CN110218869A - 用回收废铝制造冲击挤压容器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一些新型铝合金，用于在冲击挤压制造过程中产生呈一定形状的容器及其他制品。在一个实施例中，回收废铝的混合物与相对较纯的铝结合使用以产生新型组合物，该组合物可在有利于环保的过程中成形和塑形。其他实施例还包括一些供冲击抽取过程使用的毛坯材料的制造方法，该毛坯材料包含回收的铝。

Description

用回收废铝制造冲击挤压容器

本申请是申请号为201280045120.2、申请日为2012年9月14日、发明名称为“用回收废铝制造冲击挤压容器”的发明专利申请的分案申请。

相关专利申请对照参考

根据美国专利法35第119条规定，本申请权利要求的优先权日为2011年9月16日提交第61/535,807号美国临时专利申请的日期，该临时申请已全部并入此案以供参考。

技术领域

本发明通常涉及合金，包括从回收材料制造的合金以及以冲击挤压过程制造铝质容器时所用的合金。具体而言，本发明涉及在以冲击挤压过程制造容器和其他制品时所用毛坯的制造过程中使用的方法、设备和合金组合。

背景技术

冲击挤压是一种制造具有独特形状的金属容器和其他制品的过程。这些产品通常由含钢、镁、铜、铝、锡或铅的软化金属毛坯制成。该容器在封闭铸模内由一个与冲头接触的冷毛坯形成。冲头产生的冲力使该金属毛坯在沿铸模外围和冲头内围发生形变。雏形形成后，该容器或其他器械被一个反向顶杆从冲头上除去，然后再使用其他缩颈和成形工具将该器件形成所需的形状。传统的冲击挤压容器包括强度要求高的喷雾剂容器和其他气压容器，因而使用比传统铝制饮料容器较厚和较重的材料。由于这些容器对厚度和强度的要求，与常规的通常采用3104铝金属饮料容器相比，制造这些容器的成本可能会很高。由于其独特的物理特性，常规的冲击挤压过程都使用几乎纯铝或“原始”铝，通常又称为“1070”或“1050”铝，这种铝由至少约99.5％的纯铝组成。

由于用软金属例如铝形成复杂形状的过程非常复杂，为了使冲击挤压过程能起作用，必须具有关键的冶金特性。这包括但不限于使用纯度非常高又很软的，通常含至少约99％纯度原始铝的铝合金。由于这一要求，将回收的材料，例如铝合金3104、3105或3004废铝用于喷雾剂和饮料容器的冲击挤压过程一直是不可行的。

因此很有必要找到一种重量轻但强度高的铝合金，用于形成冲击挤压容器及其他有用制品，并利用其他制造过程产生的废铝，以利于环境保护及节省宝贵的自然资源。

发明内容

因此，本发明涵盖了用一种新颖的系统、装置和各种方法，将废铝材料，例如3104、3004、3003、3013、3103和3105铝与其他金属材料结合，创造一种独特和新型的铝合金，这种铝合金可用于冲击挤压过程以形成各种形状的容器和其他制品。虽然在本文中一般被称为“容器”，但应该理解为，本过程和合金组合可用于冲击挤压过程形成具有任何形状的容器或其他制品。

所以，在本发明的一个实施例中呈现的是一个金属毛坯雏形的新合金，在冲击挤压过程中形成一种金属容器。在一个实施例中，该合金由一种回收的3105或3104铝，和一种较纯的1070铝组成，形成一种新的回收合金。在一个实施例中，一种利用40％3104合金的回收铝合金与一种1070合金混合，其组成包括下列成分：

大约98.47％Al；

大约0.15％Si；

大约0.31％Fe；

大约0.09％Cu；

大约0.41％Mn；

大约0.49％Mg；

大约0.05％Zn；

大约0.02％Cr；以及

大约0.01％Ti。

如下文诸表、权利要求书和详细说明中所提供，本文提供和涵盖了各种铝合金组合。对于每种合金，每种成分即Si、Fe、Cu等的含量都可以大约有15％幅度的变动，以达到令人满意的结果。而且，本领域技术人员都知道，本文中所述和用于冲击挤压过程的新型合金组合不一定完全或部分地由回收的成分和合金组成。相反，这种合金也可从以前从未用过，或以前从未投入生产或加工过程的库存材料融合而成。

本发明的另一方面，即可以提供一种新颖的形成独特合金的制造过程，而且该过程可包括但不限于将不同废料与其他纯金属混合，以产生一种特别适合于冲击挤压过程的独特合金。

本发明的另一方面，包括将某些特殊工具如缩颈器和容器制造业中的其他装置用于与冲击挤压过程结合的新型合金。本发明还进一步涵盖了与新型合金组合相关的新颖制造技术。

本发明的另一方面，提供了一种具有独特形状的容器或其他制品，其由本文提供和叙述的一种或多种新的回收合金组成。虽然这些容器最适宜于喷雾剂容器和其他类型的压力容器，但本文所述的组合和过程可用于制造任何形状的金属容器。

本发明的各种实施例中，提供了含有回收材料的轻质容器。至少可以实现以下优点之一：强度与重量比；破裂压力；形变压力；抗凹陷性；抗刮伤或磨损能力；及/或重量和金属含量的减少。本发明还包括了一些其他优点。而且，本发明的一些方面和特点提供了具有较高抗退火性的容器，从而允许使用固化温度较高的衬里材料。在各种实施例中，包含了一种合金，可用于生产具有较高抗退火性的冲击挤压容器，从而改进了容器的性能，及使用要求较高固化温度的涂料。还包括了为生产这类容器所作的容器设计和模具设计。

本发明的各种实施例中，包括一种铝毛坯和对应的含有回收材料的冲击挤压容器。回收的材料可以是工业上使用过的，也可以是消费过的材料，它们的使用提高了总的产品和过程效率。已知废料的很大一部分，例如制杯过程中产生的碎屑，比目前所用的基础1070合金所含合金元素的成分更高。这些合金元素，不仅提供各种成本和环境优势，同时还改变了铝的冶金特性。例如，这些元素的加入扩大了凝固温度范围。因此在铸造方面存在着挑战。比如，随着屈服强度上升和延展性下降，在轧带方面也产生了问题。已知再结晶特性将改变，使得有必要在热机械处理方面做出可能的改变，包括但不限于：轧制温度、轧制变形量、退火温度、退火过程，及/或退火时间。增强的最终抗张强度和屈服强度提高了冲击毛坯时的负荷吨位。

此外，由于改变了冶金特性，本发明的毛坯表面粗糙度和润滑也成为关键。挤压机上与本发明毛坯相关的负荷吨位通常较高。在各种实施例中，由于本发明对材料强度的提高，使标准容器性能规格实现了重量和/或壁层明显减轻减薄的特性。

因此，本发明的一个方面，包含一种用于在冲击挤压过程中从回收废料制造毛坯的方法，其包括：

提供含有3104、3004、3003、3103、3013和3105铝合金中至少一种的废金属。

将所述3104、3004、3003、3013、3103以及3104铝合金中至少一种铝合金与一种相对较纯的铝合金混合，以产生一种回收铝合金；

将一种硼化钛材料加入所述的回收铝合金；

在加热后用所述的回收铝合金形成一种毛坯；

在冲击挤压过程中使含有所述回收铝合金的毛坯变形为一种所需的形状，以形成一种呈一定形状的容器。

此发明的概述并非本意也不应被理解为代表本公开书的全部深度和范围。本公开书在发明概述和附图以及本发明的详细说明中以各种不同的详细程度得以阐明，无论各种要素、组成部分等是否包括在此发明概述中，都无意限制本公开书的范围。通过参阅详细说明，尤其是结合附图参阅，本公开书的其他方面将变得更加明显。

通过参阅本文中本发明公开的内容，本发明的各种优点将变得显而易见。上述各种实施例、目的和配置既非全部也非详尽无遗。应了解，如果单独或结合利用上文阐明或下文详细说明的一种或多种特点，本发明还会有其他可能的实施例。而且，此发明的概述并非本意也不应被理解为代表本发明的全部深度和范围。本发明在发明概述和附图以及本发明的详细说明中以各种不同的详细程度得以阐明，无论各种要素、组成部分等是否包括在此发明概述中，都无意限制本发明的范围。通过参阅详细说明，尤其是结合附图参阅时，本发明的其他方面将变得更为明显。

附图说明

图1显示了一种从回收铝材制造合金毛坯的方法；

图2显示了一种用于回收铝材的冲击挤压方法；

图3显示了一种连续的退火过程；

图4显示了材料1和材料2的组成比较；

图5显示了一个冲头和冲压模；

图6显示了用材料1和材料2制成的容器对形变压力的抗性；

图7显示了材料1和材料2的抗爆破压力抗性；以及

图8显示了对应于样品材料1和样品材料2的容器重量。

具体实施方式

本发明具有显著的优点，这些优点都是大量尝试和努力的结果。尽管按照要求在提及所公开的特定实施例时，使用了似乎是限制性的语言，但本申请人希望，本说明书及所附权利要求书与所公开的本发明之范围和精神全面保持一致。为了使本发明最密切相关领域的技术人员能够理解，参照构成本说明书一组成部分的附图，本文叙述了本发明方法的一个首选实施例，该实施例说明了包括用于实施本发明的最佳模式。在详细说明该示范性方法时，并未试图说明所有可能体现本发明的各种形式和修改方案。因此，本文所述的实施例是说明性的，而且本领域技术人员知道，可在本发明之范围和精神内以许多方式修改。

虽然以下文本提供了关于许多不同实施例的详细说明，但应该理解，该详细说明的法定范围是由本公开书末尾权利要求书中的语言所定义的。该详细说明应被理解为仅仅是示范性的，并非说明了每一个可能的实施例，虽然说明每一个可能的实施例并非不可能，但却是不切实际的。许多供选择的实施例可以利用当今的技术或本专利申请书提交日期之后开发的技术予以实施，后一技术仍将属于本权利要求书的范围。

关于本专利末尾权利要求书中所引用的任何术语，都使用单一词义，并且全文一致，其目旨在词义准确，不让读者困惑，并非有意将此术语在权利要求书中限制在此单一的词义，无论是通过含蓄方式还是其他方式。最后，如果一个权利要求要素在定义中不列出“手段”一词，并且一种功能不列出任何结构，这并不意味着其任何权利要求要素的范围就应根据美国法典第35篇第112条第6段的应用来进行解释。

如附表和文字叙述所示，各种铝合金是以数字代号表示的，例如1070或3104。正如本领域技术人员所了解，铝是由其最主要的对应合金元素表示的，通常是四位数字。这四位数字的第一个数字对应于一组铝合金含有的同一主要合金元素，例如2XXX表示含铜，3XXX表示含锰，4XXX表示含硅等。因此，任何铝合金的对应参照都是与整个铝和容器制造业所采用的表示方式一致的。

现在参阅以下表格、附图和照片，其中包涵了一种新型回收铝合金，用于在冲击挤压过程中使用的金属毛坯，以制造呈一定形状的金属容器和其他器具。在某些情况下，有些细节可能已从这些附图、照片和图表中省去，因为这些细节对理解本发明并非必需，或会使其他细节变得难以理解。当然。应该知道，本发明并不限于附图所显示的具体实施例。

在以下提供的许多图表和实施例中，术语“ReAl”或“RE”等可用于表示某一特定的合金。因此，术语“ReAl”或“RE”仅仅是代表含有回收铝的金属的标识符。在某些情况下，本领域熟知的3104铝合金是与另一种材料，通常是1070铝合金，一起回收的。“ReAl”后面的数字和百分比表示与1070铝合金结合以形成用于冲击挤压过程的新合金的3104回收合金的百分比。例如，ReAl 3104 30％或RE 3104-30表示30％的3104合金与70％较纯的1070铝合金结合，以形成一种含有图表中所示Si、Fe、Cn等冶金组分的新合金。其他图表提及数字“3105”和某给定合金中合金的百分比，例如20％或40％。与3104合金类似，术语“3105”是本领域技术人员众所周知的一种铝合金，而20％或40％则反映了与一种相对较纯的1070铝合金混合以形成新型合金的合金的量，该新型合金用于制造容器如喷雾剂罐的金属毛坯和冲击挤压过程。虽然在下面图表中并未提供，但在该过程中使用3004废料或不是废料的3004铝锭以产生新合金仍然是可行的。下面的表1指出了本文讨论的各种不同组成的合金的一个实例。表中列出的所有数值均为近似值。

表1

表2显示了回收的毛坯材料的组成，其中的纯铝是铝合金1070，回收的废料是具有不同百分比含量的3104。表中列出的所有数值均为近似值。

表2

表3显示了回收的毛坯材料的组成，其中纯铝是铝合金1070，回收的废料是具有不同百分比含量的3105。表中列出的所有数值均为近似值。

表3

表4显示了回收的毛坯材料的组成，其中的纯铝是铝合金1070，回收的废料是具有不同百分比含量的3004。表中列出的所有数值均为近似值。

表4

图1显示了一种从回收铝100制造合金的方法。回收铝被加工以制造可用于冲击挤压过程的毛坯。毛坯形成之后，被进一步加工以制造容器，如图2所示。此过程将在下面更详细地讨论。

本发明的一个方面是一种制造回收铝材的方法。回收的铝坯材料可包含回收的废铝和纯铝，两者一起熔化和铸造以形成一种新的回收铝坯。适宜的回收铝材可包括许多3XXX合金，尤其是3005、3104、3105、3103、3013以及3003。在量少的情况下，也可用其他合金以达到预期的化学组成。合金3104废料通常来自于饮料罐工厂。合金3005通常来自于汽车工业。纯铝可包括铝合金1070或1050。各种各样的废铝资源都可以作为ReAl合金元素的来源。

纯铝合金例如1050或1070可与元素添加法一起使用，以达到预期的ReAl化学组成。

熔化

含有回收废铝的废铝块被熔化，以利于与熔融的纯铝102混合。回收的废铝可包含铝合金3005、3104、3105、3003、3013或3103。当炉内火焰与回收的铝直接接触时，表面有少量的铝被氧化。如果表面积很大，例如压紧的废铝块，氧化的材料量和熔化损失比表面积较小的废铝块高。因此，利用间接方法加热材料的熔化炉与利用直接火焰冲击的熔化炉相比，前者是首选。

更具体地说，熔化过程可以在几种类型的炉子内进行。例如，可以使用通常用于生产传统冲击挤压毛坯的反射炉112。铝受到直接火焰冲击。当熔化压紧的薄铝块时，熔化损失可能较高。因此，由于熔化损失高，反射炉112并非是生产ReAl毛坯的首选方法。

通常，利用间接方法加热材料的炉子是首选。利用间接方法加热材料的炉子包括但不限于侧井炉和旋转炉。侧井炉110可作为炉子使用。侧井炉容纳铝，其中的燃气烧嘴将热量传给熔融的金属。然后，熔融的金属再用于熔化废料。侧井炉还有一个通过侧井使熔池循环的螺旋桨。废铝进入侧井的流量，使得物料在循环至侧井炉内有可能遭遇直接火焰冲击的那部分之前就基本上熔化。侧井炉110的使用是熔化废金属以生产ReAl的首选方法。

作为一种选择，也可使用旋转炉104。旋转炉104类似于一个混凝土搅拌机。废铝在旋转筒内一个角落翻滚。火焰被从这一区域引开并加热耐火衬里。加热的衬里转动并与铝接触将能量传递给铝。旋转炉104是ReAl生产中熔化废料的首选方法。如果使用旋转炉104或侧井炉110，排出旋转炉104或侧井炉110的废料可在一个与毛坯生产分开的操作过程中被熔化和铸造成铸锭、铸块或锭块106。这些铸锭、铸块或锭块可在第二个反射炉108内熔化，熔化损失极小，因为表面积相对较小。

如果在熔化过程中熔化损失确实增加，则必须从熔池中除去浮渣。

在一个实施例中，硼化钛(TiBor)114恰在铸造机之前被加入熔融的铝合金混合物，加入方式通常是在铝的连续进料中分散硼化钛。作为一种选择，TiBor也可以在废铝合金在炉内时就加入。TiBor可在加工过程中改善ReAl的晶粒结构。TiBor浓度在约0.5公斤/公吨至约1.3公斤/公吨之间。在某些实施例中，TiBor浓度为约0.6公斤/公吨。

铸造

在熔化过程之后，即铸造熔融的合金。在铸造过程中，利用多种铸造技术中的一种，使熔融的合金凝固成具有任何适宜尺寸的连续平板。在本发明的某些实施例中，铸造的平板为约8-14英寸宽和约0.75-1.5英寸厚。铸造速度应在约0.5至约0.8公吨/小时/英寸宽的范围内。在某些实施例中，铸造速度可为约0.62公吨/小时/英寸宽。

可以使用不同的铸造方法并从轮带式铸造机118、Hazelett铸造机116、双辊铸造机120和/或锭块铸造机122中选择铸造机。当使用轮带式铸造机118时，熔融的铝在凝固过程中被夹在一凸缘轮和一条厚金属带之间。该金属带于约180°温度绕在凸缘轮上。凸缘轮和金属带均在背面用水冷却以优化和控制散热。此轮带式铸造过程常用来制造1070和1050毛坯。但是，该厚钢带是刚性的，不能偏转及与因凝固而收缩的平板保持接触。ReAl合金扩大了这一效应，因为它比更纯的合金如1050和1070在更广的温度范围内凝固。

作为一种选择，也可使用Hazelett铸造机116。当使用Hazelett铸造机116时，熔融的铝在凝固过程中被夹在两条柔性钢带之间。用链条固定钢闸块以形成模具的侧面。该平行钢带略微向下倾斜使得重力能将熔融的铝送进系统。将高压水喷在两条钢带的背面以优化和控制散热。此高压水也会偏转钢带使它与正在凝固和收缩的平板保持接触。这种钢带偏转使得Hazelett铸造机116能够生产范围很广的铝(及其他)合金。该Hazelett铸造过程通常用于生产建筑用铝带，且可用于生产冲击挤压毛坯。

作为一种选择，也可使用双辊铸造机120。当使用双辊铸造机120时，熔融的铝在凝固过程中被夹在两根逆向转动的水冷轧辊之间。该过程提供了很小的凝固区，因此只限用于相对较薄的“平板”。在这种厚度，术语“带”也许比“平板”更为准确。这一过程通常用于铝箔的制造。

作为一种选择，也可使用锭块铸造机122。当使用锭块铸造机122时，熔融的铝在凝固过程中被夹在一系列用链条固定并形成模具侧面的钢块之间。该锭块是用水冷却的，以优化和控制散热。

可在与平板接触的铸造机部件上施加润滑粉。更具体地说，根据需要可施加石墨粉或硅石粉。在铸造过程中及其之后，温度控制很重要。无论使用什么铸造过程，在铸造过程中必须仔细控制凝固过程中平板的冷却速率和温度变化。轮带式铸造机118是通过降低冷却水流量来达到这一点。如果使用Hazelett铸造机116，可使用用于一般控制的水流量和平板上的燃气流量来严密地调节温度。必须控制铸造机附近的环境条件，尤其是空气流量。当使用燃气流量调节平板温度时，这种空气流量控制尤其关键。

还必须仔细控制铸造机出口的平板温度。铸造机116出口的平板温度必须高于约520℃，但是铸造机出口平板上任何部分的最高温度必须低于约582℃。

轧制

在铸造后，用热轧机和冷轧机124/126将平板厚度从约28-35毫米减少到约3毫米至约14毫米之间的规定厚度。在热轧机124/126和冷轧机130/132上减少的相对厚度显著地影响成品的冶金晶粒结构。热轧机出口的平板厚度可以变化。在某些实施例中，热轧124/126后的平板厚度在约6毫米至约18毫米之间。为了达到规定的厚度，当平板仍然处于约450至约550C之间的高温时，让平板在两个逆向转动、其间隙小于进料平板厚度的轧辊之间通过。轧机有两种常用的结构。最常用的是只有两根与平板/带接触的逆向转动轧辊的双辊轧机。使用两台轧机以达到所需的厚度。但是，也可使用不同数目的轧机，如1台、3台等。也可以选择使用一种设计先进的四辊轧机，其中两根逆向转动的轧辊即工作轧辊受到两根较大轧辊的支持。也可以选择使用一台热轧机126。作为一种选择，还可使用多台热轧机，平板可以循环至热轧机124/126，以达到规定的厚度。

在热轧124/126过程中，合金材料可动态性再结晶和/或恢复。这种再结晶和/或恢复是平板/带受热而引起的一种自身退火过程。可能发生动态性再结晶和/或恢复的温度随合金含量而变，因此对于1050/1070和ReAl合金而言是不同的。在大多数情况下，ReAl材料发生动态性再结晶和/或恢复的温度是在约350℃至约550℃之间。

在热轧机124/126之后，热轧带材被浸入骤冷槽128。骤冷槽128盛有可将带材温度降至接近环境温度的水。在骤冷之后，带材被送入冷轧机130/132。该带材可处于环境温度，并在两个逆向转动、其间隙小于进料厚度的轧辊之间通过。通常，可使用两台轧机以达到所需的厚度。但是，也可使用不同数目的轧机，如1台、3台等。在环境温度下，冷轧带材不会再结晶。这种冷的操作条件导致材料的屈服强度上升及延展性下降。冷轧机130/132可具有双辊和四辊结构。四辊结构可达到较好的厚度控制，因此在冷轧过程中是轧制最终厚度时最可能的首选。也可以选择再增加一台冷轧机132。作为一种选择，也可使用多台冷轧机，且平板可以多次循环通过冷轧机130/132，以达到规定的厚度。

在热轧机124/126和冷轧机130/132上厚度减少的相对量对退火过程中的恢复和再结晶动力学有很大的影响。最佳比率随合金含量、轧机能力和最终带材厚度而变化。

带材的内磨擦引起冷轧过程130/132中温度上升，使带材发热。因此，带材可在冷轧130/132后于约15至约50℃，最好约25℃，常温冷却134约4小时至约8小时。作为一种选择，冷却后的带材通常储存在仓库任其恢复至环境温度。

冷却后的带材经过冲压136。冷却后的带材被展开并送入冲压机上的模具。该模具将带材切成圆形毛坯，当然，根据模具形状和/或所需最终产品的不同，可以使用任何形状的毛坯，例如三角形、椭圆形、圆形、正方形、菱形、矩形、五角形或类似图形。为了控制毛边，可以修改冲压工具。例如，可以修改该工具，使得模具的按钮凹槽在约0.039英寸x25°至约0.050英寸x29°之间。

退火

也可以选择将冲压的毛坯加热，使晶粒再结晶并理想地形成均匀的等轴晶粒结构。此过程降低了材料的强度但增强了延展性。退火可以用分批退火138和/或连续退火140方式进行。

当冲压的毛坯分批退火138时，可将冲压的毛坯松散地装入夹持装置中，例如金属丝网篮中。几个夹持装置可在炉子里堆在一起。关闭炉门，可将毛坯加热至预定的温度并保持一定时间。炉子的预定温度最好是在约470℃至约600℃之间并保持约5至9小时，尽管退火时间和温度会强烈地相互影响并受毛坯合金含量的影响。可将炉子停掉让毛坯在炉内慢慢冷却。由于炉内有大量的冲压毛坯，毛坯温度可能会相当的不一致性。堆在外面的毛坯能较快地达到较高的温度。中间的毛坯加热较慢且永远不会达到周边毛坯所能达到的最高温度。而且，用空气干燥毛坯可能会引起氧化物的形成。为了避免或减少氧化物的形成，当炉子达到温度和/或被冷却时，可用惰性气体在炉内循环。作为一种选择，也可在惰性气氛或真空中分批退火138。

作为一种选择，冲压的毛坯可以连续退火140。当冲压毛坯连续退火140时，将毛坯松散地分布在金属网传送带上通过一台多区炉。将冲压毛坯迅速地加热至最高金属温度，然后迅速冷却。此操作过程可在空气中进行。所述最高金属温度在约450℃至约570℃之间。该最高金属温度影响最终冶金特性。最佳冶金特性的最高温度受合金含量的影响。连续退火140是生产ReAl毛坯首选的过程。连续退火140提供了优于分批退火的两个优点。首先，处于高温的时间较短，从而减少了毛坯表面氧化层的形成。铝氧化层是一个令人担忧的问题，而镁氧化物层其极高的磨蚀特性，则是更令人担忧的主要问题。冲压毛坯表面增多的镁氧化层可造成冲击挤压过程中的过度刮伤。在长期的运行过程中，这些刮伤是一种不可接受的质量缺陷。其次，精确控制和均匀的热循环，包括迅速加热、将高温控制在有限时间内以及连续退火过程140中的迅速冷却，使冶金晶粒结构更好和更均匀。这就相应地产生强度较高的冲击挤压容器。较高的强度使得在冲击挤压容器中有进一步减轻重量的可能性。图3显示了连续退火过程的温度曲线。

表面处理

也可以选择通过使冲压毛坯表面变粗糙的方式来处理冲压毛坯的表面。可使用不同的方法来处理冲压毛坯的表面。在一个实施例中，可使用一种翻滚过程142。将大量的冲压毛坯置于滚筒或其他容器中，旋转或振动该滚筒。当毛坯落到其他毛坯上时，一个毛坯或毛坯双方都可能出现凹陷。使表面粗糙的目的是增加冲压毛坯的表面积并产生凹陷以容纳润滑剂。冲压毛坯的大表面也可以与剪切面一起处理。

在另一个实施例中，可使用喷丸处理过程144。在喷丸处理过程144中，大量的毛坯被置入一封闭的滚筒并承受铝丸或其他材料的冲击。铝丸在毛坯表面形成许多小坑。略微翻滚毛坯使得铝丸能接触毛坯的所有表面。

喷丸处理144是生产ReAl毛坯首选的过程，而且剧烈的喷丸处理已被显示是从毛坯表面除去氧化层最有效的方式。这种除去表面氧化层的方式对于除去粘性的镁氧化层是尤其关键的，如果不从毛坯除去粘性的镁氧化层，它们将导致冲击挤压容器的刮伤。

毛坯加工

图2显示了一种用回收废料制作的毛坯(如图1所示)制造金属容器200的方法。

可使用毛坯润滑过程202，其中毛坯与一种粉末状润滑剂一起翻滚。任何适宜的润滑剂都可以使用，例如Sapilub GR8。通常约100公斤毛坯使用约100克润滑剂。润滑剂与毛坯一起翻滚将迫使润滑剂附在毛坯上。如果毛坯已经粗糙化处理过，毛坯与润滑剂一起翻滚就将迫使润滑剂进入表面处理操作过程中产生的凹陷内。

毛坯润滑过程202后，经润滑的毛坯将经受冲击挤压过程204。更具体地说，将经润滑的毛坯置入一个具有精确形状的粘合碳化物模具。用一个也具有精确形状的钢冲头冲击经润滑的毛坯，铝坯就被反向挤离模具。该模具的形状决定了容器的挤压管体部分的壁厚。虽然此过程通常被称为反向挤压，但如本领域技术人员所能理解，也可使用正向挤压过程或一种反向和正向挤压的结合。

也可以选择进行罐壁压薄过程206。该容器可在一个冲头和一个具有负间隙的压薄模具之间通过。罐壁压薄过程206使得罐壁变薄。ReAl合金的较高强度增加了模具的偏转。因此，需要一个较小的模具以达到所需的壁厚。这一可选的过程优化了材料的分布并使较长的管体保持笔直。

也可以选择在冲击挤压过程204或罐壁压薄过程206之后，在该容器底部进行圆顶成形208。圆顶的全部或一部分可在压薄冲程结束时或在修边器内形成。

在圆顶成形之后，刷理210该容器以除去表面缺陷。用一个来回摆动的金属刷或塑料刷，通常是尼龙刷，刷理旋转的容器。而且，如果该容器已经过罐壁压薄206和/或圆顶成形208，即可进行刷理210。

在刷理210之后，在碱性溶液中洗涤212该容器以除去润滑剂和其他碎屑。碱性洗涤液212可含有氢氧化钠或氢氧化钾，或本领域技术人员所知的其他类似化学品。

涂层

该容器内部通常是喷涂214a。在一个实施例中，该涂料可以是基于环氧树脂的。涂料可以是任何适当的方法，包括但不限于喷涂、漆涂、刷涂、浸涂，或类似方法。涂层热处理的温度在约200至250℃之间，时间约5至15分钟。

底涂层216a通常是涂在该容器的外表。该底涂层可以是一种白色或透明的底层。涂料可以是任何适当的方法涂层，包括但不限于喷涂、漆涂、刷涂、浸涂，或类似方法。涂层热处理216b的温度在约110至180℃之间，时间约5至15分钟。

也可以在已含底涂层的容器上再涂上装饰彩油218a。装饰彩油可以是任何适当的方法，包括但不限于喷涂、漆涂、刷涂、浸涂、印刷或类似方法。装饰彩油热处理温度在约120至180℃之间，时间约5至15分钟。

将透明的表层清漆220a涂在管体上。清漆可以用任何适当的方法涂上，包括但不限于喷涂、漆涂、刷涂、浸涂，或类似方法。清漆热处理220b的温度在约150至200℃之间，时间约5至15分钟。

圆顶成形

也可以选择在该容器底部形成圆顶或完成圆顶成形222。圆顶成形222可在此阶段完成以确保装饰延伸至该容器的直立表面。两阶段圆顶成形操作(在修边230前和缩颈224前)的一个优点是底涂层延伸至成品罐的直立表面。但是，这一方法可能导致内部涂层较高的裂开率。通过在缩颈前减少最终圆顶深度，此问题可得以解决。

在随后的一系列操作中，容器的开口直径可通过一个被称为缩颈224的过程缩小。需要多少缩小工序取决于容器直径的缩小程度和颈部的形状。对于ReAl合金材料，通常预期会有较多的缩颈工序。而且，随着合金含量的变化，预期要进行某些修改。例如，在某些情况下，一种修改要求改变缩颈中心导向器。当加工顶部较薄、重量轻的ReAl容器时，必须安装较大的中心导向器。

也可以选择将该容器的本体塑形226。塑形228则可分许多不同的阶段进行。与传统的冲击挤压过程相比，ReAl合金可能需要更多的塑形阶段。类似于缩颈过程，当ReAl容器塑形时，必须使用较小的工序。

压花

可选地，模具可垂直于该容器的轴而移动，在该容器上压出浮花形状228。当使用ReAl材料时，压花228过程中施加的力可比使用传统冲击挤压材料时较大，因为它比1070或1050合金具有较高的强度。

修边和卷边

金属的流动性在缩颈224过程中可产生一种参差不齐的、因加工而硬化的边缘。因此，在卷边之前先得进行修边230。由于各向异性的区别，ReAl在缩颈224过程中以不同的轮廓变厚。因此，当缩颈量大和合金含量高时，有可能需要进一步的修边操作。

该容器的开口边向自身卷起232，形成一个可安装气阀的表面。对于饮料瓶，该卷边可接受一个顶冠盖。

也可以选将少量的材料从卷边顶部削去，此过程被称为磨口234。安装某些气阀时可能需要进行磨口234。

检验和包装

可以选择对容器进行检验235。检验步骤可包括照相测试、压力试验，或其他适当的测试。

容器可以打包。也可以选择将该容器捆扎238。当捆扎238时，将容器分组排列。分组数目大小可以变化，在某些实施例中，约100个容器分为一组。分组数目大小可取决于容器的直径。可使用塑料捆扎或其他类似的已知过程捆扎成组的容器。对于ReAl容器的一个特殊考虑是，必须控制捆扎力量以避免接触压力高的捆扎区域出现凹陷。

在一种供选择的包装方法中，类似于饮料容器，用托盘散装240个容器。

实例

使用两种材料测试了ReAl 3104 25％毛坯。材料1使用了用压罐机废料生产的再熔化二次铸锭(RSI)。材料1样品在波尔先进铝技术公司(Ball Advanced AluminumTechnology)设在加拿大舍布魯克市和弗吉尼亚州的工厂制造。材料2是熔融的压块废料。材料2样品在法国Copal,S.A.S.制造。图4显示了材料1与材料2的比较。由于镁的严重损失，与材料2的溢流组成相比，材料1的组成更接近于18％3104压罐机废料的含量。熔化压块3104压罐机废料的加工类型可能对ReAl材料的最终化学组成有影响。

材料1样品的表面处理方式是喷丸。材料2样品的表面处理方式是滚磨。

表5显示了表面处理后对照材料1050、材料1和材料2的毛坯硬度。

表5

合金	1050(对照)	材料1	材料2
				硬度(HB)	21.5	29	30.7

由于表面处理，表5列出的值可能比退火过程后测量的值更高。材料1的硬度比对照材料1050高出约35％，材料2的硬度比1050高出约43％。

所用的润滑剂是Sapilub GR8。表6显示了对照材料1050、材料1和材料2的100公斤毛坯的润滑参数和润滑剂重量。请注意，对照材料1050(GTTX)的润滑剂不同于含有材料1和材料2(GR8)毛坯的润滑剂。

表6

100公斤毛坯的润滑参数	1050(对照)	材料1	材料2
				润滑剂重量(克)	100(GTTX)	125(GR8)	110(GR8)
滚筒旋转时间(分钟)	30	30	30

所以毛坯的润滑过程在一个离线的滚筒上进行。表面处理的类型不同，润滑剂使用的比率也不同(滚磨表面处理比喷丸表面处理需要的润滑剂更少)。

所用的整体模具是标准的烧结碳化物GJ15–1000HV。冲头是Bohler S600–680HV。模具的形状是圆锥形。

将管体刷洗清理使潜在的划痕和刮痕显现出来。该容器内部的清漆是PPG HOBA7940-301/B(环氧酚醛类)。上内部清漆环氧酚醛类PPG 7940的设定参数是标准的。固化温度和时间分别为约250℃和约8分钟30秒。在内部上清漆后，没有孔隙率的问题。

将光泽型白色底涂在该容器上。再将一种印刷图案附在该容器上。

实例1

实例1利用材料1和材料2，毛坯直径为约44.65毫米、高度为约5.5毫米。毛坯材料重量为约23.25克。加工后但修边前的容器最终高度为约150毫米+/-约10毫米、直径为约45.14毫米。容器的最终厚度为约0.28毫米+/-0.03毫米。容器的最终重量为约23.22克。使用了一种标准的缩颈模具。

一般而言，材料1的毛坯性能较好，管体内外既无划痕也无刮痕。材料2的毛坯较易被刮伤，且对冲头表面有较大的磨蚀作用。在使用材料2的毛坯后，冲头因磨损而需要更换。可能需要一个较大的冲头以达到该容器参数。

实例2

实例2利用材料1和材料2，毛坯直径为约44.65毫米、高度为约5.0毫米。毛坯材料重量为约21.14克。加工后但修边前的容器最终高度为约150毫米+/-约10毫米、直径为约45.14毫米。容器的最终厚度为约0.24毫米+/-0.03毫米。容器的最终重量为约20.65克。使用了一种直径较大的导筒。该导筒的直径为约0.1毫米。

由于使用了一个崭新的冲压模和冲头，壁厚(<约0.02毫米)几乎未出现过偏心现象。同样，材料1的毛坯性能似乎比材料2的毛坯好。确实，与实验1的结果类似，材料1的容器内外几乎无可见的刮痕。当使用材料2的毛坯时，在6-7ku后，在容器外部但主要在容器内部时而有刮痕出现。此外，冲头明显磨损。图5显示了一个钢冲头和一个烧结的碳化物冲压模。在冲压完材料1的所有毛坯后，冲头表面无任何划痕。烧结碳化物冲压模的周边被严重损坏。两种实验的冲压速度范围均为约175cpm，而且两种实验进行时均非发生大的停顿。

表7显示了在实验1中材料1和2，以及实验2中材料1和材料2使用所讨论参数时，施加在样品上的挤压力。同时显示了对照材料1050。

表7

合金	1050(对照)	材料1	材料2
				实例1挤压力(kN)	1050-1100	1090-1150	1100-1170
实例2挤压力(kN)	-	1130-1200	1150-1300

无论材料或毛坯的初始尺寸如何，样品各处的挤压力量均无显著增加。这些数值远低于最终容器尺寸的安全极限。

表8显示了使用实验1的毛坯尺寸时材料1和2的管体参数，以及使用实验2的毛坯尺寸时材料1和2的管体参数。

表8

如表8所示，除了实验2中的材料2，每种材料的底部厚度均在公差范围内。对于实验2的任何一种材料，底部壁厚公差和顶部壁厚公差均未达到要求。

表9显示了膨胀深度(毫米)和孔隙率(mA)，后者是内部涂层完整性的量度。

表9

实验1和实验2中尺寸参数的管体，都用材料1和材料2毛坯进行了适当的缩颈加工。为了加工重量较轻的罐，需要新的导筒，缩颈形状和所有尺寸参数均在规格之内。卷边前的烟筒厚度(约0.45至约0.48毫米，包括白色底漆)已经足够厚。而且，缩颈处约为2.4毫米的修边长度是令人满意的。

由材料1和材料2制造的毛坯在缩颈工序经过膨胀后都产生了孔隙。在减少膨胀深度后，孔隙率水平恢复正常。而且，对于材料2再次减少膨胀深度有助于解决孔隙率问题。

至于耐压性，即使是重量较轻的罐，其结果也非常可观。令人惊讶的是，材料1的毛坯具有较高的耐压性(约+2巴)，即使它们的镁和铁百分含量比材料2的毛坯低。尽管原因不明，但这可能是材料1连续退火而非分批退火的结果。图6显示了罐的初始形变压力，图7则显示了罐的抗爆破压力抗性。图8显示了容器重量和合金组成。

虽然本发明的各种实施例已经详细说明，但很显然，本领域技术人员会想要对于那些实施例的修改和变更。然而，应该明确地理解，这样的修改和变更均在如下权利要求书所阐明的本发明之范围和精神之内。而且，本文所述的本发明可以有其他实施例及以各种方式实施或执行。此外，应该理解，本文所用的措辞和术语是为了说明的目的，而不应被认为是限制。本文中使用的“包括”、“包含”或“再加”及其变通说法，均意为包括其后所列的项目及其对等物，以及其他项目。

Claims (20)

1.一种在冲击挤压制造过程中利用回收废料从毛坯制造的呈一定形状的容器的过程，该容器具有开口端以适于接收气阀和顶冠盖，所述过程包括：

提供含有3104、3004、3003、3103、3013和3105铝合金中至少一种的20％到60％的废金属；

将所述3104、3004、3003、3013、3103以及3105铝合金中的至少一种铝合金与至少40％的AA 1070铝合金混合，以产生一种回收铝合金；

向所述回收铝合金中加入0.5公斤/公吨到1.3公斤/公吨的硼化钛；

在约520℃到约582℃的铸造温度下铸造该回收铝合金，以形成具有约28毫米到35毫米之间厚度的平板；

在约450℃至约550℃的热轧温度下对平板热轧，以将平板的厚度减小到约6毫米至约18毫米之间并制造出热轧平板；

对热轧平板进行冷轧，以将热轧平板的厚度减小到约3毫米至约14毫米之间，以制造出轧制平板；

用一模具冲压轧制平板，以用轧制平板形成毛坯；

将所述毛坯放入一模具中；和

在冲击挤压过程中使含有所述回收铝合金的所述毛坯变形为一种所需的形状，以形成一种呈一定形状的容器。

2.权利要求1所述的过程，其中所述的混合过程包括在间接加热过程中加热所述的3104、3004、3003、3013、3103、3105以及AA 1070铝合金。

3.权利要求1所述的过程，其中所述毛坯的形成过程进一步包括从铸造设备形成的平板形成各个毛坯，在连续退火过程中使所述毛坯退火，并喷丸处理所述毛坯以增加表面积。

4.权利要求1所述的过程，还包括在该容器底部进行圆顶成形。

5.权利要求1所述的过程，还包括在约450℃至约570℃之间的温度下对毛坯进行退火。

6.权利要求1所述的过程，还包括在约470℃至约600℃之间的温度下对毛坯进行分批退火。

7.权利要求1所述的过程，还包括对毛坯进行表面处理以增加毛坯的表面积。

8.权利要求1所述的过程，还包括对毛坯的表面进行润滑。

9.权利要求1所述的过程，还包括：

对毛坯进行表面处理以增加毛坯的表面积，以形成具有多个凹陷的大表面积毛坯；和

用润滑剂对大表面面积毛坯的多个凹陷进行润滑。

10.权利要求1所述的过程，还包括将轧制平板冷却到约15℃至约50℃的冷却温度。

11.权利要求1所述的过程，还包括对容器的壁进行压薄。

12.权利要求1所述的过程，还包括：

向容器的内表面施加内涂层；和

在约200℃至约250℃之间的温度下对内涂层进行固化。

13.权利要求1所述的过程，其中毛坯的质量为约21.14克至约23.25克。

14.权利要求1所述的过程，其中毛坯的直径为约44.65毫米，且其中毛坯的高度为约5.0毫米至约5.5毫米。

15.权利要求1所述的过程，其中容器的高度为约140毫米至约160毫米。

16.权利要求1所述的过程，其中容器的厚度为0.21毫米至约0.31毫米。

17.权利要求1所述的过程，其中所述铸造过程是在轮带式铸造机和双带式铸造机中至少一种铸造机中进行的。

18.权利要求1所述的过程，其中所述的冲压过程包括将所述合金带送入安装在压机上的模具。

19.权利要求11所述的过程，还包括

在将毛坯放入模具之前对毛坯进行表面处理，其中所述表面处理包括下列方法中的至少一种：用铝丸冲击所述回收铝合金毛坯及让所述回收铝合金毛坯在滚筒中翻滚。

20.权利要求1的过程，还包括用润滑剂润滑所述毛坯。