发明可以用于使任何已知的或合适的可选类型的容器(例如而非限制性地为食物罐(未示出))，或杯(例如见图9A-9D和11A-11D的杯122，以及图10A-10C的杯222)的底部部分拉伸和变薄，该杯接下来进一步形成为这样的容器。

还应当理解，图2(以及本文所提供的所有图)中所示的特定尺寸仅仅是为了图示说明的目的，而并不是限制本发明的范围。即在不脱离本发明的范围的情况下，可以对任何已知的或合适的容器、端片或杯实施任何已知的或可选的基础规格的变薄。在图2的非限制性实例中，罐本体22的壁厚为0.0040英寸，并且管本体的罐底部24和穹顶26中具有为0.0098英寸的基本上均匀的厚度。从而，罐底部24中的材料已经比材料坯体20的为0.0108英寸的基础规格变薄了大约0.0010英寸。应当理解，这是实质性的降低，相对于传统的罐(见例如图1的罐本体2，其具有厚度为0.0108英寸的罐底部8)显著地减轻重量和节省成本。另外，除了这些优点，其还能够使用较小的材料坯体来形成相同的罐本体。例如而非限制性地，图2的非限制性实例中的坯体20的直径为大约5.325英寸，而图1的坯体14的直径为大约5.400英寸。这又使得能够采用较短箔宽度(未示出)的材料(即供应)，从而降低运输成本。

此外，本发明实现了材料的变薄以及材料的总量和重量的相关减少，而不会增加与供应以形成最终产品的库存材料相关的材料处理费用。例如而非限制性地，为降低材料的基础规格(即厚度)而增加库存材料的处理(例如轧制)可能会导致材料的初始成本的较为显著的增加。本发明实现期望的变薄和减少，而仍然利用具有较常规的且因此较廉价的基础规格的库存材料。

继续参考图2，应当理解，本发明可以采用预先形成的材料坯体20′或者可以实施为用于预先形成的材料坯体20′。例如而非限制性地，图2中用虚线绘制了具有预先形成的穹顶部分26′的预先形成的材料坯体20′。这样的预先形成的坯体20′可以进给到工具300(图3)、300′(图4-8)，并且接下来进一步形成为期望的杯122(图9A-9D和11A-11D)、222(图10A-10C)或容器22(图1)。这种预先形成的材料坯体20′的一个优点在于，使得多个这样的坯体20′能够一个嵌套在另一个中，以便于运输和输送坯体20′。根据需要，预先形成的穹顶部分26′还提供将坯体20′抓住和定位在工具300(图3)、300′(图4-8)中的机构。此外，其还使得能够进一步减小坯体20′的宽度。例如而非限制性地，在图2的非限制性实例中，预先形成的坯体20′具有为5.300英寸的减小的直径。

图3-8示出了根据本发明的用于使容器材料(例如而非限制性地为坯体；杯；罐本体)拉伸和变薄的各种工具300(图3)、300′(图4-8)。具体地，通过精确的工具几何结构和放置来实现选择的成形(例如拉伸)。根据一个非限制性实施例，该过程开始于将材料坯体(例如而非限制性地为坯体20)引导至工具组件300(图3)、300′(图4-8)的部件之间，并且形成具有基础金属厚度或规格的平的标准底杯122(见例如图9A和10A)。

如图3和4所示，工具优选地包括形成冲头304(图3)、304′(图4)和下工具组件306(图3)、306′(图4)。在形成杯122之后，形成冲头304继续向下运动，推动杯122下降，直到杯122接触下垫308、308′。在本文所示和所述的非限制性实施例中，下垫308具有成型的台阶边沿310(如图8的放大图中最佳地示出为下垫308′中的台阶边沿310′)，但是应当理解，这样的台阶边沿不是必需的。例如，通过卷曲材料并且将材料正好锁定在杯侧壁124的内侧，成型的台阶边沿310、310′方便将材料保持为基本上静止的，如图8所示。这样，侧壁124中的材料被固定地保持，从而防止其滑动或流动到杯122的底部部分128中。因此，应当理解，本发明与常规的容器底部形成(例如而非限制性地为形成穹顶)方法和设备基本上不同。也就是，虽然在传统的形成过程中杯或容器的侧面部分可能杯夹住，但是施加了较小的压力而促进了材料运动(例如滑动；流动)进入杯或容器的底部部分。换言之，明确地避免了对容器的底部部分中的材料进行传统的夹持和拉伸，从而保持底部部分中的材料的厚度。

应当理解，上述台阶边沿310、310′不是本发明的必需方面。例如，图9A-9D示出了形成根据本发明实施例的非限制性实例杯122的连续步骤或阶段，其中工具300、300′包括台阶边沿310、310′，而图10A-10C示出了根据本发明另一个实施例的杯222的连续形成阶段，其中工具不包括任何台阶边沿。应当理解，虽然在图9A-9D中示出了四个形成阶段，在图10A-10C的实例中示出了三个形成阶段，但是根据本发明，任何已知的或合适的可选数量和/或顺序的形成阶段可以用来合适地拉伸材料和使材料变薄。还应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以采用任何已知的或合适的机构以用于充分地固定材料而抵抗材料运动(例如滑动)或流动进入底部部分128(例如穹顶130)。例如而非限制性地，用于固定杯122或容器本体22(图2)的侧部124、126或者靠近该侧部的位置的压力可以通过气动方式提供，如图3大致所示，或者通过预定数量的偏压元件(例如而非限制性地为弹簧312、314)来提供，如图4-7所示，或者通过任何其它已知的或合适的保持装置(例如而非限制性地为液压力)或机构(未示出)来提供。

根据本发明的一个非限制性实施例，应当理解，尽管材料杯夹持(例如固定在基本上固定的位置中)以使其不能运动(例如滑动)或流动，而相反在接下来的形成步骤中被拉伸，但是施加这种夹持作用所需的力的大小优选地被最小化。这样，能够提供必要的夹持力来方便所公开的拉伸和变薄，而不需要不同的压机(例如而非限制性地为具有更大容量的压机)(未示出)。因此，通过较快速地且容易地重组已有的压机，本发明可以有利地易于用于本领域中使用的已有的设备。

表1量化了根据本发明多个非限制性实例的采用不同数量(例如5；10；20)的弹簧(例如而非限制性地为弹簧312、314)来施加夹持力所得到的夹持力和偏转。

表1

当周边的材料被适当地夹持时(例如固定在基本上固定的位置中，例如而非限制性地如图8所示)，冲头304′继续向下运动，迫使杯底部区域128中的材料进入工具300′的轮廓部316(图6-8)，使得该材料拉伸为成型的形状130(图9D、10C、11A-11D、12和13)，从而使材料变薄。图9A-9D中示出了已经根据这个过程形成的杯122的非限制性实例(工具300′包括台阶边沿310′)。图10A-10C中示出了另一个实例的杯222(工具不包括台阶边沿)。例如参照图9D，应当理解，穹顶部分130(图9D和11D)、230(图106)中的材料可以被拉伸，并且因此可以变薄高达大约0.001英寸或更多。还应当理解，虽然在本文所示和所述的实例中的成型的形状为穹顶130、230，但是在不脱离本发明的范围的情况下可以形成任何其它已知的或合适的可选形状。

参见图9C、9D、11A-11D、12和13，应当理解，穹顶部分130的拉伸的材料的厚度还有利地为基本上均匀的。更具体地，材料的厚度不仅对于沿着穹顶130的宽度或直径的各个位置(例如见图12和13的测量位置A-I)而言是均匀的，如图9C(部分地形成的杯穹顶130′)和9D(完全地形成的杯穹顶130)所示，而且沿各个方向也是均匀的，例如如图11A和13所示顺着纹理，如图11B和13所示逆着纹理，如图11C和13所示相对于纹理成45度，以及如图11D和13所示相对于纹理成135度。图12和13的曲线还与这些发现相一致。图13在一个曲线图中示出了对于相对于纹理的各个上述方向以及沿着交叉纹理方向的各个位置A-I处的金属厚度的图。

因此，应当理解，本发明提供了用于使容器22(图2)或杯122(图9A-9D和11A-11D)、222(图10A-10C)的底部部分24(图2)、128(图9A-9D和11A-11D)、228(图10A-10C)，例如穹顶形部分26(图2)、130(图9D和11A-11D)、230(图10C)，选择性地拉伸和变薄的工具300(图3)、300′(图4-8)和方法，从而相对显著地节省材料和成本。

虽然已经详细描述了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员应当理解，在本公开的整体教导下可以对这些细节进行各种修改和替换。因此，所公开的特定布置仅仅是示意性的而非限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求及其任何和全部等效来限定。

Claims (22)

1.一种容器，其包括：

第一侧壁；

第二侧壁；以及

底部部分，所述底部部分在所述第一侧壁和所述第二侧壁之间延伸，

其中，所述容器由材料坯体形成，

其中，所述材料坯体在靠近所述第一侧壁和靠近所述第二侧壁处被夹持在上工具组件和下工具组件之间，使得所述第一侧壁和所述第二侧壁中的材料被固定地保持，并且不会流动到所述底部部分中，并且

其中，所述底部部分的材料相对于被夹持的所述第一侧壁和被夹持的所述第二侧壁被拉伸，以形成变薄的预先选择的轮廓，从而该轮廓的被拉伸的材料的厚度不仅对于各个位置而言是均匀的，而且沿各个方向也是均匀的。

2.根据权利要求1所述的容器，其中所述变薄的预先选择的轮廓为穹顶。

3.根据权利要求2所述的容器，其中所述容器的在所述穹顶处或附近的材料具有基本上均匀的厚度。

4.根据权利要求2所述的容器，其中所述材料坯体在形成之前具有基础规格；其中，在形成之后，所述容器的在所述穹顶处或附近的材料具有一厚度；并且其中在所述穹顶处或附近的材料的厚度小于所述基础规格。

5.根据权利要求4所述的容器，其中在所述穹顶处或附近的材料的厚度比所述基础规格薄大约0.0003英寸至大约0.003英寸。

6.根据权利要求1所述的容器，其中所述容器由材料坯体形成；并且其中所述材料坯体具有预先形成的穹顶部分。

7.根据权利要求1所述的容器，其中所述容器为罐本体。

8.根据权利要求1所述的容器，其中所述容器为杯。

9.一种用于将材料坯体选择性地形成为容器的工具，所述容器包括第一侧壁、第二侧壁以及在所述第一侧壁和所述第二侧壁之间延伸的底部部分，所述工具包括：

上工具组件；以及

下工具组件，

其中所述材料坯体在靠近所述第一侧壁和靠近所述第二侧壁处被夹在所述上工具组件和所述下工具组件之间，使得所述第一侧壁和所述第二侧壁中的材料被固定地保持，并且不会流动到所述底部部分中，并且

其中所述底部部分相对于所述第一侧壁和所述第二侧壁被拉伸，以形成变薄的预先选择的轮廓，从而该轮廓的被拉伸的材料的厚度不仅对于各个位置而言是均匀的，而且沿各个方向也是均匀的。

10.根据权利要求9所述的工具，其中所述上工具组件包括形成冲头；其中所述下工具组件包括垫；并且其中所述形成冲头使所述材料坯体运动成接触所述垫。

11.根据权利要求10所述的工具，其中所述垫包括台阶边沿，所述台阶边沿构造成将所述材料坯体卷曲和锁定在所述上工具组件和所述下工具组件之间。

12.根据权利要求11所述的工具，其中所述下工具组件还包括轮廓部；其中所述轮廓部接合并拉伸所述底部部分，以形成所述变薄的预先选择的轮廓。

13.根据权利要求12所述的工具，其中所述变薄的预先选择的轮廓是穹顶，所述材料坯体在形成之前具有基础规格；在所述穹顶处或附近的材料的厚度比所述基础规格薄大约0.0003英寸至大约0.002英寸。

14.根据权利要求9所述的工具，其中所述材料坯体具有预先形成的穹顶部分。

15.根据权利要求9所述的工具，其中所述容器为罐本体。

16.根据权利要求9所述的工具，其中所述容器为杯。

17.根据权利要求9所述的工具，其中所述变薄的预先选择的轮廓为穹顶。

18.根据权利要求9所述的工具，其中所述变薄的预先选择的轮廓是穹顶，所述容器的在所述穹顶处或附近的材料具有基本上均匀的厚度。

19.根据权利要求9所述的工具，其中所述变薄的预先选择的轮廓是穹顶，所述材料坯体在形成之前具有基础规格；其中，在形成之后，所述容器的在所述穹顶处或附近的材料具有厚度；并且其中在所述穹顶处或附近的材料的厚度小于所述基础规格。

20.一种用于选择性地形成容器的方法，所述方法包括：

将材料坯体引导至工具；

使所述材料坯体形成为包括第一侧壁、第二侧壁以及在所述第一侧壁和所述第二侧壁之间延伸的底部部分；

将材料在靠近所述第一侧壁和靠近所述第二侧壁处夹在所述工具之间，以抵抗材料的运动，使得所述第一侧壁和所述第二侧壁中的材料被固定地保持，并且不会流动到所述底部部分中；以及

拉伸所述底部部分，以形成变薄的预先选择的轮廓，从而该轮廓的被拉伸的材料的厚度不仅对于各个位置而言是均匀的，而且沿各个方向也是均匀的。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述变薄的预先选择的轮廓为穹顶。

22.根据权利要求20所述的方法，还包括：

提供具有预先形成的穹顶的坯体作为所述坯体，以及

所述形成步骤包括使所述预先形成的穹顶拉伸和变薄。