CN102858643A - 罐身 - Google Patents

Abstract

一种适于卷封到罐盖上的拉深减薄金属罐身，所述罐身包括：减薄侧壁、与所述侧壁一体形成的包围的非穹顶状的底座，所述底座的底部面板具有至少大约64的平均洛氏硬度值。

Description

罐身

技术领域

本申请要求2010年2月4日提交的欧洲专利申请EP 10152593、2010年4月12日提交的欧洲专利申请EP 10159582、以及2010年4月12日提交的欧洲专利申请EP 10159621的优先权，其内容在此通过引用整体并入。

本发明涉及一种容器，并且更具体地涉及用于食物、饮料、气溶胶等的由金属薄板形成的金属容器。

背景技术

用于食物和饮料的两片金属容器通常通过冲拔（DWI，也称为拉深减薄（D&I））或者深冲（DRD）工艺来制造。术语“两片”是指：ⅰ）杯状罐身以及ⅱ）罩，其将随后紧固到罐身的开口端以形成容器。

在常规DWI（D&I）工艺中（例如美国专利号4,095,544的图6至图10中所示），通过拉深模具拉深由金属薄板卷冲压出的平坦（通常）圆形坯体，从而在冲头的作用下形成浅的第一阶段杯。该初始拉深阶段不产生坯体的任何有意变薄。此后，为了实现杯的侧壁的厚度减小，通过一个或多个环形罐壁减薄模具推动通常安装在密接冲头或桩锤的端面上的杯，从而使杯的侧壁的伸长。减薄工艺单独地将不产生第一阶段杯的标称直径的任何变化。

图1表示在由常规DWI（D&I）工艺产生的容器主体中的金属的分布。图1仅为例示性的，并非意在精确地定标。在图1中示出三个区域，其中：

i. 区域1代表底座的非减薄材料。这个区域保持与坯体的轧前厚度近似相同的厚度，即它不受常规DWI工艺的单独制造操作的影响。

ⅱ、区域2代表侧壁的减薄中段。其厚度（并且从而需要减薄的量）由容器主体需要的性能确定。

ⅲ、区域3代表侧壁的减薄上段。通常在制罐中，该减薄上段是轧前厚度的大约50-75%。

在DRD工艺中（如在US 4,095,544的图1至图5中所示），使用相同的拉深技术来形成第一阶段杯。然而，不是采用减薄工艺，第一阶段杯然后经历一次或多次再拉深操作，其用来逐渐减小杯的直径并且从而使杯的侧壁伸长。大多数常规再拉深操作单独地不是意在产生杯材料的厚度的任何变化。然而，以由一般的DRD工艺制造的容器主体为例，在实践中在最终容器主体的顶部通常会有一些变厚（10%的级别或者更多）。该变厚是再拉深工艺的自然效应并且当从较大直径的杯再拉深到较小直径的杯时由对材料的压缩效应来解释。

注意具有替代的已知DRD工艺，其通过使用小半径或复合半径的拉深模具，通过在拉深和再拉深阶段中拉伸使侧壁变薄，从而实现杯的侧壁的厚度减小。

替代地，减薄和再拉深的组合可以用于第一阶段杯，从而减小杯的直径和侧壁厚度两者。例如，在两片金属容器（罐）的制造领域中，容器主体通常这样来生产，将坯体拉深为中间的第一阶段杯并且使杯经历多个再拉深操作直到获得具有期望标称直径的容器主体，然后紧随着减薄侧壁以提供期望的侧壁厚度和高度。

然而，以大的商业规模使用的DWI（D&I）和DRD工艺不能用来减小杯的底座中的材料的厚度（并且因此重量）。具体地，拉深通常不会使被拉深的物体的厚度显著减小，并且减薄仅对杯的侧壁起作用。重要地，对于制造两片容器用杯的已知DWI（D&I）和DRD工艺而言，底座的厚度与坯体的轧前厚度相比保持相对不变。这样会导致底座比性能目的需要的厚得多。

食品、饮料以及其他产品通常包装在由铝、马口铁钢、或者镀层钢板形成的两片罐中。两片罐包括具有整体的底座和侧壁的罐身和卷封到罐身的侧壁顶部的盖。

通常在ASTM A623或者ASTM A624规格下提供用于制罐的马口铁。虽然大多数的商品马口铁被热轧或者在制造工艺的后期退火，但是通常表面冷轧工艺提供可识别的晶粒方向。用于制罐的商品马口铁中的晶粒不是等轴的，而是在剖面样本中限定纵向方向和横向方向，所述纵向方向限定晶粒方向。在通过广泛接受的技术放大时，晶粒边界是可见的，例如在ASTM E 112中描述的那样。

用于制罐的铝通常以3104-H19或者3004-H19铝合金板开始，其是具有用于强度和可成形性的大约1%的锰和1%的镁的铝。用来生产用于制罐的商品级铝的冷轧工艺生产出具有非等轴晶粒结构的金属薄板。在这种情况下，铝板晶粒限定纵向方向和横向方向。因为冷轧的量，使得与用于制罐的商品马口铁中的晶粒相比，用于制罐的商品铝板中的晶粒是细长的。

需要利用金属供应的经济学高效且有效地使用板材的改进的罐技术和改进的罐。

发明内容

一种罐身，由以下工艺形成：该工艺包括在成为底座的至少一部分的金属上进行拉伸操作，并且然后将已拉伸的材料径向向外优选地拉深到侧壁中。所述侧壁的后续减薄从较薄的较为低廉的金属薄板产生具有期望底座和壁厚的罐。在这方面，不需要在轧钢机上在金属薄板上执行附加的轧制步骤，而是金属可以在制罐工艺期间变薄以实现期望的属性。由该方法形成的罐身可以具有与由较贵较薄的板制成的罐不同的属性。例如，在由所公开的方法形成的罐身的底座中，因为拉伸操作所产生的从原板的厚度减少和分布、硬度增加以及由于拉伸操作而使微晶粒结构产生的变化可以是唯一的。

这样的适于卷封到罐盖上的拉深和减薄金属罐身包括减薄侧壁和与所述侧壁一体形成的包围的非穹顶状的底座。所述底座的底部面板（也就是，所述底座在外周埋头孔内的部分）优选地可以具有至少大约64的平均洛氏硬度值。该平均值是穿过中心并且沿着轧制方向所取的点的数字平均值。平均洛氏硬度值可以在64与70之间。这些硬度值是以开始于具有58的起始硬度的常规连续退火T4板的工艺为基础的。然而本发明并不限于以任何具体的板厚度或者硬度开始。

优选地，所述罐身侧壁具有在大约0.006英寸到0.015英寸之间的平均厚度，并且所述侧壁具有能够二重卷封到罐盖的卷边上的凸缘。

根据本发明的另一个实施例或方面，所述罐身底座可以具有（ⅰ）至少大约为65的洛氏硬度或者（ⅱ）从原板的洛氏硬度值的至少5的平均硬度变化或者（ⅲ）或者从原板的至少7%的洛氏硬度值的平均变化。优选地，平均洛氏硬度值的增加在5到17之间，并且还可以在6到15之间、或者7到12之间、或者8到10之间。优选地，与起始薄板无关，平均洛氏硬度值的增加在8%到21%之间，并且优选地在10%到16%之间、或者在12%到15%之间。在概述部分中指出的所有罐的侧壁优选地具有大约0.004到大约0.015英寸之间的厚度，并且更优选地具有大约0.004英寸到大约0.007英寸之间的厚度。

根据本发明的另一个实施例或方面，所述罐身底座由至少0.105英寸厚的薄板形成并且包括减薄侧壁及与所述侧壁一体形成的底座。所述底座包括外周埋头孔和基本上平坦的底部面板，所述底部面板具有0.006到0.015英寸之间的平均厚度和从原板的至少2%的平均厚度减少。优选地，从原板的平均厚度减少在5%到30%之间、或者在10%到25%之间。优选地，平均底部面板厚度在0.008到0.012英寸之间、或者在0.008到0.010英寸之间。

根据本发明的另一个实施例或方面，所述罐身底座为非穹顶状的并且包括减薄侧壁和外周埋头孔以及径向地位于所述埋头孔内的底壁，底座马口铁中的晶粒具有至少1.4的平均纵横比，优选地在1.5到2.5之间、或者在1.6到2.2之间、或者大约为1.8。优选地，与起始薄板材料无关，所述平均纵横比与形成所述罐身的原板的平均纵横比相比大至少20%，并且优选地在20%到100%之间、在30%到70%之间、或者在40%到60%之间。

附图说明

图1为由常规DWI工艺产生的背景技术的容器主体的侧视图。它示出了材料在容器主体的底座和侧壁区域中的分布。

图2为大体上示出了制造一般两片金属容器的净总成本如何随着金属薄板的轧前厚度变化的图表。该图表示出了减小侧壁区域的厚度（例如通过减薄）如何具有降低净总成本的作用。

图3为与图2对应的图表，但是基于UK供应马口铁的实际价格数据。

在下列附图中示出了本发明的方面的图示，参考所附描述：

图4为使用具有穹顶状轮廓端面的（根据本发明的）“拉伸”冲头产生的杯的底座厚度的变化的图表示意图。

图5a为用来由金属薄板坯形成第一阶段杯的深拉压力机的工具的侧视图。该图表示在初始拉深操作开始之前的工具。

图5b与图5a对应，但是已完成形成第一阶段杯的初始拉深操作。

图6a为用来执行本发明的拉伸操作的拉伸设备的侧视图。该图表示在拉伸操作开始之前的拉伸设备。

图6b示出了图6a的拉伸设备，但是已完成拉伸操作。

图7表示图6a和图6b的替代实施例，其中为了拉伸操作而将预拉伸杯绕着其侧壁夹持。

图8表示图6a和图6b中所示的拉伸冲头的替代实施例。

图9表示图6a、图6b和图8中所示的拉伸冲头的另一个替代实施例，其中拉伸冲头的端面包括各种减荷特征。

图10a-d示出了用来再拉深已拉伸杯的制罐身机组件的立体图。该图示出了制罐身机从拉深操作的开始到结束的操作。

图11表示在图10a-d的制罐身机组件中使用的再拉深模具的细节图。

图12表示在本发明的方法期间金属薄板坯随着从平板发展为成品杯的在各个阶段的金属薄板坯。

图13a为用来执行本发明的拉伸操作的拉伸设备的侧视图。该图表示拉伸操作开始之前的拉伸设备。

图13b表示图13a的拉伸设备，但是已完成拉伸操作。

图14表示图13a和图13b中所示的拉伸冲头的替代实施例。

图15表示图13a和图13b中所示的拉伸冲头的另一个替代实施例，其中拉伸冲头的端面包括各种减荷特征。

图16表示已经在互相分离并且跨过金属薄板的区域布置的多个“包围部”上执行了本发明的拉伸操作的金属薄板的扩展。

图17a和图17b表示在执行拉伸操作来提供如图16所示的拉伸板时两个或更多包围部的任何同步拉伸可以如何交错以减少施加在所使用的工具上的载荷。

图18a为用来执行拉深操作的初始拉深阶段以由已拉伸金属薄板形成杯的深拉压力机按压的工具的侧视图。该附图示出该初始拉深阶段开始之前的工具。

图18b与图18a对应，但是已经完成初始拉深阶段。

图19表示在本发明的方法期间金属薄板坯随着从平板发展为成品杯的在各个阶段的金属薄板坯。

图20表示本发明的杯作为两片容器的一部分的使用。

图21为根据本发明的方面形成的杯的硬度和厚度以及杯上的测量位置的指示的图表。

图22为由图21所示的杯形成的罐身的底座，其中编号位置与图21的杯中所示的编号位置对应。

图23为常规的杯和罐身底座的晶粒结构的显微图。

图24为根据本发明形成的杯和罐身底座的晶粒结构的显微图。

具体实施方式

下面描述形成可以形成根据本发明的罐身的杯的两个示例方法，以及所述杯和罐身。在第一方法中，在已拉深杯上执行拉伸操作，之后执行再拉深操作。在第二方法中，在平坦坯体上执行拉伸操作，之后执行拉深操作。优选地，由任意一种方法形成的杯被壁减薄为成品罐身。本罐身或者成品罐的发明不限于下面描述的具体步骤。而是描述生产罐结构的步骤来示出实现杯或者罐身的属性的可能方式。根据形成中间杯的第一方法，深拉压力机10具有拉深衬垫11和拉深模具12（参见图5a和图5b）。如公共轴线14所示，拉深冲头13与拉深模具12同轴。圆周切割元件15环绕拉深衬垫11。

在使用时，金属薄板20的平坦段在拉深衬垫11和拉深模具12的相对表面之间保持就位。已经使用具有0.280mm轧前厚度（t_轧前）的马口铁钢（回火4）作为金属薄板20。然而，本发明不局限于具体的厚度或金属。金属薄板20的段通常由金属薄板卷（未示出）切割而成。在金属薄板20的段已经定位之后，圆周切割元件15向下移动来从金属薄板切割出圆形的平面坯体21（参见图5a）。过剩材料在图5a上由22指示。

在已经从薄板20切割出坯体21之后，拉深冲头13向下轴向移动通过拉深模具12，以贴着拉深模具的成形表面16将平面坯体逐渐拉深成具有侧壁24和整体的底座25的杯23的轮廓。该拉深操作示出在图5b中，且包括当从压力机10取下时的已拉深杯23的单独视图。在图5a中包括在拉深模具12的端面与其成形表面16之间的连接处的半径R₁₂的细节图。关于常规的拉深操作，半径R₁₂和由拉深衬垫11施加到坯体21的外周的载荷选择成，随着拉深冲头13逐渐向下移动来将坯体拉深成杯23，允许坯体在拉深衬垫11与拉深模具12的相对表面之间并且沿着成形表面16径向向内滑动。这样确保坯体21主要被拉深，而不是被拉伸（变薄）（或者更糟糕地，在拉深模具的端面与成形表面之间的连接处周围被撕裂）。取决于半径R₁₂的大小，并且较小程度上地取决于由拉深衬垫11施加的夹持载荷的强度，杯23的壁厚与坯体21的轧前厚度相比将基本上不变，即应该发生可以忽略不计的拉伸或变薄。然而，在本发明的替代实施例中，可以允许由拉深衬垫11施加足够的载荷以在拉深冲头13的作用下发生拉深和拉伸的组合。由该初始拉深操作产生的杯23也称为“第一阶段杯”。

拉伸操作，第一例示性方法

在图5a和图5b所示的初始拉深操作之后，将已拉深杯23传送到拉伸设备30，在图6a和图6b中示出了拉伸设备30的示例。拉伸设备30具有两个台板31、32，其能够在通过缸34施加的载荷的作用下沿着平行轴线33相对于彼此移动（参见图6a和图6b）。载荷可以以任意常规方式施加，例如气动地、液压地或者通过高压氮气气缸。

在台板31上安装有拉伸冲头35以及环形夹持环36形式的夹持元件。环形夹持环36位于拉伸冲头35的径向外侧。拉伸冲头35设置有穹顶状端面（参见图6a和图6b）。

在台板32上安装有杯保持器37。杯保持器37是具有环形端面38和与已拉深杯23的内径相对应的外径的管状插入件（参见图6a和图6b）。在使用时，已拉深杯23安装在杯保持器37上，以便环形端面38接触杯的底座25的对应环形区域26（参见图6a和图6b）。经由缸34施加载荷以便沿着轴线33将台板31、32朝向彼此移动，直到环形区域26以环形方式可靠地夹持在夹持环36的平面表面与杯保持器37的环形端面38之间。被夹持的环形区域26限定杯的包围部27。在图6a和图6b示出的实施例中，环形夹持因此将底座25分成两个分离的区域：被夹持的环形区域26和包围部27。

然后，拉伸冲头35轴向地移动通过夹持环36，以将包围部27的金属逐渐地变形和拉伸（变薄）成穹顶状轮廓28。

在附图示出的实施例中，包围部27向内隆起28到杯中（参见图6b）。然而，在替代实施例中，包围部27可以替代地向外隆起到杯的外部。

理想地，在该拉伸操作期间施加的夹持载荷足以确保在拉伸期间很少或没有材料从被夹持的环形区域26（或者侧壁24）流到包围部27中。这样有助于使在穹顶状区域28中发生的拉伸和变薄的量最大。然而，如以上在本发明总体描述中指出的那样，已经发现当允许有限量的材料从被夹持的环形区域26（或者从被夹持区域的外部）流到包围部中时，仍然可以发生包围部27的拉伸和变薄。

总之，底座25的该拉伸操作和由此导致的变薄对于实现本发明的目的而言是至关重要的，即制造具有比金属薄板的轧前厚度小的底座厚度的杯或者容器主体。

在图7所示的替代实施例中，在拉伸操作期间夹持侧壁24而非底座25。图7示出了邻近底座的侧壁的环形区域26被夹持在杯保持器370与夹持元件360之间。杯保持器370与夹持元件360的任意一个或两者可以分段以促进侧壁的夹持，并且以适应不同尺寸的杯。侧壁24的环形夹持限定被夹持环形区域26内侧的包围部27（参见图7）。拉伸冲头35也在图7中示出。注意为了容易理解，拉伸设备的其他特征不包括在图7中。

在另一个替代实施例中，单个拉伸冲头35由冲头组件350取代（如图8所示）。冲头组件350包括：

ⅰ）第一组351的环形冲头元件351a，其环绕中心芯部冲头元件351b；以及

ⅱ）第二组352的环形冲头元件352a。

为了容易理解，图8仅示出冲头组件350和已拉深杯23。虽然未在图8中示出，但是在使用时，在拉伸操作期间将以与图6a和图6b示出的实施例相似的方式来夹持杯的底座25的环形区域26。

在使用时，第一和第二组的冲头元件351、352面向包围部27的相对表面。通过将第一和第二组的冲头元件351、352两者朝向彼此移动而将包围部27变形和拉伸（变薄），来执行拉伸操作。包围部27变形为波纹轮廓280（参见图8）。

在另一个实施例中，单个拉伸冲头35具有设置在其端面中的凹部/切口353形式的多个减荷特征（参见图9）。在所示的实施例中，具有由单个环形凹部/切口环绕的中心凹部/切口。然而，可以使用凹部/切口的替代构造。

已拉伸杯上的（再）拉深操作

对于在图6a和图6b中示出的本发明的实施例，在底座中具有其变薄和穹顶状区域28的已拉伸杯被传送到制罐身机组件40（参见图10a至图10d）。制罐身机组件40包括两个半部41、42（由图10a至图10d中的箭头指示）。

制罐身机组件40的第一半部41具有与圆周夹持环44安装在相同的轴线上的管状再拉深冲头43。如可以从图10a至图10d见到的，夹持环44像套筒一样圆周地环绕再拉深冲头43。如从下面的描述将会理解的并且参看图10a至图10d，再拉深冲头43可以独立于圆周夹持环44地移动通过圆周夹持环44。

制罐身机组件40的第二半部42具有再拉深模具45。再拉深模具45具有管状部分，其具有与已拉伸杯23的内径相对应的外径（参见图10a）。再拉深模具45沿着其内轴向表面具有成形表面46，其终止于环形端面47（参见图10a至图10d）。再拉深模具45的环形端面47在宽度方面与已拉伸杯的底座上的环形区域26的宽度对应。

在使用时，已拉伸杯23首先安装在再拉深模具45上（如图10a所示）。然后，如图10b所示，制罐身机组件40的两个半部41、42相对于彼此轴向地移动，以便已拉伸杯的底座的环形区域26夹持在再拉深模具45的环形端面47与圆周夹持环44的表面之间。

一旦夹持，然后轴向地推动再拉深冲头43通过夹持环44和再拉深模具45（参见图10c和图10d上的箭头A），以沿着再拉深模具的成形表面46逐渐地再拉深已拉伸杯的材料。再拉深模具45的使用具有两个作用：

ⅰ）使得来自侧壁24的材料被径向向内并且然后沿着再拉深模具45的成形表面46轴向地拉深（如图10c和图10d上的箭头B所示）。这样，杯的直径被减小（如通过比较图10a和图10d所示）；以及

ⅱ）使得底座的穹顶状区域28中的已拉伸和变薄材料逐渐地被拉出并且从底座传送到直径减小的侧壁（如图10c和图10d上的箭头C所示）。这具有使底座的穹顶状区域28变平坦的作用（特别参见图10d）。

图10d示出了当再拉深冲头43已经到达其行程终点时被再拉深的杯23的最终状态。可以清晰地看到底座的先前穹顶状区域28已经被基本上拉平，从而提供底座25的厚度比轧前坯体231的厚度薄的杯或容器主体23。如先前所述，底座25的该减小厚度—以及因此的重量减小通过之前执行的拉伸操作能够实现。

如在图11中的再拉深模具45的细节图所示，再拉深模具的成形表面46与环形端面47之间的连接处具有在1至3.2mm范围的半径R₄₅。半径R₄₅的提供缓和了会存在于成形表面46与环形端面47之间的连接处的否则尖锐的角，并且因此当绕着该连接处再拉深时降低已拉伸杯23的金属撕裂的风险。

注意虽然图10a至图10d示出具有环形端面的管状再拉深冲头43的使用，但是冲头可以替代地具有闭合端面。闭合端面的轮廓可以确定为将对应轮廓按压到杯的底座中。

上面描述的且在图10a至图10d中示出的拉深操作称为反向再拉深。这是因为再拉深冲头43被引导来反转已拉伸杯的轮廓。实际上，再拉深冲头逆转材料的方向并且将已拉伸杯翻转。这可以通过比较图10a和图10d的杯轮廓看出。在本文的情况下反向再拉深杯具有如下优点：

ⅰ）阻止已拉伸杯的底座的穹顶状区域28的不受控翘曲（特别当使用具有闭合端面的再拉深冲头时）；以及

ⅱ）使材料从穹顶状区域28到侧壁24的传送最大。

注意虽然图10a至图10d所示的实施例示出了反向再拉深，但是常规的再拉深也是起作用的；即，其中再拉深冲头沿着相反的方向作用来反向再拉深并且不将杯翻转。

图12示出了金属坯体21经历的变化：从

a）在已经采取任何成形操作之前；到

b）在深拉压力机10中成形为第一阶段杯；到

c）在拉伸设备30中执行拉伸和变薄操作；到

d）由制罐身机组件40产生的再拉深杯。

在已拉伸杯的穹顶状区域28上的位置在图12中由X表示。该图示出了在X至X’处径向拉出中的再拉深操作的效果。该图表示在拉伸之后在该位置处的杯的底座（t_拉伸）（并且在再拉深操作之后）相对于坯体21的轧前厚度（t_轧前）具有减小的厚度，即t_拉伸＜t_轧前。如前面所述，通过拉伸操作能够实现底座的该变薄。

为了使得具有其变薄底座的杯的侧壁24的高度最大，再拉深杯也可以通过一系列减薄模具（未示出）被拉深而经历侧壁的减薄。该减薄操作具有增大侧壁高度并且减小侧壁厚度的作用，并且因此使杯的包围体积最大。

拉伸操作，第二例示性方法

根据形成图6a和图6b所示的中间杯的第二方法，金属薄板10’的平坦段设置在拉伸设备20’（其一个示例示出在图13a和图13b中）内。具有0.280mm轧前厚度（t_轧前）的马口铁钢（回火4）用于金属薄板10’。然而，本发明不限于具体的厚度或金属。金属薄板10’的段通常由金属薄板卷（未示出）切割而成。拉伸设备20’具有两个台板21’、22’，其能够在通过缸24’施加的载荷的作用下沿着平行轴线23’相对于彼此移动（参见图13a和图13b）。载荷可以以任意常规方式施加，例如气动地、液压地或者通过高压氮气气缸。

在台板21’上安装有拉伸冲头25’以及第一夹持环26’形式的夹持元件。第一夹持环26’位于拉伸冲头25’的径向外侧。拉伸冲头25’设置有穹顶状端面（参见13a和图13b）。

在台板22’上安装有第二夹持环27’。第二夹持环27’是具有环形端面28’的管状插入件（参见图13a和图13b）。在使用时，经由缸24’施加载荷以便沿着轴线23’将台板21’、22’朝向彼此移动，直到金属薄板10’的平坦段以环形方式可靠地夹持在第一和第二夹持环26’、27’之间，从而在金属薄板的段上限定被夹持的环形区域15’。被夹持的环形区域15’限定金属薄板10’上的包围部16’。

然后，拉伸冲头25’轴向地移动通过第一夹持环26’，以将包围部16’的金属逐渐地变形和拉伸（变薄）成穹顶状轮廓17’（参见图13b）。

理想地，在该拉伸操作期间施加的夹持载荷足以确保在拉伸期间很少或没有材料从被夹持的环形区域15’流到包围部16’中。这样有助于使在包围部16’中发生的拉伸和变薄的量最大。然而，如以上在本发明总体描述中指出的那样，已经发现当允许有限量的金属从被夹持的环形区域15’（或者从被夹持区域的外部）流到包围部中时，仍然可以发生包围部16’的金属的拉伸和变薄。

在替代实施例中，单个拉伸冲头25’由冲头组件250’取代（如图14所示）。冲头组件250’包括：

ⅰ）第一组251’的环形冲头元件251a’，其环绕中心芯部冲头元件251b’；以及

ⅱ）第二组252’的环形冲头元件252a’。

为了容易理解，图14仅示出冲头组件250’和金属薄板10’的段。虽然未在图14中示出，但是在使用时，在拉伸操作期间将以与图13a和图13b示出的实施例相似的环形方式来夹持金属薄板10’的环形区域15’。

在使用时，第一和第二组的冲头元件251’、252’面向金属薄板10’的包围部16’的相对表面。通过将第一和第二组的冲头元件251’、252’两者朝向彼此移动而将包围部16’的金属变形和拉伸（变薄），来执行拉伸操作。包围部16’变形为波纹轮廓170’（参见图14）。

在另一个实施例中，单个拉伸冲头25’具有设置在其端面中的凹部/切口253’形式的多个减荷特征（参见图15）。在图15所示的实施例中，具有由单个环形凹部/切口环绕的中心凹部/切口。然而，可以使用凹部/切口的替代构造。

在图13a和图13b中示出了冲压金属薄板10’的段中的单个包围部的实施例。然而，在图13a和图13b中示出的装置可以用来拉伸和变薄互相分离并且跨过金属薄板10’的区域布置的多个包围部16’。图16示出金属薄板10’的已经经历这样的拉伸操作以限定跨过薄板的区域布置的多个已拉伸和变薄穹顶状包围部16’、17’的段。虽然这是利用跨过金属薄板10’的区域执行多个连续拉伸操作的单个拉伸冲头来完成的，但是优选地该装置包括多个拉伸冲头，其允许在跨过金属薄板的区域布置的对应的多个包围部上执行同步的拉伸操作。然而，为了减少施加在用于拉伸的工具上的载荷，使任何同步拉伸操作交错以便不是同时拉伸跨过薄板的所有包围部是有益的。图17a和图17b示出六组包围部-‘a’、‘b’、‘c’、‘d’、‘e’和‘f’。在使用时，每个组中的所有包围部将被同步地拉伸。在图17a示出的实施例中，拉伸将从组‘a’径向向外发展到组‘b’、到组‘c’、到组‘d’、到组‘e’、到组‘f’。在图17b示出的替代实施例中，拉伸将从组‘f’径向向内发展到组‘e’、到组‘d’、到组‘c’、到组‘b’、到组‘a’。一旦完成拉伸，将从已拉伸金属薄板切割单独的坯体用于后续拉深。

注意图16、图17a和图17b仅为例示性的并且不意在按比例的。

拉深操作的拉深阶段，第二例示性方法

在完成拉伸操作时，金属薄板10’与其已拉伸和变薄穹顶状包围部16’、17’一起移动到深拉压力机30’。 深拉压力机30’具有拉深衬垫31’和拉深模具32’（参见图18a和18b）。如公共轴线34’所示，拉深冲头33’与拉深模具32’同轴。圆周切割元件36’环绕拉深衬垫31’。

在使用时，金属薄板10’的段在拉深衬垫31’和拉深模具32’的相对表面之间保持就位。薄板10’定位为穹顶状包围部16’、17’在拉深模具32’的孔上方位于中央。在金属薄板10’已经定位之后，圆周切割元件36’向下移动来从金属薄板10’切割出坯体11’（参见图18a）。过剩材料在图18a上由12’指示。

在已经从薄板10’切割出坯体11’之后，拉深冲头33’向下轴向移动到与坯体11’接触（参见图18b）。拉深冲头33’首先接触位于与穹顶状包围部16’、17’相邻并且径向向外的位置的环形区域18a’上的坯体11’（参见图18a）。设置在拉深冲头33’中的凹部35’避免在拉深期间穹顶状包围部16’、17’的破碎。拉深冲头33’继续向下移动通过拉深模具32’以贴着模具的成形表面37’将坯体11’逐渐拉深成具有侧壁19’_sw和整体的底座19’_b的杯19’的轮廓。然而，拉深冲头33’对坯体11’的作用也导致穹顶状包围部16’、17’的材料被向外拉动和转移（如由图18b的箭头D所示）。该初始拉深阶段导致穹顶状区域高度的减小，因为它的材料已经被向外拉深。取决于拉深的深度，在该初始拉深阶段，拉深可以足以将穹顶状包围部16’、17’的一些已拉伸和变薄材料拉动和转移到侧壁19’_sw内，而不是该已拉伸和变薄材料完全保留在底座19’_b内。图18b包括由使用深拉压力机30’获得的已拉深杯19’的单独视图，其中底座中的由17’’表示的穹顶状区域的高度减小。在图18a中包括在拉深模具32’的端面与其成形表面37’之间的连接处的半径R’₃₂的细节图。关于常规的拉深操作，半径R’₃₂和由拉深衬垫31’施加到坯体11’的外周的载荷选择成，随着拉深冲头33’逐渐向下移动来将坯体拉深成杯19’，允许坯体在拉深衬垫31’与拉深模具32’的相对表面之间并且沿着成形表面37’径向向内滑动。这样确保坯体11’主要被拉深，而不是被拉伸（变薄）（或者更糟糕地，在拉深模具的端面与成形表面37’之间的连接处周围被撕裂）。取决于半径R’₃₂的大小，并且较小程度上地取决于由拉深衬垫31’施加的夹持载荷的强度，在该初始拉深阶段期间应该发生可以忽略不计的拉伸或变薄。然而，在本发明的替代实施例中，可以允许由拉深衬垫31’施加足够的载荷以在拉深冲头33’的作用下发生拉深和进一步拉伸的组合。由该初始拉深阶段产生的杯19’也称为“第一阶段杯”。

在未示出在图18a和图18b中的本发明的替代实施例中，如果拉深的深度是足够的，那么在该初始拉深阶段中将使穹顶状包围部16’、17’基本上被拉平，以限定具有基本上平坦底座19’_b的杯19’。

从在图18a和图18b中示出并且如上面所述的深拉工艺获得的第一阶段杯19’传送到制罐身机组件40，在制罐身机组件40处可以如前面关于已拉伸杯23描述的那样执行再拉深工艺。

图19示出金属薄板10’从进行任何成形操作之前（视图a）、到拉伸设备20’中的拉伸操作之后（视图b）、到深拉压力机30’中的初始拉深阶段之后（视图c）、以及到最终制罐身机组件40中的再拉深阶段之后（视图d）所经历的变化。附图清楚地示出，成品杯的底座具有相对于金属薄板10’的轧前厚度（t_轧前）减小的厚度（t_拉伸），即t_拉伸＜t_轧前。如前面所述，该减小的厚度（相对于金属薄板的轧前厚度）通过本发明的拉伸工艺能够实现。初始拉深阶段在逐渐向外拉动和转移穹顶状包围部16’、17’的材料方面的效果示出在图19的视图b和c上，其中由于初始拉深阶段使得在位置X的材料被向外拉动和转移到位置X’。再拉深阶段的效果示出在图19的视图d中，其中在位置X’处的材料被拉动和转移到侧壁19’_sw中的位置X’’。

为了使具有其变薄底座的杯的侧壁19’_sw的高度最大，杯也可以在减薄操作中通过一系列减薄模具（未示出）被拉深而经历侧壁的减薄。该减薄操作具有增大侧壁高度并且减小侧壁厚度的作用。

图20为容器100的示意图，其中最终形成杯19’（或者已拉伸杯23）用作容器主体110。优选地，杯19’（或者已拉伸杯23）经历常规的减薄工艺（在图中未示出）以实现期望的侧壁厚度。容器主体110在其进入开口处被向外展开为凸缘111。罐盖120设置有卷封面121，其使得罐盖能够通过卷封到凸缘111而紧固到容器主体。为了讨论杯或者罐身，术语“中间杯”是指可以由以上方法形成的杯例如19’或23，并且术语“罐身”是指减薄工艺之后的杯的结构。

图21为根据上面所述的第一方法（杯拉伸）由0.0110英寸厚度的常规马口铁（也就是连续退火的，T4）制备的已拉伸杯123的材料厚度分布和洛氏硬度分布的图表。图22表示罐身底座124在再拉深和减薄工艺之后的剖面。底座124上标注的位置与图21中所示的在杯123上标注的位置对应。

底座124包括在其中心的相对平面的无波纹中心面板130、环绕底部面板130的凸台或者凹部132以及外周波纹134。面板130、凹部132以及波纹134一起形成底部面板140。波纹134弯曲为埋头孔波纹（countersink bead）34的内侧壁，其底部形成供罐身倚靠的直立表面。波纹134的上壁优选地平滑地弯曲为罐身侧壁。由于底部面板140为相对无结构的，所以底座124可以被认为是非穹顶状的(undomed)。

下面的信息根据厚度分布、硬度分布以及微晶粒结构的属性描述罐身的杯123和底座124。本文提供的每个厚度、硬度以及晶粒纵横比值取决于进入的薄板厚度、硬度、退火、化学性质等，并且取决于容器的期望属性、期望的再拉深程度、容器的最终目标以及其他公知参数。关于厚度和硬度分布，可以从中心沿着晶粒方向径向地进行测量，其从薄板上的轧制标记是清楚的。本文提供的厚度、硬度以及晶粒纵横比的值和范围适用于任何烘焙或烘烤工艺之前的罐身，而且也适用于与罐盖卷封在一起的成品罐身。

如图21所示，杯123的厚度从点0处的中心的0.0097英寸单调地下降到点3处的0.0095英寸，并且增加直到杯的被拉伸区域的边界附近的点8。被拉伸底座从中心点0到点9（在被拉伸穹顶状边缘附近）的数字平均厚度为0.0099英寸（平均厚度减小9.8%），并且被拉伸底座的点0到点6（也就是，底部面板140）的平均厚度为0.0096英寸（平均壁厚减小12.2%）。

发明人推测，当由例如具有大约0.011或者0.0115英寸的起始厚度的CA、T4板等常规马口铁形成时，罐底部面板或者杯的整体被拉伸部分可以形成在0.006到0.015英寸之间的厚度范围内，更优选地在0.008到0.010英寸之间。预期厚度减小至少2%，优选地在5%到30%之间，更优选地在10%到25%之间。

如所预期地，因为与拉伸工艺相关的加工硬化，使得硬度值与厚度值逆相关。在点0到点9的整个被拉伸区域上，进入原板洛氏硬度值58（RH T-30）显著地增加到63的最小值（增加8.6%）和66的平均值（增加13.8%）。对于底部面板140，最小硬度值为65（增加12.1%），并且平均硬度值为66.7（增加15.0%）。

发明人推测，整个罐底部140的硬度值可以达到至少63，优选地在63到75之间，并且更优选地在64到70之间。并且，发明人推测，罐底部140的平均硬度值优选地为至少64，优选地为64到70，并且更优选地为68。罐底部140的平均硬度值从进入的原板的在RH刻度上的至少5的增加、并且更特别地5到17之间的增加、6到15之间的增加、7到12之间的增加以及8到10之间的增加，被认为是可以实现的并且是有益的。罐底部140的平均RH值的增加为至少7%，优选地在8%到21%之间，更优选地在10%到16%之间，并且更优选地在12%到15%之间。如图21所示，在该示例中平均洛氏硬度值在整个被拉伸杯上的增加为大约8，并且在底部面板140中为8.7。

图23和图24为总体上根据ASTM E 112并且根据行业实践的在各罐底部的中心处或附近剖开的已抛光和蚀刻罐剖面的显微照片。图23示出由常规马口铁（CA，T4）形成的拉深和减薄罐的剖面。因为常规DWI工艺不是可观地加工罐的底部中心，所以图23的显微图被认为非常接近进入原板的结构。图24示出根据上面所述方法形成的罐的剖面。

在准备样本来确定晶粒边界时，可以通过测量沿着轧制方向（也就是，水平地沿着图23和图24的朝向）测量晶粒长度并且将它除以与轧制方向垂直（也就是，竖直地沿着图23和图24的朝向）的晶粒尺寸来确定晶粒的纵横比。发明人推测，在中心面板的底部中心处（对应于图22中的点0）所取的根据本发明形成的罐身的平均晶粒纵横比为至少1.4，优选地在1.5到2.5之间，更优选地在1.6到2.2之间。在图24的示例中，平均纵横比为大约1.8。发明人推测，罐身124将具有至少20%的增加（与原板相比），优选地在20%到100%之间，更优选地在30%到70%之间，并且更优选地在40%到60%之间。可以通过选择代表性晶粒来获得平均值。

上述测量提供本发明的方面的例示，本文的其他值和范围是以本文所述的发明人对技术的可实现和可行能力的估计为基础的。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种适于卷封到罐盖上的拉深减薄金属罐身，所述罐身包括：

减薄侧壁，具有能够二重卷封到罐盖的卷边上的凸缘；

与所述侧壁一体形成的非穹顶状的包围的底座，所述底座具有从原板的至少7%的洛氏硬度值的平均变化。

2.如权利要求1所述的罐身，其中平均洛氏硬度值的增加在8%到21%之间。

3.如权利要求1或2所述的罐身，其中平均洛氏硬度值的增加在10%到16%之间。

4.如权利要求1至3任意一项所述的罐身，其中平均洛氏硬度值的增加在12%到15%之间。

5.如权利要求1至4任意一项所述的罐身，其中所述底座具有从原板的洛氏硬度值的至少5的平均硬度变化。

6.如权利要求1至5任意一项所述的罐身，其中平均洛氏硬度值在64到70之间。

7.如权利要求1至6任意一项所述的罐身，其中所述侧壁具有在大约0.006英寸到0.015英寸之间的厚度。

8.如权利要求1至7任意一项所述的并且由至少0.105英寸厚的薄板形成的拉深减薄金属罐身，所述罐身包括：

减薄侧壁；

与所述侧壁一体形成的底座，所述底座包括外周埋头孔和基本上平坦的底部面板，所述底部面板具有0.006到0.015英寸之间的平均厚度，所述底部面板具有从原板的至少2%的平均厚度减少。

9.如权利要求1至8任意一项所述的并且由马口铁形成的拉深减薄金属罐身，所述罐身包括：

减薄侧壁；

与所述侧壁一体形成的非穹顶状的底座，所述底座包括外周埋头孔和径向地位于所述埋头孔内的底壁，底座马口铁中的晶粒具有至少1.4的平均纵横比。

10.如权利要求9所述的罐身，其中所述平均纵横比在1.5到2.5之间。

11.如权利要求9或10所述的罐身，其中所述平均纵横比在1.6到2.2之间。

Claims (27)

1. 一种适于卷封到罐盖上的拉深减薄金属罐身，所述罐身包括：

减薄侧壁；

与所述侧壁一体形成的包围的非穹顶状的底座，所述底座的底部面板具有至少大约64的平均洛氏硬度值。

2. 如权利要求1所述的罐身，其中平均洛氏硬度值在64到70之间。

3. 如权利要求2所述的罐身，其中平均洛氏硬度值为大约68。

4. 如前述权利要求任意一项所述的罐身，其中所述侧壁具有在大约0.006英寸到0.015英寸之间的平均厚度。

5. 如前述权利要求任意一项所述的罐身，其中所述侧壁具有能够二重卷封到罐盖的卷边上的凸缘。

6. 一种适于卷封到罐盖上的拉深减薄金属罐身，所述罐身包括：

减薄侧壁，具有能够二重卷封到罐盖的卷边上的凸缘；

与所述侧壁一体形成的包围的非穹顶状的底座，所述底座具有（ⅰ）至少大约为65的洛氏硬度值或者（ⅱ）从原板的洛氏硬度值的至少5的平均硬度变化或者（ⅲ）或者从原板的至少7%的洛氏硬度值的平均变化。

7. 如权利要求6所述的罐身，其中平均洛氏硬度值的增加在5到17之间。

8. 如权利要求6所述的罐身，其中平均洛氏硬度值的增加在6到15之间。

9. 如权利要求6所述的罐身，其中平均洛氏硬度值的增加在7到12之间。

10. 如权利要求6所述的罐身，其中平均洛氏硬度值的增加在8到10之间。

11. 如权利要求6所述的罐身，其中平均洛氏硬度值的增加在8%到21%之间。

12. 如权利要求6所述的罐身，其中平均洛氏硬度值的增加在10%到16%之间。

13. 如权利要求6所述的罐身，其中平均洛氏硬度值的增加在12%到15%之间。

14. 如权利要求6所述的罐身，其中所述侧壁具有大约0.006英寸到大约0.015英寸之间的厚度。

15. 一种适于卷封到罐盖上并且由至少0.105英寸厚的薄板形成的拉深减薄金属罐身，所述罐身包括：

减薄侧壁；

与所述侧壁一体形成的底座，所述底座包括外周埋头孔和基本上平坦的底部面板，所述底部面板具有0.006到0.015英寸之间的平均厚度，所述底部面板具有从原板的至少2%的平均厚度减少。

16. 如权利要求15所述的罐身，其中所述底部面板具有从原板的5%到30%之间的平均厚度减少。

17. 如权利要求15所述的罐身，其中所述底部面板具有从原板的10%到25%之间的平均厚度减少。

18. 如权利要求15所述的罐身，其中平均底部面板厚度在0.008到0.012英寸之间。

19. 如权利要求15所述的罐身，其中平均底部面板厚度在0.008到0.010英寸之间。

20. 一种由马口铁形成的拉深减薄金属罐身，所述罐身包括：

减薄侧壁；以及

与所述侧壁一体形成的非穹顶状的底座，所述底座包括外周埋头孔和径向地位于所述埋头孔内的底壁，底座马口铁中的晶粒具有至少1.4的平均纵横比。

21. 如权利要求20所述的罐身，其中所述平均纵横比在1.5到2.5之间。

22. 如权利要求20所述的罐身，其中所述平均纵横比在1.6到2.2之间。

23. 如权利要求20所述的罐身，其中所述平均纵横比为大约1.8。

24. 如权利要求20所述的罐身，其中所述平均纵横比与形成所述罐身的原板的平均纵横比相比大至少20%。

25. 如权利要求20所述的罐身，其中所述平均纵横比与形成所述罐身的原板的平均纵横比相比大20%到100%之间。

26. 如权利要求20所述的罐身，其中所述平均纵横比与形成所述罐身的原板的平均纵横比相比大30%到70%之间。

27. 如权利要求20所述的罐身，其中所述平均纵横比与形成所述罐身的原板的平均纵横比相比大40%到60%之间。

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