CN106457342B - 形成金属瓶形容器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种工具包(200)，其包括再拉模具(102)、第一变薄模具(104)和第二变薄模具(106)。工具包(200)可以合并到主体制造机(100)内，主体制造机具有约三十英寸冲程以形成具有约4的高度与直径比的金属杯。在某些实施例中，再拉模具(102)、第一变薄模具(104)和第二变薄模具(106)位于主体制造机(100)中使得每一个利用柱塞以预定量来减小被迫通过再拉模具(102)、第一变薄模具(104)和第二变薄模具(106)的杯的侧壁厚度从而产生能以低缺陷率成型为瓶形容器的杯。

Description

形成金属瓶形容器的方法
技术领域
本公开涉及用于制造金属容器的工具包和方法，并且特定而言涉及包括一个再拉模具和两个变薄模具的工具包，其用于以高生产速度一致地形成高铝杯以用来生产瓶形容器。
背景技术
常常使用拉深和变薄工艺来生产薄壁两件式金属罐。在拉深和变薄工艺中，平坦的圆形金属坯通过一个或多个拉深模具拉深以形成浅的预成型杯。然后将预成型杯安装到冲头的自由端上，冲头从往复移动的冲杆延伸。预成型杯然后通过一个或多个再拉模具并且然后通过一个或多个变薄模具“变薄”以延长并且变薄杯的侧壁，从而形成已经成型的杯。术语“变薄(ironing)”指利用冲头使杯通过变薄模具以导致杯的侧壁厚度减小并且拉长杯高度的操作。一旦杯成型，切刀移除杯的任何过量长度并且脱模组件从冲头移除已经成型的杯。
在一个或多个额外制造步骤，诸如向杯施加油墨或其它涂层之后，将液体放置于杯中并且将盖子夹持到已经成型的杯上从而完成两件式罐的成形。为了使用拉深和变薄技术经济地生产罐，拉深和变薄机器以高速率生产罐，例如每分钟400个罐。用来形成两件式金属罐的主体制造机的总体设计和功能描述于各种专利中，包括授予给Maytag，在1970年11月19日提交的U.S.3,696,657；授予给Clowes，在1985年9月3日提交的U.S.4,685,322；授予给Mueller等人，在1992年6月16日提交的U.S.5,335,532；以及，授予给Dziedzic等人，在1995年3月13日提交的5,477,722，这些专利的公开以引用的方式并入到本文中用于所有目的。
近来，金属成型过程，类似于用来形成两件式金属罐的那些，曾用来成型金属瓶形容器，金属瓶形容器具有窄颈部和开口端，开口端带有螺纹以接收帽或者包括唇缘以接收皇冠盖。金属瓶形容器的窄颈部和纤细形状向握持瓶的饮用者提供更多的舒适性并且也提供美观的视觉外观。然而，金属瓶的细长主体形状、窄颈部形状和带螺纹或皇冠盖开口(crowned opening)在拉深和变薄过程中需要原始铝杯增加的变形并且与两件式铝罐制造相比，导致增加的制造缺陷和更高的次品率。
发明内容
在第一方面，描述了一种用于制造瓶形容器的设备，其包括主体制造机，主体制造机包括：再拉模具、第一变薄模具和第二变薄模具。主体制造机包括约30英寸的冲程长度并且形成金属杯，金属杯具有在约8.83英寸至约9.76英寸之间的高度和约0.0083英寸至约0.0096英寸之间的壁厚度。
在某些实施例中，第一变薄模具将杯的侧壁厚度减小约10％至约40％之间。
在其它实施例中，第二变薄模具将杯的侧壁厚度减小约35％至约44％之间。
在其它实施例中，第二变薄模具将杯的侧壁厚度减小约38％至约42％之间。
在另外的实施例中，第二变薄模具将杯的侧壁厚度减小约39％至约41％之间。
在另一实施例中，再拉模具的工作区的接触部分与第一变薄模具的工作区的接触部分以约4.5英寸间隔开。
在又一实施例中，第一变薄模具的工作区的接触部分与第二变薄模具的工作区的接触部分以约6.6英寸间隔开。
在又一实施例中，再拉模具的工作区的接触部分与第二变薄模具的工作区的接触部分以约11.1英寸间隔开。
在某些实施例中，金属杯具有在约9.08英寸至约9.36英寸之间的高度。
在第二方面，描述了一种形成金属瓶形容器的方法，包括：提供再拉模具、第一变薄模具和第二变薄模具，其中再拉模具的接触部分定位于离第一变薄模具的接触部分约4.5英寸处，并且第一变薄模具的接触部分定位于离第二变薄模具的接触部分约6.6英寸处。该方法还包括：迫使杯通过再拉模具、第一变薄模具和第二变薄模具；以及以每分钟约200至230个杯的生产速度来生产完成的杯，完成的杯具有约为四的高宽比。
在某些实施例中，迫使杯通过第二变薄模具将杯的侧壁厚度减小约38％至约42％之间。
在其它实施例中，迫使杯通过第二变薄模具将杯的侧壁厚度减小约39％至约41％之间。
在其它实施例中，迫使杯通过所述第二变薄模具将杯的侧壁厚度减小约40％。
在另外的实施例中，完成的杯的高宽比为约4.03。
在另一实施例中，由完成的杯形成的瓶具有约9.4英寸的高并且具有约0.0083英寸至约0.0086英寸之间的侧壁厚度。
在又一实施例中，杯包括3104系列铝合金。
在某些实施例中，该方法包括：提供主体制造机，其中主体制造机包括约30英寸冲程并且再拉模具、第一变薄模具和所述第二变薄模具位于主体制造机中。
在第三方面，描述了一种由包括以下步骤的方法制造的瓶：提供主体制造机，主体制造机具有约30英寸冲程；提供再拉模具、第一变薄模具和第二变薄模具，其中再拉模具的工作区的接触部分与第一变薄模具的工作区的接触部分以约4.5英寸间隔开；并且第一变薄模具的工作区的接触部分与第二变薄模具的工作区的接触部分以约6.6英寸间隔开。该方法还包括：迫使杯通过再拉模具、第一变薄模具和第二变薄模具以产生已经成型的杯，已经成型的杯具有在约9.08英寸至约9.36英寸之间的高度和在约0.0083至约0.0086英寸之间的侧壁厚度。
在某些实施例中，第一变薄模具将杯的侧壁厚度减小约10％至约40％之间。
在其它实施例中，迫使杯通过再拉模具、第一变薄模具和第二变薄模具以约每分钟200至230个杯之间发生。
当结合附图理解时，通过下文的详细描述，其它方面、特点和优点将变得显然，附图是本公开的部分并且其以举例说明的方式示出了本公开的原理。
附图说明
附图便于理解各种实施例。
图1是根据本公开的主体制造机的分解图，其包括再拉模具、第一变薄模具和第二变薄模具。
图2是根据本公开的再拉模具、第一变薄模具和第二变薄模具的侧视图。
图3是根据本公开由图2的工具包成型的杯的示意侧视图。
图4为根据本公开部分地由图2的工具包形成的薄壁铝瓶形容器的示意侧视图。
图5是示出了根据本公开使用图2的工具包成型的金属瓶形容器的过程的示意框图。
具体实施方式
图1是主体制造机100的分解图，主体制造机100包括冲杆108和冲杆组件110、轭滑块112、主隔板(bulkhead)114、次隔板116、再拉组件118、再拉模具102、第一变薄模具104、第二变薄模具106、圆顶模具120和脱模组件122。如将在下文中更详细地讨论，主体制造机100具有约30英寸的冲程长度，并且当结合图2的工具包200使用时，可以用来形成杯，该杯具有约4的高度与直径比和约9.4英寸的总高度，杯然后用来形成高度与直径比为约4的瓶形容器。
如上文所描述，在商业高速主体制造机中目前可用的最长冲程长度为约30英寸。发现在30英寸长度主体制造机中的常规工具设计对于以高速度在一致的基础上使高薄壁瓶形铝容器成型是低效的。例如，发现由于金属材料的过度加工，这种过度加工造成制造缺陷，诸如材料的撕裂和开裂，常规工具包设计在制造用于形成具有超过约8英寸的高度和带小饮用开口的颈部的瓶形金属容器的杯方面是低效的。本公开的工具包设计允许高速生产高杯并且允许控制由每个模具对杯执行的加工以减小高瓶形铝容器生产中的缺陷率。如将在下文中更详细地描述，业已发现，工具包允许形成具有总高度约9.37英寸的瓶，同时在生产期间避免杯一次与多于一个模具102、104或106接触，从而降低了撕裂杯材料的风险。还发现工具包200允许对杯进行适量加工硬化以允许杯形成颈部，螺纹和凸缘，在这些操作期间具有低开裂或撕裂情况。
图1示出了与改进的工具包设计200(图2)一起使用的30英寸主体制造机100。主体制造机100包括冲杆108，冲杆108在主体制造机100内往复移动以迫使金属杯(未图示)通过工具包200，即，再拉模具102、第一变薄模具104和第二变薄模具106。冲杆108可以是任何类型的冲杆108，并且冲杆108在轭滑块112和冲杆组件110内移动。主体制造机100的次隔板116将冲杆组件110联接到主隔板114。主隔板114联接到再拉组件118和圆顶模具120。
现参考图2，更详细地示出了工具包200，工具包200包括再拉模具102、第一变薄模具104和第二变薄模具106。再拉模具102、第一变薄模具104和第二变薄模具106总体上沿着中心轴线218对准并且在主体制造机100内彼此间隔开。再拉模具102、第一变薄模具104和第二变薄模具106各包括工作区(working land)202、204和206，这些工作区202、204和206被配置成接触被迫通过工具包200的杯(未图示)。每个工作区202、204和206均包括被配置成在杯被迫通过模具102、104或106时接触杯的一部分，在本文中被称作接触部分208、210和212。在使用中，再拉组件108接收杯，杯可以由3104系列铝合金形成，并且冲杆108迫使杯通过再拉模具102。在杯侧壁接触再拉模具102的工作区202的接触部分208时，再拉模具102拉长杯的侧壁，减小了杯的侧壁厚度并且减小杯的总直径。在通过再拉模具102之后，杯通过第一变薄模具104和第二变薄模具106，其中，在杯分别接触第一变薄模具104和第二变薄模具106的工作区204和206的接触部分210和212时，杯进一步延长并且杯的侧壁被进一步变薄。暂时再参考图1，在通过第一变薄模具104和第二变薄模具106之后，杯的底部接合圆顶模具120以在杯中形成圆顶形凹进。然后切割杯并且脱模组件122从冲杆108移除杯。杯然后可以进一步成形，例如利用一个或多个缩颈模具、胀形模具、车螺纹机或其它成型设备。
再次参考图2，控制在模具102、104与106之间的距离以便一致地形成高薄壁杯，以用于以高生产速度和低缺陷率形成高瓶形容器。在某些实施例中，再拉模具102的接触部分208与第一变薄模具104的接触部分210以距离214间隔开，距离214在约4.4英寸至约4.6英寸之间。在其它实施例中，再拉模具102的接触部分208与第一变薄模具104的接触部分210以距离214间隔开，距离214在约4.49英寸至约4.55英寸之间。在其它实施例中，再拉模具102的接触部分208与第一变薄模具104的接触部分210以距离214间隔开，距离214为约4.5英寸。在某些实施例中，再拉模具102的接触部分208与第一变薄模具104的接触部分210以距离214间隔开，距离214为约4.4924英寸。
在某些实施例中，第一变薄模具104的接触部分210与第二变薄模具106的接触部分212以距离216间隔开，距离216在约6.5英寸至约6.7英寸之间。在其它实施例中，第一变薄模具104的接触部分210与第二变薄模具106的接触部分212以距离216间隔开，距离216在约6.6英寸至约6.65英寸之间。在某些实施例中，第一变薄模具104的接触部分210与第二变薄模具106的接触部分212以距离216间隔开，距离216为约6.6265英寸。
在许多情况下，用来形成金属罐的工具包设计包括在30英寸冲程主体制造机中的至少一个再拉模具和三个变薄模具。然而，业已发现这种“三变薄”工具包并未一致地产生高薄壁杯以用于以高生产速度来形成高薄壁瓶形容器。通过限制模具数量和具体而言通过将仅2个变薄模具104和106并入到30英寸主体制造机100中，已发现在生产高薄壁瓶形容器中的缺陷率可以减小，并且能控制对杯执行的加工量以更一致地生产可接受的杯而用于形成高薄壁瓶形金属容器。在某些实施例中，在再拉模具102、第一变薄模具104与第二变薄模具106之间的上述距离提供用于工具包200，工具包200可以包含在30英寸冲程主体制造机100内以高生产速率一致地生产高铝瓶形容器。例如，发现在再拉模具102、第一变薄模具104与第二变薄模具106之间的上述距离提供用于工具包200，该工具包200能以在每分钟约200个至约230个瓶或杯之间的高生产速度一致地生产具有在约8.285英寸至约9.76英寸之间的总高度和约0.0083英寸至约0.0086英寸之间的侧壁厚度的杯。在其它实施例中，已发现在再拉模具102、第一变薄模具104与第二变薄模具106之间的上述距离提供用于工具包200，该工具包200能以每分钟约200个至约230个瓶或杯之间的高生产速度一致地生产具有在约9.4英寸的总高度和约0.0083英寸至约0.0086英寸之间的侧壁厚度的杯。预期在未来获得更高的生产速度和更薄的侧壁厚度将是可能的。例如，预期工具包能以每分钟约250个至约280个瓶之间的高生产速度来一致地生产总高度为9.4英寸和侧壁厚度小于约0.0083英寸的杯。
在某些实施例中，由再拉模具102、第一变薄模具104和第二变薄模具106对杯执行的侧壁厚度的百分比减小也受到控制，以允许杯用来以低缺陷率形成高薄壁瓶形容器。在某些实施例中，第一变薄模具104将杯的侧壁厚度减小约10％至约40％之间。在某些实施例中，第二变薄模具106将杯的侧壁厚度减小约35％至约44％之间。在其它实施例中，第二变薄模具106将杯的侧壁厚度减小约38％至约42％之间。在其它实施例中，第二变薄模具106将杯的侧壁厚度减小约39％至约41％之间。在另外的实施例中，第二变薄模具106将杯的侧壁厚度减小约40％。发现侧壁厚度减小的上述百分比允许一致地生产高薄壁杯以用于生产高瓶形容器，同时避免与使用多于两个变薄模具相关联的许多问题，诸如材料过度加工硬化和材料撕裂。
图3示出了由图2的工具包200形成的示例性杯300。如上文所描述，在某些实施例中，由工具包200形成的杯300具有在约8.825英寸至约9.76英寸之间的高度302和在约2.32英寸至约2.326英寸之间的直径304。在其它实施例中，杯300具有在约9.08英寸至约9.36英寸之间的高度302和约2.323英寸的直径304。在某些实施例中，已经成型的杯300具有在约4.2至约3.8之间的高度302与直径304的比。在其它实施例中，已经成型的杯300具有在约3.9至约4.03之间的高度302与直径304的比。在其它实施例中，已经成型的杯300具有约4.03的高度302与直径304的比。在某些实施例中，已经成型的杯300具有在约0.0083英寸至约0.0086英寸之间的侧壁厚度。
如上文所描述，在某些实施例中，通过一个或多个颈缩、胀形和车螺纹操作或者其它成型操作的组合，杯300被成型为瓶形容器，类似于图4所示的容器400。图4是使用图2的工具包200，结合其它成型工艺而制造的细长瓶400的示例性实施例的示意图。虽然瓶400具有特定几何形状，其它瓶几何形状、设计和变型也是可能的并且在本公开的范围内。细长瓶400包括凹入底部415、圆柱形部分410和颈部405，颈部405包括螺纹部分420。底部415包括圆形周边417。底部415的凹入部分对于包含于其中的加压饮料流体提供结构支承并且由图1所示的圆顶模具120制成。圆柱形部分410从底部415的圆形周边417延伸并且具有均匀直径412。在某些实施例中，圆柱形部分410具有在约0.0083英寸至约0.0086英寸之间的壁厚。
颈部405形成于瓶400的开口端491附近。颈部405具有从圆柱形部分410的均匀直径412减小的变化的直径。变化的直径形成锥形轮廓407，锥形轮廓407使颈部405朝向开口423逐渐缩窄。在某些实施例中，颈部405的肩部411从圆柱形部分410以约45度的角度延伸。在某些实施例中，颈部405的顶颈部413从瓶400的中心线403以约6度的角度延伸。在其它实施例中，颈部405的顶颈部413从瓶400的中心线403以约5.75度的角度延伸。颈部405具有在约0.0093英寸至约0.0096英寸之间的壁厚。
在某些实施例中，颈部405包括螺纹部分420，螺纹部分420具有一个或多个暴露螺纹422。螺纹422允许螺纹帽(未图示)闭合并且密封开口423。在某些实施例中，螺纹部分420还包括折叠凸缘425，折叠凸缘425从开口423向外折叠以用于在从瓶400饮用饮料时形成安全接触。在其它实施例中，颈部405并不包括螺纹部分420并且开口423以另一方式闭合，诸如利用皇冠盖(未图示)。
在某些实施例中，印刷标记418施加到瓶400的外表面上。印刷标记418还可以利用涂敷到瓶400的外表面上的无色或透明涂层419密封。内涂层430可以涂敷到细长瓶400的内表面上以分隔饮料与瓶400的金属。
在某些实施例中，瓶400的圆柱形部分410具有在约6.2英寸至约6.4英寸之间的高度。在其它实施例中，圆柱形部分具410有约6.38英寸的高度。在某些实施例中，瓶400具有在约7.4英寸至约9.4英寸之间的总高度。在其它实施例中，瓶具有约9.37英寸的总高度。
也已发现，使用工具包200，与在30英寸冲程主体制造机中包括三个变薄工具的传统3变薄工具包相比，上文所描述的瓶400能以增加的一致性和更低的缺陷率生产。例如，已发现工具包200允许形成具有约9.37英寸的总高度的瓶，同时避免在生产期间使杯一次接触多于一个模具102、104、106从而降低了撕裂杯材料的风险。还发现工具包200允许对杯进行适量加工硬化以允许杯形成颈部、螺纹和凸缘，并且在这些操作期间具有较少开裂或撕裂的情形。
图5示出了使用图2的工具包200来形成金属瓶的方法500的实施例。在某些实施例中，在具有约30英寸冲程的主体制造机100上执行方法500。在某些实施例中，方法500开始，并且提供再拉模具102、第一变薄模具104和第二变薄模具106，如在框502所示。在某些实施例中，再拉模具102的接触部分208与第一变薄模具104的接触部分210以距离214间隔开，距离214为约4.4924英寸。在某些实施例中，第一变薄模具104的接触部分210与第二变薄模具106的接触部分212以距离216间隔开，距离216为约6.6265英寸。照此，再拉模具102、第一变薄模具104和第二变薄模具106装配于30英寸冲程主体制造机内。如上文所描述，在某些实施例中，在再拉模具102、第一变薄模具104与第二变薄模具106之间的距离允许一致地形成高杯，高杯可以成型为具有约9.4英寸或者更大的总高度的瓶形容器400。
然后，由柱塞迫使杯通过再拉模具102以延长杯壁，减小杯的壁厚，并且减小杯的直径，如在框504处所示。柱塞然后迫使杯通过第一变薄模具104，如在框506所示，并且第一变薄模具104将杯的侧壁厚度减小约10％至约40％之间。然后迫使杯通过第二变薄模具106，如在框508处所示，并且第二变薄模具106将杯的侧壁厚度减小约35％至约44％之间。在某些实施例中，第二变薄模具将杯的侧壁厚度减小约38％至约42％之间。在其它实施例中，第二变薄模具将杯的侧壁厚度减小约39％至约41％之间。在其它实施例中，第二变薄模具将杯的侧壁厚度减小约40％。可以执行额外的成型过程，诸如缩颈以形成瓶的颈部，以形成具有约4的高宽比的瓶，如在框510处所示。
在某些实施例的前文的描述中，为了清楚起见，选择了具体术语。然而，本公开预期并不限于所选择的具体术语，并且应了解每个具体术语包括以类似方式操作以实现相似技术目的的其它技术等效物。
在本说明书中，词语“包括”应以其“开放”意义来理解，即，以“包含”的意义，并且因此并不限于其“闭合”意义，“闭合”意义是“仅由……组成”的意义。如果相对应的词语“包括”、“包含”和“具有”出现，相对应意义也认为是相对应的词语“包括”、“包含”和“具有”的属性。
此外，前文描述了本公开的某些实施例，并且在不偏离所公开的实施例的范围和精神的情况下能做出更改、修改、添加和/或变化，实施例只是说明性的而不是限制性的。
而且，已经结合目前认为最佳实践和优选实施例的内容描述了本发明，应理解本发明并不限于公开的实施例，而是相反，意图涵盖包括于本公开的精神和范围内的各种修改和等效布置。而且，上文所描述的各种实施例可以与其它实施例组合地实施，例如，一个实施例的方面可以与另一实施例的方面组合来实现另外的实施例。另外，任何给定组件的每个独立特征或部件可以构成额外实施例。

Claims (5)

1.一种形成金属瓶形容器的方法，包括：
提供主体制造机，所述主体制造机包括再拉模具，并且还仅包括第一变薄模具和第二变薄模具，其中所述再拉模具的接触部分定位于离所述第一变薄模具的接触部分4.5英寸处，并且所述第一变薄模具的接触部分定位于离所述第二变薄模具的接触部分6.6英寸处；
迫使铝杯通过所述再拉模具、所述第一变薄模具和所述第二变薄模具；
生产出完成的杯，所述完成的杯具有在8.83英寸至9.76英寸范围内的高度，并具有为四的高宽比；以及
直接在迫使杯通过所述第二变薄模具之后，在所述完成的杯的底部形成圆顶；以及
对杯形成颈部，以生成金属瓶形容器，
其中，迫使所述杯通过所述第二变薄模具将所述杯的侧壁厚度减小38％至42％之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，迫使所述杯通过所述第二变薄模具将所述杯的侧壁厚度减小39％至41％之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，迫使所述杯通过所述第二变薄模具将所述杯的侧壁厚度减小40％。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述完成的杯形成的瓶具有9.4英寸的高度，并且具有0.0083英寸至0.0086英寸之间的侧壁厚度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述铝杯由3104系列铝合金制成。
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