DE1758801B2 - Verfahren zur Herstellung eines Dosenkörpers o.dgl. aus einer Aluminiumlegierung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Dosenkörpers o.dgl. aus einer Aluminiumlegierung

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Description

25
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dosenkörpers od. dgL aus einer Aluminiumlegierung, bei dem die Legierung zu einem dünnen Band gewalzt und sodann durch Tiefziehen und Abstreckziehen zu dem Dosenkörper verformt wird.
Bisher werden tiefgezogene und abstreckgezogene Dosen stets aus katlgewalztem und anschließend einer Wärmebehandlung unterzogenem Material geformt Man geht davon aus, daß dünnes Blech aus einer Aluminiumlegierung hoher Festigkeit im weichgeglühtem Lieferzustand auch die beste und größtmögliche Kaltverformung zuläßt Zu den herkömmlichen, zur Herstellung von Dosenkörpern verwendeten Aluminiumlegierungen rechnet z. B. auch die Aluminiumlegierung AlMgMn (Werkstoff-Nr. 3327), die 1,0 bis 1,5% Mangan und 0,8 bis 13% Magnesium als Legierungselemente enthält Diese Legierung weist aufgrund der Mischkristallverfestigung und Kaltverfestigung als Fertigprodukt die erforderliche Festigkeit für Dosenkörper auf. Die Verformbarkeit der Legierung AlMgMn verschlechtert sich jedoch bei hohen Kaltverformungsgraden fortschreitend. Aus diesem Grund hat man bisher vor Beginn der Tiefzieh- und Abstreckbehandlung das zur Herstellung von Dosenkörpern verwendete dünne Aluminiumband stets einer Zwischenglühung unterworfen, der Lieferzustand des dünnen Aluminiumbandes ist also »weichgeglüht«. Die Herstellung dieses dünnen Bandes erfolgt in herkömmlicher Arbeitsweise dadurch, daß zunächst ein Block aus der Legierung AlMgMn bis zu einer Dicke von etwa 2,7 mm warmgewalzt, anschließend geglüht und dann aufeinanderfolgenden Kaltstichen mit zumindest einer Zwischenglühung unterworfen wird, bis man ein Band von etwa 0,5 mm Dicke erhält Bevor dieses Band durch Tiefzieh- und Abstreckbearbeitung zu dem Dosenkörper verformt wird, muß es jedoch noch weichgeglüht werden. Die mehrmaligen Glühungen erhöhen jedoch die Herstellungskosten des dünnen Aluminiumbandes, t>5 von dem beim Tiefziehen und Abstreckziehen der Dosenkörper ausgegangen wird, ganz wesentlich.
Bei der Herstellung von DosenkörDern aus dünnem
Aluminiumband sind aber auch noch andere Punkte zu beachten. Aluminiumdosen für mit Kohlensäure gesättigte Getränke stehen unter einem erheblichen Innendruck und müssen deshalb eine Festigkeit aufweisen, die einem Prüfdruck von zumindest 6,2 bar widerstehen kann. Um die Festigkeit des Materials zu erhöhen, könnten größere Mengen eines Legierungselementes verwendet werden, was jedoch zu höheren Kosten und außerdem auch zu Schwierigkeiten beim Tiefziehen und Abstreckziehen führen kann. Andererseits lassen sich Aluminiumlegierungen bis zu einem gewissen Grad kaltverfestigen. Diese Kaltverfestigung tritt während des Tiefziehens und Abstreckziehens ein. Hierbei ist eine Reduzierung von etwa 65% erzielbar, wenn ein dünnes Band von etwa 0,5 mm Dicke durch Tiefziehen und Abstreckziehen zu einem Dosenkörper mit einer endgültigen Wanddicke von z.B. etwa 0,18mm verformt wird. Es ist jedoch schwierig, ein geeignetes Ausgangsmaterial zu finden, welches am Anfang nicht zu hart ist und trotzdem dem fertigen Dosenkörper die nötige Festigkeit verleiht Ist nämlich das Metall am Anfang zu hart, dann kann es durch Kaltverfestigung, die während der Kaltverformung auftritt, unbearbeitbar werden und es führt zu einem hohen Werkzeugverschleiß, oder zu unzulässiger Zipfelbildung, oder der fertige Dosenkörper ist überhaupt unbrauchbar. Um derartige Nachteile von vornerhein auszuschließen, geht man deshalb bisher bei der Herstellung von Dosenkörpern aus dünnem Aluminiumbad stets von weichgeglühtem Material aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Dosenkörpers od. dgl. aus einer Aluminiumlegierung mit den eingangs erwähnten Verfahrensschritten zu schaffen, welches einen geringeren Aufwand bei der Herstellung des zum Tiefziehen und Abstreckziehen verwendeten dünnen Aluminiumbandes erfordert und trotzdem die Herstellung von Dosenkörprn ausreichender Festigkeit mit geringer Wanddicke oei einem minimalen Werkzeugverschleiß ermöglicht
Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Aluminiumlegierung, die eine niedrige Kaltverfestigung bei über 75% Kaltverformung erleidet, bei Dicken unter 2,5 mm zu einem dünnen Band mit zumindest 75% Kaltverformung gewalzt und danach ohne jegliche Zwischenglühung bei weiterer Dickenreduzierung auf eine Gesamtkaltverformung von mindestens 90% zu einem Dosenkörper verformt wird.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren geht also das erfindungsgemäße Verfahren zu Beginn des Tiefziehens und des Abstreckziehens nicht von einem Aluminiumlegierungsband aus, welches weichgeglüht ist, sondern durch das vorhergehende Kaltwalzen bereits verhältnismäßig hoch kaltverfestigt ist Das Legierungsband wird bei Dicken unter 2,5 mm Dicke zu einem dünnen Band mit zumindest 75% Kaltverformung gewalzt Hierbei tritt eine gewisse Kaltverfestigung ein, die sich nach herrschender Meinung später beim Tiefziehen und Abstreckziehen eigentlich nachteilig bemerkbar machen müßte. Überraschenderweise wurde jedoch gefunden, daß gerade diese Kaltverformung durch Kaltwalzen die Tiefzieheigenschaften verbessert Es wurde ein geringerer Werkzeugverschleiß festgestellt, und außerdem kann beim Tiefziehen und Abstreckziehen ein höherer Kaltverformungsgrad erreicht werden. Dies ermöglicht die Herstellung von Dosenkörpern mit sehr geringer Wanddicke. Durch die Kaltverformung beim Tiefziehen und Abstreckziehen
wird außerdem die gewünschte Festigkeit erreicht Neben diesen Vorteilen, die bei der Verarbeitung und auch dann beim fertigen Dosenkörper auftreten, ist auch das Ausgangsmaterial wesentlich billiger in der Herstellung, denn es entfallen beim Kaltwalzen ab einer Banddicke von 2£ mm jegliche Zwischenglühungen.
Damit das Aluminiumlegierungsband die notwendige Verformbarkeit bei Dicken ab 2,5 mm ohne jegliche Zwischenglühung aufweist, ist es erforderlich, eine Aluminiumlegierung zu verwenden, die eine niedrige Kaltverfestigung bei fiber 75% Kaltverformung erleidet Derartige Aluminiumlegierungen sind im Prinzip bekannt, wurden jedoch bisher für andere Zwecke verwendet, beispielsweise für die Herstellung sehr dünner Aluminiumfolien für Verpackungszwecke.
Zweckmäßig wird das erfindungsgeraiße Verfahren auf eine Aluminiumlegierung angewendet, die aus zumindest 96,5% Aluminium, 0,75 bis 2£% Eisen und 0,1 bis 2£% Magnesium und/oder 1,1 bis 1,5% Mangan besteht, wobei Silicium und andere zufällige Beimengungen insgesamt 1% nicht fiberschreiten. Eine derartige Aluminiumlegierung hat sich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als besonders geeignet erwiesen.
Es wurde festgestellt, daß unter Einhaltung der in Anspruch 1 angegebenen Verfahrensbedingungen Aluminiumlegierungen verschiedener Art einem Fertigungsvorgang unterworfen werden können, der folgende Schritte umfaßt:
30
a) Warmwalzen der Legierung bis zu einer für das Kaltwalzen auf Einfach- oder Mehrfachgerüsten geeigneten Dicke, z. B. zwischen 2,5 und 6,4 mm;
b) Kaltwalzen von Warmwalzdicke in einem oder mehreren Walzstichen ohne Zwischenglühung zum dünnen Band mit einer Dicke von 10 bis 20% der Warmwalzdicke;
c) Verformen des kaltverfestigten Bandes durch Tiefziehen und Abstreckziehen zu einem Dosenkörper, bei einer weiteren Dickenreduzierung von etwa 65%, wobei die gesamte Kaltverformung, ausgehend von der Warmwalzdicke, 90% übersteigt
Das Material für Flaschenkapseln wird gewöhnlich aus der Aluminiumlegierung AlMn 3.0515, kaltverfestigt, 2/8 hart, durch Warmwalzen auf etwa 3,4 mm, Glühen, Kaltwalzen auf etwa 0,6 mm, 2. Glühen, Kaltwalzen auf 033 mm, 3. Glühen und Kaltwalzen auf 0,24 mm hergestellt und schließlich zu der Kapsel tief gezogen. Hingegen sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nur folgende Schritte erforderlich: Eine Aluminiumlegierung mit Eisen als Hauptlegierungspartner wird auf etwa 2,5 mm warmgewalzt, geglüht und dann durchgehend bis auf 0,2 mm ohne Zwischenglühung kaltgewalzt und anschließend zu der fertigen Flaschenkapsel tiefgezogen.
Das unter Verwendung einer Legierung, die aus 0,08% Si, 034% Fe, 0,03% Cu und Aluminium als Rest mit jeweils wenigsr als 0,02% Mangan, Magnesium, Kupfer, Nickel, Zink und Titan zur Fertigung von Dosenkörpern oddgL hergestellte Band (a) wurde durch Warmwalzen eines Blockes auf 2,5 mm und durch Kaltwalzen auf 0,5 mm ohne Zwischenglühung erhalten, und anschließend ohne Glühbehandlung zu dem Dosenkörper gezogen.
Auf ähnliche Weise wurde ein anderer Versuch zur Herstellung von Band (b) gemacht, wobei das auf 2,5 mm gewalzte Band bei 400° C etwa zwei Stunden lang vor dem Kaltwalzen einer Glühbehandlung unterworfen wurde.
Typische Eigenschaften der daraus auf die erfindungsgemäße Weise hergestellten Dosenkörper sind aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich:
Bandmaterial Zugfestigkeit Streckgrenze Dehnung Ausbeuldruck nach dem
vor dem Lack.
Lack.
N/mm2 N/mm2 % bar 6,2
(a) 207,5 178,0 4,0 6,5 -
(b) 165,0 141,0 3,3 5,4
Ähnliche Eigenschaften wurden nach einem Kaltwalzen von einer Warmwalzdicke von 3,2 mm mit demselben Bandmaterial erhalten.
Nachfolgend sind einige Beispiele der Herstellung von Bandmaterial für Dosenkörper od. dgl. aufgeführt:
Beispiel 1
Zur Herstellung von Dosenkörpern od. dgl. geeignetes Bandmaterial wurde aus einem Block der Zusammensetzung 0,75 FE, 0,58 Mn, 03 Mg, 0,15 Si — wobei to die zulässigen Beimengungen 0,14 Cu, 0,06 Zn und 0,02 Ti betrugen — und Aluminium als Rest durch Warmwalzen auf 3,2 nun, Glühen bei 3450C während zwei Stunden zur Herabsetzung der Zipfelbildung im gezogenen Dosenkörper auf ein Minimum, Kaltwalzen auf 0,5 mm und Verformen des Materials zum Dosenkörper ohne Zwischenglühung hergestellt
Typische Eigenschaften des auf die obige Arbeitsweise erhaltenen Materials sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich:
Zugfestigkeit
N/mm2
Streckgrenze Dehnung Ausbeuldruck
vor dem Lack. nach dem Lack. N/mm2 % bar
230.0
216.5
3,0 6,5 bis 6,8 6,3 bis 6,6
Beispiel 2
Auf ähnliche Weise wurde ein Block der Zusammensetzung 0,73 Fe, 0,50 Mn, 0,30 Mg, 0,14 Si und zulässigen Beimengungen von 0,09 Cu, 0,02 Zn und 0,01 Ti und
Aluminium als Rest wanngewalzt, geglüht, kaltgewalzt und unter den im Beispiel 1 erwähnten Bedingungen zu Dosenkörpern kaltverformt Die Dosenkörper hatten folgende Eigenschaften:
Zugfestigkeit Streckgrenze Dehnung Dicke Ausbeuidruck nach dem Lack.
vor dem Lack.
N/mm2 N/mm2 % mm bar
223,0
203,0
3,0
0,5
6,2 bis 6,9
Beispiel 3
Dosenkörper aus einer Legierung mit der Zusammensetzung 0,75 Fe, 0,48 Mn, 0,29 Mg UiH 0,14 Si sowie
zulässigen Beimengungen von 0,09 Cu, 0,02 Zn und 0,01 Ti und Aluminium als Rest wurden auf die im Beispiel 2 beschriebene Weise erhalten und zeigten die folgenden Eigenschaften:
Zugfestigkeit Streckgrenze Dehnung Dicke Ausbeuldruck nach dem Lack.
vor dem Lack.
N/mm2 N/mm2 % mm bar
222,0
203,0
3,0
0,5
6,2 bis 6,9
Folgende Zusammensetzungen ergaben nach der im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise Dosenkörper mit ebenso günstigen Eigenschaften:
Al Fe Mn Mg Si und andere
zulässige Bei
mengungen
2Al 99 0,85 0,5 — <1
2Al 99 0,95 - 1,0 <1
SAl 99 0,9 0,5 0,8 <1
2Al 99 0,9 - 1,0 1,0 <1
Wird ein Dosenkörper nach dem erfindungsgemäßen Gesamtkaltverformung von mindestens 90%. Anhand Verfahren zunächst tiefgezogen und dann abgestreckt, dieser Merkmale kann nachgewiesen werden, daß die
so weist sein Boden eine Kaltverformung von zumindest Dose nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge-
75% auf. Seine dünnere Seitenwand besitzt eine 30 stellt wurde.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Dosenkörpers od. dgL aus einer Aluminiumlegierung, bei dem die s Legierung zu einem dünnen Band gewalzt und sodann durch Tiefziehen und Abstreckziehen zu dem Dosenkörper verformtwird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aluminiumlegierung, die eine niedrige Kaltverfestigung bei über 75% Kaltverformung erleidet, bei Dicken unter 2,5 mm zu einem dünnen Band mit zumindest 75% Kaltverformung gewalzt und danach ohne jegliche Zwischenglühung bei weiterer Dickenreduzierung auf eine Gesamtkaltverformung von mindestens 90% zu dem is Dosenkörper verformt wird.
2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine Aluminiumlegierung aus zumindest 96,5% Aluminium, 0,75 bis 24% Eisen und 0,1 bis 2£% Magnesium und/oder 1,1 bis 1,5% Mangan, wobei Silizium und andere zufällige Beimengungen insgesamt 1% nicht überschreiten.
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