CN105722618A - 成型金属容器以及用于制造成型金属容器的方法 - Google Patents

成型金属容器以及用于制造成型金属容器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明的原理进一步提供了一种展示出通过退火过程形成的圆形颗粒结构特征的成型金属容器及其预型件，以及一种用于制造成型金属容器的方法。制造所述金属容器的过程导致更快的加工时间并且使用更少的金属(至少节约了10％金属重量)，因而允许降低制造此类成型金属容器的成本。一种成型金属容器可以包括限定一个侧壁、一个开口、以及一个底座的加工硬化的轧制金属板，其中沿着该侧壁的至少一个区段所具有的颗粒具有小于约4比1的一个平均纵横比。

Description

成型金属容器以及用于制造成型金属容器的方法
相关申请
本申请要求2013年10月8日提交的序列号为EP13187775.5的共同未决的专利申请的优先权，该申请的内容通过引用以其全部内容结合在此。
发明领域
本发明的原理涉及一种用于制造成型金属容器的方法，并且涉及该成型金属容器的一种微结构。
背景
金属容器一般用于包装食品、油漆、油墨、气体、液体喷雾、粒状材料、以及饮料(诸如软饮料)。这些金属容器一般具有圆柱形状。利用本领域中已知的方法，诸如通过(深)冲压成型和壁部变薄拉深(DWI)能够容易地生产此类金属容器。
这些金属容器一般不会对内容物的质量和味道造成实质性影响。因为金属容器在不想要而丢弃时一般不会破裂，所以处置是非常方便的。金属容器的强度通常由该容器及其内容物的组合提供。在排空金属容器之后，可以在没有受伤风险的情况下容易地减小该金属容器的体积。最后，可以回收金属容器。
然而，存在这样一种趋势：不仅要生产传统的圆柱形金属容器，而且还要生产具有如目前市场上用于装饮料的玻璃瓶或塑料(PET)瓶的形式的金属容器。然而，用于制造此类饮料瓶的玻璃和塑料具有与金属特性极为不同的特性。特性上的差异涉及加热之后的延展性和处置。例如，一个玻璃或塑料预型件可以被直接吹塑成所要求的瓶形状。此类形状的特征在于，在轴向高度上，瓶可以具有(逐渐改变的)不同的直径。顶部区段可以具有一个较小的直径(Dt)。直径朝向底部逐渐增大，在中间区段达到一个最大直径(Dm)。在其之后，直径可以减小到一个最小值，从而形成一个专门定制的形状。随后，直径朝向底部直径Db逐渐增大，该底部直径Db等于或小于最大直径Dm。
另一种类型的玻璃瓶是香水瓶，该香水装入呈现有吸引力的美学形状的侧影的小瓶。此类侧影可以类似于女性侧影、足球侧影、沙漏侧影等。如本领域中所理解的，不能使用金属作为该容器或小瓶的材料来生产此类形状。
由于需要专门定制的形状和/或凸出的形状，此类瓶容器或小瓶由具有与金属(诸如铝和钢)极为不同的特性的玻璃或塑料制成，所以一般被接受的是使用金属不能将此类形状制成这样。
已知的是，通过对金属进行吹塑成形来制造容器(诸如气溶胶容器)，但是这种方法不适合于制造与所描述的成型金属容器类似的成型金属容器。提高成本效率的方法是制造一种两片式容器，该容器的底部和侧壁由两片金属制成并且连接在一起。然而，对于许多应用，具有一个整体式底部的一片式金属饮料容器是优选的。
总体而言，一片式金属饮料容器通过(深)冲压成型和壁部变薄拉深(DWI)或通过冲压成型和再冲压成型过程(DRD)制成。这些过程使用变薄拉深和深冲压成型、或冲压成型和再冲压成型的组合来生产具有较小直径的一个预定的壁厚和一个增加的壁高度。开始于一个平面坯件(一般是用于获得一个圆形罐的一个圆盘)，第一冲压成型操作形成了由一个直径和一个高度限定的一个“杯状物”。为了考虑材料可成形性，只可能利用一系列再冲压成型来实现最终直径。所有的(再)冲压成型操作都将一种形状(如一个杯状物)从一个直径变换成另一个较小的直径。高度由原始坯件的材料的体积给定。主体的厚度约为原始厚度。对于一个高的罐子，此过程形成了朝向该罐子的顶部渐进地增加的厚度。在此类情况下，为了实现一个具有极好的高度/直径比的高的罐子，要求大量的金属成型步骤。对于DRD容器，一种深冲压成型的容器意指一般通过大量的再冲压成型步骤以实现该高度/直径比制成的一种容器。
饮料工业中使用数十年的一种较新的技术引入了管理主体的厚度的可能性。该过程的开始与DRD相同，就是一个冲压成型操作(用于制造该杯状物)以及至少一个再冲压成型操作以便将模型直径减小到该罐的最终直径。该过程接下来的步骤只改变主体壁厚度，不改变直径。这些步骤由一个冲头(在该模型内部)穿过校准环的运动限定。环的序列允许渐进地减小主体的厚度。该过程的这个部分被称为壁部变薄拉深。整个过程被称为冲压成型和壁部变薄拉深(DWI)。除那之外，该冲头的轮廓使得有可能在主体上得到不同的厚度。总的来说，一个薄壁和一个厚的上部部分专门用于形成一个颈部和接合部。这种DWI过程尤其是在壁部变薄拉深阶段过程中对材料具有主要作用，并且是大规模加工硬化的一个实例。具有这些再冲压成型步骤的DRD过程对壁具有类似的影响，但是程度较小。然而，缺点是出现了加工硬化。由于加工硬化现象，主体的硬度显著增加。例如，对于一些类型的钢，硬度能够增加到650MPa或更大。对于铝，取决于所使用的合金，硬度能够增加到高达300MPa-350MPa。这种硬度的增加伴随着可得到的伸长率的相应降低，因而降低了成形能力。
最终，形成了具有一个圆柱形体的一个容器预型件，该圆柱形体具有一个圆柱体直径Dc。DWI和DRD技术一般用于制造，但是冲压成型、再冲压成型和/或变薄拉深使该预型件的主体发生加工硬化。冲压成型和/或变薄拉深在材料中产生拉伸应力。当超过一个特定的伸长率时，该拉伸应力会导致破裂。这种加工硬化导致可用于进一步成型(诸如但非排他地，通过吹塑成形或机械膨胀)的预型件的伸长率降低。
此类金属容器预型件可以通过向外成型，诸如通过使用吹塑成形而成型。另外，容器预型件被定位在规定该容器的所希望的最终外部形状的一个模具中。高压施加到容器预型件上，该容器预型件将被向外吹塑并且与该模具的内表面进行接触。对该预型件进行吹塑成形还导致该预型件的高度降低。
金属容器预型件可以经受颈缩以便减小该预型件的顶部区段的直径。颈缩在材料中产生压缩应力，当超过一个特定的压缩应力阈值时，该压缩应力会导致皱折。硬质材料更易于起皱，因为要实现的压缩应力高于要移动到塑性范围。在颈缩过程中，该预型件的自由端经受许多小的直径减小。
明显的是，对该预型件进行加工增加了加工过的预型件部分的强度或硬度。这种硬度或强度上的增加不是所希望的，因为它对要求更软金属的其他成型类型具有反作用。这甚至更适用于具有一个非圆形主体的产品。
用于在DWI过程或颈缩过程中具有更好性能的一个选项可以是选择适合的铝合金或钢合金。然而，此类合金可以具有其他或不太适合的特性和/或一般不使用合金，这对材料成本具有影响。
概述
本发明的原理提供了一种展示出通过退火过程形成的圆形颗粒结构特征的成型金属容器及其预型件，以及一种用于制造成型金属容器的方法。制造该金属容器的过程导致更快的加工时间并且使用更少的金属(至少节约了10％金属重量)，因而允许降低制造此类成型金属容器的成本。附加地，当前过程产生了一种令人惊讶且意想不到的识别金属成型容器的方式。该成型金属容器展示出一种通过退火过程形成的圆形颗粒结构特征。至少部分地由一个纵横比限定的该圆形颗粒结构构成改进特性的基础并且表示一个用于确定该成型金属容器(或其预型件)在加工硬化之后是否经受退火的“识别符(fingerprint)”。在一个实施例中，可以在比典型地对加工硬化金属、诸如加工硬化的轧制金属(例如，3000系列铝，并且具体地，3104系列铝合金)进行加热更高的一个温度下执行该退火过程，其中呈未退火形式的金属被用于形成金属容器(例如，饮料容器)。在一个替代性实施例中，可以在处于或稍微高于(例如，在5℃内)一个再结晶阈值温度或固态溶液阈值温度的一个退火温度下执行该退火过程。
在一个实施例中，一种用于制造成型金属容器的方法可以包括具有至少一个中间区段直径Dm的一个容器中间区段，该容器中间区段通过以下方式在一端被连接到具有至少一个底部区段直径Db的一个容器底部区段上，并且在另一端被连接到具有一个容器开口且具有至少一个顶部区段直径Dt的一个容器顶部区段上：(i)提供具有一个圆柱形体的一个容器预型件，该圆柱形体具有一个直径Dc；(ii)通过使该圆柱形体的至少一个区段颈缩而向内成型；并且(iii)使该圆柱形体的至少一个区段向外成型，其中对有待向内或向外成型的至少一个区段进行退火，这样使得该中间区段直径Dm、该底部区段直径Db、以及该顶部区段直径Dt中的至少一个大于该容器预型件的圆柱体直径Dc，并且该中间区段直径Dm、该底部区段直径Db以及该顶部区段直径Dt中的至少一个小于该圆柱体直径Dc。
本发明的原理是基于以下见解：通过利用在一个容器预型件上实施的一个退火步骤，降低了屈服强度，并且增加了延展性，由此该容器预型件的金属变得更软，并且允许在故障之前伸长得更多。在该退火步骤中，该预型件的金属可能要经受一般在150℃-450℃、诸如200℃-400℃和200℃-350℃(优选范围200℃至450℃、更优选范围250℃至约400℃、最优选范围315℃至约385℃)的范围内的一个升高的温度，该升高的温度改变材料特性屈服强度、延展性以及断裂时的伸长率，由此该材料的可加工性变得更高。该退火是在一个适合的时间段期间一个适合的温度下实施的，以便获得所希望的屈服强度的降低以及延展性和在断裂或故障时伸长率的提高。该时间取决于对产品施加该退火温度的技术。达到该退火温度越快，退火时间段就越短，这在大批量生产率过程中可为有用的。
总体而言，对于铝，该温度是在200℃-400℃的范围内，对于所谓的高温退火，该退火温度更高，诸如350℃-454℃持续1微秒至1小时(诸如0.1秒至30分钟、1秒至5分钟、或10秒至1分钟)的一个时间段。对于钢，该退火温度范围正常地要高得多并且可以是例如500℃-950℃，并且该时间段可以是例如1微秒至1小时，诸如0.1秒至30分钟、1秒至5分钟、或10秒至1分钟。明显的是，取决于所使用的加工硬化的铝合金和材料的厚度，可以调整高温退火的温度和时期。然而，此类调整是在本领域的技术人员的能力范围内。可以在一个烤炉中实施该退火，其中该容器预型件存在持续一个充足的时间段以便获得所希望的屈服强度的降低或延展性和伸长率的增加。
该退火处理导致硬度降低、屈服强度降低、以及延展性增加。此外，当一个圆柱形金属预型件的微结构在将该金属预型件加热到比如下在此描述的典型的加热过程更高的温度的一个退火过程中改变时，来自轧制加工硬化金属板的该金属容器的退火区段的颗粒由于复原、再结晶和可能的颗粒生长而从具有大的平均纵横比(例如，大于约5)改变到具有小于约4比1(并且优选地小于3.5比1、更优选地小于约3比1、最优选地小于约2.5比1、或最优选地小于约2.0比1)的小的平均纵横比。
在该烤炉中，并且在一个实施例中，对该整个容器预型件进行退火使得该容器预型件的屈服强度减小，延展性增加，并且断裂伸长百分率在整个高度上增加。当在该成型金属容器的一个后续制造步骤中、在一个轴向力下实施一个成型步骤时，这种特性上的改变并不总是所希望的，其中具有一个轴向负载，该轴向负载是该容器预型件的不太坚固的其他区段不能承受的并且因此将收缩或形成异常，诸如皱折、褶皱和/或活褶。
因此，本发明的原理提供了这样一个选项：至少一个子区段被退火，而其他区段不被退火并且维持原始材料特性。通过感应退火或其他局部加热技术，这种区段性退火是可能的。
在一个感应退火处理中，该容器预型件的相关区段经受该金属内的电磁感应产生，即所谓的金属的焦耳热。对于这种电磁感应加热，使用了包括一个电磁铁的一个感应加热器，高频交流电传递穿过该电磁铁。显然，该感应加热的条件取决于该容器预型件的大小、与该感应加热器的接触和距离、和/或穿透深度。就在加工硬化的轧制金属板(例如，铝及其合金)、诸如3000系列铝、诸如3104系列铝上使用感应加热而言，用于将该加工硬化的轧制金属板加热到高于一个再结晶阈值温度以使得金属颗粒的纵横比减小到小于约4、小于约3.5、小于约3、小于约2.5、或小于约2的时间可以是少于5秒。与感应加热相比，一个烤箱或其他空气加热技术可以花费五分钟或更少的时间来升高该金属的温度以使得金属颗粒的纵横比减小到小于约4、小于约3.5、小于约3、小于约2.5、或小于约2。任一加热过程维持温度高于该再结晶阈值水平的时间可以基于该金属的厚度以及该金属的特定组成而变化，但是本领域技术人员可容易确定的。在一个较短时间段内达到导致可以用于大量生产由加工硬化的轧制铝及其合金形成的金属容器的纵横比的一个温度可能是更高的，诸如在约315℃与450℃之间，并且在约325℃与350℃之间，并且处于或约350℃持续例如在约0.1秒至约1分钟之间的一个持续时间。可以在周围温度(诸如室温)下执行对该退火的金属预型件的冷却。
在后续成型步骤中，成型是一种塑料(永久)变形而不是一种弹性形变的结果。由于该退火处理，可以使材料伸长到约10％至20％的一个程度，这取决于材料和材料合金的类型，诸如3000系列(如3104H19)。由于该退火处理导致伸长率的增加，所以明显的是，该退火处理对一般基于一个材料伸长率的向外成型具有一个有益的效果。该退火处理的有益效果是基于将具有一个伸长的平均纵横比(例如，大于约5)的平面的“煎饼”状加工硬化颗粒结构到具有一个缩短的平均纵横比(例如，小于约4至1、并且优选地小于3.5至1、更优选地小于约3至1、最优选地小于约2.5至1、或理想地小于约2.0至1)的一个圆形颗粒结构的转换，该圆形颗粒结构在特性上是更对称的和多向的，并且具有更小的应力且具有显著增强的可成型性。
相对于该容器预型件的能够经受一个退火处理的区段，明显的是，当该容器中间区段通过向外成型(诸如通过吹塑成形)获得比该容器预型件更大的一个直径时，那么该中间区段经受该退火处理。该容器底部端可以不经受一个退火处理，因为该底部是该容器预型件的最厚的区段，该厚度实质上等于该圆盘形坯件的厚度。从该底部到该圆柱形体的过渡由于厚度、弯曲形状、以及其位置的改变一般是不太坚固的，因此一般不要求对此过渡区域进行退火。相对于一般将经受一个颈缩、或向内成型的该容器顶部区段，不要求退火或者只要求一个有限程度的退火。当已退火时，可以在硬质材料上执行后续颈缩操作。使用退火以减小屈服强度能够帮助减少多冲模颈缩中的许多冲模颈缩步骤，这降低了形成金属容器的复杂性和成本。尽管在此呈现了吹塑成形和冲模颈缩以从一个退火的金属预型件成型一个金属容器，但应当理解，根据本发明的原理可以利用任何其他的金属成型技术，诸如压力成形、液压成形、机械和/或非机械金属成型技术。由于该金属的这些圆形颗粒，可以在室温下将由加工硬化铝及其合金形成的该金属预型件再成型到先前被认为可能的膨胀水平。然而，当该颈缩的容器顶部区段有待具有一个螺纹和/或一个圆周珠缘时，那么一般利用退火，这是因为在具有等效应力的金属上形成一个螺纹和/或圆周珠缘更容易。因为退火的程度在该容器中间区段与该容器顶部区段之间可以不同，所以可以利用感应退火，这样使得可以根据需要将每个区段退火到一个不同程度。
当该容器预型件有待具有涂漆和/或印花时，在后续涂漆和/或印花处理之前执行该退火处理。因此，避免了在对该容器预型件施加涂漆和/或印花之后进行退火，因为高温退火一般对该涂漆和/或印花具有不利影响。
可以利用各种不同的机械和非机械技术(诸如机械膨胀或拉伸)来实施向外成型，但是由于向外成型的高质量，可以使用吹塑成形。另外，在需要时，可以使吹塑成形的壁的外表面具有向内和/或向外延伸的加强结构或美学结构。此类结构频繁地出现于用于装饮料(诸如，软饮料)的玻璃容器或玻璃瓶的体壁中。
通过颈缩进行向外成型导致该容器预型件上的一个轴向负载。这种轴向负载可以总计达约1000N-1800N，并且更优选地达约1300N-1600N，对于该吹塑成形的预型件，该轴向负载一般是大到该预型件的底脚不能经受的一个轴向负载。当过于柔软的一个顶部区段经受该颈缩操作时，形成不希望的皱折结果。此情况可以通过对另一个金属回火或所使用的颈缩冲模的增加数目或该容器顶部区段的厚度变化进行选择来克服。在根据本发明的一个实施例中，优选的是在此类情况下对一个容器预型件或容纳和支撑该预型件的一个吹塑成形的容器预型件、具体地在其具有一个较低强度并且易于通过一根支撑套筒使该轴向负载收缩的区段或部分处实施该颈缩操作。
通常，该成型金属容器在其开口处有待具有一个螺纹，一个螺丝帽可以旋拧到该螺纹上以便封闭该成型金属容器。在填充该金属容器之后一般优选的是，在施加一个轴向加盖力的同时应用该盖子。将该盖子装定在该螺纹上并且高于该开口。对于这种加盖，而且对于在填充之前和填充过程中以及稍后运输过程中对该金属容器的一种传统处置，该颈缩的容器顶部区段可以具有一个所谓的盖珠缘。
对于技术人员将明显的是，该盖珠缘和/或该螺纹的形成减小了该颈缩的容器顶部区段的强度，这样使得该容器顶部区段可能具有不足以承受该轴向负载的一个强度。因此，本发明的原理提供了针对这种问题的一个解决方案，该解决方案呈提供在该圆周珠缘中和/或该螺纹中的至少一个轴向断口的形式。该珠缘中的这种断口恢复了部分原始形状并且因此增加了该轴向强度。为了增加该容器顶部区段的圆周上的轴向强度，两个、三个或更多个轴向断口可以在该盖珠缘的圆周上间隔开。类似地，还可以在该容器顶部区段的螺纹中提供此类轴向断口，其中这些轴向断口可以在该圆周上间隔开，只要这些轴向断口不妨碍该盖子的旋拧动作。这些轴向断口的应用增加了该轴向强度，这样使得一般能够经受在该加盖操作过程中将施加的轴向负载，而该容器顶部区段不会收缩。
在对该预型件、具体地该盖子中间区段进行退火之后，形成一个更柔软的中间区段壁，到底部的过渡不太柔软并且变得强度更大，同时厚度朝向该底部增加。因此，位于该容器中间区段与该容器底部区段之间的该过渡区段可能难以通过吹塑成形向外成型。因此，该底部区段的该底脚的最终形状可能不是所希望的。可以通过在该吹塑成形过程中将一个轴向压缩施加到该容器金属预型件上来克服关于对位于该容器中间区段与该容器底部区段之间的过渡区段难以进行吹塑成形的这种问题。施加一个轴向压缩导致向外的一个更大的物质流，并且在该底部和该底脚的方向上物质流更多，并且因此导致更好地形成具体地用于该底脚部分的过渡部分的所希望形状。
在颈缩或向外成型之后，可以对该开口的这些自由端进行修整并使其卷曲。修整一般要求提供具有指定(高度)尺寸的一个成型金属容器。该自由端的卷曲不仅改进了美学外观，而且提供了用于密封以及当消费者意图用嘴直接从该成型金属容器饮用时的一个光滑表面。显然，该自由端的这种卷曲造成了一定的材料损失，正如修整操作的结果那样。
该成型金属容器可以是一个一片式容器，诸如一个金属饮料瓶。这种瓶一般特征在于：一个容器底部区段具有一般大于或等于该预型件的圆柱形部分直径Dc的一个直径Db，该容器中间区段可以具有大于或等于Dc的一个第一直径Dm1、以及等于或小于该直径Dm1但大于或等于该直径Dc的一个第二直径Dm2，并且该容器顶部区段小于该直径Dc。因此，通过对该预型件进行退火随后吹塑成形并且在其之后进行颈缩、或通过颈缩随后通过吹塑成形来形成这种金属饮料瓶。该颈缩操作将该直径减小到低于该预型件的直径Dc，而吹塑成形将该直径增加到超过该预型件的直径Dc。该容器在不同的容器区段之间可以具有逐渐改变的直径，这些直径大于、等于和/或小于Dc。
本发明的原理的另一方面涉及一种成型金属容器，该成型金属容器的至少一个区段已经受退火，由此该退火的区段获得了一个圆形颗粒结构，如由缩短到低于约4.0的一个平均纵横比所限定的。该退火的区段由于通过恢复金属中的减少的应力所获得的圆形颗粒结构而在特性上变得更多向，并且再结晶形态颗粒结构从伸长形状改变成更圆化的形状。应当指出，颗粒不再是如初始从一个轧制的、加工硬化的金属板所提供的那样伸长的，并且尽管在本质上仍是不均匀的，但是该颗粒典型地在(最大直径与最小直径的)截面上具有在小于约4比1(即，4)、小于约3.5、小于约3、小于约2.5、或小于约2的范围内的一个平均纵横比。由于该退火处理，该硬化加工的伸长的或平面的“煎饼”状颗粒形式具有一个大的平均纵横比(例如，大于7)，朝向一个圆形颗粒形状(例如，小于约4或小于约2)转换，从而减小了硬度并且增加了该金属的伸长率。对一个金属预型件的后续吹塑成形和冲模颈缩导致该金属的硬度和强度增加。
本发明的原理的另一个方面涉及一种用于成型金属容器的预型件，其中该预型件或一个预型件区段具有一个圆形颗粒结构，该圆形颗粒结构具有在小于约4、小于约3.5、小于3、小于约2.5、或小于约2的范围内的一个纵横比。
本发明的原理的另一个方面涉及一种成型金属容器，诸如一个一片式或两片式容器，该成型金属容器具有一个容器中间区段，该容器中间区段在一端连接到一个容器底部区段上，并且在另一端连接到一个顶部区段上。通过颈缩来形成该容器顶部区段、该容器中间区段和/或该容器底部区段的至少一部分并且通过向外成型来形成另一部分，这样使得该中间区段直径Dm、该底部区段直径Db、以及该顶部区段直径Dt中的至少一个大于该容器预型件的该圆柱体直径Dc，并且该中间区段直径Dm、该底部区段直径Db以及该顶部区段直径Dt中的至少一个小于该圆柱体直径Dc，该成型金属容器由该容器预型件制成。这些直径可以在这些容器区段之间逐渐改变。
如在此和先前所指出的，该颈缩的容器顶部区段经常具有一个螺纹和/或一个珠缘，该螺纹和/或珠缘具有至少一个轴向断口。为了得到一个金属饮料瓶，对该容器中间区段的一个实施例进行向外成型，并且该直径Dm大于该直径Dc，并且可以对该底部区段进行向外成型，其中该直径Db大于该直径Dc。
最后，为了逼真地模仿一个玻璃瓶，诸如一个玻璃饮料瓶，该容器顶部区段、该容器中间区段和/或该容器底部区段可以具有向内和/或向外延伸的加强结构或审美结构。
从以下根据本发明对该方法以及该成型金属容器的若干实施例的说明中将理解根据本发明的用于制造成型金属容器的方法以及该成型金属容器的上述及其他特征和特性，但是本发明并不限制于此。
附图简要说明
下面将参照附图详细地对本发明的多个说明性实施例进行描述，将附图通过引用结合在此并且在附图中：
图1A-1D是可以利用本发明的原理形成的一个说明性成型金属容器的图示，这些图示包括透视图(图1A和图1B)、侧视图(图1C)和截面视图(图1D)；
图2A和图2B是可以利用本发明的原理形成的包括向内延伸的结构的另一个说明性成型容器的侧视图和截面视图的图示；
图3A-3C是另一个说明性成型容器对应地呈侧视图、截面视图和局部放大图(dropletmagnification)的图示，并且该说明性成型容器具有向外延伸的结构；
图4A-4K是在用于利用本发明的原理制造成型金属容器的一个说明性过程的每个步骤渐进地形成的一个说明性金属瓶的图示；
图5A-5K是在利用用于制造成型金属容器的一个替代性过程的每个步骤渐进地形成的一个说明性金属瓶的图示；
图6A-6D示出了一个成型金属容器的一个吹塑成形，其中图6C和图6D是描绘位于侧壁与底脚之间的过渡区段的细节放大的图示；
图7A-7D是根据本发明的原理的具有珠缘的一个颈缩容器顶部区段的对应的透视图、侧视图和截面视图的图示；
图8A-8C是示出借助于使用一个支撑套筒制造成型金属容器的方法通过颈缩实现的向内成型的图示；
图9A-9C是根据本发明的原理的说明性的替代性成型金属容器的图示；
图10是用于图9C的成型金属容器的一个说明性成品的一个替代性实施例的图示；
图11是用于根据本发明的原理的成型金属容器的容器顶部区段的一个替代方案的图示；
图12A和图12B是一个预型件和成型气溶胶容器的侧视图的图示；
图13是用于生产根据本发明的原理的成型金属容器的一个说明性过程的流程图；
图14是描绘通过利用本发明的原理使一个圆柱形金属预型件退火和成型而形成的金属容器的一个说明性截面的图示；并且
图15A和图15B、图16A和图16B、图17A和图17B、以及图18A和图18B是图14的金属容器的对应说明性部分的伴随照片和分析图像，这些伴随照片和分析图像示出了对金属容器的金属颗粒进行退火、吹塑成形和冲模颈缩的效果。
附图详细说明
图1A-1D是可以利用本发明的原理形成的一个成型金属容器100的图示。该成型金属容器100是具有一个整体式底部的一个一片式饮料容器。该容器100包括由中间区段部分104、106和108限定的一个容器中间区段102。该容器中间区段102在一端被连接到一个容器底部区段110上，该容器底部区段包括一个过渡区段112、一个底脚114、以及一个中心隆起区段116。在另一端，该容器中间区段102被连接到一个容器顶部区段118上，该容器顶部区段包括一个珠缘120、一个螺纹122、以及限定一个容器开口126的一个向内卷曲的端部124。该成型金属容器100可以包括一个底部区段，该底部区段具有一个例如53mm的直径Db。在一个实施例中，该容器中间区段102可以具有一个53mm的最大直径Dm1，以及一个47mm的较小直径Dm2。该容器顶部区段118可以具有一个25mm的顶部区段直径Dt。该成型容器100的高度例如是185mm至190mm。从图1C中明显的是，该成型金属容器100的直径可以在不同的指定直径之间逐渐改变。该成型金属容器100的体壁可以具有一个0.14至0.20mm(诸如0.175mm)的厚度。原始材料的规格可以是约0.30至约0.40mm(诸如0.35mm)，这基本上是隆起区段116的厚度。该成型金属容器100的容量可以是250至280，诸如270ml。应当理解，具有更小或更大尺寸和/或容积的成型金属容器也是可能的。
图2A和图2B是对应地以侧视图和截面视图的形式示出一个替代性成型金属容器200的图示。与图1中相同的结构特征用相同的参考数字表示。容器中间区段102具有轴向延伸且向内延伸的结构或凹槽202。这些凹槽202为该容器中间区段102中提供更高的强度和/或还可以为成型金属容器200提供一个改进的美学外观。另外地和/或可替代地，这些凹槽202可以在一个非轴向方向上延伸。
图3A-3C是对应地以侧视图、截面视图和局部放大图的形式示出一个替代性成型金属容器300的图示。同样，相同的结构特征用相同的参考数字表示。容器中间区段102、并且具体地中间区段部分106和108具有向外延伸的结构或花状物302。这些花状物302向外延伸并且可以在容器中间区段102的圆周上等距地间隔开。这些结构302为该成型金属容器300提供强度和/或所希望的美感，并且可以非轴向地延伸。
技术人员将理解，结构202和302还可以结合在根据本发明的原理的成型金属容器的其他区段中，并且可以存在于同一个成型金属容器中。结构202和302还可以被构造成用于提供已经或将要利用其内容物填充该成型金属容器的公司的商标的外观。除了这种商标之外，还可以向该成型金属容器的外表面施加印记。
图4A-4K(统称为图4)是在用于制造图2或图3所示的成型金属容器的一个过程400的每个步骤形成的一个成型金属瓶的图示。该过程开始于在图4A中的一个圆盘形坯件402，该圆盘形坯件成形为图4B中的一个杯状物404，该杯状物包括圆柱形壁406和一个底部408(参见图1A和图1B)。该圆柱形壁的厚度稍微小于坯件402的厚度，但是底部408的厚度基本上与坯件402的厚度相同。通过冲压成型和变薄拉深，对应地形成具有渐进地更小的直径和增加的高度的图4C和图4D中的杯状物410和412(图3C和图3D)。然后对杯状物412进行修整，从而形成如图4E所示的预型件414。预型件414具有一个圆柱形体416，该圆柱形体具有一个直径Dc，参见图4E。预型件414的厚度一般是在0.10至0.40mm的范围内，诸如0.14至0.26mm(诸如0.16至0.24mm)。此预型件414在一个烤炉(未示出)中经受对其整个高度的一个退火处理，如在此进一步描述的。该退火可以使得预型件414的一个屈服强度在约250至650MPa、诸如270至630MPa(诸如280至600MPa)的范围内。通过该退火处理将获得的最终屈服强度进一步取决于预型件414的金属和/或圆柱形壁的厚度。该退火的预型件414经受圆柱形体416到图4F所示的预型件418的向外成型。
容器中间区段102、容器底部区段110、以及容器顶部区段118全部都已经受了一个吹塑成形，而在容器中间区段102中已形成结构18。随后，吹塑成形预型件418可以经受通过对图4G所示的吹塑成形容器的顶部区段420进行颈缩而实现的一个向内成型。在多个颈缩环、诸如1至40个颈缩环(诸如1至30个颈缩环，优选地1-20个颈缩环)中实施了一个颈缩过程之后，根据壁厚度而增加具体地该吹塑成形顶部区段420的硬度和屈服强度。然后，所得的吹塑成形和颈缩的预型件422经受一个联珠操作以便形成珠缘120和424，如图4H所示。成形的预型件426经受一个进一步的颈缩操作以便通过使用1-10个颈缩环(诸如1-5个颈缩环)形成一个颈缩的外部区段428，如图4I所示。所获得的预型件430随后经受一个卷曲操作以使该颈缩区段428卷曲，如图4I所示。最后，图4J的预型件432经受一个刻螺纹操作以便形成螺纹122，从而形成(例如)该成型金属容器200。
如图4K所示的容器顶部区段118的放大视图示出了珠缘120在该成型金属容器200的颈部434的圆周上并不是连续的，而是在其圆周上可以是中断的，从而在这些珠缘部分438之间形成轴向断口436，这增加了颈部434的轴向强度。在一个实施例中，珠缘120在该成型金属容器200的颈部的圆周上并不是连续的，而是在其圆周上可以是中断的，从而在这些珠缘部分之间形成轴向断口，这增加了该颈部的轴向强度。该颈部从而获得能够承受多于1100N(诸如1200至1300N)的轴向负载的一个轴向强度。在不存在这些珠缘断口的情况下，该顶部负载阻力将仅为约1000N。应当指出，在本发明的概念内还可能的是，首先实施如图4G所示的颈缩步骤，并且在其之后实施由图4F所示的吹塑步骤。
图5A-5K是利用根据本发明的原理的用于制造成型金属容器200的一种替代性方法在过程500的每个步骤渐进地形成的一个成型金属瓶的图示。如结合图4A-4K所披露和描述的，相同的参考数字用于表示相同的结构特征。制造成型容器200的方法的差异在于，图5E的预型件414在退火处理之后并未经受一个吹塑成形操作，该预型件414而是经受如根据图4的方法中所使用的一个颈缩操作，从而形成吹塑成形预型件418。预型件414经受使用数量为1-30个颈缩环(诸如1-25个或1-20个颈缩环)的一个颈缩操作，如图5F所示。预型件502包括一个颈部容器顶部区段504，该颈部容器顶部区段被连接到中间区段部分114上，该中间区段部分的直径逐渐增大到圆柱形壁或圆柱形体416的直径Dc。随后，预型件502的容器中间区段102可以经受如在此进一步描述的例如通过感应退火实现的一个退火过程，由此屈服强度减小，并且延展性和断裂伸长率增加。在该退火处理之后，预型件502经受对该容器中间区段102以及容器底部区段110的一部分的一个吹塑成形操作，如图5G所示。应当指出，在本发明的概念内还可能的是，首先实施如图5G所示的颈缩步骤，并且在其之后实施由图5F所示的吹塑步骤。
通过过程500生产的预型件实质上与利用图4中所示的根据本发明的原理的方法400生产的预型件422相同。
以下，生产如图5H-5J所示的预型件426、430和432，并且最终形成成型金属容器200，该成型金属容器的细节在图5K中示出。
该成型金属容器可以由来自适合的合金和/或回火的铝或钢形成。
总体而言，坯件420可以具有100-150mm(诸如125至135mm)的一个直径以及可为0.30至0.60mm(诸如0.40至0.50mm)的一个厚度。杯状物404-412可以对应地具有80-100mm、60-70mm、以及40-50mm的一个直径。预型件414可以具有40至50mm(诸如45mm)的一个直径以用于生产成型金属容器100或200，如图1、图2和图3所描述的。这些尺寸取决于最终成型金属容器的尺寸，并且可以由技术人员来选择。
图6A-6D是更详细地示出通过吹塑成形实现的预型件414的向外成型的图示。然而，应当指出，还可以使用其他机械技术，诸如机械膨胀或拉伸。就吹气模制变体而言，还可以提供具有加强结构和/或装饰性结构以及(如果需要)客户商标的成型金属容器。
图6A是示出在吹塑成形之后的预型件418的一个图示。该预型件418包括一个基本上圆柱形的容器顶部区段118，该容器顶部区段的直径基本上与预型件414的圆柱形体416的直径Dc相同。例如，该圆柱形直径Dc可以是45mm。容器中间区段102以及容器底部区段110的一部分同样已经受了该吹塑成形操作。另外参见图1C和图6D，形成了例如53mm的一个直径Dm1、47mm的一个直径Dm2以及53mm的一个直径Db。
图6B是示出吹塑成形单元600的一个图示，该吹塑成形单元包括两个可分的模具部件602，这两个可分的模具部件具有与如图6A所示的吹塑成形的容器中间区段102和容器底部区段110的外部形状相对应的一个内表面604。该内表面604还包括规定这些结构302的形成的表面细节。预型件414被装定在搁置在规定该隆起区段形状的一个支撑件606上的吹塑成形单元600中，该支撑件606，并且一个模具插塞608被插入到该预型件414中。应当指出，在一种替代形式中，可以使用一个模具盖，该模具盖被按压在该预型件414的自由端上或者延伸并被夹紧到该预型件414的上部部分的外侧。可以形成与该预型件414的一个气密连接以便利用本发明的原理执行一个吹塑过程。模具插塞608具有一个进气口610，这样使得该预型件414可以承受高压，诸如30-50巴(诸如40巴)。该高压吹塑可以导致预型件418的吹塑成形达到由该模具、并且具体地模具部分602允许的程度。
如由图6C的局部放大图所示，可以通过限定隆起区段116、底脚114、过渡区段112、以及体壁614来形成一个底部轮廓612。
代替一个圆柱形体壁418，可以向底脚114提供如图6D所示的一个向外凸出的过渡区段616。另外，可取的是，利用模具插塞610，在吹塑成形操作过程中在预型件414上施加一个压缩负载。
另外并且如上所讨论的，有益的是，至少容器中间区段102和底部区段110已经受了退火处理，从而减小了屈服强度并且增加了延展性和故障伸长率。所施加的轴向负载可以约为1000至1800N，诸如1200-1700N(诸如1600N)。
如图6D所示，底部116的厚度是基本上与坯件402的厚度相同的厚度并且可以约为0.30至0.60mm，诸如0.40至0.50mm(诸如0.45mm)。体壁614的厚度是基本上更小的，并且可以是在0.15至0.25mm的范围内，诸如0.20mm。
具体地，该容器中间区段和底部区段的断裂伸长率可以是约10％至25％，诸如15％至20％(诸如18％)。由于如在此进一步描述的先前的退火处理以及对适当厚度并且优选地对所使用的合金和/或回火的选择，此类伸长率是可能的。显然，这些选择可以由技术人员完成并且还将取决于加工硬化Al金属(诸如铝和钢)的选择和类型。一种适合的合金例如是铝合金3104-H19。
加工硬化金属(诸如铝或钢)及其合金是本领域技术人员已知的作为通过塑性变形对金属进行强化的一个术语。应当进一步理解，加工硬化铝合金还将导致该金属中存在更大的剩余应力和高的位错密度。这些剩余应力和位错密度可导致更高的强度和降低的伸长率。
在此使用的术语“圆形的”在描述退火的颗粒结构时意指任何类型的形状(即，几何形状或非几何形状)，包括限定该形状的线条以及该形状的线条内部的空间。
图7A-7D是示出根据本发明的原理的成型金属容器的容器顶部区段118的一个透视图、一个侧视图、以及一个截面视图的图示。该容器顶部区段118具有一个珠缘120，该珠缘包括珠缘部分438，这些珠缘部分由在该珠缘圆周上等距间隔开的断口436中断。如以上所讨论的，提供这些断口436将轴向阻力从约800至1200N增加到约1200至1600N，诸如1300-1400N。此类轴向阻力的增加对于在对该成型金属容器进行填充和加盖过程中使用该成型金属容器同时在珠缘120处处置和支撑该容器的客户来说是有益的。在加盖过程中，可以在该容器顶部区段118上施加由珠缘120承受的一个轴向负载，如先前所描述的。
图8A-8C是示出对该预型件418的一个说明性颈缩操作800a-800c(统称800)从而转换成具有颈缩的容器顶部区段的预型件422的图示。在该颈缩操作过程中，在容器顶部区段804上推动一个颈缩环802，其中该颈缩环开口的直径略微小于容器顶部区段804的外直径。颈缩操作800a导致容器顶部区段804的外直径的小的减小。通过利用具有逐渐减小的环开口直径的颈缩环来重复执行这种颈缩操作，容器顶部区段804最终获得所希望的外直径806，诸如在约20-40mm的范围内(诸如25mm)的一个直径。如以上所陈述的，颈缩环802在该预型件上施加一个轴向负载，该负载为约700N-1200N，诸如1000N。此负载对于该预型件的相对薄弱的部分来说可能过大，这些相对薄弱的部分诸如靠近该成型金属容器的底脚的过渡区段808、容器中间区段810的下部部分以及靠近容器中间区段812的上部部分中的最大直径处。而且，可以实施颈缩操作而在该颈缩操作过程中该预型件不会出现故障，并且另外本发明的原理提供了一个支撑套筒814，该支撑套筒支撑该预型件并且接触该预型件，其中接触表面816-820位于该预型件的较薄弱的区段处或附近。显然，该支撑套筒814还可以用于处置运输该预型件和稍后成型的金属，并且另外该支撑套筒814可以具有一个相关的外部处置结构822。
图9A-9C是示出用于利用本发明的原理的成型金属容器900a-900c的替代性形式的图示。
图9A是另一个说明性金属成型容器900a的一个图示，该说明性金属成型容器包括具有与预型件414的直径相等的一个直径的一个容器底部区段902。该容器的一个下部部分904具有直径小于该预型件414的中间区段，并且另外该预型件414经受一个颈缩操作从而延伸高达该底部区段902。在其之后，该颈部部分经受(在退火之后)一个吹塑成形操作，从而提供如图9A所示的用于该容器中间区段的向外膨胀部分906的一个轮廓。容器顶部区段908具有与该预型件414相同的直径并且具有一个卷曲部910，一个闭合物912被接合到该卷曲部910上。
根据图9B的一个成型金属容器900b具有一个底部区段914以及该容器中间区段的具有小于该预型件414直径的一个直径的一个上部部分916。此直径例如可以是小到23mm。该容器中间区段的下部部分918具有大于该预型件414的一个直径，而上部部分920具有等于该预型件414的一个直径。可以通过首先在该预型件414的整个高度上对其进行颈缩，并且在其之后对随后经受吹塑成形操作的至少部分918和920进行退火，从而使容器900b具有如图9B所示的形式。该顶部端部区段同样具有一个卷曲部922，一个盖子924被扣合到该卷曲部922上。
图9C是又另一个说明性成型金属容器900c的一个图示，该说明性成型金属容器的底部区段926经受一个吹塑成形操作，并且颈部部分928经受一个颈缩操作并且在其之后具有珠缘120和一个螺纹122，一个螺丝帽930可以旋拧到该螺纹上。
图10是示出颈部1028的一个替代性实施例的图示。一个颈部部分1000具有一个金属或塑料套筒1002，该金属或塑料套筒在其外部带有珠缘120和螺纹122。盖子1030被旋拧在螺纹122上。因此，在本发明的主题内可能的是，该成型金属容器的颈缩部分具有一根套筒，该套筒被附接到该容器顶部区段上并且具有螺纹122或珠缘120或两者。
图11是示出一个颈部部分1100的一个替代性实施例的图示，其中珠缘120具有中断的珠缘部分438以及断口436。同时，螺纹1102具有螺纹断口1104，这些螺纹断口同样增加了颈部部分1100的轴向阻力。
图12A是通过利用在此描述的过程制成的用于一个最终产品(诸如饮料容器、碳酸饮料容器、或气溶胶容器)的一个说明性预型件1200a的图示。该预型件1200a可以具有带有一个圆柱形直径Dc的一个圆柱形体1202、以及具有一个直径Dt的一个颈缩的上部部分1204，并且具有限定该预型件1200a的一个开口1208的一个卷曲部1206。该预型件1200a在圆柱形体1202的上部中间区段1210a和下部中间区段1212a中经受一个退火处理。这些退火处理可以同时或以任何次序顺序地实施。当在不同温度下和/或在不同时间段期间实施这些退火处理时，那么可以在一个高的退火温度处理之前执行一个低的退火温度处理。使用一个感应退火过程使得能够缩短退火时间段，从而提高了生产率。
如图所示，退火的上部中间区段1210a经受由箭头1214所示的一个向内成型，该向内成型可以通过向内颈缩或其他适合的技术来实施。根据该向内颈缩过程，形成了一个向内成型的上部中间区段1210b。
退火的下部中间区段1212a经受通过任何适合的技术(诸如吹塑成形或机械成型)实现的由箭头1216所示的向外成型，以使得形成一个向外成型的下部中间区段1212b。最终产品1200b是专门定制的，同时具有一个带有直径D1m的向内成型区段、以及带有直径D2m的向外成型区段，这两个直径都不同于原始直径Dc。
根据本发明的原理，一个成型金属容器(诸如所配置的一个铝瓶)将是重量轻的，这样使得可以降低运送和包装成本。这种重量轻的成型金属容器可以被降低。这种重量轻的成型金属容器可以被降低到小于20克，并且低到约17克或更低。该重量轻的成型金属容器将为足够坚固的以忍受运送和消费者使用环境。为了实现此类结果，结合常规金属容器过程来利用退火、吹塑成形和多冲模颈缩过程(参见图13)以实现该金属容器的一个新颖的颗粒结构。
至于图13，示出了根据本发明的原理的用于生产成型金属容器的一个说明性过程1300的一个流程图。该过程1300可以开始于步骤1302，在该步骤处利用一个开卷机来将轧制金属板从一卷展开。如本领域中所理解的，轧制金属板在轧制过程中被加工硬化，这样使得金属颗粒被伸长成具有典型地大于5.0、并且通常为7.0和更高的纵横比。此外，这些颗粒看起来似乎像“煎饼”那样并且以一种有序的安排堆叠，如图13A-13B中进一步示出的。在操作中，这些开卷机竖直地托住一个金属板卷，并且馈送一条轧制金属板进入包括一个润滑步骤1304和一个制杯机步骤1306的第一成形操作，该第一成形操作可以使用用于形成一个“坯件”(参见图5A)的一个切割工具以及对该坯件进行冲压成型以形成一个杯状物(参见图5B)的一个再成型工具。在一个实施例中，可以利用多个制杯机步骤以生产一个伸长的杯状物(参见图5C)。该杯状物可以具有通过该成杯工具形成的一个初始高度。在该杯成形操作过程中，发生了非常少的材料变薄。如果在步骤1306处具有多个成杯操作，发生对该初始杯状物的一个附加的冲压成型，由此该杯状物的高度增加。在一个实施例中，在第二成杯操作中可以不使用附加的润滑剂。一个第二成杯操作的结果是，可以稍微减小这些壁的厚度，典型地约小于一丝米。
在步骤1308处，一个主体制造机步骤可以被配置成使通过制杯机步骤1306形成的杯状物显著伸长。该主体制造机步骤1308可以包括使用多个变薄拉深环的一个壁部变薄拉深阶段，这些变薄拉深环渐进地减小侧壁厚，而同时显著地增加拉伸特性。作为一个实例，可以使该杯状物的这些侧壁从0.60mm变薄到约0.15mm。附加地，还可以在该主体制造机中形成一个底座隆起轮廓，这是用于制造罐子的常规做法。由该主体制造机生成的是一个延伸的圆柱形预型件(参见图5D)。在步骤1310处，可以使用一个修整器过程来对该圆柱形金属预型件进行修正，使得这些侧壁沿着该圆柱形预型件的圆周具有一个实质上类似的高度。
可以在步骤1312和1314处对该圆柱形金属预型件进行洗涤和干燥。在对该圆柱形金属预型件进行干燥的过程中，一个洗涤器炉可以将该圆柱形金属预型件加热到小于约200℃。处于约一个特定温度下，根据本发明的原理温度可以比该特定某温度稍微高或低几度，并且是在一个适当的温度范围内。应当理解，可以利用其他温度来对该圆柱形金属预型件进行干燥，但是所使用的温度不超过将改变该金属的结构组成(例如，颗粒)、诸如通过退火以降低拉伸强度的一个温度。通过对该圆柱形金属预型件进行洗涤和干燥，可以将润滑剂和灰尘从表面移除以便确保该金属表面适于涂布应用和粘附过程。
根据本发明的原理，利用一个退火步骤1316来对圆柱形金属预型件的一部分或整个圆柱形金属预型件进行退火。与常规加热相反，退火将圆柱形金属预型件的一部分或整个圆柱形金属预型件(i)加热到一定温度，这些温度超过针对用于饮料容器和/或气溶胶容器的轧制金属板的典型加热过程。此外，由于在此描述的该退火过程，可以执行对来自一个完全退火预型件的一个“可用”容器的进一步的加工和制造。
作为增加加热的圆柱形金属预型件的显著改变的颗粒结构的结果是，能够在室温下执行吹塑模制以生产比可能在较低温度下或不执行退火的情况下更大的膨胀。作为一个实例，利用在室温下退火的极小或较低温度对该轧制金属板进行吹塑模制导致约8％、并且一般低于3％的一个最大膨胀，然而已认识到在退火之后能够在室温下实现该圆柱形金属预型件的高达或超过18％的增加膨胀。作为一个实例，一个高压吹塑可以在室温下在一次吹塑操作中将一个45mm直径圆柱体膨胀成一个53.0mm直径圆柱体。该退火可以通过许多不同的方式来执行，包括：(1)使用一个再循环空气烤箱进行通体退火；(2)使用一个单站感应单元进行通体退火；以及(3)使用一个单站感应单元进行局部退火。应当理解，可以根据本发明的原理利用附加的和/或替代的退火过程。此外，沿着该侧壁的至少一个区段可以包括具有小于约4比1的一个平均纵横比的颗粒，其中沿着该侧壁的一个或多个区段是沿着该侧壁的围绕该侧壁延伸的一个特定高度的一个水平区段。在一个实施例中，位于沿着该侧壁的该一个或多个区段的相对侧上的颗粒具有高于沿着该侧壁的该一个或多个区段的平均纵横比的一个平均纵横比。
如先前所描述，轧制金属板被加工硬化并且具有一个高度有组织的颗粒结构，该颗粒结构具有由于在形成该金属板时拉伸该金属而导致的伸长的颗粒(例如，大于7的纵横比)。表I示出了经受如在此描述的退火过程的轧制金属板的平均纵横比的一些数据点。
状态 平均纵横比
退火前(加工硬化的轧制金属板) 7.03
退火后 1.48
膨胀4％ 1.54
膨胀18％ 1.71
冲模颈缩后 1.36
表I：状态对平均纵横比
继续参照图13，可以在步骤1318处执行一个内部喷射操作，其中该退火的圆柱形金属预型件接收一个内部喷涂连同在步骤1320处在一个喷雾炉中固化的喷雾。喷雾炉的温度是在约200℃的范围内。还可以在步骤1322处通过一个外部涂布机对该圆柱形金属预型件进行外部涂布，并且可以在步骤1324处使该外部涂层在一个涂布机炉中固化。在步骤1326处，如本领域中所理解的，可以通过印花对该预型件进行装饰，并且在步骤1328处可以使油墨在一个印花炉中固化。在步骤1330处，可以使用涂清漆机来涂布清漆以保护装饰，并且在步骤1332处可以通过一个清漆炉使该清漆固化。同样，这些炉的温度典型地是在约200℃的范围内。
正如常规地在用于消费品的金属瓶上所执行的，执行一个多冲模颈缩过程1334。如本领域中所理解的，常规的多冲模颈缩过程1334取决于该金属容器的构型可以包括多达50或更多个步骤。如果该金属容器呈现一个瓶形，利用更多数目的冲模颈缩操作以提供沿着该金属瓶的颈部的一个平滑过渡。然而，使用冲模颈缩可以用来增大或减小该金属容器的直径，因此一般使用多冲模颈缩操作1334来形成一个金属瓶的一个主体形状和/或一个颈部。因为冲模颈缩是一个复杂且费时的操作，所以能够消除的冲模颈缩步骤越多，瓶制造就可发生的越快，同时由于这些冲模颈缩过程中的误差而减少损失。
根据本发明的原理，不是简单地执行多冲模颈缩操作1334，而是可以对该退火的圆柱形金属预型件执行一个吹塑成形操作1336和多冲模颈缩操作1338。可以使用高压空气或其他介质在40巴或更高压力下执行该吹塑成形操作1336。并且，可以在室温下执行该吹塑成形操作1336并且产生一个由于如先前所描述的在步骤1316处执行的退火而导致的显著膨胀的容器。由于在步骤1336处执行该吹塑成形操作并且在步骤1338处执行该多冲模颈缩操作，该金属可以被加工硬化，由此该金属的颗粒可以被拉伸成具有比在如先前所描述的退火后更高的一个纵横比，同时在连续冲模颈缩操作之后在颈部区域中具有增加的拉伸强度。通过使该退火的圆柱形金属预型件膨胀和收缩，该金属被加工硬化并且这些颗粒的纵横比可以对应地增大和减小(参见表I)。
在步骤1338处的该多冲模颈缩之后，可以执行一个泄漏试验步骤1340、洗涤步骤1342、以及托板装载步骤1344。一旦被装载在托板上，就可以将该成型金属容器提供到用于向该金属容器填充产品，诸如软饮料的一条填充线。尽管示出在对该成型金属容器进行装饰前执行退火1316，但是能够被加热到300℃或更高温度的装饰技术可以使得能够在过程1300内在一个不同的位置处执行退火1316。
作为一个粗略的概括，步骤1302-1314限定用于形成该圆柱形金属预型件的一个过程，步骤1318-1332限定一个装饰过程，步骤1336和1338限定该圆柱形金属预型件到一个成型金属容器的再成型，并且步骤1340-1344限定一个包括检查、清洁和封装的金属容器成型后过程。
如先前所描述的，退火和吹塑成形/多冲模颈缩步骤1316和1336实现了以下能力：生产由于供消费包装(诸如软饮料和碳酸饮料)所用的轧制金属板的膨胀能力有限而迄今为止不能够生产的成型金属容器。在包括退火和吹塑成形/多冲模颈缩步骤1316和1336/1338的情况下，可以使用在室温下单次吹塑来生产非对称成型容器，从而形成重量更轻的金属包装。
利用本发明的原理的结果是，提供了否则通过使用一种常规多冲模颈缩方法不可获得的许多特征和/或结果，包括：
(1)可以使用一个更小直径的预型件，这减小了一个完成的成型金属容器重量，并且还通过消除将不得不执行的金属成型处理或简化该金属成型处理而有益于下游过程。
(2)对该圆柱形预型件进行退火可以使该轧制金属板的加工硬化的“煎饼”状颗粒再结晶，这消除了为该轧制金属板的固有部分的内在应力。对这些内在应力的这种消除极大地增加了延展性以及因此可成型性。作为一个实例，在使用3014H19合金的情况下，伸长率的增加从小于3％(壁部变薄拉深后)扩大到约18％。
(3)在成型步骤与装饰步骤之间使用吹塑成形使得该退火的圆柱形金属预型件能够以单独通过多冲模颈缩将不可能的方式成型。例如，吹塑成形阶段允许将凹槽压制、表面图案化、压花加工包括在整个设计中，而无需执行附加的颈缩过程。这些凹槽以及其他图案可以提供在这些位置处的加工硬化，从而为该成型金属容器提供结构支撑。
(4)因为吹塑模制过程是无摩擦的，所以由退火过程产生的绝大部分伸长可以用于主体成型。
(5)退火和吹塑成形的一个组合意味着显著减少了大数目的多冲模颈缩阶段，并且可以消除机械膨胀阶段。
(6)该成型金属容器的整个下部主体可以在一次操作中形成，而不会在该颈部区域中引发任何加工硬化或应力。
(7)可以实现一个潜在地更坚固且不太复杂的生产过程，并且可以显著地减少大量的多冲模颈缩阶段(例如，可以将用于生产一个特定成型金属容器的40个或更多个多冲模阶段减少到约20个多冲模颈缩阶段)。
(8)可以减少颈部成型阶段的数目减少量，这必定减少修整和润滑阶段以及用于进行修整和润滑的相关设备的数目。
(9)该金属容器的完成区域的再结晶可以引起在该成型金属容器的一个唇缘的卷曲形成过程中开裂风险的显著减小。
(10)如果这些成型差异局限于由该吹塑成形或其他金属成型过程形成的该金属板容器的一个区域，那么一条生产线上的快速形状转变可为可能的。
退火和吹塑成形对预型件的不同区段的硬度和颗粒结构的影响取得了先前不可能的结果。利用例如图13和图4A-4F的过程制造的预型件提供在此描述的重量轻的成型金属容器。应当理解，根据本发明的原理的方法的其他实施例可以用于替代方案中。预型件414是利用由铝合金3104-H19制成的坯件402产生的。该坯件402具有一个0.2mm的厚度。预型件414经受在设定为350℃一个烤箱中通体退火持续约一分钟(在该烤箱中的总时间是3分钟)，或使用一根感应线圈将该预型件的金属加热到350℃持续1-2秒。
根据NFENISO6892-1方法A，退火的试验外壳经受一个拉伸试验(L0：49.3mm，3mm/分钟，在20℃下)。该退火的试验外壳具有以下拉伸强度特征：
平均Rm192MPa
平均Rp0.290MPa
平均伸长率20.1％
Rm：该拉伸强度Rm指示该金属在压力、即最大拉伸应力下能够撕拉的极限；
Rp0.2：该金属在一个拉伸试验过程中经历一个0.2％不成比例(永久)伸长时的应力；
伸长率：断裂时的最大伸长率。
在退火之后或在退火和吹塑成形之后，这些预型件经受一个硬度试验。在这些退火的预型件、以及这些退火且吹塑成形的预型件的高度上的不同区段中测量维氏硬度(MPa)。根据NFISO6507-1测量该维氏硬度。结果如下表II：
表II：试验结果-硬度
在170mm和130mm的高度处的区段是经受一个颈缩操作而不经受吹塑成形的区段。在90mm和15mm处的区段是已经受吹塑成形的区段。在50mm处的区段实质上保持原始直径并且并未或在较小程度上经受吹塑成形。以上表II中给出的硬度结果显示，作为加工硬化的一种形式的吹塑成形导致增加的硬度。
图14是描绘通过利用本发明的原理使一个圆柱形金属预型件退火和成型而形成的一个说明性金属容器的图示。该金属容器包括四个部分，表示为A(底座)、B(中下部)、C(中上部)、以及D(颈部)，在这些部分处执行不同量的加工硬化。研究了退火、吹塑成形、以及颈缩对该金属的颗粒结构的影响。通过执行标准表面蚀刻并且经由显微镜进行外部检查来确定该颗粒结构。预型件样品是以跨该预型件的厚度的纵向截面方式从该预型件切削的。将这些预型件样品装定在树脂中，并且在对切削表面进行抛光和蚀刻之后，拍摄照片(按比例放大)。
图15A和图15B、图16A和图16B、图17A和图17B、以及图18A和图18B是图14的金属容器的对应说明性部分的伴随照片和分析图像，这些伴随照片和分析图像示出了对该金属容器的金属颗粒进行退火、吹塑成形和冲模颈缩的效果。在预型件的不同高度处，如图14所描绘的，在四个部分A(底座)、B(中下部-高于底座40mm)、C(中上部-高于底座90mm)、以及D(颈部-高于底座150mm)处取得这些预型件样品。从在(i)不经受退火(图15A)；(ii)经受退火和吹塑成形伴随4％的膨胀(图16A)；(iii)经受退火和吹塑成形伴随18％的膨胀(图17A)；以及(iv)经受退火和冲模颈缩(图18A)的部分处的区段取得这些预型件样品。照片和分析图像15A/B、16A/B、17A/B和18A/B中的每一个具有相同的比例。利用ImageJ软件处理获得图15B-18B中的分析图像，该ImageJ软件处理从这些微结构照片中提取颗粒轮廓以便进行对粒度和纵横比的定量分析。
图15A和图15B(统称为图15)对应地是一个说明性照片和一个分析图像，它们示出了一个成型金属容器的一个底座(图14，部分A)处的颗粒结构。在此实施例中，该底座并未被退火或吹塑成形并且具有在其取向上是平面的、“煎饼”状的、伸长的、且对准的一种颗粒结构。图15B是一个分析图像，其中描绘了该颗粒结构的轮廓以提供计算机分析，从而确定正被取样的部分中的颗粒的一个平均纵横比。这些颗粒跨该底座双向延伸。在此实施例中，该颗粒具有一个55.70微米的平均宽度、7.45微米的高度、以及7.03的纵横比。应当指出，该算法是首先计算每个个体颗粒的纵横比，然后对计算出的所有颗粒的纵横比求平均。因此，平均纵横比并不仅仅是平均宽度除以平均高度。
图16A和图16B(统称为图16)对应地是一个说明性照片和一个分析图像，它们示出了一个成型金属容器的一个中下部区段(图14，部分B)处的颗粒结构。位于此区段处的颗粒被退火并且膨胀4％。这些颗粒被示出为是随机化的(即，在取向上不再是“煎饼”状的和对准的)。在此实施例中，该颗粒具有一个23.91微米的平均宽度、16.70微米的平均高度、以及1.54的平均纵横比。
图17A和图17B(统称为图17)对应地是一个说明性照片和一个分析图像，它们示出了一个成型金属容器的一个中上部区段(图14，部分C)处的颗粒结构。位于此区段处的颗粒被退火并且膨胀18％。这些颗粒被示出为是随机化的(即，在取向上不再是“煎饼”状的和对准的)。在此实施例中，该颗粒具有一个25.55微米的平均宽度、15.89微米的平均高度、以及1.71的平均纵横比。
图18A和图18B(统称为图18)对应地是一个说明性照片和一个分析图像，它们示出了一个成型金属容器的一个颈部区段(图14，区域D)处的颗粒结构。位于此区段处的颗粒被退火、冲模颈缩。这些颗粒被示出为是随机化的(即，在取向上不再是“煎饼”状的和对准的)。在此实施例中，该颗粒具有一个18.64微米的平均宽度、14.10微米的平均高度、以及1.36的平均纵横比。
关于颗粒结构的改变的影响可以解释如下：平面的“煎饼”状颗粒结构是不对称的和双向的，这样使得这些特性在两个方向上都是不同的。该圆形颗粒结构是对称的和全向的，这样使得这些特性在任何方向上都是更均匀的。这些平面的“煎饼”状颗粒平行于滚动方向延伸，并且因此倾向于在颈缩或卷缘过程中裂开。此外，该结构包括过度的应力。该圆形颗粒结构极少倾向于在颈缩和卷缘过程中裂开。因为这些颗粒更全向地延伸，所以该结构包括更少的应力并且因而是更可成型的。
如以上所指出的，在制造具有大于、等于、以及小于该预型件直径Dc的不同直径的一个容器底部区段、容器中间区段、以及容器顶部区段的一个成型金属容器的过程中，存在相冲突的形状制造条件。因为在制造这种成型金属容器的过程中，具有大于该直径Dc的一个直径的区段或区段部分应该是不太坚硬的，诸如一个较低的屈服强度、以及高的延展性和断裂时伸长率，然而具有小于Dc的一个直径并且通过颈缩产生的区段或区段部分使用一个相对高的强度或硬度。如上所述，已经描述了这些预型件可以首先经受颈缩并且随后其他部分承受吹塑成形的情况。可以通过利用本发明的原理来克服或战胜制造过程(包括向内成型和向外成型)的这些冲突，其中在退火处理之后执行该向外成型以实现该退火的预型件的更大膨胀。
对于技术人员将显而易见的是，用于制造该成型金属容器的方法利用该容器制造过程中已存在的不同技术。因此，在此描述的这些过程能够容易地结合在现有容器生产线中。
该退火过程提供一种简洁形式的向外成型，具体地以便结合美学和装饰设计(诸如商标)，可以在一个相对较慢的烤炉中实施或通过相对快速的感应实施。感应退火或退火提供对该预型件的一个区段或该区段的部分进行局部快速退火或退火的进一步的优点。另外，有可能的是，整体而言首先使该预型件在一个烤炉中退火，并且在一个吹塑成形步骤之后，可以在一个特定区段或区段部分中实施一个进一步的退火过程，其中在该部分根据该成型金属容器的所希望形状或形式的需要或指示进一步经受一个吹塑成形步骤。该退火导致硬度、具体地屈服强度的减小，然而断裂时的伸长率增加，诸如增加到10-25％、更具体地15-20％(诸如18-20％)。
一般从一种金属(诸如铝或钢)或从可以具有一个特定回火的合金中产生该成型金属容器。还可能的是，使用金属与塑料和与玻璃的组合。
最后，尽管并未详细描述，但是在制造该成型金属容器的过程中，还可能的是，制造不具有一个圆形截面、但可以具有一个非圆形截面(诸如卵形、椭圆形)或任何其他几何或非几何形状的截面的一个成型金属容器。
虽然已经详细解释了本发明的具体实施例，但是应当理解可以在不背离如以下权利要求所定义的本发明的范围的情况下对此类实施例做出各种变化、取代以及改变。

Claims (32)

1.一种用于制造成型金属容器的方法，该容器包括具有至少一个中间区段直径Dm的一个容器中间区段，该容器中间区段在一端被连接到具有至少一个底部区段直径Db的一个容器底部区段上，并且在另一端被连接到具有一个容器开口并且具有至少一个顶部区段直径Dt的一个容器顶部区段上，该方法包括：
提供具有一个圆柱形体的一个容器预型件，该圆柱形体具有一个直径Dc；
通过使该圆柱形体的至少一个区段颈缩而向内成型；
对有待向内成型或向外成型的至少一个区段进行退火；
使该圆柱形体的至少一个区段向外成型；并且
对有待向内成型或向外成型的至少一个区段进行退火，这样使得该中间区段直径Dm、该底部区段直径Db、以及该顶部区段直径Dt中的至少一个大于该容器预型件的圆柱体直径Dc，并且该中间区段直径Dm、该底部区段直径Db和该顶部区段直径Dt中的至少一个小于该圆柱体直径Dc。
2.根据权利要求1所述的方法，其中向外成型是通过吹塑成形执行的。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括在该吹塑成形过程中将一个轴向压缩力施加到该容器预型件上。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中优选地在向外成型之前通过感应退火来执行退火。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，进一步包括通过颈缩形成该容器顶部区段。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括在该颈缩的顶部区段中形成一个螺纹和/或一个珠缘，并且优选地该螺纹和该珠缘中的至少一个包括至少一个轴向断口。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中该容器预型件或该成型金属容器的至少一个经受退火的区段具有一个圆形颗粒结构，该圆形颗粒结构具有在小于4比1、优选地小于3.5比1、更优选地小于3比1、最优选地小于2.5比1、或者理想地小于2比1的范围内的一个平均纵横比。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中在使该容器顶部区段颈缩或向外成型之后，对该容器开口进行修整，并且优选地使该容器开口卷曲。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中该容器中间区段具有向内和/或向外延伸的加强结构或审美结构。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中该成型金属容器是一个一片式容器，诸如一个金属饮料瓶、或金属气溶胶容器。
11.一种成型金属容器，包括一个容器中间区段，该容器中间区段在一端连接到一个容器底部区段上，并且在另一端连接到一个顶部区段上，该容器顶部区段、该容器中间区段和/或该容器底部区段的至少一部分通过颈缩成型并且另一部分通过向外成型而成型，这样使得该中间区段直径Dm、该底部区段直径Db、以及该顶部区段直径Dt中的至少一个大于制成该成型金属容器的容器预型件的圆柱体直径Dc，并且该中间区段直径Dm、该底部区段直径Db以及该顶部区段直径Dt中的至少一个小于该圆柱体直径Dc。
12.根据权利要求11所述的成型金属容器，其中一个颈缩的容器顶部区段具有一个螺纹和/或一个珠缘，该螺纹和/或珠缘具有至少一个轴向断口。
13.根据权利要求11或12所述的成型金属容器，其中该容器中间区段被向外成型，并且该直径Dm大于该直径Dc，并且该底部区段被向外成型，其中该直径Db大于该直径Dc。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的成型金属容器，其中该容器顶部区段、容器中间区段和/或容器底部区段具有向内和/或向外延伸的加强结构或审美结构。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的成型金属容器，其中该容器或至少一个容器区段具有一个圆形颗粒结构，该圆形颗粒结构优选地具有在小于4比1、优选地小于3比1、更优选地小于3.5比1、最优选地小于2.5比1、或最优选地小于2比1的范围内的一个平均纵横比。
16.一种用于根据权利要求10-14中任一项所述的成型金属容器的预型件，其中该预型件或至少一个预型件区段具有一个圆形颗粒结构，该圆形颗粒结构具有在小于4比1、优选地小于3.5比1、更优选地小于3比1、最优选地小于2.5比1、或小于2比1的范围内的一个平均纵横比。
17.一种成型金属容器，包括限定一个侧壁、一个开口、以及一个底座的加工硬化的轧制金属板，沿着该侧壁的至少一个区段所具有的颗粒具有小于约4比1的一个平均纵横比。
18.根据权利要求17所述的成型金属容器，其中该平均纵横比是小于约2。
19.根据权利要求17所述的成型金属容器，其中沿着该侧壁的该至少一个区段是沿着该侧壁的一个特定高度围绕该侧壁延伸的一个水平区段。
20.根据权利要求17所述的成型金属容器，其中沿着该侧壁的该至少一个区段的相对侧上的颗粒具有高于沿着该侧壁的该至少一个区段的该平均纵横比的一个平均纵横比。
21.根据权利要求17所述的成型金属容器，其中沿着该侧壁的该至少一个区段的相对侧上的颗粒具有对应地高于和低于沿着该侧壁的该至少一个区段的该平均纵横比的平均纵横比。
22.根据权利要求17所述的成型金属容器，其中该加工硬化的轧制金属板是一种加工硬化铝合金。
23.根据权利要求17所述的成型金属容器，其中该金属容器被构造成用于储存一种饮料。
24.根据权利要求23所述的成型金属容器，其中该金属容器被构造成用于储存一种碳酸饮料。
25.根据权利要求17所述的成型金属容器，其中该金属容器被构造成用于储存一种气溶胶。
26.一种用于生产成型金属容器的方法，所述方法包括：
接收由加工硬化的轧制金属板形成的一个圆柱形金属预型件；
对该圆柱形金属预型件进行退火；
对该退火的圆柱形金属预型件进行装饰；并且
使该装饰过的、退火的圆柱形金属预型件成型成该成型金属容器。
27.根据权利要求26所述的方法，其中对该圆柱形金属预型件进行退火包括将该圆柱形金属预型件退火到至少约315℃的一个温度。
28.根据权利要求27所述的方法，其中接收一个圆柱形金属预型件包括接收由3000系列铝形成的一个圆柱形金属预型件。
29.根据权利要求26所述的方法，其中使该装饰过的、退火的圆柱形金属预型件成型包括用于使该装饰过的、退火的圆柱形金属预型件成型的吹塑成形或其他机械技术。
30.根据权利要求29所述的方法，其中吹塑成形或其他机械技术包括在室温下成型。
31.根据权利要求30所述的方法，其中吹塑成形包括用于致使该装饰过的、退火的圆柱形金属预型件的膨胀率达到膨胀至少10％的吹塑成形或其他机械技术。
32.根据权利要求30所述的方法，其中使该装饰过的、退火的圆柱形金属预型件成型进一步包括使该装饰过的、退火的圆柱形金属预型件颈缩以形成该成型金属容器的一个颈部区域。
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