CN103068498B - 成形金属容器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种成形金属容器，其包括比现有技术的成形金属容器更少的金属，同时仍能处理足够的轴向负载和经受成形工艺，包括颈缩，而不会发生皱缩、翘曲、塌陷或其它物理缺陷。本发明还公开了用于对金属容器进行成形的方法，所述金属容器具有厚度变化的侧壁，其中厚度变化的侧壁的一部分使用一个或多个模具进行成形。

Description

成形金属容器及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求美国临时专利申请No.61/375,746的优先权，该申请的标题为“成形铝容器及其制造方法(ShapedAluminumContainerandMethodforMakingSame)”，于2010年8月20日提交，其全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及金属容器及制造金属容器的方法。
背景技术
在金属容器工业中，大规模地生产基本上同样成形的饮料容器。已经使用模具来将容器的顶部进行颈缩。
发明内容
在一些实施例中，成形铝容器具有侧壁，所述侧壁包括顶部颈缩部分和底部颈缩部分。在一些实施例中，底部颈缩部分中的侧壁的厚度变化至少0.001英寸。在一些实施例中，顶部颈缩部分中的侧壁的厚度变化至少0.001英寸。在其它实施例中，顶部部分或底部部分中的侧壁厚度变化至少0.0015〃或0.002〃，或者顶部部分和底部部分中的侧壁厚度两者都变化至少0.0015〃或0.002〃。在一些实施例中，侧壁厚度变化不多于0.0015〃、0.002〃、0.0025〃、0.003〃或0.004〃。
在一些实施例中，成形铝容器通过一种方法制造，所述方法包括：利用第一颈缩作用模具将侧壁的下部部分进行颈缩，以使得第一颈缩作用模具的工作表面接触侧壁的第一区段并且使侧壁的第一区段的直径在单次模具行程中缩减至少3％，其中侧壁的第一区段的厚度沿着侧壁的高度变化至少0.001英寸；和利用第二颈缩作用模具将侧壁的上部部分进行颈缩，以使得第二颈缩作用模具的工作表面接触侧壁的第二区段并且使侧壁的第二区段的直径在单次行程中缩减至少2％。在一些实施例中，侧壁的第二区段的厚度沿着侧壁的高度变化至少0.001英寸。在其它实施例中，顶部部分或底部部分中的侧壁厚度变化至少0.0015〃或0.002〃，或者顶部部分和底部部分中的侧壁厚度两者都变化至少0.0015〃或0.002〃。在一些实施例中，侧壁厚度变化不多于0.0015〃、0.002〃、0.003〃、或0.004〃。在一些实施例中，下部部分和/或上部部分利用一系列颈缩作用模具进行颈缩。一系列颈缩作用模具可包括两个或更多颈缩作用模具。在一个实施例中，下部部分利用两个颈缩作用模具进行颈缩。在一个实施例中，将下部部分进行颈缩的第一模具使容器的直径缩减约6％，而将容器的下部部分进行颈缩的第二模具使容器的直径缩减原始直径的另外4％。在一些实施例中，单个颈缩作用模具可使容器的直径缩减2％、3％、4％、5％、9％、12％或更多。
在一些实施例中，所述方法进一步包括在使侧壁的上部部分进行颈缩之前使侧壁的中间部分的直径膨胀。在一些实施例中，中间部分的厚度变化至少0.001英寸。在一些实施例中，最厚部分在容器的顶部处或附近。在一些实施例中，最薄或薄部分可在容器的顶部处或附近。
在一些实施例中，第一和第二颈缩作用模具构造成使用于金属瓶子坯料上并且包括颈缩作用表面和减缓部(relief)。颈缩作用表面包括凸台(land)部分、颈部半径部分、和肩部半径部分，每个部分具有内径。凸台部分位于孔颈半径部分和减缓部之间。凸台的内径为模具的最小直径。颈部半径部分和肩部半径部分的内径大于凸台的内径。减缓部包括减缓部表面，其中减缓部表面的内径比凸台部分的内径大至少约0.01英寸，并且减缓部表面的内径不大于最大直径以便在将侧壁进行颈缩时减小但并不消除侧壁与减缓部表面之间的摩擦接触而同时保持颈缩作用性能。在一些实施例中，减缓部表面的直径比凸台部分的内径大约0.0075至约0.035英寸。在其它实施例中，减缓部表面的直径比凸台部分的内径大约0.01、0.02或0.03英寸。在一些实施例中，凸台部分的长度在约0.02〃至约0.08〃之间。在其它实施例中，凸台的长度为约0.03〃至约0.07〃。在其它实施例中，凸台部分的长度在约0.04〃至约0.06〃之间。在一个实施例中，凸台部分的长度约为0.04〃。在一些实施例中，颈缩作用模具的尺寸使得当将金属瓶子坯料进行颈缩时，整个凸台和减缓部沿轴向方向相对于侧壁行进并且减缓部的至少一部分行进超过侧壁的顶部。
在一些实施例中，凸台具有从约8μin至约32μin的表面光洁度Ra。在一些实施例中，减缓部具有从约8μin至约32μin、从约2μin至约6μin或从约2μin至约32μin的表面光洁度Ra。在一些实施例中，颈部半径部分和肩部半径部分具有从约2μin至约6μin的表面光洁度Ra。
在一些实施例中，用于制造金属容器的膨胀模具将侧壁的中间部分的直径膨胀。用于制造金属容器的膨胀模具包括工作表面和底切部分，其中工作表面构造成使具有封闭底部的金属容器的直径膨胀。工作表面包括渐进膨胀部分和凸台部分。凸台部分位于渐进膨胀部分和底切部分之间。凸台部分的外径为模具的最大直径。在一些实施例中，凸台部分的长度为最小0.12〃。在一些实施例中，凸台部分的长度在约0.01〃至约0.12〃之间。在一些实施例中，凸台部分的长度在约0.02〃至约0.08〃之间。在其它实施例中，凸台的长度为约0.03〃至约0.07〃。在其它实施例中，凸台部分的长度在约0.04〃至约0.06〃之间。在一个实施例中，凸台部分的长度为约0.04〃。底切部分包括具有外径的底切表面。底切表面的外径比凸台部分的外径小至少约0.01英寸并且不小于最小直径，以便减小但并不消除底切表面与金属容器之间的摩擦接触。底切表面的外径的尺寸使得尽量减少在膨胀期间可能出现的塌陷、断裂、皱缩及所有其它物理缺陷。工作表面的尺寸使得当插入到铝容器中时，整个凸台部分和底切部分的至少一部分进入铝容器，引起侧壁的中间部分的直径膨胀。
在一些实施例中，膨胀模具的工作表面的一初始部分具有的几何形状用于形成容器中的从原始直径部分到膨胀直径部分的过渡区。在一些实施例中，过渡区为台阶状或渐变状。在一些实施例中，膨胀模具的凸台部分具有的尺寸用于提供由工作表面加工的容器坯料的膨胀直径。
在一些实施例中，膨胀模具的工作表面的至少一部分具有从约8μin至约32μin的表面粗糙度平均值(Ra)。在一些实施例中，底切部分的至少一部分具有从约8μin至约32μin的表面粗糙度平均值(Ra)。在一些实施例中，膨胀模具的凸台部分的外径沿着凸台的长度基本上恒定。
在一些实施例中，利用一系列膨胀模具使侧壁的中间部分的直径膨胀。
在一些实施例中，容器的顶部的尺寸适于接收封盖。在一些实施例中，封盖覆盖容器顶部上的开口。在一些实施例中，封盖包括以下各项之一：突耳、拱顶、辊动防窃封盖或带螺纹封盖。
在一些实施例中，具有可分离的注口的罐盖封装容器的顶部。
一种用于形成金属容器的方法包括：提供具有侧壁的容器，其中所述侧壁具有厚度和高度，并且其中厚度沿着侧壁的高度变化至少0.0010英寸；以及利用颈缩作用模具将容器进行颈缩以使得颈缩作用模具的工作表面接触侧壁的一区段并且使侧壁的该区段的直径在单次行程中缩减至少2％，其中在进行颈缩之前和之后，侧壁的该区段的厚度沿着侧壁的高度变化至少0.0010英寸。
在一些实施例中，用于形成金属容器的方法的颈缩作用模具包括：颈缩作用表面和减缓部；其中所述颈缩作用表面包括凸台部分、颈部半径部分、和肩部半径部分，每个部分具有内径；
其中凸台部分位于颈部半径部分和减缓部之间并且凸台的内径为模具的最小直径；其中颈部半径部分和肩部半径部分的内径大于凸台的内径；
其中所述减缓部包括：(a)减缓部表面；(b)减缓部表面的内径比凸台部分的内径大至少约0.01英寸；(c)减缓部表面的内径不大于最大直径，以便在将金属容器进行颈缩时减小但并不消除金属容器与减缓部表面之间的摩擦接触而同时保持颈缩作用性能；并且其中，颈缩作用模具的尺寸使得当将金属容器进行颈缩时，整个凸台和减缓部沿轴向方向相对于容器行进并且减缓部的至少一部分行进超过容器的顶部。
在一些实施例中，形成金属容器的方法进一步包括使侧壁的一部分的直径膨胀。
在一些实施例中，形成金属容器的方法进一步包括利用一系列颈缩作用模具将容器进行颈缩。
在一些实施例中，形成金属容器的方法进一步包括利用一系列膨胀模具使侧壁的部分的直径膨胀。
在一些实施例中，膨胀模具中的至少一个包括：工作表面，所述工作表面包括渐进膨胀部分和凸台部分；和底切部分；其中凸台部分位于渐进膨胀部分和底切部分之间并且凸台部分的外径为模具的最大直径；其中所述底切部分包括：(a)底切表面；和(b)底切表面的外径，其中所述底切表面的外径：(i)比凸台部分的外径小至少约0.01英寸；和(ii)不小于最小直径以便减小但并不消除底切表面与铝容器之间的摩擦接触；以及，其中工作表面的尺寸使得当插入金属容器中时，整个凸台部分和底切部分的至少一部分进入金属容器，引起侧壁的至少一部分的直径膨胀。
在一些实施例中，一种形成金属容器的方法包括：提供具有侧壁的容器，其中所述侧壁具有厚度和高度，并且其中所述厚度沿着侧壁的高度变化至少0.001英寸；以及利用膨胀模具将容器的直径膨胀以使得膨胀模具的工作表面接触侧壁的一区段并且使侧壁的该区段的直径在单次行程中膨胀至少2％，其中在进行膨胀之前和之后，侧壁的该区段的厚度沿着侧壁的高度变化至少0.001英寸。在一些实施例中，所述方法进一步包括将容器进行颈缩。在一些实施例中，所述方法进一步包括利用一系列膨胀模具使容器的直径膨胀。在一些实施例中，膨胀模具包括：工作表面，所述工作表面包括渐进膨胀部分和凸台部分；和底切部分；其中凸台部分位于渐进膨胀部分和底切部分之间并且凸台部分的外径为模具的最大直径；其中所述底切部分包括：(a)底切表面；和(b)底切表面的外径，其中所述底切表面的外径：(i)比凸台部分的外径小至少约0.01英寸；和(ii)不小于最小直径以便减小但并不消除底切表面与铝容器之间的摩擦接触；以及，其中工作表面的尺寸使得当插入金属容器中时，整个凸台部分和底切部分的至少一部分进入金属容器，引起侧壁的至少一部分的直径膨胀。
根据本发明，提供了一种成形铝容器，包括：
侧壁，所述侧壁具有厚度和高度，
其中所述侧壁包括顶部颈缩部分和底部颈缩部分，
其中底部颈缩部分中的侧壁的厚度变化至少0.001英寸；并且
其中所述成形铝容器通过如下方法制造：
利用第一颈缩作用模具将侧壁的下部部分进行颈缩，以使得第一颈缩作用模具的工作表面接触侧壁的第一区段并且使侧壁的第一区段的直径在单次模具行程中缩减至少3％，其中经过颈缩作用的侧壁的第一区段的厚度沿着侧壁的高度变化至少0.001英寸；和
利用第二颈缩作用模具将侧壁的上部部分进行颈缩，以使得第二颈缩作用模具的工作表面接触侧壁的第二区段并且使侧壁的第二区段的直径在单次行程中减小至少2％。
可选地，侧壁的第二区段的厚度沿着侧壁的高度变化至少0.001英寸。
可选地，所述方法进一步包括在使侧壁的上部部分进行颈缩之前使侧壁的中间部分的直径膨胀。
可选地，侧壁的中间部分的厚度变化至少0.001英寸。
可选地，所述方法进一步包括利用一系列颈缩作用模具将侧壁的下部部分进行颈缩。
可选地，所述方法进一步包括利用一系列颈缩作用模具将侧壁的上部部分进行颈缩。
可选地，所述方法进一步包括利用一系列膨胀模具使侧壁的中间部分的直径膨胀。
可选地，第一颈缩作用模具和第二颈缩作用模具各包括：
颈缩作用表面和减缓部；
其中颈缩作用表面包括凸台部分、颈部半径部分、和肩部半径部分，每个部分具有内径；
其中凸台部分位于颈部半径部分和减缓部之间，并且凸台的内径为模具的最小直径；
其中颈部半径部分和肩部半径部分的内径大于凸台的内径；
其中减缓部包括：
(a)减缓部表面；
(b)减缓部表面的内径比凸台部分的内径大至少约0.01英寸；
(c)减缓部表面的内径不大于最大直径以便在将侧壁进行颈缩时减小但并不消除侧壁与减缓部表面之间的摩擦接触而同时保持颈缩作用性能；以及
其中颈缩作用模具的尺寸使得当将侧壁进行颈缩时，整个凸台和减缓部沿轴向方向相对于侧壁行进并且减缓部的至少一部分行进超过侧壁的顶部。
可选地，膨胀模具使侧壁的中间部分的直径膨胀，其中所述膨胀模具包括：
工作表面，其中所述膨胀模具的工作表面包括渐进膨胀部分和凸台部分；以及
底切部分；
其中凸台部分位于渐进膨胀部分和底切部分之间，并且凸台部分的外径为模具的最大直径；
其中底切部分包括：
(a)底切表面；以及
(b)底切表面的外径，其中底切表面的外径
(i)比凸台部分的外径小至少约0.01英寸；并且
(ii)不小于最小直径以便减小但并不消除底切表面与铝容器之间的摩擦接触；以及
其中工作表面的尺寸使得当插入到铝容器中时，整个凸台部分和底切部分的至少一部分进入铝容器，引起侧壁的中间部分的直径膨胀。
根据本发明，还提供了一种用于形成金属容器的方法，包括：
提供具有侧壁的容器，其中所述侧壁具有厚度和高度，并且其中厚度沿着侧壁的高度变化至少0.001英寸；以及
利用颈缩作用模具将容器进行颈缩，以使得颈缩作用模具的工作表面接触侧壁的一区段并且使侧壁的该区段的直径在单次行程中缩减至少2％，其中在进行颈缩之前和之后，经过颈缩作用的侧壁的该区段的厚度沿着侧壁的高度变化至少0.001英寸。
可选地，颈缩作用模具包括：
颈缩作用表面和减缓部；
其中所述颈缩作用表面包括凸台部分、颈部半径部分、和肩部半径部分，每个部分具有内径；
其中凸台部分位于颈部半径部分和减缓部之间，并且凸台的内径为模具的最小直径；
其中颈部半径部分和肩部半径部分的内径大于凸台的内径；
其中所述减缓部包括：
(a)减缓部表面；
(b)减缓部表面的内径比凸台部分的内径大至少约0.01英寸；
(c)减缓部表面的内径不大于最大直径以便在将金属容器进行颈缩时减小但并不消除金属容器与减缓部表面之间的摩擦接触而同时保持颈缩作用性能；并且
其中，颈缩作用模具的尺寸使得当将金属容器进行颈缩时，整个凸台和减缓部沿轴向方向相对于容器行进并且减缓部的至少一部分行进超过容器的顶部。
可选地，所述方法进一步包括使侧壁的一部分的直径膨胀。
可选地，所述方法进一步包括利用一系列颈缩作用模具将容器进行颈缩。
可选地，所述方法进一步包括利用一系列膨胀模具使侧壁的部分的直径膨胀。
可选，膨胀模具使侧壁的部分膨胀，其中所述膨胀模具包括：
工作表面，所述工作表面包括渐进膨胀部分和凸台部分；和
底切部分；
其中凸台部分位于渐进膨胀部分和底切部分之间，并且凸台部分的外径为模具的最大直径；
其中所述底切部分包括：
(a)底切表面；和
(b)底切表面的外径，其中所述底切表面的外径：
(i)比凸台部分的外径小至少约0.01英寸；和
(ii)不小于最小直径以便减小但并不消除底切表面与铝容器之间的摩擦接触；以及
其中工作表面的尺寸使得当插入金属容器中时，整个凸台部分和底切部分的至少一部分进入金属容器，引起侧壁的至少一部分的直径膨胀。
附图说明
以下详细说明通过举例给出，而非用于将本发明仅仅限制于其，所述详细说明结合附图将得到最好理解，其中同样的附图标记表示同样的元件和部件，其中：
图1为根据本发明的一种用于53mm直径罐体的14级模具颈缩序列。
图2示出了根据本发明的起始颈缩作用模具的一个实施例的剖视侧视图；
图2a示出了图2所示的接触角度的放大视图，其中接触角度从瓶子坯料接触颈缩作用表面的位置测量；
图3示出了根据本发明的抛光的颈缩作用表面的一个实施例的表面测绘图(mapping)；
图4示出了根据本发明的非抛光的颈缩作用表面的一个实施例的表面测绘图；
图5示出了根据本发明的中间颈缩作用模具的一个实施例的剖视侧视图；
图6示出了根据本发明的最末颈缩作用模具的一个实施例的剖视侧视图；
图7示出了根据本发明的14级颈缩系统中的每个颈缩作用模具的肩部颈缩作用表面的剖视侧视图；
图8为将铝瓶子进行颈缩至局部地非抛光的颈缩作用模具中所需的颈缩作用力和将瓶子进行颈缩至抛光的颈缩作用模具中所需的力的曲线图，其中Y轴示出了单位为磅(lbs)的力，X轴示出了瓶子插入颈缩作用模具中的距离(英寸)；
图9为根据本发明的一个实施例用于将2.087〃直径容器膨胀至2.247〃直径容器的膨胀模具的一个实施例的立体图；
图10为图9的膨胀模具的俯视图，示出了线A-A；
图11为沿着线A-A剖开的图9和10中的膨胀模具的剖视图；
图12为根据本发明的一个实施例用于将2.247〃直径容器膨胀至2.363〃直径容器的膨胀模具的剖视图；
图13为可用于将2.363〃直径容器膨胀至2.479〃直径容器的一种膨胀模具的剖视图；
图14为可用于将2.479〃直径容器膨胀至2.595〃直径容器的一种膨胀模具的剖视图；
图15为可用于设定下部轮廓的形状的模具的剖视图；
图16为五个容器的侧视图，其中每个容器代表根据本发明的一个实施例将2.087〃直径容器膨胀至2.595〃直径容器的膨胀过程的一级；
图17为图16的五个容器的俯视图；
图18为图16的五个容器的仰视图；
图19为具有变化厚度的侧壁的金属容器的剖视图；
图20为一种颈缩作用模具的剖视图，所述颈缩作用模具将图19中所示的金属容器的侧壁的下部部分进行颈缩；
图21示出了图20中的颈缩作用模具的剖视图；
图21a为图20和21中所示的颈缩作用模具的鼻部的部分剖视图；
图22示出了与图20、21和21a中的颈缩作用模具结合使用的脱模器(knockout)的剖视图；
图23为使图19中所示的金属容器的侧壁的中间部分膨胀的膨胀模具的剖视图；
图24示出了图23中的膨胀模具的剖视图；
图25示出了在下部部分已经进行颈缩而中间部分已经膨胀之后的金属容器；
图26示出了一种颈缩作用模具的剖视图，其可用来将图19中所示的金属容器的侧壁的上部部分进行颈缩；
图27示出了一种颈缩作用模具的剖视图，其可用来将图19中所示的金属容器的侧壁的上部部分进行颈缩；以及
图28示出了与图27中的颈缩作用模具结合使用的脱模器的剖视图。
具体实施方式
针对本文而言，例如顶部、底部、下方、上方、以下、以上等等术语相对于安放于平面上的成品金属容器的位置而言，而不管在制造或形成步骤或方法期间金属容器的方位如何。成品金属容器为在由最终消费者使用之前将不经受另外的成形步骤的金属容器。在一些实施例中，容器的顶部具有开口。
贯穿本文使用术语“瓶子坯料”。然而，在此所公开的方法、产品以及设备全部适用于所有金属容器，包括饮料罐和杯、气溶胶罐和食品容器。双引号或“in”表示英寸。
图1示出了在通过根据本发明一个实施例的颈缩作用系统进行颈缩的每个级之后的瓶子坯料，其中本发明的颈缩作用系统提供了比在先颈缩作用系统先前可实现的方案更具有进取性的颈缩作用缩减方案，并且提供了将容器通过厚壁和薄壁部分进行颈缩的能力，即，具有厚度变化至少0.001英寸的侧壁的容器，并且颈缩作用模具在单次行程中经过厚壁部分而行进至薄壁部分中。图1示出了进行颈缩的序列，从用于产生首次进行颈缩的瓶子坯料1的起始颈缩作用模具到用于产生最末进行颈缩的瓶子坯料14的最末颈缩作用模具。尽管图1示出了包括14级的颈缩作用系统，但以下公开内容并不意欲限制于其，因为颈缩作用级的数量可根据瓶子坯料的材料、瓶子坯料的侧壁厚度、瓶子坯料的起始直径、瓶子的最终直径、颈缩轮廓的所需形状和颈缩作用力而变化。因此，可设计任何数量的颈缩作用模具，都在本发明的范围内，只要该序列提供了颈缩作用而没有瓶子坯料的塌陷或其它物理缺陷。
图2示出了一种颈缩作用模具的剖视图，所述颈缩作用模具包括至少局部带纹理的颈缩作用表面10和跟随颈缩作用表面10的带纹理的减缓部20。在一个实施例中，局部带纹理的颈缩作用表面10包括肩部或本体半径部分11、颈部半径部分12和凸台(land)部分13。
在一些实施例中，颈缩作用模具包括局部带纹理的颈缩作用表面10，其减少了颈缩作用表面与正被进行颈缩的瓶子坯料之间的表面接触，以便减小将瓶子进行颈缩所需的力(下文称为“颈缩作用力”)。预想不到地，可确定的是，具有带纹理的表面的颈缩作用表面对正被进行颈缩的瓶子坯料提供了比不带纹理的表面更小的阻力。与关于光滑的、不带纹理的、高度抛光的表面提供更小的阻力因而需要更小的颈缩作用力的在先预期相反，可以确定的是，具有较低Ra值即<～6微英寸的表面与进行颈缩的瓶子具有更大的表面接触，导致更大的阻力并且需要更大的颈缩作用力。在本发明的一些实施例中，增加的表面粗糙度(更高Ra值)减少了颈缩作用表面与进行颈缩的瓶子之间的表面接触，因此减小了所需的颈缩作用力。
通过减小将瓶子坯料进行颈缩所需的颈缩作用力，就容许颈缩作用模具具有比在先的颈缩作用模具中先前可实现的更大的缩减百分比。这还有助于使得模具能够通过金属侧壁的变化厚度进行颈缩。
在一个实施例中，带纹理的表面具有的表面粗糙度平均值(Ra)为从大于或等于8μin到小于或等于32μin，只要带纹理的颈缩作用表面不会显著地不利地破坏瓶子坯料的表面(涂层)光洁度的美观性特征。在一个实施例中，不带纹理的表面具有的表面粗糙度平均值(Ra)光洁度为从2μin到6μin。图3示出了通过ADE/PhaseShiftAnalysisandMapVueEX-SurfaceMappingSoftware(相移分析和MapVue外表面测绘图软件)产生的颈缩作用模具的不带纹理的凸台部分13的一个实施例的表面测绘图。在该实例中，表面粗糙度(Ra)值为约4.89μin。图4示出了通过ADE/PhaseShiftAnalysisandMapVueEX-SurfaceMappingSoftware(相移分析和MapVue外表面测绘图软件)产生的根据本发明的一个实施例的颈缩作用模具的带纹理的凸台部分13的一个实施例的表面测绘图。在该实例中，表面粗糙度(Ra)值为约25.7μin。
参看图2，在一个实施例中，局部带纹理的颈缩作用表面10包括带纹理的凸台部分13、不带纹理的颈部半径部分12和不带纹理的肩部半径部分11。在另一个实施例中，所述至少局部带纹理的颈缩作用表面10可全部带纹理。参看图2a，瓶子坯料50相对于颈缩作用表面10的接触角度α可小于32°，其中所述接触角度为54(垂直于凸台延伸的射线)与51(垂直于和瓶子坯料与颈缩作用表面的接触点相切的平面延伸的射线)之间的夹角。在一些实施例中，工作表面和/或减缓部可全部不带纹理。在一些实施例中，工作表面和/或减缓部急转弯并且轻微地抛光以便除去毛边从而获得约8-10微英寸或约8-16微英寸或约8至32微英寸的表面光洁度。
图2中的带纹理的凸台部分13与脱模器(未示出)结合提供了用于在进行颈缩期间使瓶子坯料的上部部分形成瓶颈的工作表面。脱模器(未示出)在进行颈缩期间适配在容器或瓶子坯料内部并且帮助在进行颈缩之后从模具移除容器。在一个实施例中，带纹理的凸台13平行于颈缩作用模具的中心线从模具壁的颈部半径部分12的切点延伸。带纹理的凸台部分13可沿着颈缩作用方向(沿着Y轴)延伸距离Y1，所述距离Y1小于0.5〃，或约为大致0.0625〃。在一些实施例中，凸台部分的长度在约0.02〃至约0.08〃之间。在一些实施例中，凸台部分的长度在约0.03〃至约0.07〃之间。在一些实施例中，凸台部分的长度在约0.04〃至约0.06〃之间。在一些实施例中，凸台部分的长度为大致0.04〃。
本发明的一些实施例的另一个方面为跟随颈缩作用表面10的位于颈缩作用模具壁中的减缓部20。减缓部20的尺寸设置成使得在瓶子坯料已经通过凸台13和脱模器进行颈缩之后减小但并不消除瓶子坯料与颈缩作用模具的摩擦接触。因此，在一些实施例中，减缓部20与局部带纹理的颈缩作用表面10结合，有助于减小颈缩作用模具壁与进行颈缩的瓶子坯料之间的摩擦接触，其中减小的摩擦接触保持颈缩作用性能而同时减小发生塌陷、翘曲、破裂、皱缩及其它物理缺陷的可能性，并且提高了瓶子坯料的脱模能力。
在一个实施例中，减缓部20延伸至颈缩作用模具壁中至少0.005英寸的尺寸X2，所述尺寸从凸台13的基部13a测量，在其它实施例中，所述尺寸为至少0.010英寸或0.015英寸。在一些实施例中，减缓部延伸至模具壁中不多于0.025〃。减缓部20可沿着颈缩作用方向(沿着Y轴)延伸达进入颈缩作用模具的瓶子坯料的顶部部分的长度，以便减小但并不消除瓶子坯料与颈缩作用模具壁之间的摩擦接合，从而减小发生塌陷、翘曲、破裂、皱缩及其它物理缺陷的可能性，然而仍保持颈缩作用性能。在一个实例中，该减缓部20是带纹理的表面。从凸台到减缓部的过渡区为混合的，没有尖角，以使得金属瓶子坯料可沿任一方向越过凸台而不会受损。
在本发明的一些实施例中，提供一种颈缩作用系统，其中系统的颈缩作用模具中的至少一个可更进取性地缩减瓶子坯料直径。尽管图2示出了一个前导模具，但以上关于肩部半径11、颈部半径12、凸台13和减缓部20的讨论同样地适用并且可存在于颈缩作用系统的每个颈缩作用模具中。一系列模具中的至少一个的颈缩作用表面的几何形状用于增加缩减作用，其中术语“缩减”对应于使瓶子坯料直径从瓶子坯料的起始直径减小到最终直径。
在一个实施例中，前导模具在单次颈缩作用行程中将进行颈缩的容器的直径缩减多于5％，或在单次颈缩作用行程中缩减多于9％。可通过颈缩作用系统的模具实现的缩减水平部分地取决于颈缩作用表面的表面光洁度、颈缩作用力、瓶子坯料材料、所需的颈缩轮廓和侧壁厚度。在一个实施例中，前导颈缩作用模具提供大于9％的缩减，其中起始颈缩作用模具构造成用于从铝板产生铝瓶子颈缩包装，所述铝板由AluminumAssociation3104合金构成，具有约0.0085英寸或更小的上部侧壁厚度和从约34到37ksi的烘后屈服强度。在一些实施例中，上部侧壁厚度可为0.0085、0.0080、0.0075、0.0070、0.0060、0.0050英寸，这仅为几个例子。在一些实施例中，底部颈缩部分中侧壁的厚度变化至少0.0010英寸。在一些实施例中，顶部颈缩部分中侧壁的厚度变化至少0.0010英寸。在其它实施例中，顶部部分或底部部分中的侧壁厚度变化至少0.0015〃或0.002〃，或者顶部部分和底部部分中的侧壁厚度两者都变化至少0.0015〃或0.002〃。在一些实施例中，侧壁厚度变化不多于0.0015〃、0.002〃、0.0025〃、0.003〃或0.004〃。
图5示出了根据本发明的中间模具的一个实施例，其中所述中间颈缩作用模具可在瓶子坯料已经利用起始颈缩作用模具进行颈缩之后使用。与图2中示出的颈缩作用模具相比，图5中示出的中间颈缩作用模具提供了进取性较小的缩减。在一个实施例中，多个中间颈缩作用模具每个提供了从4％到7％的缩减。中间颈缩作用模具的数量取决于瓶子坯料起始直径、所需的最终直径、颈缩轮廓、侧壁厚度和侧壁厚度的可变性。
图6示出了根据本发明的最末颈缩作用模具的一个实施例。最末颈缩作用模具在瓶子坯料已经通过中间颈缩作用模具进行颈缩之后使用。最末颈缩作用模具具有产生成品产品颈缩尺寸的颈缩作用表面。在一个实施例中，最末颈缩作用模具提供了小于4％的缩减。在一个实施例中，最末颈缩作用模具可具有1.9％的缩减。
在一个实施例中，提供一种颈缩作用系统，其中这些颈缩作用模具包括具有大于9％的缩减的前导颈缩作用模具、12个具有从4.1到6.1％的缩减的中间模具和具有1.9％的缩减的最末颈缩作用模具。
在本发明的一个实施例中提供了一种使用如上所述颈缩作用系统将金属容器颈缩的方法，包括以下步骤：提供铝坯件例如盘或片状毛坯；将坯件成形为铝瓶子坯料；和，将铝瓶子坯料进行颈缩，其中颈缩作用包括具有至少局部带纹理的颈缩作用表面的至少一个颈缩作用模具。
本发明的一些实施例提供了一种颈缩作用系统，包括数量减少的模具和脱模器，因此有利地减少了与用于瓶子制造中的颈缩操作的工具相关的机器成本。
通过减少颈缩作用模具级的数量，本发明有利地减少了与瓶子制造中进行颈缩相关的时间。
尽管上文总体上描述了本发明，提供了以下实例以便进一步示例说明本发明和举例说明从其产生的一些优点。本发明并不限于所公开的特定实例。
实例
以下的表1示出了通过14级模具颈缩方案提供的缩减，其中颈缩作用模具几何形状构造成用于从铝瓶子坯料形成铝瓶子颈缩包装，所述铝瓶子坯料具有大致0.0085英寸的上部侧壁板厚度和从约34到37Ksi的烘后屈服强度。铝成分为AluminumAssociation(AA)3104。如表1所示，瓶子坯料从大致2.0870〃的起始直径进行颈缩到1.025〃的最终直径，而没有发生损坏例如壁塌陷。
表1
如表1所示，颈缩作用系统包括提供大致9％的缩减的首次颈缩作用模具、12个具有从大致4.1到6.1％的缩减的中间模具、和具有1.9％的缩减的最末颈缩作用模具。图7示出了表1中所示14级颈缩作用系统的每个颈缩作用模具的肩部颈缩作用表面的剖视侧视图。在该实例中，进行颈缩的瓶子坯料的部分具有基本上均一的厚度。
图8示出了根据本发明将瓶子进行颈缩至颈缩作用模具中所需的力，如参考线100所示，所述颈缩作用模具具有带纹理的凸台，以及将铝容器进行颈缩至不带纹理的颈缩作用模具中所需的力，如参考线105所示，其中不带纹理的颈缩作用模具代表比较实例。具有带纹理的凸台的颈缩作用模具和控制模具的几何形状类似于图2中所示的颈缩作用模具。进行颈缩的瓶子具有大致0.0085英寸的上部侧壁板厚度、大致34至37ksi的烘后屈服强度、和为AluminumAssociation3104的铝成分。
参看图8，与参考线105所示的不带纹理的颈缩作用表面相比，从进行颈缩的瓶子接触带纹理的凸台的点开始，如参考线100上的数据点110所示，实现了颈缩作用力的显著减小。
现在转向膨胀模具，与使用一个膨胀模具相反，使用直径增加的多级膨胀模具使由具有硬的硬度的合金构成的容器进行渐进膨胀，容许容器的直径膨胀高达约40％而没有断裂、皱缩、翘曲或者对构成容器的金属其他损伤。当使由较软合金构造而成的容器膨胀时，可以使用一个膨胀模具将容器膨胀25％。用于使容器膨胀至期望直径而不会显著地损伤容器的膨胀模具的数量取决于期望的膨胀程度、容器的材料、容器的材料的硬度、和容器的侧壁厚度。例如，期望的膨胀程度越高，需要的膨胀模具的数量越大。类似地，如果构成容器的金属具有硬的硬度，与使由较软金属构成的容器膨胀相同程度相比，将需要更大数量的膨胀模具。另外，侧壁越薄，将需要更大数量的膨胀模具。使用一系列膨胀模具实现渐进膨胀可使容器的直径增加大概25％，其中可设计更大的膨胀，只要膨胀期间金属不显著地受损。在一些实施例中，容器的直径膨胀多于8％。在其它实施例中，容器的直径膨胀小于8％、大于10％、大于15％、大于20％、大于25％或大于40％。可设计其它百分比的膨胀，也在本发明的一些实施例的范围内。
此外，当使带涂层容器膨胀时，渐进膨胀将有助于保持涂层的完整性。替代地，容器可在涂敷之前膨胀。
使根据本发明一些实施例形成的膨胀的容器进行颈缩至大于或等于容器的原始直径X的直径并不需要使用脱模器，因为容器的侧壁在膨胀之后处于周向张伸的状态。在本发明的一些实施例中，当将容器进行颈缩时可以使用脱模器。
参看图9-16，在一些实施例中，膨胀模具由如下材料构成：A2工具钢、58-60Rc硬化、32精加工，但是可使用任何适当的容器成形模具材料。在一些实施例中，膨胀模具500包括工作表面100，其具有渐进膨胀部分150、凸台部分200、以及底切部分350。所示实施例中的工作表面100的初始部分300具有用于逐渐转变容器700侧壁800的直径的几何形状。渐进膨胀部分150具有尺寸和几何形状，其在插入容器700的开口端中时作用于容器的侧壁800以便随着容器沿着工作表面100行进而使容器的直径按渐进的方式径向地膨胀。在一些实施例中，膨胀模具500提供了适当的膨胀和成型操作而不需要脱模器或类似结构。在一些实施例中，可使用脱模器。
凸台部分200具有的尺寸和几何形状用于设定由该膨胀模具500形成的容器的最终直径。在一个实施例中，凸台部分200可延伸0.12〃或更多的距离。在其它实施例中，凸台可延伸0.010〃、0.020〃、0.04〃、0.05、0.08或0.10或更多或更少。底切部分350跟随凸台部分200。从凸台部分200到底切部分350的过渡区为混合的。当模具在膨胀行程的底部时，底切部分350至少延伸超过容器的开口，以便使得模具在金属膨胀时能够保持对金属的控制并且尽量减少容器变得不圆。
工作表面100可为不带纹理的表面或带纹理的表面。在一个实施例中，不带纹理的表面具有2μin至6μin的表面粗糙度平均值(Ra)光洁度。在一个实施例中，工作表面100可为带纹理的表面，所述带纹理的表面具有从大于或等于8μin到小于或等于32μin的表面粗糙度平均值(Ra)，只要所述带纹理的工作表面100并不显著地损害沿着容器内表面设置的产品侧涂层。
在一些实施例中，紧随着凸台部分200，膨胀模具的表面平滑地过渡至底切部分350，以便当通过工作表面100的渐进膨胀部分150和凸台部分200加工容器时，减少但并不消除容器700与膨胀模具500之间的摩擦接触。减少的摩擦接触使得尽量减少了发生塌陷、翘曲、破裂、皱缩及其它物理缺陷的可能性，并且改进了膨胀过程期间容器700的脱模情况。在一些实施例中，底切部分350为带纹理的表面，所述带纹理的表面具有从大于或等于8μin到小于或等于32μin的表面粗糙度平均值(Ra)。在一些实施例中，底切部分350可延伸至膨胀模具壁中至少0.005英寸的尺寸L，在其它实施例中，延伸至膨胀模具壁中至少0.015英寸或0.025〃的尺寸L。在一些实施例中，底切部分延伸至模具壁中不多于0.025〃。
提供了一种用于生产容器的模具系统，其包括膨胀模具500。该模具系统至少包括第一膨胀模具500和至少一个渐进膨胀模具，所述第一膨胀模具500具有构造成用于增加容器直径的工作表面100，其中一系列渐进膨胀模具中的每个接连的模具具有构造成用于增加由先前膨胀模具产生的容器直径的膨胀程度的工作表面。
尽管上文总体上描述了本发明，提供了以下实例以便进一步示例说明本发明和举例说明可从其产生的一些优点。本发明并不限于所公开的特定实例。
在一个实例中，使用图11-14中所示的四个膨胀模具来将容器700的内径从约2.087〃增加到约2.595〃的直径，如图16-18中所示。图9-11中所示的膨胀模具500可用于将2.087〃直径容器膨胀至2.247〃直径容器。可以使用图12中所示的膨胀模具来使2.247〃直径容器膨胀至2.363〃直径容器。可以使用图13中所示的膨胀模具来将2.363〃直径容器膨胀至2.479〃直径容器。可以使用图14中所示的膨胀模具来将2.479〃直径容器膨胀至2.595〃直径容器。应当指出，当容器的直径膨胀时，它变得更短。
在一个实施例中，图16-18的容器由具有H19硬度的3104铝合金构成。侧壁厚度为约0.0088〃。应当指出，利用本发明的一些实施例，可以使薄壁(等于或低于约0.0041〃)的、硬的硬度(H19、H39)冲拨和薄壁拉深铝罐膨胀变化的量，包括使这些容器直径膨胀大于8％、大于10％、大于15％和大于20％。
在一个实例中，图19示出了具有侧壁192的容器190，所述侧壁具有的厚度在约0.006〃和约0.008〃之间变化。容器190在该实例中为铝，但是可由任何金属构成，例如钢。
图20示出了将侧壁192的下部部分194进行颈缩的颈缩作用模具196。还示出了底部颈缩部分198以及脱模器220。
图21和21a示出了图20中所示的颈缩作用模具196，代表一系列的两个颈缩作用模具，用于产生容器190的底部颈缩部分198。接着图21和21a所示的表示出了在第一和第二模具之间变化的尺寸，其包括用于形成容器190的底部颈缩部分198(图20和25中所示)的一系列两个模具。包括凸台199的颈缩作用模具196的工作表面197的部分具有带纹理的表面，所述带纹理的表面具有约12微英寸的Ra值。不带纹理的工作表面197的Ra值具有约8-10微英寸的Ra值。
图22示出了代表与图20、21和21a中所示的颈缩作用模具196结合使用的两个脱模器的脱模器220。接着图22所示的表示出了在第一和第二脱模器220之间变化的尺寸，其用于用来形成容器190的底部颈缩部分198的一系列两个模具。
下表示出了在将侧壁192的下部部分194进行颈缩时在每个颈缩步骤前后的容器190的尺寸。
尺寸单位为英寸。“间距”为颈缩作用模具196的凸台199的内径与脱模器220的外径之间的径向距离。“估计金属厚度”为由颈缩作用模具成形的金属的最大厚度。如上所述，在该实例中成形的容器的侧壁192的金属厚度在成形的侧壁192的部分中变化约0.002〃，即颈缩作用模具196越过厚度变化约0.002〃的金属。颈缩作用模具196和伴随的脱模器220设计成适应它们在颈缩过程中越过的最厚金属以及最薄金属。在该实例中，侧壁192中的最厚金属靠近容器190的顶部。该信息还适用于本文以后出现的表。
图23和24示出了膨胀模具230，用于在两个颈缩步骤之后使容器190的侧壁192的中间部分236的直径膨胀。在该实例中，两个膨胀步骤跟随两个颈缩步骤。图24下方所示的表示出了在第一和第二膨胀模具230之间变化的尺寸，第一和第二膨胀模具包括一系列两个膨胀模具。在该实例中膨胀模具230中一个也没有带纹理。
在以下表中，“本体半径”和“颈部半径”指的是膨胀模具的半径。
图25示出了利用图20、21和21a中所示的两个颈缩作用模具颈缩以及利用图23和24中所示的两个膨胀模具膨胀之后的容器。示出了薄壁部分234和厚壁部分232。薄壁和厚壁之间的过渡区可或短或长和渐变。膨胀步骤之前的颈缩步骤在容器190中形成收缩部242。
图26示出了形成在容器190的上部部分240中的顶部颈缩部分262的颈缩作用模具260。由于附图的比例，并未示出颈缩作用模具中的凸台和减缓部。顶部颈缩部分262利用一系列多个不同的颈缩作用模具在多个颈缩站中进行颈缩。可以使用另外的颈缩站和模具来获得瓶子或其它期望形状。图27中示出了代表站1-5中使用的五个模具的模具。在用于制造顶部颈缩部分的五个模具中的每个之间变化的尺寸示于图27下方标为“轮廓‘I’(Profile‘I’)”的表中。该系列五个模具中一个也没有带纹理。图28示出了代表与图27中所示的五个颈缩作用模具结合使用的脱模器的脱模器280。接着图28的表列出了在五个脱模器280之间变化的尺寸。在该实例中，在颈缩之前容器的顶部的外径为约53mm(2.087英寸)。
以上描述了目前优选的实施例，但应理解，本发明可在所附权利要求书的范围内按其它方式实现。
尽管以上详细描述了本发明的特定实施例，但本发明所属领域的普通技术人员应当理解，根据本文公开内容的总体教导可提出对那些细节的各种改型和替代方案。因此，所公开的特定装置对于本发明的范围仅为示例说明性而非限制性，本发明的范围涵盖所附权利要求书的全部范围及其全部任意等同方案。

Claims (15)

1.一种成形铝容器，包括：
侧壁，所述侧壁具有厚度和高度，
其中所述侧壁包括顶部颈缩部分和底部颈缩部分，
其中底部颈缩部分中的侧壁的厚度变化至少0.001英寸；并且
其中所述成形铝容器通过如下方法制造：
利用第一颈缩作用模具将侧壁的下部部分进行颈缩，以使得第一颈缩作用模具的工作表面接触侧壁的第一区段并且使侧壁的第一区段的直径在单次模具行程中缩减至少3％，其中经过颈缩作用的侧壁的第一区段的厚度沿着侧壁的高度变化至少0.001英寸；和
利用第二颈缩作用模具将侧壁的上部部分进行颈缩，以使得第二颈缩作用模具的工作表面接触侧壁的第二区段并且使侧壁的第二区段的直径在单次行程中减小至少2％。
2.根据权利要求1所述的容器，其中，侧壁的第二区段的厚度沿着侧壁的高度变化至少0.001英寸。
3.根据权利要求1所述的容器，其中，所述方法进一步包括在使侧壁的上部部分进行颈缩之前使侧壁的中间部分的直径膨胀。
4.根据权利要求3所述的容器，其中，侧壁的中间部分的厚度变化至少0.001英寸。
5.根据权利要求1所述的容器，其中，所述方法进一步包括利用一系列颈缩作用模具将侧壁的下部部分进行颈缩。
6.根据权利要求1所述的容器，其中，所述方法进一步包括利用一系列颈缩作用模具将侧壁的上部部分进行颈缩。
7.根据权利要求3所述的容器，其中，所述方法进一步包括利用一系列膨胀模具使侧壁的中间部分的直径膨胀。
8.根据权利要求1所述的容器，其中，第一颈缩作用模具和第二颈缩作用模具各包括：
颈缩作用表面和减缓部；
其中颈缩作用表面包括凸台部分、颈部半径部分、和肩部半径部分，每个部分具有内径；
其中凸台部分位于颈部半径部分和减缓部之间，并且凸台的内径为模具的最小直径；
其中颈部半径部分和肩部半径部分的内径大于凸台的内径；
其中减缓部包括：
(a)减缓部表面；
(b)减缓部表面的内径比凸台部分的内径大至少约0.01英寸；
(c)减缓部表面的内径不大于最大直径以便在将侧壁进行颈缩时减小但并不消除侧壁与减缓部表面之间的摩擦接触而同时保持颈缩作用性能；以及
其中颈缩作用模具的尺寸使得当将侧壁进行颈缩时，整个凸台和减缓部沿轴向方向相对于侧壁行进并且减缓部的至少一部分行进超过侧壁的顶部。
9.根据权利要求3所述的容器，其中，膨胀模具使侧壁的中间部分的直径膨胀，其中所述膨胀模具包括：
工作表面，其中所述膨胀模具的工作表面包括渐进膨胀部分和凸台部分；以及
底切部分；
其中凸台部分位于渐进膨胀部分和底切部分之间，并且凸台部分的外径为模具的最大直径；
其中底切部分包括：
(a)底切表面；以及
(b)底切表面的外径，其中底切表面的外径
(i)比凸台部分的外径小至少约0.01英寸；并且
(ii)不小于最小直径以便减小但并不消除底切表面与铝容器之间的摩擦接触；以及
其中工作表面的尺寸使得当插入到铝容器中时，整个凸台部分和底切部分的至少一部分进入铝容器，引起侧壁的中间部分的直径膨胀。
10.一种用于形成金属容器的方法，包括：
提供具有侧壁的容器，其中所述侧壁具有厚度和高度，并且其中厚度沿着侧壁的高度变化至少0.001英寸；以及
利用颈缩作用模具将容器进行颈缩，以使得颈缩作用模具的工作表面接触侧壁的一区段并且使侧壁的该区段的直径在单次行程中缩减至少2％，其中在进行颈缩之前和之后，经过颈缩作用的侧壁的该区段的厚度沿着侧壁的高度变化至少0.001英寸。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，颈缩作用模具包括：
颈缩作用表面和减缓部；
其中所述颈缩作用表面包括凸台部分、颈部半径部分、和肩部半径部分，每个部分具有内径；
其中凸台部分位于颈部半径部分和减缓部之间，并且凸台的内径为模具的最小直径；
其中颈部半径部分和肩部半径部分的内径大于凸台的内径；
其中所述减缓部包括：
(a)减缓部表面；
(b)减缓部表面的内径比凸台部分的内径大至少约0.01英寸；
(c)减缓部表面的内径不大于最大直径以便在将金属容器进行颈缩时减小但并不消除金属容器与减缓部表面之间的摩擦接触而同时保持颈缩作用性能；并且
其中，颈缩作用模具的尺寸使得当将金属容器进行颈缩时，整个凸台和减缓部沿轴向方向相对于容器行进并且减缓部的至少一部分行进超过容器的顶部。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括使侧壁的一部分的直径膨胀。
13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括利用一系列颈缩作用模具将容器进行颈缩。
14.根据权利要求10所述的方法，进一步包括利用一系列膨胀模具使侧壁的部分的直径膨胀。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，膨胀模具使侧壁的部分膨胀，其中所述膨胀模具包括：
工作表面，所述工作表面包括渐进膨胀部分和凸台部分；和
底切部分；
其中凸台部分位于渐进膨胀部分和底切部分之间，并且凸台部分的外径为模具的最大直径；
其中所述底切部分包括：
(a)底切表面；和
(b)底切表面的外径，其中所述底切表面的外径：
(i)比凸台部分的外径小至少约0.01英寸；和
(ii)不小于最小直径以便减小但并不消除底切表面与铝容器之间的摩擦接触；以及
其中工作表面的尺寸使得当插入金属容器中时，整个凸台部分和底切部分的至少一部分进入金属容器，引起侧壁的至少一部分的直径膨胀。
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