CN1256671A - 具有螺纹颈部的喷雾罐的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种具有螺纹颈部的金属罐(1)的制造方法,螺纹颈部用来固定任何类型的可拆卸头部,该方法至少包括下列步骤:a)实现一个具有底和圆柱形壁或有形状的壁的罐,b)在罐的开口端形成一个颈部(4),c)使用一个环(5),该环有一个中央孔(52),在其外表面(55)有螺纹(54),将该环(5)以其中央孔(52)嵌套在前一步骤形成的颈部(4)周围;d)使颈部(4)塑性膨胀,使其外表面(42)的直径达到大于环(5)中央孔(52)在静态时的内径的一个值。

Description

具有螺纹颈部的喷雾罐的制造方法

技术领域

本发明涉及一种低碳钢或者铝合金的，以深冲、冲压-拉伸或挤压法实现的，内壁覆有保护层的金属罐的制造方法，所述罐具有一个螺纹颈部，用来固定任何类型的循环使用经济型可拆卸头部，例如喷雾器分配头，但颈部也可以用来固定一个封闭盖。现有技术

按照现行的实际应用技术，比如文献GB1445758所述的，人们从低碳钢或铝合金的圆材或扁材通过深冲、对圆片冲压-拉伸或者对柱坯尾端挤压而实现有底和圆柱形壁的罐体。这种罐体在成形之后通常在其内壁上涂漆、在其外壁上涂漆和/或涂料。然后使罐体的开口端形成直径较小的圆柱形颈部，该开口端因此要承受强烈的收缩塑性变形。

由于实际应用到滚筒或喷雾器上时的原因，在进行缩口之前，最好在圆柱形壁上涂漆或者涂料。对于任何用途，都需要在内壁上涂漆，以避免裸露的金属与罐中装的东西接触。在罐的整个使用过程中，其金属表面都应当确实受到良好的保护，而且，重要的是，内壁的漆层应当完整而连续地覆盖内壁。在现有技术中，已经开发出了能够无损伤的承受收缩变形的漆和涂料。

由于所使用的金属、如低碳钢或铝合金是成本低且易于回收的包装材料，最好使罐上能够旋拧喷雾器分配头甚至盖子，就象在玻璃或者塑料瓶的情况下一样。所述罐例如可以装满销售或者只是简单地盖上一个旋拧的盖子。使用者按其需要拧上或拧下用来多次使用的分配头。所述罐然后可以再填充，或者也可以连同其它垃圾一起扔掉而进入回收过程。

为了得到这样的符合“循环使用经济型”原则的金属容器，应当能够例如在容器的颈部实现螺纹，以便固定任何类型的头部。螺纹的实现应当不对前述漆层造成损伤，漆层应当一直具有其保护特性，而在颈部的成形过程中，它已经承受了强烈的收缩变形。

迄今为止，螺纹通常都是借助于一个具有螺纹型腔的内部工具和一个外部工具实现的，内部工具主要用作支承件和成形模，外部工具作为一个或若干个滚轮。欧洲专利申请EP0510291(NUSSBAUM)描述了一种改进的螺纹实现方法，其中，螺纹是借助于一个内部工具和一个外部工具成形的，使每一个工具都旋转，并使所述旋转协调进行，以使得在颈部材料和每个工具之间都有滑动。这样，就避免了颈部的金属在外部攻丝工具的上游堆积、弯曲并在工具的前进方向上再被推移。

然后，颈部在同一装置上被切割，也就是说，切割时容器并不取下来。切割后在环绕容器口的边缘上就留下了一个裸露的表面，也就是说，该表面没有被保护，还遗留有毛刺。提出的问题

尽管在工具和颈部材料之间实现了一定的滑动，但仍不能避免漆层受到新的损伤。在颈壁的内外两侧，螺纹处的漆层都观察到了微裂纹。这些裂纹使得罐体对于所装物品的腐蚀更加敏感了。

而且，这样得到的罐体也不能实现分配头相对于边缘和肩部的精确安装。无法很好地控制头部的定位，这样的不利后果是，既有损于装置的密封性，也有损于装置的美观。发明目的

本发明的方法是一种金属罐的制造方法，该方法至少包括下列步骤：

a)例如通过深冲、冲压-拉伸、挤压或者挤压-拔制，而实现一个具有底和圆柱形壁或有形状的壁的罐体，此步骤之后可以有这样的步骤：至少在圆柱形壁的内表面上涂上漆或者涂料，然后对漆进行退火处理；

b)在罐体的开口端缩口，以形成一个颈部，此步骤之后可以有这样的步骤：垂直于罐体的轴切割颈部的开口端；

c)使用一个环，该环有一个中央孔，在其外表面有螺纹，将该环以其中央孔套在前一步骤形成的颈部周围。此步骤的操作在下文称作“嵌套”；

d)使颈部塑性膨胀，使其外径达到大于环的中央孔在静态时的内径的一个值。

该方法的特征在于环的使用，该环例如是用塑料模制的(但也可以是任何其它的材料：机械加工或模锻的金属等)，总体上呈环形，具有一圆柱形内壁和一个具有螺纹的圆柱形外壁，所述内壁在后面称为中央孔。中央孔的直径稍稍大于颈部刚刚在罐体上形成时的外径，以便环可以自由地嵌套。

在环外表面上形成的螺纹最好是标准螺纹，例如为三角形或梯形截面，标准螺纹更适于分配头相对于金属罐的精确定位。事实上，现有技术中的螺纹，也就是通过滚压直接在颈部形成的螺纹是圆形截面，因而不那么精密。而且，由于不再需要用滚压法来形成螺纹，就不会在罐体颈部内表面上对漆层造成额外的损伤。

最后，选用塑料的环，如果分配头的固定裙部也是塑料的，就能保证螺旋固定分配头时有良好的密封性。

使环的第一端正对在前述步骤(b)中通过缩口而形成的罐体颈部，然后将颈部插入环的中央孔内。这个操作本质上是一个相对运动：该嵌套操作也可以使罐体不动而移动环来完成。在此情况下，如同前面的步骤和后面的步骤一样，此步骤可以在固定罐体的同一工序中进行，也就是说，所述操作可以在同一机器上完成：将罐体装在一个旋转圆台上，圆台逐步旋转，使罐体依次正对各加工工具，加工工具适于完成各步骤，其本身安装在一个圆形的夹具板上。例如在文献FR1434177(LECHNER)中，就描述了一种这样的装置。

由于希望对固定在罐体上的头部精确定位，最好将环在颈部上精确设置，并设置一种限位系统，以确保嵌套完成时的良好定位。可以如此设计环的第一端的形状，使之凹陷并与罐体的肩部贴合。最好，还可以在颈部上设置一个微小的肩部，后者离颈部的边缘有一定的距离。当该肩部的实现与步骤(b)中颈部端部可任意进行的切割共同进行时，该距离可以相当精确。环还具有一个表面，该表面与设置在颈部上的小肩部相抵靠。该表面例如是通过在中央孔中形成一个肩部而形成的。颈部上的肩部应当足够“高”(径向高度)，以便在安装过程中，也就是在颈部的膨胀之前，其可用作环的相应表面的限位台。

通过在环的嵌套操作结束后起作用的限位系统，可以控制颈部伸出中央孔的部分的高度。最好，在下一步骤中，将该超出环的部分向外滚压，以使该部分包住环，并阻止其在轴向上后退。可以选择超出部分的高度，以便例如通过模压而实现滚压边。该高度取决于塑料环的外径以及颈部的内径。

在环被嵌套并被限位固定到颈部上之后，例如通过模压而实现颈部和环绕该颈部的环的膨胀。颈部的膨胀在塑性变形的范围内，也就是说，变形是不可逆的，颈部在完成弹性恢复后的最终直径稍稍大于环中央孔的静态直径，所谓静态，就是指无任何机械应力的初始状态。

颈部的膨胀最好在其整个长度上实现，以便在膨胀后在颈部和环之间获得尽可能大的接触表面。

通过实现这样的变形，并确保环的中央孔的弹性恢复效应大于颈部的弹性恢复效应－当环是塑料时这一点很容易实现－在环和颈部之间，在整个接触表面上，就可以实现牢固的结合。环和颈部之间的结合力取决于膨胀的幅度和它们之间的接触表面的面积。膨胀幅度受到颈部材料的延展性的限制。接触表面主要取决于纯几何条件，是很容易控制的参数。

所述膨胀是这样的：使已经在圆柱形罐体的成形过程中经受了强烈变形(比罐体的自由边缘端的变形更为强烈的变形)而后又经受强烈收缩的金属膨胀而发生塑性变形。所述金属因此处于冷变形加工状态，其特征是具有强的机械性能，但只具有微弱的剩余韧性。

申请人意外地发现，该剩余韧性事实上比预期的更大，原因是施加给金属的特定的变形路径：先是收缩，然后圆周膨胀，其间，变形主轴总是与轴向、径向和切向(径向的垂直方向)保持平行。但是，尽管金属表现得比预期要更有韧性，仍希望在环中央孔的直径和在步骤(b)形成的颈部初始直径之间力求达到足够大的差异，以方便环向颈部上嵌套，但又要使所述差异足够小，以避免膨胀导致收缩，甚至导致金属的断裂。

不可超越的极限值是金属性质以及要得到的罐体的几何形状的函数，可以通过在有关金属上重现有关成形方法各阶段的热机械学条件的模拟试验来确定。最好，通过在颈部的内壁上增加超过2％的塑性变形而模拟实际的膨胀。塑性变形增量的上限随着所选择的合金的韧性而变化，金属因为收缩而具有的冷变形加工状态有利于圆周膨胀的良好韧性。

在本文件的实施例中，与1050A合金罐体的特定几何形状(颈部的内径大约为15毫米)相应，环中央孔与颈部间的间隙接近十分之一毫米，颈部的内径在膨胀后增加0.3毫米左右，这对应于颈部内壁上约2％左右的弹性变形增量。

膨胀结束后，在颈部和环的中央孔之间的整个接触表面上就获得了牢固的结合。通过测量从颈部取下环所需的旋松力矩，该结合可以精确地计量。所述旋松力矩在下文称作滑动力矩。在本文件的实施例中，观测到滑动力矩超过了20Nm，也就是说，该力矩大大高于旋拧或旋下可拆卸头部所需的力矩。为了估算后者的数量级，可以参阅关于玻璃套环的NF H 35103标准。

所述方法最好还有下列后续步骤：

e)滚压颈部的端部，例如通过模压方法。

f)抛光：一滚轮抵靠在前一步骤滚压形成的颈部边缘上，移动该滚轮，以提高漆层的表面光洁度。

所述边缘最好向外滚压，因为这样的话可以在轴向将环固定住，阻止其有任何的轴向后退。但是，该滚压边的功能首先仍然是提高装置的密封性，因为其形成了一个被漆覆盖的圆形边缘，也就是说，是圆形截面的环形，与现有技术中的无覆盖层、平的、未专门清除毛刺的粗糙的切割边缘相比，圆形截面对于装置的密封性要适宜得多。另外，这样的几何形状还使得所装的物品不会与可能未被漆层保护的金属切口相接触。

当然，在滚压过程中，漆层会受到新的损伤，表现为表面光洁度受到干扰，具有凹凸和微裂纹，很象在直接用滚压法形成螺纹时所观察到的那样。随后的抛光操作的目的是通过敷上裂纹、整平凹凸而提高表面光洁度。

这样，这两个附加操作就可以在罐体与头部的接合中实现非常令人满意的密封性。

如果环是塑料的，则最好要考虑到在这种材料中必然会发生的应力张弛。应力张弛的后果是，颈部和环间的紧固程度在膨胀的若干小时后会降低。考虑到制造过程中的几何公差，应力张弛所导致的松弛可能很明显，也就是说，比如会明显到环不再能抵抗头部的旋松力矩的程度，这就使得环变成了罐体的“束缚”，因此而无法保证密封性。在这样的情况下，罐体就变得不适合于使用了。

为了避免有害的松弛效果，可以在塑料环的中央孔中设置若干纵向槽。事实上，申请人已发现，在中央孔的表面上设置这样的凸起－这在环的模制过程中很容易实现－有利于环和颈部之间的紧固，这无疑是因为这样的凸起改变了应力的分布和强度，从而改变了其张弛效应。

在环的嵌套之前，还可以进行一些附加操作：喷砂、刻线、滚压变形、机械加工，例如在切削加工用作环的嵌入限位台的肩部的过程中，留下至少一个突出的突角。还可以在颈部和环上形成反螺纹，以确保总能旋下头部，即使在环完全旋松的情况下也能。

这样，按照本发明，就实现了一种有颈部的金属罐容器，可用来与任何类型的可拆卸头部(循环使用经济型)相连接，头部具有固定装置，比如螺纹、凸边或者卡槽，其特征在于它具有一个环，环上具有与头部上的固定装置相配合的固定装置，环结合在金属容器的颈部上，其间的结合力很强，足以抵抗可拆卸头部的旋松力矩。

所述分配头通常被一保护罩盖住，后者有一个圆柱形裙部，一直延伸到罐体肩部附近。按照本发明，可以在该裙部的下端及环的下端设置确保罐体的牢固性的装置，例如径向卡定的固定系统(垂直挂接)，或者是在一可切割的固定带内侧的槽口(固定槽口或多槽口的塑料环)。

事实上，在本发明中使用的环使得可以实现具有确保固定的装置的循环使用的经济型金属罐。现有技术中所使用的螺纹滚压不仅导致螺纹呈圆形也不精密，而且不能够实现充分尖锐以便扣住一固定带的凸起。相反，使用本发明的环，在模制的过程中可以轻易地实现尖锐的凸起，例如，其直径可以比环的第一端的直径大得多。

该端因此用作一个配合圈，其边缘可以扣住一个固定带，后者例如通过一系列可切割的桥形部与盖子的裙部的下端相连，如同文献EP0107680所述的那样。还可以在配合圈上设置棘齿，再现文献FR2665142中所述的确保固定的装置。事实上，棘齿的优点是不需要用大力矩来撕开固定带。

通过下文对非限制性的特定实施例所作的详细说明，可以更好地理解本发明的方法。本发明的实施例

图1示出现有技术中具有螺纹颈部的罐，其与分配头的底座相连接，分配头具有一个孔，用来容纳所装物品的喷雾泵。

图2示出本发明的一种具有螺纹颈部的罐，螺纹颈部用来固定喷雾分配头。

图3示出按照本发明的方法实现的颈部和环的放大的径向半剖面图，图中所示是在完成环的嵌套、颈部的膨胀和颈部自由边缘的滚压之后的情形。在该附图中，在滚压之前的颈部自由端以虚线示出。

图2所示的罐1的材质是1050A铝合金。它包括一个底2和一个直径为35毫米的圆柱形壁3。圆柱形壁的自由端已成形为大致圆柱形的颈部4，其高度和直径大致上分别为10毫米和15毫米。环5是聚丙烯的。环借助于膨胀作用以及对颈部4的端部48的滚压而被固定在按照本发明所实现的颈部4上，滚压导致形成圆形的依旧覆盖有漆层的边缘6，所谓圆形，也就是圆环性。边缘6构成罐体的环绕其开口7的开口端的边缘，该边缘在此为圆形。

环5(在图3的半剖面图中更容易看见)是用聚丙烯模制的。它总体上的形状为环形，有一个中央孔52和一个圆柱形的带螺纹54的外表面55。该中央孔52的直径稍稍大于通过缩口(平均0.1毫米，最大0.3毫米)而实现的罐体颈部的外径，以便环能够自由地嵌套。在环5的外表面55上实现的螺纹54是三角形截面标准螺纹。环还有一个在中央孔52中实现的肩部53，其小的凸缘面用来在将环5向颈部4嵌套的最后抵靠在罐体颈部4上实现的肩部41。

实现上述实施例所述的罐体的方法包括下列实现铝合金喷雾器罐的一般步骤：

-制造1050A铝合金的柱坯，

-在有润滑剂、比如锌的硬脂酸盐的条件下对柱坯进行滚光，

-对柱坯进行冲挤，然后可以进行一道或若干道拔制，

-切削端部，

-清洗，以去除拉伸及拔制时的润滑剂的痕迹，

-以喷洒法在内壁上涂漆，然后烘烤到约200-265℃，以烘干涂的漆并使之聚合，

-用滚筒涂上一层漆，然后烘干，

-在罐体上印上装饰图案，通常用胶版印刷，然后可以覆盖上一层漆，再重新烘烤，

-将罐体放置到一个步进旋转圆台上，使每一罐体逐步正对各个加工工具，加工工具适于完成下述各步骤，其本身安装在一个圆形的夹具板上，

-形成颈部并切割自由边缘

使用准确吻合所需肩部形状的的模具，通过若干道模压而逐步实现罐体的缩口，

在切割颈部4的自由边缘49的过程中，在颈部上形成一个小肩部41，后者离颈部4的上端49有一精确的距离。

-环的嵌套

使环5的第一端51正对罐1的在前一步骤中通过缩口而实现的颈部4，然后将环5嵌套到颈部4上。当在环5的中央孔52中实现的肩部53抵靠到颈部4上的肩部41时，就使环保持在该位置。

借助于在环的嵌套操作结束后起作用的限位系统，可以控制颈部4的伸出中央孔52的部分48的高度。该高度在这里大约是2毫米。

将环的第一端51模制成这样的形状，使其具有一个配合圈56，在该配合圈56上，可以锚固一个固定带。

-膨胀

在将环嵌套并限位固定到颈部上之后，通过模压而使颈部4和环5膨胀，使颈部4的外表面的直径在完成弹性恢复之后大于环5的中央孔的静态直径。

在这里，膨胀是通过模压实现的，也就是说，是通过一个紧压自由边缘而插入所述孔中的中心工具实现的。该模压工具的形状是先锥形而后圆柱形，这种形状可使颈部4发生塑性膨胀，将其外表面42的直径在颈部的整个圆柱形部分的长度L上增大约0.5毫米。这样，在颈部和环的中央孔之间，就在整个接触表面上都实现了牢固的结合。环的中央孔中设置有纵向的槽沟，后者可以预防在膨胀完成一定的时间之后发生的应力张弛而导致的松脱。

-滚压和抛光

然后用模压法滚压颈部4的超出环的端部48。这样形成的圆形边缘6在轴向上锁住环，尤其是构成圆形的、仍然由漆层所覆盖的边缘，这样有利于罐体和头部的旋拧接合的密封性。

接下来的抛光操作的目的在于提高圆形滚压边上的漆层的表面光洁度，以较小的支承力使一滚轮在滚压边上通过。所述支承力刚好足以使漆层上形成的凹凸平滑并填上在前述步骤中形成的砂眼。

使用这样的几何形状(颈部的内径约为15毫米)，使得本发明的环由于其能够抵抗大于20Nm的滑动力矩而被牢固地固定在罐体颈部上。可以将此值与作用在闭塞环上的旋松力矩的取值范围相比较，后者在2到8Nm之间，尤其是根据AFNOR NF H 35103标准(玻璃环和盖)。本发明方法的优点

本方法可以实现可循环使用的经济型罐体。

可互换的头部能够轻易地与罐体分离，这方便了构成所述装置的每一部件的回收和循环利用。

颈部内壁上的漆层受到的损伤更少了，这使得罐体对其所装的物品的腐蚀的敏感性降低了。

环的定位使得分配头可以密封地固定并处于可重复再现的精确位置，裙部和肩部之间的间隙得到了控制，从而有利于改善装置的外观。作为第一次，循环使用的经济型金属罐能够装上由一固定带保护的分配头。

Claims (8)

1.一种具有螺纹颈部的金属罐(1)的制造方法，所述螺纹颈部用来固定任何类型的可拆卸头部，该方法至少包括下列步骤：

a)实现一个具有底和圆柱形壁或有形状的壁的罐，

b)在所述罐的开口端形成一个颈部(4)，

c)使用一个环(5)，该环有一个中央孔(52)，在其外表面(55)有螺纹(54)，将该环(5)以其中央孔(52)嵌套在前一步骤形成的颈部(4)周围；

其特征在于，它由下述步骤完成：

d)使所述颈部(4)塑性膨胀，使其外表面(42)的直径达到大于所述环(5)的中央孔(52)在静态时的内径的一个值。

2.如权利要求1所述的具有螺纹颈部的金属罐(1)的制造方法，其特征在于，所述颈部(4)的所述塑性膨胀是在颈部内壁上的至少为2％的一个塑性变形增量。

3.如权利要求1所述的具有螺纹颈部的金属罐(1)的制造方法，其特征在于，在所述颈部(4)上实现一个肩部(41)，用作所述环(5)在步骤(c)实现的颈部(4)上的嵌套操作之后的限位台。

4.如权利要求1所述的具有螺纹颈部的金属罐(1)的制造方法，其特征在于，使用塑料的环(5)。

5.如权利要求1所述的具有螺纹颈部的金属罐(1)的制造方法，其特征在于，所使用的环(5)的高度使得在所述环向颈部(4)嵌套结束时，所述颈部(4)的一部分(48)超出所述环(5)，在该方法的前述步骤之后再加上这样的步骤：滚压所述超出环(5)的部分(48)，以形成一个滚压边(6)。

6.如权利要求5所述的具有螺纹颈部的金属罐(1)的制造方法，其特征在于，该方法还有一个最终步骤：对所述滚压边(6)抛光。

7.一种具有颈部(4)的金属罐(4)容器，用来与任何类型的可拆卸头部相连接，所述可拆卸头部具有固定装置，其特征在于，它具有一个环(5)，环上具有与头部的固定装置相配合的固定装置(54)，所述环结合在所述金属罐(1)的颈部(4)上，其间的结合力很强，足以抵抗所述可拆卸头部的旋松力矩。

8.一种具有颈部(4)的金属罐(1)容器，所述颈部(4)与一可拆卸头部旋拧连接，其特征在于，该容器有确保牢固性的装置。

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