DE60205237T2 - METHOD FOR PUSH-PISTON MOLDING OF METAL CONTAINERS AND THE SAME - Google Patents

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Abstract

A method of forming a bottle-shaped or other contoured metal container by subjecting a hollow metal preform having a closed end to internal fluid pressure to cause the preform to expand against the wall of a die cavity defining the desired shape, and advancing a punch into the die cavity to displace and deform the closed end of the preform after expansion begins but before it is complete. The pressure-subjecting step is performed by simultaneously subjecting the preform in the die cavity to independently controllable internal and external positive fluid pressures and varying the difference between them to control strain rate.

Description

Technisches FeldTechnical field

Diese Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Ausformen von Metallbehältern oder dergleichen unter der Verwendung eines internen Fluid-Drucks, um eine hohle metallische Vorform oder ein Werkstück gegen ein Pressen-Gesenk zu expandieren. In einem wichtigen speziellen Aspekt ist die Erfindung auf Verfahren zum Ausformen von Aluminium oder anderen Metall-Behältern gerichtet, die eine konturierte Form aufweisen, beispielsweise eine Flaschenform mit asymmetrischen Merkmalen.These The invention relates to methods for molding metal containers or the like using an internal fluid pressure to a hollow metallic preform or workpiece against a press die to expand. In one important special aspect is the invention directed to methods of forming aluminum or other metal containers, which have a contoured shape, for example a bottle shape with asymmetric features.

Stand der TechnikState of the art

Metalldosen sind gut bekannt und werden weit verbreitet für Getränke verwendet. Heutzutage weisen Getränkedosen-Körper, ob sie nun einstückige „drawn and ironed"-Körper oder an beiden Enden offene Körper (mit einem separaten Verschlusselement am Boden sowie oben) generell einfache aufrecht stehende zylindrische Seitenwände auf. Es wird manchmal aus Gründen der Ästhetik, aufgrund von Konsumentenwünschen und/oder bezüglich der Produkt-Identifikation gewünscht, eine abgeänderte und komplexere Form auf die Seitenwände eines Metall-Getränkebehälters aufzubringen und insbesondere einen Metallbehälter zur Verfügung zu stellen, der eher die Form einer Flasche als eine übliche zylindrische Dosenform aufweist. Konventionelle Dosen erzeugende Verfahren erzielen jedoch nicht solche Konfigurationen.metal cans are well known and widely used for drinks. Show today Beverage can body, whether they are now one piece "drawn and ironed "body or open bodies at both ends (with a separate closure element on the bottom and top) in general simple upright cylindrical side walls on. It sometimes turns off establish the aesthetics, due to consumer wishes and / or re the product identification desired, a modified and more complex shape on the sidewalls to apply a metal beverage container and in particular a metal container to disposal to put, rather the shape of a bottle than a conventional cylindrical Canned form. Achieve conventional canning processes but not such configurations.

Für diese und andere Zwecke würde es vorteilhaft sein, geeignete und effektive Verfahren zum Ausformen von Werkstücken in Flaschenformen oder andere komplexe Formen zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus wäre es sinnvoll, solche Verfahren zur Verfügung zu stellen, die in der Lage sind, konturierte Behälterformen auszubilden, die nicht radial symmetrisch sind, um die Vielfalt der erhältlichen Designs zu erhöhen.For this and other purposes It may be advantageous to have suitable and effective methods of molding of workpieces in bottle shapes or other complex forms available too put. About that would be out it makes sense to provide such methods, which in the Location are contoured container shapes form, which are not radially symmetrical to the variety the available To increase designs.

Im US-Patent 3,040,684 ist eine Vorrichtung zum Ausformen von Türknäufen aus einer Vorform unter Verwendung eines Pressen-Gesenks und von hydraulischem Druck beschrieben. Die Vorform wird in einem Pressen-Gesenk platziert, mit hydraulischer Flüssigkeit befüllt und abgedichtet. Die Presse wird dann geschlossen und ein Bodenkolben bewegt sich nach oben und drückt die Wand der Formform in Gleichförmigkeit mit der Form des Pressen-Gesenks. In diesem Verfahren verändert sich das Volumen der Flüssigkeit nicht und die Expansion der Vorform wird durch die Bewegung des Kolbens bewirkt.in the U.S. Patent 3,040,684 is an apparatus for molding door knobs a preform using a press-die and hydraulic Print described. The preform is placed in a press die, with hydraulic fluid filled and sealed. The press is then closed and a bottom piston moves up and presses the wall of the mold in uniformity with the shape of the press die. In this process is changing the volume of the liquid not and the expansion of the preform is due to the movement of the Piston causes.

Eine andere Vorrichtung zum Ausbilden eines Türknaufs wird im US-Patent 4,362,037 beschrieben, bei dem eine gesplittete Presse verwendet wird. Die Vorform umfasst einen teilweise ausgeformten Türknauf und die äußere kreisförmige Oberfläche des Knaufs ist an einer unteren Presse platziert. Eine obere Presse weist einen Gesenk mit Seitenwänden-Abschnitten auf, die die abschließende Form des Knaufs definieren. Diese obere Presse wird nach unten über die auf der unteren Presse ruhende Vorform gedrückt. Anschließend wird ein Fluid intern in die Vorform gedrückt, wodurch die Vorform in die Form des Pressen-Gesenks gedrückt wird.A another device for forming a doorknob is disclosed in U.S. Patent 4,362,037 described in which a split press is used. The Preform comprises a partially formed door knob and the outer circular surface of the Knaufs is placed on a lower press. An upper press has a die with sidewall sections, the final form define the knob. This upper press will go down over the pressed on the lower press resting preform. Subsequently, will a fluid is internally pressed into the preform, causing the preform in the shape of the press die is pressed.

Das US-Patent 6,182,487 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Metallkessels, das eine gesplittete Presse verwendet, welche eine fixierte Presse und eine bewegliche Presse beinhaltet. Ein Zylinder wird zuerst ausgeformt, der einen Boden aufweist, der mit einer Schale verschweißt ist, und wird mit in der beweglichen Presse befestigten Bodenende platziert, während das offene Ende des Zylinders an der fixierten Presse angebracht wird. Der Zylinder wird dadurch unter Druck gesetzt, dass die fixierte Presse und die bewegliche Presse auf der fixierten Presse verschlossen werden, um den Kessel auszuformen.The US Pat. No. 6,182,487 describes a method for producing a Metal boiler using a split press, which one fixed press and a moving press includes. A cylinder is first formed, which has a bottom, which with a Shell welded is, and is with fixed in the movable press bottom end placed while the open end of the cylinder attached to the fixed press becomes. The cylinder is pressurized by the fixed one Press and the movable press closed on the fixed press to form the kettle.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung erwägt weitestgehend das Bereitstellen eines Verfahrens zum Ausformen eines Metallbehälters oder dergleichen mit definierter Form und definierten Dimensionen, wobei dieses Verfahren umfasst:

  • (a) Anordnen einer hohlen metallischen Vorform, die ein geschlossenes Ende aufweist, in einem Pressen-Gesenk, welches eine Pressenwand aufweist, die diese Form und diese Dimensionen definiert, wobei zumindest ein Abschnitt der Vorform anfänglich von der Pressenwand nach innen beabstandet ist, und
  • (b) Unterziehen der Vorform einem internen Fluid-Druck, um die Vorform nach außen in im Wesentlichen vollen Kontakt mit der Pressenwand zu expandieren, wodurch diese definierte Form und diese definierten Dimensionen auf die Vorform eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen-Gesenk so dimensioniert ist, dass es eine hohle metallische Vorform seitlich einschließt, welche ein geschlossenes Ende mit einem Kolben, der an einem Ende des Gesenks platziert ist und in das Gesenk hinein versetzbar ist, aufweist, wobei die Vorform innerhalb des Gesenks mit dem geschlossenen Ende der Vorform in nahe gegenüberstehende Beziehung zu dem Kolben positioniert ist, und ein innerer Fluid-Druck auf die Vorform aufgebracht wird, um die Vorform nach außen zu expandieren und Fluid-Druckkraft auf das geschlossene Ende auszuüben, und wobei
  • (c) der Kolben entweder bevor oder nachdem die Vorform beginnt zu expandieren, jedoch bevor die Expansion der Vorform abgeschlossen ist, in das eine Ende des Gesenks versetzt wird, um das geschlossene Ende der Vorform in eine Richtung entgegen der Richtung der durch das Fluid ausgeübten Kraft zu ergreifen und zu verschieben, das geschlossene Ende der Vorform zu deformieren, während die Vorform nach außen in im Wesentlichen vollen Kontakt mit der Pressenwand expandiert.
The present invention contemplates, as much as possible, the provision of a method of forming a metal container or the like having a defined shape and dimensions, said method comprising:
  • (a) disposing a hollow metallic preform having a closed end in a press die having a press wall defining said shape and dimensions, wherein at least a portion of the preform is initially spaced inwardly from the press wall, and
  • (b) subjecting the preform to an internal fluid pressure to expand the preform outwardly in substantially full contact with the press wall, thereby introducing that defined shape and dimensions to the preform, characterized in that the press die is dimensioned to laterally enclose a hollow metal preform having a closed end with a piston placed at one end of the die and displaceable into the die, the preform within the die being connected to the closed end of the die Preform is positioned in close opposing relationship to the piston, and an internal fluid pressure is applied to the preform to expand the preform to the outside and exert fluid pressure force on the closed end, and wherein
  • (c) the piston either before or after the The preform begins to expand but before the expansion of the preform is completed, into which one end of the die is displaced to engage and displace the closed end of the preform in a direction opposite to the direction of the force exerted by the fluid, the closed end deforming the preform as the preform expands outwardly in substantially full contact with the press wall.

Das Versetzen des Kolbens wird mittels eines Stempels bewirkt, der in der Lage ist, eine ausreichende Kraft auf den Kolben aufzubringen, um die Vorform zu verschieben und zu deformieren. Dieses Verfahren wird manchmal hierin als Druck-Stempel-Ausformen (PRF)-Verfahren bezeichnet, da der Behälter sowohl durch aufgebrachten internen Fluid-Druck als auch durch die Verschiebung des Kolbens durch den Stempel ausgeformt wird.The Displacement of the piston is effected by means of a punch, which in capable of applying sufficient force to the piston to move and deform the preform. This method is sometimes referred to herein as a pressure-punch-molding (PRF) method referred to as the container both by applied internal fluid pressure and by the Displacement of the piston is formed by the punch.

Als weiteres Merkmal der Erfindung weist der Kolben eine konturierte Oberfläche auf und das geschlossene Ende der Vorform wird derart deformiert, dass es mit der konturierten Oberfläche übereinstimmt. Beispielsweise kann der Kolben eine gewölbte Kontur aufweisen, wobei das geschlossene Ende der Vorform ebenso in eine gewölbte Kontur deformiert wird.When Another feature of the invention, the piston has a contoured surface and the closed end of the preform is deformed such that it matches the contoured surface. For example, the piston may have a curved contour, wherein the closed end of the preform as well in a curved contour is deformed.

Die definierte Form, in die der Behälter ausgeformt wird, kann eine Flaschenform inklusive eines Hals-Abschnitts sowie eines Körper-Abschnitts sein, der in seinen seitlichen Dimensionen größer ist als der Halsabschnitt, wobei das Pressen-Gesenk eine Längsachse aufweist, die Vorform eine Längsachse aufweist und im Wesentlichen koaxial innerhalb des Gesenks angeordnet ist und der Kolben entlang der Längsachse des Gesenks verschiebbar ist.The defined shape in which the container can be formed, a bottle shape including a neck section and a body section that is larger in its lateral dimensions than the neck portion, wherein the press die is a longitudinal axis has, the preform has a longitudinal axis and disposed substantially coaxially within the die and the piston along the longitudinal axis of the die is displaceable.

Vorteilhafterweise und vorzugsweise umfasst die Pressenwand eine gesplittete Presse, die zur Entfernung des ausgebildeten Behälters trennbar ist. Mit einer gesplitteten Presse kann die definierte Form entlang der Längsachse des Gesenks asymmetrisch sein.advantageously, and preferably the press wall comprises a split press, which is separable to remove the formed container. With a split press can be the defined shape along the longitudinal axis of the socket to be asymmetrical.

Der Kolben wird vorzugsweise anfänglich nahe der oder in Kontakt mit dem geschlossenen Ende der Vorform positioniert, bevor die Aufbringung von Fluid-Druck bewirkt wird, um die axiale Längung der Vorform durch den Fluid-Druck zu begrenzen. Die Verschiebung des Kolbens kann initiiert werden, nachdem der untere Abschnitt der Vorform in Kontakt mit der Pressenwand expandiert wurde.Of the Piston is preferably close initially positioned in or in contact with the closed end of the preform, before the application of fluid pressure is effected to the axial Elongation of the Limiting preform by the fluid pressure. The shift of Piston can be initiated after the lower section of the Preform was expanded in contact with the press wall.

Die Vorform zum Ausbilden eines flaschenförmigen Behälters oder dergleichen ist vorzugsweise ein längliches und ursprünglich generell zylindrisches Werkstück, welches ein offenes Ende gegenüber seinem geschlossenen Ende aufweist. In besonderen Ausführungsformen der Erfindung kann es im Wesentlichen einen gleichen Durchmesser zum Hals-Abschnitt der Flaschenform und eine ausreichende Formbarkeit aufweisen, um in einer einzelnen Pressdruck-Operation in die definierte Form expandiert zu werden. Wenn das Werkstück eine derartige Formbarkeit nicht aufweist, werden Vorschritte des Platzierens des Werkstücks in einem Pressen-Gesenk, welches kleiner als das zuerst beschriebene Pressen-Gesenk ist, und des Unterziehens des Werkstücks hierin einem internen Fluid-Druck, um das Werkstück auf eine Zwischengröße und Zwischenform zu expandieren, die kleiner als die definierte Form und kleinere seitliche Dimensionen aufweist, vor dem beschriebenen PRF-Verfahren durchgeführt.The Preform for forming a bottle-shaped container or the like preferably an oblong and originally generally cylindrical workpiece, which faces an open end has its closed end. In particular embodiments The invention may be substantially the same diameter to the neck section the bottle shape and have sufficient moldability to expanded into the defined shape in a single pressing operation to become. If the workpiece does not have such formability, are precursors of Placing the workpiece in a press die which is smaller than the one described first Pressing die is, and subjecting the workpiece herein an internal fluid pressure to the workpiece to an intermediate size and intermediate form to expand, smaller than the defined shape and smaller lateral dimensions, before the described PRF method carried out.

Alternativ kann, wenn das längliche und ursprünglich generell zylindrische Werkstück in seinem ursprünglichen Durchmesser größer ist als der Hals-Abschnitt der Flaschenform, das Verfahren des Ausformens eines flaschenförmigen Behälters einen weiteren Schritt des Unterziehens des Werkstücks einem Dreh-Form-Betrieb nahe dessen offen Ende beinhalten, um einen Hals-Abschnitt mit reduziertem Durchmesser nach dem Durchführen des PRF-Verfahren auszuformen.alternative can if the elongated and originally generally cylindrical workpiece in his original Diameter is larger as the neck portion of the bottle shape, the method of molding a bottle-shaped container another step of subjecting the workpiece to a Rotary-mold operation near the open end include to a neck section formed with reduced diameter after performing the PRF process.

Alternativ wird der Durchmesser des Hals-Bereichs der Vorform unter Verwendung eines Press-Hals-Verfahrens reduziert. Dieses Press-Hals-Verfahren könnte vor der Expansionsstufe angewandt werden.alternative The diameter of the neck area of the preform is used reduced by a press-neck procedure. This press-neck procedure could be before the expansion stage are applied.

Die Vorform kann eine Aluminium-Vorform sein (der Begriff „Aluminium" wird hierin verwendet, um sowohl Legierungen auf Aluminiumbasis als auch reines Aluminium-Metall zu bezeichnen) und kann aus einem Aluminiumblech erzeugt sein, welches eine rekristallisierte oder erholte Gefügestruktur mit einer Dicke im Bereich von etwa 0,25 bis etwa 1,5 mm aufweist. Sie kann als Zylinder mit geschlossenem Ende durch Unterziehen des Blechs einem Zieh-Weiterzieh-Betrieb oder indirektem Strangpressen produziert werden.The Preform may be an aluminum preform (the term "aluminum" is used herein to refer to Both aluminum-based and pure aluminum-metal alloys to designate) and may be made of an aluminum sheet, which is a recrystallized or recovered microstructure with a thickness in the range of about 0.25 to about 1.5 mm. She can as Cylinder with closed end by subjecting the sheet to a pull-pull operation or indirect extrusion.

Während des Schritts des Unterziehens der Vorform einem internen Fluid-Druck tritt der Fluid-Druck innerhalb der Vorform in aufeinander folgenden Stufen des (i) Ansteigens auf einen ersten Peak, bevor die Expansion der Vorform beginnt, (ii) Herabfallens auf einen Minimalwert, wenn die Expansion beginnt, (iii) schrittweisen Ansteigens auf einen Zwischenwert, wenn die Expansion fortschreitet, bis die Formform aufgeweitet ist, jedoch noch nicht in vollständigem Kontakt mit der Pressenwand steht, sowie (iv) Ansteigens von dem Zwischendruck während der Vervollständigung der Vorform-Expansion, auf. In Bezug auf diese Abfolge von Druck-Stufen tritt die Initiierung der Verschiebung des Kolbens, um das geschlossene Ende der Vorform in eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zu verschieben und zu deformieren, im Wesentlichen am Ende der Stufe (iii) auf.During the step of subjecting the preform to an internal fluid pressure, the fluid pressure within the preform occurs in successive stages of (i) rising to a first peak before expansion of the preform begins, (ii) falling to a minimum value expansion begins (iii) progressively increasing to an intermediate value as expansion progresses until the mold is expanded but not yet fully in contact with the press wall, and (iv) increasing from the intermediate pressure during completion of the preform expansion , on. With respect to this sequence of pressure stages, the init tion of the displacement of the piston to move and deform the closed end of the preform in a preferred embodiment of the invention substantially at the end of stage (iii).

Typischerweise nimmt das geschlossene Ende der Vorform eine vergrößerte und generell halbkugelförmige Konfiguration an, wenn der interne Fluid-Druck aufgebracht wird, und wenn die Vorform in Kontakt mit der Pressenwand kommt; und die Initiierung der Verschiebung des Kolbens tritt im Wesentlichen zu dem Zeitpunkt ein, an dem das geschlossene Ende der Vorform diese Konfiguration annimmt.typically, takes the closed end of the preform an enlarged and generally hemispherical Configuration when the internal fluid pressure is applied, and when the preform comes into contact with the press wall; and the Initiation of the displacement of the piston essentially occurs the time at which the closed end of the preform this Configuration accepts.

Ebenso umfasst in Übereinstimmung mit der Erfindung der Schritt des Unterziehens der Vorform einem internen Fluid-Druck das gleichzeitige Aufbringen eines internen positiven Fluid-Drucks und eines externen positiven Fluid-Drucks auf die Vorform in dem Gesenk, wobei der interne positive Fluiddruck höher als der externe positive Fluid-Druck ist. Der interne und der externe Druck werden jeweils durch zwei unabhängig steuerbare Drucksysteme zur Verfügung gestellt. Die Dehnrate in der Vorform wird durch unabhängiges Steuern der internen und externen positiven Fluid-Drucke gesteuert, denen die Vorform gleichzeitig zum Variieren des Differentials zwischen dem internen positiven Fluid-Druck und dem externen positiven Fluid-Druck unterzogen ist. Auf diese Weise werden Probleme, die mit exzessiven Dehnraten verbunden sind, vermieden und zusätzliche vorteilhafte Ergebnisse, so wie die Reduktion der hydrostatischen Belastung, welche Mikrogefüge-Schäden an der Behälterwand bewirken können, werden erreicht.As well includes in accordance with the invention, the step of subjecting the preform one internal fluid pressure the simultaneous application of an internal positive fluid pressure and an external positive fluid pressure to the preform in the die, wherein the internal positive fluid pressure is higher than is the external positive fluid pressure. The internal and the external Printing is in each case by two independently controllable printing systems to disposal posed. The strain rate in the preform is controlled by independent control the internal and external positive fluid pressures controlled the preform simultaneously for varying the differential between the internal positive fluid pressure and the external positive fluid pressure is subjected. In this way, problems with excessive strain rates are avoided and additional advantageous results, As well as the reduction of hydrostatic load, which microstructure damage to the container wall can cause reached.

Gemäß eines noch weiteren Merkmals der Erfindung wurde als vorteilhaft ermittelt, Wärme auf die Vorform während der Expansion aufzubringen, um so einen Temperatur-Gradienten in der Vorform zu induzieren. Durch Hinzufügen von Erhitzern an dem Kolben wird ein Temperatur-Gradient in der Vorform vom Boden nach oben hin induziert. Separate Erhitzer können oben an der Presse hinzugefügt werden, welche einen Temperatur-Gradienten in der Vorform von oben nach unten induzieren. Weitere Erhitzer können in den Seitenwänden des Pressen-Gesenks vorgesehen sein. Die Hinzufügung des Temperatur-Gradienten während der Expansion der Vorform dient zur Definition des Punkts der Initiierung der Expansion und stellt eine verbesserte Formbarkeit zur Verfügung.According to one Yet another feature of the invention has been found to be advantageous Heat on the Preform during of the expansion, so as to create a temperature gradient in to induce the preform. By adding heaters to the piston becomes a temperature gradient in the preform from the bottom up induced. Separate heaters can be added at the top of the press which detects a temperature gradient in the preform from above induce below. Further heaters can be found in the side walls of the Die cavity be provided. The addition of the temperature gradient during The expansion of the preform serves to define the point of initiation of the Expansion and provides improved formability.

Es wurde ebenso als vorteilhaft ermittelt, den Kolben in Kontakt mit dem Boden der Vorform vor dem Start der Expansions-Phase zu haben und einige axiale Belastung durch den Kolben über die Expansions-Phase hinweg aufzubringen. Mit diesem Verfahren, bei dem der Kolben einige axiale Belastungen auf das geschlossene Ende der Vorform durch die Expansions-Phase hinweg aufbringt, wird die Verschiebung und die Deformation des geschlossenen Endes der Vorform vorzugsweise nicht durchgeführt, bis die Expansions-Phase vervollständigt ist.It was also found to be beneficial in contacting the piston the bottom of the preform before the start of the expansion phase and some axial loading by the piston over the expansion phase applied. With this method, in which the piston has some axial Applying stress to the closed end of the preform through the expansion phase, becomes the displacement and the deformation of the closed end Preferably, the preform is not performed until the expansion phase completed is.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgend dargelegten detaillierten Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description together with the accompanying drawings seen.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of drawings

1 ist eine vereinfachte und in einiger Hinsicht schematische perspektivische Ansicht eines Werkzeugs zum Durchführen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung in in erläuternden Ausführungsformen; 1 Figure 3 is a simplified and somewhat schematic perspective view of a tool for carrying out the method according to the present invention in illustrative embodiments;

die 2A und 2B sind Ansichten ähnlich der 1 von aufeinander folgenden Stufen beim Durchführen einer ersten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung;the 2A and 2 B are similar to views 1 successive stages in carrying out a first embodiment of the method according to the invention;

3 ist ein Graph eines internen Drucks und der Stempel-Verschiebung als Funktion der Zeit unter Verwendung von Luft als Fluid-Medium, welcher die Zeit-Abhängigkeit zwischen den Stufen des Unterziehens der Vorform eines internen Fluid-Drucks und des Versetzens des Kolbens im Verfahren gemäß der Erfindung darstellt; 3 FIG. 12 is a graph of internal pressure and plunger displacement versus time using air as the fluid medium, illustrating the time dependence between the steps of subjecting the internal fluid pressure preform and displacing the piston in the method of FIG Invention represents;

die 4A, 4B, 4C und 4D sind Ansichten ähnlich der 1 aufeinander folgender Stufen im Durchführen einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung;the 4A . 4B . 4C and 4D are similar to views 1 successive stages in carrying out a second embodiment of the method according to the invention;

die 5A und 5B sind jeweils eine Ansicht ähnlich der 1 und eine vereinfachte, schematische perspektivische Ansicht eines Dreh-Ausform-Schritts, welche aufeinander folgende Stufen im Durchführen einer dritten Ausführungsform der Erfindung darstellen;the 5A and 5B are each a view similar to the 1 and a simplified schematic perspective view of a rotary forming step illustrating successive stages in carrying out a third embodiment of the invention;

die 6A, 6B, 6C und 6D sind Computer generierte schematische erhabene Ansichten aufeinander folgende Stufen in dem Verfahren gemäß der Erfindung;the 6A . 6B . 6C and 6D computer generated schematic raised views are successive stages in the method according to the invention;

7 ist ein Graph der Druck-Variation über die Zeit (unter Verwendung von beliebigen Zeiteinheiten), die das Merkmal des gleichzeitigen Aufbringens unabhängig gesteuerter interner und externer positiver Fluid-Drücke auf die Formform in dem Pressen-Gesenk und das Vergleichen der internen Druck-Variation hiermit (wie in 3) in Abwesenheit eines externen positiven Drucks darstellen; 7 FIG. 12 is a graph of pressure variation over time (using any unit of time) illustrating the feature of simultaneously applying independently controlled internal and external positive fluid pressures to the mold in the press die and comparing the internal pressure variation therewith (as in 3 ) in the absence of an external positive pressure;

8 ist ein Graph der Dehnungs-Variation über die Zeit, abgleitet aus der Finite-Elemente-Analyse, welcher die Dehnung für eine besondere Position (Element) unter zwei unterschiedlichen Druck-Bedingungen verglichen zu 7 darstellt; und 8th is a graph of strain variation over time, derived from the finite element ana lysis, which compared the elongation for a particular position (element) under two different pressure conditions 7 represents; and

9 ist ein Graph ähnlich dem aus 7, der einen besonderen Regelungs-Mechanismus darstellt, der in dem Ausform-Prozess verwendet werden kann, wenn interne und externe positive Fluid-Drücke simultan auf die Vorform in dem Pressen-Gesenk aufgebracht werden. 9 is a graph similar to that 7 , which illustrates a particular control mechanism that can be used in the molding process when internal and external positive fluid pressures are applied simultaneously to the preform in the press die.

10 ist eine schematische Darstellung einer expandierenden Vorform unter Verwendung eines aufgeheizten Kolbens; 10 Figure 3 is a schematic representation of an expanding preform using a heated piston;

11 ist ein Graph, der die Belastungen auf den Kolben, die internen Drücke und Verschiebungen des Kolbens während der Expansion einer Vorform zeigt; und 11 Figure 11 is a graph showing the loads on the pistons, the internal pressures and displacements of the piston during expansion of a preform; and

12 ist eine perspektivische Ansicht, die Stufen bei der Produktion einer Vorform aus einer flachen Scheibe zeigt. 12 Figure 11 is a perspective view showing stages in the production of a preform from a flat disk.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention

Die Erfindung wird beschrieben, wie sie in dem Verfahren zum Ausformen von Aluminium-Behälter verwirklicht ist, welche eine konturierte Form aufweisen, die nicht asymmetrisch sein muss (radial symmetrisch um eine geometrische Achse des Behälters) unter Verwendung einer Kombination von Innenhochdruck-Ausformung (interner Fluid-Druck) sowie Kolben-Ausformung, d.h. ein PRF-Verfahren.The Invention is described as used in the method of molding of aluminum containers is realized, which have a contoured shape, not must be asymmetric (radially symmetric about a geometric Axis of the container) using a combination of hydroforming (internal fluid pressure) and piston formation, i. a PRF procedure.

Der PRF-Herstellungs-Prozess weist zwei unterschiedliche Stufen auf, zum einen das Erzeugen einer Vorform und das anschließende Ausformen der Vorform in einen abschließenden Behälter. Hierbei bestehen verschiedene Optionen für die Ausführung der abschließenden Ausformung und die geeignete Auswahl wird durch die Formbarkeit des verwendeten Aluminium-Blechs bestimmt.Of the PRF manufacturing process has two distinct stages, on the one hand, the production of a preform and the subsequent molding the preform into a final one Container. in this connection exist different options for execution the final one Formation and the appropriate choice is made by the formability determined of the aluminum sheet used.

Die Vorform wird aus einem Aluminium-Blech erzeugt, welches ein rekristallisiertes oder erholtes Mikro-Gefüge und eine Dicke im Bereich von 0,25 mm bis 1,5 mm aufweist. Die Vorform ist ein Zylinder mit geschlossenem Ende, der beispielsweise durch einen Zieh-Weiterzieh(Weiterzieh)-Prozess oder durch indirektes Strangpressen erzeugt werden kann. Der Durchmesser der Vorform liegt irgendwo zwischen dem minimalen und maximalen Durchmesser des gewünschten Behälter-Produkts. Gewinde können vor dem nachfolgenden Ausform-Operationen an der Vorform ausgebildet sein. Das Profil des geschlossenen Endes der Vorform kann so ausgebildet sein, dass es die Ausformung des Flaschenprofils des abschließenden Produkts unterstützt.The Preform is produced from an aluminum sheet, which is a recrystallized or recovered microstructure and has a thickness in the range of 0.25 mm to 1.5 mm. The preform is a cylinder with a closed end, for example, by a pull-pull-through (retrain) process or can be produced by indirect extrusion. The diameter The preform is somewhere between the minimum and maximum Diameter of the desired Container-product. Can thread before formed subsequent forming operations on the preform be. The profile of the closed end of the preform may be formed be that it's the shape of the bottle profile of the final product supported.

Wie in 1 dargestellt beinhaltet die Werkzeug-Anordnung für das Verfahren gemäß der Erfindung eine gesplittete Presse 10 mit einem profilierten Gesenk 11, welches eine axiale vertikale Flaschenform definiert, einen Kolben 12, der eine Kontur aufweist, die für den Boden des Behälters gewünscht ist (beispielsweise eine konvex gewölbte Kontur zum Aufbringen einer gewölbten Form auf den Boden des ausgeformten Behälters, wie die in den dargestellten Ausführungsformen vorgesehen ist; sowie einen Stempel 14, der an dem Kolben in 1, die nur eine der zwei Hälften der gesplitteten Presse gezeigt, wobei die andere Hälfte ein Spiegelbild der dargestellten Pressenhälfte ist; es wird ersichtlich, dass die zwei Hälften einander in einer Ebene begegnen, die die geometrische Achse der durch die Wand des Pressen-Gesenks 11 definierten Flaschenform enthält.As in 1 As shown, the tool assembly for the method according to the invention includes a split press 10 with a profiled die 11 , which defines an axial vertical bottle shape, a piston 12 having a contour desired for the bottom of the container (for example, a convex contour for applying a domed shape to the bottom of the molded container as provided in the illustrated embodiments; 14 which is attached to the piston in 1 showing only one of the two halves of the split press, the other half being a mirror image of the illustrated press half; It will be seen that the two halves meet each other in a plane that is the geometric axis of the wall through the press die 11 defined bottle shape contains.

Der minimale Durchmesser des Pressen-Gesenks 11 ist am oberen Ende 11a hiervon (welches mit dem Hals der Flaschenform des Gesenks übereinstimmt) gleich dem äußeren Durchmesser der Vorform (siehe 2A), die in dem Gesenk mit der Ermöglichung eines Abstands zu platzieren ist. Die Vorform wird anfänglich leicht oberhalb des Kolbens 12 positioniert und weist eine schematisch dargestellte Druck-Passung 16 am oberen Ende 11a auf, um so das interne Unterdrucksetzen zu ermöglichen. Das Unterdrucksetzen kann beispielsweise durch Koppeln mit den im oberen offenen Ende der Vorform ausgebildeten Gewinden oder durch Einführen eines Rohrs in das offene Ende der Vorform und durch Ausbilden einer Abdichtung mittels der gesplitteten Presse oder durch andere Druck-Passungen erreicht werden.The minimum diameter of the press die 11 is at the top 11a of which (which agrees with the neck of the bottle shape of the die) equal to the outer diameter of the preform (see 2A ) to be placed in the die with the clearance being allowed. The preform will initially be slightly above the piston 12 positioned and has a schematically illustrated pressure fit 16 at the upper end 11a so as to allow internal pressurization. The pressurization may be achieved, for example, by coupling with the threads formed in the upper open end of the preform, or by inserting a tube into the open end of the preform and forming a seal by means of the split press or other pressure fits.

Der Schritt des Unterdrucksetzens beinhaltet die Einführung eines Fluids so wie Wasser oder Luft unter einem Druck, der ausreicht, um die Vorform innerhalb des Gesenks zu expandieren, bis die Wand der Vorform im Wesentlichen vollständig gegen die das Gesenk definierende Pressenwand gedrückt wird, zum Inneren der hohlen Vorform, wodurch die Form und die seitlichen Dimensionen des Gesenks auf die expandierte Vorform aufgebracht werden. Generell betrachtet kann das Fluid komprimierbar oder nicht komprimierbar eingesetzt werden, wobei Masse, Durchflussmenge, Volumen oder Druck kontrolliert werden können, um den Druck, der so auf die Vorform-Wände aufgebracht wird, zu steuern. Beim Auswählen des Fluids ist es notwendig, die Temperaturbedingungen, die beim Ausform-Prozess auftreten, in Betracht zu ziehen; wenn Wasser das Fluid ist, muss die Temperatur beispielsweise geringer als 100°C sein, und wenn eine höhere Temperatur erforderlich ist, sollte das Fluid ein Gas so wie Luft oder eine Flüssigkeit sein, die nicht bei der Temperatur des Ausform-Betriebs kocht.Of the Step of pressurizing involves the introduction of a Fluids such as water or air under a pressure that is sufficient to expand the preform within the die until the wall of the Preform substantially complete is pressed against the press wall defining the die, to the interior of the hollow preform, reducing the shape and the lateral Dimensions of the die applied to the expanded preform become. Generally speaking, the fluid can be compressible or not be used compressible, where mass, flow, volume or pressure can be controlled, to control the pressure applied to the preform walls. When selecting of the fluid, it is necessary to check the temperature conditions at Forming process occur to consider; if water that Fluid is, for example, the temperature must be lower than 100 ° C, and if a higher one Temperature is required, the fluid should be a gas such as air or a liquid that does not cook at the temperature of the molding operation.

Als Ergebnis dieses Schritts des Unterdrucksetzens werden detaillierte Relief-Merkmale, die in der Pressenwand ausgebildet sind, als inverses Spiegelbild auf der Oberfläche des resultierenden Behälters reproduziert. Auch wenn solche Merkmale oder die gesamte Form des erzeugten Behälters nicht axialsymmetrisch sind, wird der Behälter aus dem Werkzeug ohne Schwierigkeiten aufgrund der Verwendung einer gesplitteten Presse entfernt.As a result of this step of negative pressure In addition, detailed relief features formed in the press wall are reproduced as an inverse mirror image on the surface of the resulting container. Even if such features or the entire shape of the container produced are not axially symmetric, the container is removed from the tool without difficulty due to the use of a split press.

In der in den 2A und 2B dargestellten spezifischen Ausführungsform der Erfindung ist die Vorform 18 ein hohles zylindrisches Aluminium-Werkstück mit einem geschlossenen unteren Ende 20 und einem offenen oberen Ende 22, welcher einen Außen-Durchmesser aufweist, der gleich dem äußeren Durchmesser des Halses der auszuformenden Flaschenform ist, und die Ausform-Dehnungen des PRF-Verfahrens liegen innerhalb der Grenzen, die durch die Formbarkeit der Vorform gesetzt sind (was von der Temperatur und der Deformations-Rate abhängt). Mit einer Vorform, die diese Eigenschaft der Formbarkeit aufweist, wird die Form des Pressen-Gesenks 11 exakt erzeugt, wie es für das abschließende Produkt erforderlich ist, und das Produkt kann in einem einzelnen PRF-Betrieb erzeugt werden. Die Bewegung des Stempels 14 und die Rate des internen Unterdrucksetzens sind derart, dass die Dehnungen des Ausform-Betriebs minimiert sind und um die gewünschte Form des Behälters zu produzieren. Die Merkmale des Halses und der Seitenwand resultieren Hauptsächlich aus der Expansion der Vorform aufgrund des internen Drucks, während die Form des Bodens hauptsächlich durch die Bewegung des Stempels und des Kolbens 12 sowie die Kontur der Kolben-Oberfläche, die dem geschlossenen Ende 20 der Vorform gegenübersteht.In the in the 2A and 2 B illustrated specific embodiment of the invention is the preform 18 a hollow cylindrical aluminum workpiece with a closed lower end 20 and an open top 22 which has an outer diameter equal to the outer diameter of the neck of the bottle shape to be formed, and the forming expansions of the PRF method are within the limits set by the preform moldability (which depends on the temperature and deformation Rate depends). With a preform that has this property of formability, the shape of the press die 11 exactly as required for the final product, and the product can be produced in a single PRF operation. The movement of the stamp 14 and the rate of internal pressurization are such that the expansions of the molding operation are minimized and to produce the desired shape of the container. The features of the neck and side wall result mainly from the expansion of the preform due to the internal pressure, while the shape of the bottom is mainly due to the movement of the punch and the piston 12 as well as the contour of the piston surface, which is the closed end 20 facing the preform.

Eine genaue Synchronisation der Aufbringung des internen Fluid-Drucks und des Betriebs des Stempels und des Kolbens (Versetzung in das Pressen-Gesenk) sind wichtig bei der Ausführung der Erfindung. 3 zeigt eine graphische Darstellung Computer generierter simulierter Daten (eine Abfolge von Ausgaben der Finiten-Elemente-Analyse),die den Ausform-Betrieb gemäß der 2A und 2B mit Luftdruck darstellt, welcher durch die Durchflussmenge gesteuert wird. Insbesondere stellt der Graph die Historie des Drucks und der Stempelzeit, die hierbei einfließen, dar. Wie aus 3 ersichtlich wird, tritt der Fluid-Druck innerhalb der Vorform in aufeinander folgenden Stufen des (i) Ansteigens auf einen Peak 24, bevor die Expansion der Vorform beginnt, (ii) Abfallens auf einen Minimalwert 26, wenn die Expansion beginnt, (iii) schrittweisen Ansteigens auf einen Zwischenwert 28, wenn die Expansion fortschreitet, bis die Vorform aufgeweitet, jedoch der Kontakt mit der Pressen-Wand nicht abgeschlossen ist, und (iv) schnelleren Ansteigens (bei 30) von dem Zwischenwert während der Vervollständigung der Expansion der Vorform, auf. Mit Bezug auf diese Abfolge von Druck-Stufen ist festzustellen, dass die Initiierung des Versetzens des Kolbens, um das geschlossene Ende der Vorform in den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zu verschieben und zu deformieren (bei 32) im Wesentlichen am Ende der Stufe (iii) auftritt. Zeit, Druck sowie Stempel-Verschiebungs-Einheiten sind an dem Graphen dargestellt. Der Effekt der in 3 dargestellten Operationen an der Vorform (in einer Computer generierten Simulation) ist für die Zeiten 0,0, 0,096, 0,134 sowie 0,21 Sekunden, wie dies an der X-Achse aus 3 dargestellt ist, in den 6A, 6B, 6C und 6D gezeigt.Accurate synchronization of the application of internal fluid pressure and the operation of the punch and piston (displacement in the die die) are important in the practice of the invention. 3 FIG. 12 is a graphical representation of computer-generated simulated data (a sequence of Finite Element Analysis outputs) illustrating the shaping operation in accordance with FIG 2A and 2 B with air pressure, which is controlled by the flow rate. In particular, the graph represents the history of the printing and the stamping time involved 3 As can be seen, the fluid pressure within the preform occurs in successive stages of (i) rising to a peak 24 before the expansion of the preform begins, (ii) decreasing to a minimum value 26 when the expansion begins, (iii) gradually increase to an intermediate value 28 as the expansion progresses until the preform expands, but contact with the press wall is not completed, and (iv) faster increase (at 30 ) from the intermediate value during the completion of the expansion of the preform. With respect to this sequence of pressure stages, it should be noted that the initiation of displacement of the piston to displace and deform the closed end of the preform in the preferred embodiments of the invention 32 ) occurs substantially at the end of step (iii). Time, pressure and stamp shift units are shown on the graph. The effect of in 3 operations on the preform (simulation generated in a computer) are for the times 0.0, 0.096, 0.134 and 0.21 seconds, as is the case on the x-axis 3 is shown in the 6A . 6B . 6C and 6D shown.

Zu Anbeginn des Einführens des internen Fluid-Drucks zu der hohlen Vorform wird der Kolben 12 unterhalb des geschlossenen Endes der Vorform (wobei eine axial vertikale Orientierung des Werkzeugs, wie gezeigt, angenommen wird) in direkter Nähe (beispielsweise Berühren) hierzu angeordnet, um eine axiale Dehnung der Vorform unter dem Einfluss des zugefügten internen Drucks zu verhindern. Wenn die Expansion der Vorform einen wesentlichen, jedoch noch nicht vollständig abgeschlossenen Grad erreicht hat, wird der Stempel 14 betätigt, um den Kolben drückend nach oben zu versetzen, das Metall des geschlossenen Endes der Vorform nach oben zu verschieben und das geschlossene Ende in die Kontur der Kolben-Oberfläche zu deformieren, wenn die seitliche Expansion der Vorform mittels des internen Drucks vervollständigt ist. Die Verschiebung des geschlossenen Endes der Vorform nach oben kann nicht die Vorform relativ zu der Presse nach oben bewegen oder bewirken, dass die Seitenwand der Vorform sich verzieht (was durch eine vorzeitige Bewegung des Stempels nach oben bewirkt werden kann) in Folge des Grads der Expansion der Vorform, welcher bereits eingetreten ist, wenn der Stempel beginnt, den Kolben nach oben anzutreiben.At the beginning of introducing the internal fluid pressure to the hollow preform, the piston becomes 12 placed beneath the closed end of the preform (assuming an axially vertical orientation of the tool, as shown) in close proximity (e.g., touching) thereto to prevent axial expansion of the preform under the influence of the internal pressure added thereto. When the expansion of the preform has reached a significant but not yet complete degree, the stamp becomes 14 operated to pushingly push the piston up to move the metal of the closed end of the preform upwards and to deform the closed end in the contour of the piston surface when the lateral expansion of the preform is completed by means of the internal pressure. The upward displacement of the closed end of the preform can not move the preform upwardly relative to the press or cause the sidewall of the preform to distort (which may be caused by premature upward movement of the punch) due to the degree of expansion the preform which has already occurred when the punch starts to drive the piston upwards.

Eine zweite Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist in den 4A4D dargestellt. In dieser Ausführungsform weist, wie in der aus den 2A und 2B, die zylindrische Vorform 38 einen ursprünglichen Außen-Durchmesser auf, der gleich dem minimalen Durchmesser (Hals) des abschließenden Produkts ist. Jedoch wird in dieser Ausführungsform angenommen, dass die Ausform-Belastungen der PRF-Operation die Grenzen der Formbarkeit der Vorform übersteigen. In diesem Fall sind zwei aufeinander folgende Druck-Ausform-Verfahren erforderlich. Der erste (4A und 4B) erfordert keinen Stempel und expandiert die Vorform einfach innerhalb einer einfachen gesplitteten Presse 40 auf ein Werkstück mit größerem Durchmesser 38a mittels internem Unterdrucksetzen. Das zweite Verfahren ist eine PRF-Prozedur (4C und 4D), welche mit dem in der Presse 40 ursprünglich expandierten Werkstück startet und eine gesplittete Presse 42 mit einem flaschenförmigen Gesenk 44 sowie einem mittels eines Stempels 48 angetriebenen Kolben 46, d.h. unter Verwendung sowohl internen Drucks als auch der Bewegung des Stempels, verwendet, die schlussendlich gewünschte Flaschenform produziert, welche sämtliche Merkmale des Seitenwand-Profils sowie der Konturen der Flasche, die hauptsächlich durch die Aktion des Kolbens 46 produziert wurden, beinhaltet.A second embodiment of the method according to the invention is shown in FIGS 4A - 4D shown. In this embodiment, as shown in FIGS 2A and 2 B , the cylindrical preform 38 an original outside diameter equal to the minimum diameter (neck) of the final product. However, in this embodiment, it is believed that the molding loads of the PRF operation exceed the limits of formability of the preform. In this case, two consecutive pressure-molding procedures are required. The first ( 4A and 4B ) does not require a stamp and simply expands the preform within a simple split press 40 on a workpiece with a larger diameter 38a by means of internal pressurisation. The second method is a PRF procedure ( 4C and 4D ), which with the in the press 40 originally expanded workpiece starts and a split press 42 with a bottle-shaped gene Gesenk 44 as well as one by means of a stamp 48 driven piston 46 That is, using both internal pressure and the movement of the punch used, which ultimately produces the desired bottle shape, which has all the characteristics of the sidewall profile as well as the contours of the bottle, mainly due to the action of the piston 46 produced.

Eine dritte Ausführungsform ist in den 5A und 5B gezeigt. In dieser Ausführungsform ist die Vorform 50 mit einem ursprünglichen äußeren Durchmesser erzeugt, der größer als der gewünschte minimale äußere Durchmesser (üblicherweise der Durchmesser des Halses) des schließlich flaschenförmigen Behälters ist. Die Wahl einer Vorform kann aus Überlegungen der Ausform-Grenzen der Vorform-Operation resultieren oder kann ausgewählt werden, um die Dehnungen beim PRF-Betrieb zu reduzieren. Infolgedessen muss die Erzeugung des schließlichen Produkts sowohl die Durchmesser-Expansion als auch die Kompression der Vorform beinhalten und kann somit nicht allein mit der PRF-Vorrichtung erreicht werden. Ein einzelner PRF-Betrieb (5A, unter Verwendung einer gesplitteten Presse 52 sowie eines mit einem Stempel angetriebenen Kolbens 54) wird dazu verwendet, die Wand- und Boden-Profile auszubilden (wie in der Ausführungsform aus den 2A und 2B), und ein Dreh-Ausformungs- oder andere Hals-Ausbilde-Betrieb ist erforderlich, um den Hals des Behälters zu formen. Wie in 5B dargestellt ist es möglich, ein Dreh-Ausform-Verfahren des in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung mit der Nummer 09/846,169, angemeldet am 1. Mai 2001, dargestellten Typs zu verwenden, wobei eine Vielzahl von Tandem-Sätzen von Dreh-Ausform-Scheiben 56 sowie eine konisch zulaufende Spindel 58 dazu verwendet werden, den Flaschenhals 60 zu formen.A third embodiment is in 5A and 5B shown. In this embodiment, the preform is 50 generated with an original outer diameter that is greater than the desired minimum outer diameter (usually the diameter of the neck) of the finally bottle-shaped container. The choice of a preform may result from consideration of the design limits of the preform operation or may be selected to reduce the expansions in PRF operation. As a result, the generation of the final product must include both the diameter expansion and the compression of the preform, and thus can not be achieved with the PRF device alone. A single PRF operation ( 5A using a split press 52 and a plunger driven piston 54 ) is used to form the wall and floor profiles (as in the embodiment of FIGS 2A and 2 B ), and a rotary-forming or other neck-forming operation is required to form the neck of the container. As in 5B it is possible to use a spin-forming method of the type shown in co-pending U.S. Patent Application Serial No. 09 / 846,169, filed May 1, 2001, wherein a plurality of tandem sets of rotary forming slices 56 and a tapered spindle 58 be used to the bottleneck 60 to shape.

In der Praxis des oben beschriebenen PRF-Verfahren können die PRF-Dehnungen groß sein. Die Legierungs-Zusammensetzung wird dementsprechend ausgewählt oder eingestellt, um eine Kombination gewünschter Produkt-Eigenschaften und eine erhöhte Formbarkeit zur Verfügung zu stellen. Wenn immer noch eine bessere Formbarkeit erforderlich ist, kann die Formungs-Temperatur wie im Anschluss beschrieben eingestellt werden, da ein Temperaturanstieg eine bessere Formbarkeit ermöglicht; somit kann eine Notwendigkeit bestehen, die PRF-Operation(en) bei erhöhten Temperaturen durchzuführen und/oder die Vorform kann eine Erholungsglühung erfordern, um deren Formbarkeit zu erhöhen. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich insbesondere von bekannten Druck-Ausform-Verfahren so wie dem Blas-Ausformen von PET-Behältern durch das Hinzufügen einer externen Kolben-Ausform-Komponente. Ein interner Kolben, wie er manchmal für das Ausformen von PET-Flaschen verwendet wird, ist nicht erforderlich. Zur Zeit besteht kein den Anmeldern bekannter Weg, einen Aluminium-Behälter mit einem geformten Profil mit dem Bereich von Durchmessern, die mittels der vorliegenden Erfindung erzielt werden können, zu produzieren. Darüber hinaus besteht kein den Anmeldern geläufiger Weg, ein asymmetrisches Profil (beispielsweise Füße am Boden oder spiralförmige Rippen an der Seite des Behälters) zu produzieren.In In practice of the PRF method described above, the Be large PRF stretches. The alloy composition is selected accordingly or set to a combination of desired product properties and an increased Moldability available to deliver. If still a better formability required is, the molding temperature can be as described below, as a temperature increase allows better formability; thus, there may be a need to include the PRF operation (s) increased To carry out temperatures and / or the preform may require a recovery anneal to improve its formability to increase. The present invention differs in particular from known ones Pressure-forming method as well as the blow-molding of PET containers The addition an external piston-forming component. An internal piston, as he sometimes used for molding PET bottles is not required. At the moment there is no den Applicants known way, an aluminum container with a shaped profile with the range of diameters obtained by means of the present invention can be achieved to produce. About that In addition, there is no way familiar to the applicants, an asymmetric one Profile (for example, feet on the ground or spiral Ribs on the side of the container) to produce.

Das Verfahren gemäß der Erfindung könnte ebenso dazu verwendet werden, Behälter aus anderen Materialien so wie Stahl zu formen.The Method according to the invention could as well used to container made of other materials such as steel.

Die Wichtigkeit des Bewegens des mittels eines Stempels angetriebenen Kolbens 12 in das Pressen-Gesenk 11, um das geschlossene Ende 20 der Vorform 18 (wie in den 2A und 2B) zu verschieben und zu deformieren, kann im Folgenden unter Bezug auf die 3 (wie oben erwähnt), wenn sie zusammen mit den 6A6D, in der die gepunktete Linie das vertikale Profil des Pressen-Gesenks 11 darstellt, erläutert werden, und die Verschiebung (in Millimetern) des gewölbt konturierten Kolbens 12 bei verschiedenen Zeiten nach der Initiierung des internen Drucks wird durch die Skala an der rechten Seite dieser gepunkteten Linie dargestellt.The importance of moving the piston driven by a punch 12 in the press die 11 to the closed end 20 the preform 18 (as in the 2A and 2 B ) and to deform, can be described below with reference to the 3 (as mentioned above), when combined with the 6A - 6D in which the dotted line represents the vertical profile of the press die 11 represents, and the displacement (in millimeters) of the domed contoured piston 12 at different times after initiation of internal pressure is represented by the scale on the right side of this dotted line.

Der Stempel dient dabei zwei wesentlichen Funktionen beim Ausbilden der Aluminium-Flasche. Er begrenzt die axialen Zug-Kräfte und bildet die Form des Bodens des Behälters aus. Anfänglich wird der mittels eines Stempels angetriebene Kolben 12 in enger Nähe zu oder beinah berührend zum Boden der Vorform 18 (6A) gehalten. Dies dient dazu, die axiale Dehnung der Vorform-Seitenwand zu minimieren, die andernfalls als Ergebnis eines internen Unterdrucksetzens auftreten würde. Somit wird, wenn der interne Druck erhöht wird, die Seitenwand der Vorform so expandiert, dass sie das Innere der Presse ohne signifikante Verlängerung berührt. Typischerweise wird der zentrale Bereich der Vorform zuerst expandieren und diese Region der Expansion wird entlang der Länge der Vorform, sowohl nach oben als auch nach unten anwachsen. Zu einem gewissen Zeitpunkt wird der Boden der Vorform nahezu halbkreisförmig in seiner Form, wobei der Radius des Halbkreises nahezu gleich dem des Pressen-Gesenks (6B) ist. Zu diesem Zeitpunkt oder kurz vor diesem Zeitpunkt ist es notwendig, dass der Stempel aktiviert wird, um den Kolben 12 nach oben anzutreiben (6C). Das Profil oder die Nase des Stempels (d.h. die Kontur der Kolben-Oberfläche) definiert vollständig das Profil des Bodens des Behälters. Wenn der interne Fluid-Druck die Formgebung der Vorform gegen die Wand des Pressen-Gesenks vervollständigt (vgl. die Schulter und den Hals der Flasche in den 6B, 6C und 6D), drückt die Bewegung des Stempels kombiniert mit dem internen Druck den Boden der Vorform in die Konturen der Kolben-Oberfläche in einer Weise, dass die gewünschte Kontur (6D) erzeugt wird, ohne dabei exzessive Zug-Kräfte aufzubringen, die denkbar zu Fehlern führen würden. Die Bewegung des Stempels nach oben bringt Kompressions-Kräfte auf den halbkreisförmigen Bereich der Vorform auf, reduziert die Gesamt-Belastung, die durch den Druck-Betrieb bewirkt wird, und unterstützt die Zufuhr von Material radial nach außen, um die Konturen der Kolben-Nase zu befüllen.The stamp serves two important functions in forming the aluminum bottle. It limits the axial tensile forces and forms the shape of the bottom of the container. Initially, the piston driven by a punch is used 12 in close proximity to or nearly touching the bottom of the preform 18 ( 6A ) held. This serves to minimize the axial expansion of the preform sidewall that would otherwise occur as a result of internal pressurization. Thus, as the internal pressure is increased, the sidewall of the preform is expanded to contact the interior of the press without significant elongation. Typically, the central region of the preform will first expand and this region of expansion will grow along the length of the preform, both up and down. At some point in time, the bottom of the preform becomes nearly semicircular in shape, with the radius of the semicircle nearly equal to that of the press die ( 6B ). At this time, or just before this time, it is necessary that the punch is activated to the piston 12 to drive upwards ( 6C ). The profile or nose of the punch (ie the contour of the piston surface) completely defines the profile of the bottom of the container. When the internal fluid pressure completes the molding of the preform against the wall of the press die (see the shoulder and neck of the bottle in Figs 6B . 6C and 6D ), the movement of the punch combined with the internal pressure pushes the bottom of the preform into the contours the piston surface in a way that the desired contour ( 6D ) is generated without applying excessive tensile forces that would conceivably lead to errors. The upward movement of the punch imposes compressive forces on the semi-circular portion of the preform, reduces the overall load caused by the pressure operation, and assists the delivery of material radially outward to the contours of the piston nose to fill.

Wenn die Bewegung des Stempels relativ zur Rate der internen Unterdrucksetzung zu früh aufgebracht wird, neigt die Vorform dazu, sich zu verziehen und aufgrund der axialen Kompressions-Kräfte sich zu falten. Wenn die Bewegung zu spät aufgebracht wird, unterläuft das Material einer exzessiven Belastung in axialer Richtung, die bewirkt, dass Fehler auftreten. Somit wird die Koordination der Rate des internen Unterdrucksetzens und der Bewegung des Stempels sowie der Kolbennase für eine erfolgreiche Umform-Operation erfordert. Das notwendige Timing wird am besten mittels einer Finite-Elemente-Analyse (FEA) des Verfahrens erreicht. 3 basiert auf den Ergebnissen einer FEA.If the movement of the punch is applied too early relative to the rate of internal pressurization, the preform tends to warp and fold due to the axial compressive forces. If the movement is applied too late, the material undergoes an excessive load in the axial direction, which causes errors to occur. Thus, the coordination of the rate of internal pressurization and movement of the punch and piston nose is required for a successful forming operation. The necessary timing is best achieved by means of a finite element analysis (FEA) of the method. 3 based on the results of an FEA.

Die Erfindung wurde bisher so beschrieben und in 3 exemplarisch dargestellt, als wenn kein positiver Fluid-Druck (d.h. ein Druck oberhalb des Atmosphärendrucks) auf die Außenseite der Vorform innerhalb des Pressen-Gesenk aufgebracht würde. In einem solchen Fall würde der externe Druck auf die Vorform in dem Gesenk im Wesentlichen der atmosphärische Umgebungsdruck sein. Wenn die Vorform expandiert, würde Luft in dem Gesenk ausgetrieben (durch die fortschreitende Verringerung des Volumens zwischen der Außenseite der Vorform und der Pressenwand) durch eine geeignete Auslass-Öffnung oder einen Durchtritt, der zu diesem Zweck vorgesehen ist und eine Wirkverbindung zwischen dem Pressen-Gesenk und dem äußeren der Presse zur Verfügung stellt. Insbesondere mit Bezug auf Aluminium-Behälter wurde im Wege der Darstellung durch die FEA gezeigt, dass bei Abwesenheit jedes aufgebrachten positiven externen Drucks, wenn die Vorform einmal begonnen hat sich plastisch zu deformieren (Fließen), die Dehnungsrate in der Vorform sehr hoch und im Wesentlichen unsteuerbar wird in Folge der niedrigen oder nicht existenten Kaltverfestigungsrate der Aluminium-Legierungen bei der Verfahrens-Temperatur (beispielsweise etwa 300°C) des Druck-Stempel-Ausform-Verfahrens. Dies bedeutet, dass bei derartigen Temperaturen die Kaltverfestigungs-Rate der Aluminiumlegierung im Wesentlichen Null ist und die Duktilität (d.h. die Grenze der Formbarkeit) mit ansteigender Dehnungs-Rate absinkt. Somit wird die Möglichkeit, Behälter-Produkte mit gewünschter Abschlussform zu erzeugen, abgesenkt, wenn die Dehn-Rate des Ausform-Betriebs ansteigt und die Duktilität des Aluminiums absinkt.The invention has been described so far and in 3 exemplified as if no positive fluid pressure (ie, a pressure above atmospheric pressure) were applied to the outside of the preform within the die die. In such a case, the external pressure on the preform in the die would be substantially the ambient atmospheric pressure. As the preform expands, air in the die would be expelled (by the progressive reduction in volume between the outside of the preform and the press wall) through a suitable outlet opening or passageway provided for this purpose and providing an operative connection between the press die. Gesenk and the outer of the press provides. In particular, with reference to aluminum containers, it has been shown by way of illustration by the FEA that in the absence of any positive external pressure once the preform has begun to plastically deform (flow), the strain rate in the preform is very high and substantially becomes uncontrollable due to the low or nonexistent strain hardening rate of the aluminum alloys at the process temperature (for example, about 300 ° C) of the pressure-stamp molding process. That is, at such temperatures, the strain hardening rate of the aluminum alloy is substantially zero and the ductility (ie, moldability limit) decreases with increasing strain rate. Thus, the ability to produce container products of desired closure shape is lowered as the expansion rate of the molding operation increases and the ductility of the aluminum decreases.

In Übereinstimmung mit einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung wird ein positiver Fluid-Druck auf die Außenseite der Vorform in dem Pressen-Gesenk simultan mit der Aufbringung eines positiven Fluid-Drucks auf die Innenseite der Vorform aufgebracht. Diese positiven externen und internen Fluid-Drücke werden jeweils mittels zweier unabhängig gesteuerter Druck-Systeme zur Verfügung gestellt. Der positive externe Fluid-Druck kann in geeigneter Weise durch Verbinden einer unabhängig steuerbaren Quelle für den positiven Fluid-Druck auf die vorangenannte Auslass-Öffnung oder den Durchtritt derart zugeführt werden, dass ein positiver Druck in dem Volumen zwischen der Presse und der expandierenden Vorform beibehalten wird.In accordance with another important feature of the invention is a positive fluid pressure on the outside the preform in the press die simultaneously with the application of a positive Fluid pressure on the inside of the preform applied. These positive external and internal fluid pressures are each using two independently controlled pressure systems to disposal posed. The positive external fluid pressure can be suitably by connecting one independently controllable source for the positive fluid pressure on the aforementioned outlet opening or fed the passage so be that positive pressure in the volume between the press and the expanding preform is maintained.

Die 7 und 8 vergleichen die Historie des Drucks über die Zeit und der Dehnung über die Zeit für das Druck-Stempel-Ausformen eines Behälters mit und ohne Steuerung des positiven externen Drucks (der Begriff „Dehnung" bezeichnet hierbei die Verlängerung pro Längeneinheit, die mittels einer äußeren Kraft in einem Körper erzeugt wird). Die Linie 101 aus 7 stimmt mit der Linie aus 3, die dort mit dem Begriff „Druck" gekennzeichnet war, für den Fall überein, bei dem kein externer positiver Fluid-Druck auf die Vorform agiert; die Linie 103 aus 8 stellt die resultierende Dehnung für eine besondere Position (Element), wie es von der FEA bestimmt ist, dar. Offenkundig liegt die Dehnung in diesem Fall im Wesentlichen ohne Verzögerung vor, was sehr hohe Dehnungsraten und sehr kurze Zeiten impliziert, um die Vorform in Kontakt der Pressenwand zu expandieren. Im Gegensatz hierzu stellen die Linien 105, 107 und 109 aus 7 jeweils den positiven internen Fluid-Druck, den positiven externen Fluid-Druck und die Differenz zwischen diesen beiden dar, wenn sowohl der interne als auch der externe Druck gesteuert werden, d.h. wenn der externe und der interne positive Fluid-Druck unabhängig voneinander gesteuert werden und zeitgleich auf die Vorform in dem Pressen-Gesenk aufgebracht werden; der interne Druck ist höher als der externe Druck, so dass jeweils ein positives Druck-Differential von innen nach außen vorliegt, wie es für die Bewirkung einer Expansion der Vorform erforderlich ist. Linie 111 aus 8 stellt die Tangentialdehnung (die Dehnung, die in der horizontalen Ebene um den Umfang der Vorform bei deren Expansion produziert wird) für die durch die Linien 105, 107 und 109 dargestellte Bedingung eines unabhängig gesteuerten Intern-Extern-Drucks dar; es wird ersichtlich, dass die Tangential-Dehnung, die durch die Linie 111 gezeigt ist, den gleichen Abschlusswert erreicht, wie die aus Linie 103, jedoch über eine deutlich längere Zeit und somit bei einer deutlich niedrigeren Dehnrate. Die Linie 115 aus 8 stellt die Axialdehnung dar (die Dehnung, die in vertikaler Richtung erzeugt wird, wenn sich die Vorform verlängert).The 7 and 8th compare the history of the pressure over time and the elongation over time for the pressure-stamp-forming a container with and without control of the positive external pressure (the term "elongation" here denotes the extension per unit length, which by means of an external force in a body is created.) The line 101 out 7 agrees with the line 3 denoted there by the term "pressure" in the case where no external positive fluid pressure acts on the preform; the line 103 out 8th As a matter of fact, in this case, the strain is essentially instantaneous, which implies very high strain rates and very short times to contact the preform to expand the press wall. In contrast, the lines represent 105 . 107 and 109 out 7 each of the positive internal fluid pressure, the positive external fluid pressure and the difference between the two, when both the internal and the external pressure are controlled, that is, when the external and the internal positive fluid pressure are controlled independently and be applied simultaneously to the preform in the press die; the internal pressure is higher than the external pressure, so that there is a positive pressure differential from the inside to the outside, as required for effecting expansion of the preform. line 111 out 8th represents the tangential strain (the strain produced in the horizontal plane around the circumference of the preform as it expands) through the lines 105 . 107 and 109 illustrated condition of independently controlled internal-external pressure; It will be apparent that the tangential strain passing through the line 111 shown is the same final value achieved as the off line 103 , but over a much longer time and thus at a much lower strain rate. The line 115 out 8th represents the axial strain (the strain that is generated in the vertical direction as the preform lengthens).

Durch gleichzeitiges Bereitstellen unabhängig voneinander steuerbarer interner und externer positiver Fluid-Drücke, die auf die Vorform in dem Pressen-Gesenk agieren und durch Variation der Differenz zwischen diesem internen und dem externen Druck, verbleibt der Ausform-Betrieb vollständig unter Kontrolle und sehr hohe und unkontrollierbare Dehn-Raten werden vermieden. Die Duktilität der Vorform und somit die Formbarkeitsgrenze des Verfahrens wird aus zwei Gründen angehoben. Erstens steigert das Absinken der Dehn-Rate des Ausform-Betriebs die inhärente Duktilität der Aluminium-Legierung. Zweitens senkt die Zufügung eines externen positiven Drucks die hydrostatische Belastung in der Wand der expandieren Vorform (und könnte diesen potentiell auf Null reduzieren). Dies könnte den schädlichen Effekt eines mit Mikro-Gefüge-Fehlern und intermetallischen Partikeln in dem Metall verbundenen Schadens reduzieren. Der Begriff „hydrostatische Belastung", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf das arithmetische Mittel von drei Normal-Belastungen in X-, Y- und Z-Richtung.By Simultaneously deploy independently controllable internal and external positive fluid pressures acting on the preform in act on the press-Gesenk and by varying the difference between This internal and external pressure, the molding operation remains completely under Control and very high and uncontrollable strain rates avoided. The ductility the preform and thus the moldability limit of the method becomes for two reasons raised. First, the decrease in the stretching rate of the forming operation increases the inherent ductility the aluminum alloy. Second, the addition of an external positive lowers Pressure to expand the hydrostatic load in the wall of the Preform (and could potentially reduce this to zero). This could be the harmful Effect of having micro-texture defects and intermetallic Reduce particles in the metal related damage. The term "hydrostatic Load ", like as used herein refers to the arithmetic mean of three normal loads in the X, Y and Z directions.

Das somit beschriebene Merkmal gemäß der Erfindung erhöht die Eignung des Druck-Stempel-Ausform-Betriebs, erfolgreich Aluminium-Behälter in Flaschenform oder dergleichen zu erzeugen, wobei die Steuerung der Dehn-Rate beim Ausform-Betrieb und das Absenken der hydrostatischen Belastung in dem Metall während des Ausformens angewandt wird.The thus described feature according to the invention elevated the suitability of pressure-stamp-molding operation, successfully aluminum container in Bottle shape or the like to produce, the control of the Strain rate during forming operation and lowering of hydrostatic load in the metal while of the molding is applied.

Die Auswahl des Druckdifferentials basiert auf den Material-Eigenschaften des Metalls, aus dem die Vorform erzeugt wurde.The Selection of the pressure differential is based on the material properties of the Metal from which the preform was created.

Insbesondere müssen die Streckgrenze und die Kaltverfestigungs-Rate des Metalls beachtet werden. Um zu gewährleisten, dass die Vorform plastisch fließt (d.h. unelastisch) muss das Druck-Differential derart ausgestaltet sein, dass die effektive Belastung (Mises) in der Vorform die Streckgrenze übersteigt. Wenn eine positive Kaltverfestigungs-Rate vorliegt, würde eine feste (von dem Druck) aufgebrachte effektive Belastung oberhalb der Streckgrenze bewirken, dass sich das Metall bis zu einem Dehnungs-Niveau deformiert, welches gleich dem der aufgebrachten effektiven Dehnung ist. Zu diesem Zeitpunkt würde die Deformations-Rate sich Null annähern. Im Falle einer sehr geringen oder nicht vorhandenen Kaltverfestigungs-Rate würde sich das Metall bei einer hohen Dehn-Rate deformieren, bis es entweder in Kontakt mit der Wand der Form (Presse) käme oder ein Bruch aufträte. Bei den für den PRF-Prozess erwarteten erhöhten Temperaturen ist die Kaltverfestigungs-Rate von Aluminium-Legierungen niedrig bis Null.Especially have to the yield strength and strain hardening rate of the metal are considered become. To ensure, that the preform flows plastically (i.e., inelastic), the pressure differential must be configured be that the effective load (Mises) in the preform exceeds the yield point. If there is a positive work hardening rate, a fixed (from the pressure) applied effective load above The yield strength causes the metal to reach a strain level deformed, which is equal to the applied effective elongation is. At this time would the deformation rate approaches zero. In the case of a very small or non-existing strain hardening rate, the metal would be at a deform it to high strain rate until it either comes into contact with the Wall of the mold (press) would come or a break occurred. At the for increased the PRF process expected Temperatures, the strain hardening rate of aluminum alloys is low to zero.

Beispiele geeigneter Gase zur Verwendung sowohl der Zufuhr interner als auch externer Drücke beinhalten ohne Beschränkung hierauf Stickstoff, Luft und Argon sowie sämtliche Kombinationen dieser Gase.Examples suitable gases for use with both the feed internal and include external pressures without restriction then nitrogen, air and argon and all combinations of these Gases.

Die plastische Dehnrate an jedem Punkt in der Wand der Vorform zu jedem Zeitpunkt nur von der augenblicklichen effektiven Belastung ab, welche wiederum nur vom Druckdifferential abhängt. Die Wahl eines externen Drucks ist vom Intervall-Druck abhängig, mit dem Gesamtprinzip, die effektive Belastung zu erreichen und zu steuern und somit die Dehn-Rate in der Wand der Vorform.The plastic strain rate at each point in the wall of the preform to each Timing only from the instantaneous effective load, which in turn depends only on the pressure differential. The choice of an external Pressure is dependent on the interval pressure, with the overall principle, to achieve and control the effective load and thus the rate of stretching in the wall the preform.

9 zeigt einen anderen Steuerungs-Mechanismus, der in dem Ausform-Verfahren verwendet werden kann. Finite-Elemente-Simulationen wurden verwendet, um den Prozess zu optimieren. In 9 stellt die Linie 120 den internen Druck (Pin), der auf die Vorform agiert, dar und die Linie 122 stellt den externen Druck (Pout) dar, der auf die Vorform wirkt, und die Linie 124 stellt das Druckdifferential (Pdiff = Pin – Pout) dar. Diese Abbildung zeigt die Historie des Drucks von einem gesteuerten Verfahren. In diesem Fall wird die Fluidmasse in der internen Aushöhlung konstant gehalten und der Druck in der externen Aushöhlung (außerhalb der Vorform) sinkt linear ab. Von der Dehn-Rate abhängige Material-Eigenschaften sind ebenso in dieser Simulation enthalten. Dieser letztgenannte Regelungsmechanismus wird derzeit bevorzugt, da er zu einem einfacheren Prozess führt. 9 shows another control mechanism that can be used in the molding process. Finite element simulations were used to optimize the process. In 9 represents the line 120 the internal pressure (pin) acting on the preform and the line 122 represents the external pressure (Pout) acting on the preform and the line 124 represents the pressure differential (Pdiff = Pin - Pout). This figure shows the history of the pressure from a controlled process. In this case, the fluid mass in the internal cavity is kept constant and the pressure in the external cavity (outside the preform) decreases linearly. Strain rate dependent material properties are also included in this simulation. This latter control mechanism is currently preferred as it leads to a simpler process.

10 bezieht sich auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der Aufheizen der Vorform angewandt wird, welches einen Temperatur-Gradienten in der Vorform induziert. Wie in 10 gezeigt steht der Kolben 12 in Kontakt mit dem Boden der Vorform 18 und der Kolben 12 enthält ein Heizelement 19. Dieses heizt die Vorform vom Boden aus nach oben auf, was die Expansion der Vorform bewirkt, um vom Boden aus nach oben zu wachsen, wenn der interne Druck angehoben wird. 10 refers to another embodiment of the invention which employs heating of the preform which induces a temperature gradient in the preform. As in 10 shown is the piston 12 in contact with the bottom of the preform 18 and the piston 12 contains a heating element 19 , This heats the preform up from the bottom, which causes the expansion of the preform to grow up from the bottom when the internal pressure is raised.

11 zeigt Graphen, die den Expansions-Prozess illustrieren. Eine Linie des Graphs zeigt die Verschiebungen des Stempels/Kolbens, während der andere die Variationen der Belastungen auf den Stempel/Kolben zeigt, wobei beide als Funktion der Zeit angegeben sind. Eine dritte Linie zeigt den internen Druck in der Vorform. 11 shows graphs illustrating the expansion process. One line of the graph shows the displacements of the punch / piston while the other shows the variations of the loads on the punch / piston, both being given as a function of time. A third line shows the internal pressure in the preform.

Beim Punkt A ist der Stempel auf eine Kompressions-Belastung von etwa 22,7 kg vorbelastet und beim Punkt B wird die Vorform intern unter Druck gesetzt und bei einem Niveau von 1,14 MPa gehalten. In dem dargestellten Verfahren wurde die Position des Stempels zwischen den Punkten B und C abgestuft, um eine Kompressions-Belastung von 68 kg des Stempels beizubehalten. Wenn die Stempelbelastung nach einer Erhöhung der Stempelposition (Punkt C bis D) nicht länger schnell abgesenkt wurde, wurde das Anfahren des Stempels bis auf eine Verschiebung von etwas 25 mm und eine Belastung von etwa 454 kg (Punkt E) weitergeführt. Während des Anhebens des Stempels vom Punkt D auf den Punkt E wurde das Bodenprofil des Behälters gleichzeitig mit der Expansion der Vorform derart ausgeformt, dass der Punkt E die Vervollständigung des Ausformens des Behälters darstellt.At point A, the punch is preloaded to a compression load of about 22.7 kg, and at point B, the preform is internally pressurized and maintained at a level of 1.14 MPa. In the illustrated method, the position of the punch was stepped between points B and C to maintain a compression load of 68 kg of the punch. If the stamp load after an increase in the punch position (Point C to D) was no longer lowered quickly, the start of the stamp was continued to a displacement of about 25 mm and a load of about 454 kg (point E). During the raising of the punch from the point D to the point E, the bottom profile of the container was formed simultaneously with the expansion of the preform such that the point E represents the completion of the molding of the container.

Während der Graph aus 11 eine schrittweise Prozedur zeigt, ist es ebenso möglich, die Vorform in einem sanften Betrieb in einem Behälter zu expandieren und auszuformen, beispielsweise durch Verwendung einer computergesteuerten Regelung des Verfahrens. Der Vorteil dieses Verfahrens ist der, dass aufgrund des induzierten Temperatur-Gradienten die Expansion schrittweise vom Boden bis zum oberen Ende fortschreitet, wenn der Stempel und der Kolben sich nach oben bewegen. Es hat sich gezeigt, dass diese Technik zu einer reduzierten verbesserten Formbarkeit führt, wenn mit vorab beschriebenen Verfahren verglichen, in denen die Expansion im Wesentlichen simultan über die gesamte Länge der Vorform eintritt.While the graph is off 11 shows a stepwise procedure, it is also possible to expand and form the preform in a smooth operation in a container, for example by using a computerized control of the method. The advantage of this method is that due to the induced temperature gradient, the expansion progressively progresses from the bottom to the top as the punch and piston move upwards. It has been found that this technique results in reduced improved formability when compared to previously described methods in which the expansion occurs substantially simultaneously over the entire length of the preform.

Während 10 ein Aufheizelement nur innerhalb des Kolbens 12 zeigt, ist es möglich, unterschiedliche Aufheiz-Zonen zur Verfügung zu stellen, um beim Ausformen zu helfen. Beispielsweise kann ein weiteres separates Aufheizelement um den oberen Teil der Vorform vorgesehen sein und weitere separate Aufheizelement innerhalb der Seitenwände des Pressen-Gesenks. Durch unabhängiges Manipulieren der Temperaturen in jeder dieser Bereich können optimale Expansions-Historien für verschiedene Behälter-Design entwickelt werden.While 10 a heating element only within the piston 12 shows, it is possible to provide different heating zones to help with molding. For example, another separate heating element may be provided around the upper part of the preform and further separate heating elements within the side walls of the press die. By independently manipulating the temperatures in each of these areas, optimal expansion histories can be developed for different container design.

12 zeigt eine typische Abfolge bei der Erzeugung einer Vorform aus einer flachen Scheibe. Eine Standard-Zieh/Rückzieh-Technik wird mit dem Aluminiumblech 70 verwendet, welches zuerst in einen flachen Zylinder 71 mit geschlossenem Ende gezogen wird, der dann in einen zweiten Zylinder 72 mit kleinerem Durchmesser und längeren Seitenwänden zurückgezogen wird. Der Zylinder 72 wird dann zurückgezogen, um einen Zylinder 73 auszubilden, der zurückgezogen wird, um einen Zylinder 74 auszubilden. Es wird ersichtlich, dass der Zylinder 74 einen langen, dünnen Aufbau aufweist. 12 shows a typical sequence in the formation of a preform from a flat disc. A standard drawing / retracting technique is used with the aluminum sheet 70 used first in a flat cylinder 71 with the end closed, then into a second cylinder 72 is retracted with smaller diameter and longer side walls. The cylinder 72 is then withdrawn to a cylinder 73 retracted to a cylinder 74 train. It will be apparent that the cylinder 74 has a long, thin structure.

Claims (28)

Verfahren zum Ausformen eines Metallbehälters oder dergleichen mit definierter Form und definierten Dimensionen, wobei dieses Verfahren umfasst: (a) Anordnen einer hohlen metallischen Vorform (18), die ein geschlossenes Ende (20) aufweist, in einem Pressen-Gesenk (11), welches eine Pressenwand aufweist, die diese Form und diese Dimensionen definiert, wobei zumindest ein Abschnitt der Vorform anfänglich von der Pressenwand nach innen beabstandet ist, und (b) Unterziehen der Vorform (18) einem internen Fluiddruck, um die Vorform nach außen in im Wesentlichen vollen Kontakt mit der Pressenwand zu expandieren, wodurch diese definierte Form und diese definierten Dimensionen auf die Vorform eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen-Gesenk (11) so dimensioniert ist, dass es eine hohle metallische Vorform (18) seitlich einschließt, welche ein geschlossenes Ende (20) mit einem Kolben (12), der an einem Ende des Gesenks platziert ist und in das Gesenk hinein versetzbar ist, aufweist, wobei die Vorform (18) innerhalb des Gesenks (11) mit dem geschlossenen Ende der Vorform in naher gegenüberstehender Beziehung zu dem Kolben (12) positioniert ist, und ein innerer Fluiddruck auf die Vorform aufgebracht wird, um die Vorform nach außen zu expandieren und Fluiddruckkraft auf das geschlossene Ende auszuüben, und wobei (c) der Kolben (12) entweder bevor oder nachdem die Vorform (18) beginnt zu expandieren, jedoch bevor die Expansion der Vorform abgeschlossen ist, in das eine Ende der Aushöhlung versetzt wird, um das geschlossene Ende (20) der Vorform in eine Richtung entgegen der Richtung der durch das Fluid ausgeübten Kraft zu ergreifen und zu verschieben, das geschlossene Ende der Vorform zu deformieren, während die Vorform nach außen in im Wesentlichen vollen Kontakt mit der Pressenwand expandiert.A method of forming a metal container or the like of defined shape and dimensions, said method comprising: (a) placing a hollow metallic preform ( 18 ), which has a closed end ( 20 ), in a press die ( 11 ) having a press wall defining said shape and said dimensions, wherein at least a portion of said preform is initially spaced inwardly from said press wall, and (b) subjecting said preform ( 18 ) an internal fluid pressure to expand the preform outwardly in substantially full contact with the press wall, thereby introducing that defined shape and dimensions to the preform, characterized in that the press die ( 11 ) is dimensioned to be a hollow metallic preform ( 18 ) which includes a closed end ( 20 ) with a piston ( 12 ) placed at one end of the die and displaceable into the die, the preform ( 18 ) within the die ( 11 ) with the closed end of the preform in close confronting relation to the piston ( 12 ), and an internal fluid pressure is applied to the preform to expand the preform outwardly and apply fluid pressure force to the closed end, and wherein (c) the piston (14) 12 ) either before or after the preform ( 18 ) begins to expand, but before the expansion of the preform is completed, in which one end of the cavity is displaced to the closed end ( 20 ) to grasp and displace the preform in a direction opposite to the direction of the force exerted by the fluid, to deform the closed end of the preform as the preform expands outwardly in substantially full contact with the press wall. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der interne Fluiddruck durch Aufbringen sowohl internen positiven Fluiddrucks als auch externen positiven Fluiddrucks auf die Formform (18) innerhalb des Gesenks aufgebracht wird, wobei der interne positive Fluiddruck höher als der externe positive Fluiddruck ist.A method according to claim 1, characterized in that the internal fluid pressure by applying both internal positive fluid pressure and external positive fluid pressure to the mold ( 18 ) within the die, wherein the internal positive fluid pressure is higher than the external positive fluid pressure. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Unterziehen der Vorform (18) einem internen Fluiddruck Hitze auf die Vorform innerhalb des Gesenks aufgebracht wird, um einen Temperaturgradienten hierin zu induzieren.Method according to claim 1, characterized in that before subjecting the preform ( 18 An internal fluid pressure is applied to the preform within the die to induce a temperature gradient therein. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform (18) ein längliches und ursprünglich im Wesentlichen zylindrisches Werkstück ist, welches ein expandierbares geschlossenes Ende und ein offenes Ende gegenüber dem geschlossenen Ende aufweist.Method according to claim 1, characterized in that the preform ( 18 ) is an elongate and originally substantially cylindrical workpiece having an expandable closed end and an open end opposite the closed end. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) in das Gesenk (11) bewegt wird, nachdem die Vorform (18) beginnt zu expandieren, jedoch bevor die Expansion der Vorform in Schritt (b) abgeschlossen ist.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the piston ( 12 ) in the die ( 11 ) is moved after the preform ( 18 ) begins to expand but before the expansion of the preform in step (b) is completed. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) in Kontakt mit dem geschlossenen Ende (20) der Vorform (18) bewegt wird, bevor die Expansion der Vorform beginnt und der Kontakt durch die Expansion der Vorform hindurch beibehalten wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the piston ( 12 ) in contact with the closed end ( 20 ) of the preform ( 18 ) is moved before the expansion of the preform begins and the contact is maintained throughout the expansion of the preform. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) eine konturierte Oberfläche aufweist, das geschlossene Ende (20) der Vorform derart deformiert wird, dass es mit dieser konturierten Oberfläche übereinstimmt.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the piston ( 12 ) has a contoured surface, the closed end ( 20 ) of the preform is deformed to match that contoured surface. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Form eine Flaschenform mit einem Halsabschnitt und einem Körperabschnitt beinhaltet, der größer in seinen seitlichen Dimensionen als der Halsabschnitt ist, wobei das Pressen-Gesenk (11) eine Längsachse aufweist, die Vorform (18) eine Längsachse aufweist und im Wesentlichen koaxial mit der Aushöhlung (11) in Schritt (a) angeordnet ist und der Kolben (12) entlang der Längsachse des Gesenks (11) transferierbar ist.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the defined shape includes a bottle shape with a neck portion and a body portion which is larger in its lateral dimensions than the neck portion, wherein the press die ( 11 ) has a longitudinal axis, the preform ( 18 ) has a longitudinal axis and substantially coaxial with the cavity ( 11 ) is arranged in step (a) and the piston ( 12 ) along the longitudinal axis of the die ( 11 ) is transferable. Verfahren gemäß Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) eine gewölbte Kontur aufweist und wobei der Schritt (c) dieses geschlossene Ende (20) der Vorform (18) in die gewölbte Kontur deformiert.Method according to claims 8, characterized in that the piston ( 12 ) has a curved contour and wherein step (c) of this closed end ( 20 ) of the preform ( 18 ) deformed into the curved contour. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressenwand eine geteilte Presse (40) umfasst, die zu Entfernung des ausgeformten Behälters nach dem Schritt (c) trennbar ist.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the press wall is a split press ( 40 ) which is separable to remove the molded container after the step (c). Verfahren gemäß Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Form asymmetrisch über die Längsachse der Aushöhlung ist.Method according to claim 8, 9 or 10, characterized in that the defined shape asymmetrically over the longitudinal axis the excavation is. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) ursprünglich beim Start des Schritts (b) so positioniert ist, um eine axiale Längung der Vorform (18) durch den Fluiddruck zu begrenzen.Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the piston ( 12 ) is initially positioned at the start of step (b) to provide axial elongation of the preform ( 18 ) by the fluid pressure limit. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, das die Vorform (18) ein längliches und ursprünglich im Wesentlichen zylindrisches Werkstück ist, welches ein offenes Ende gegenüber dem geschlossenen Ende (20) aufweist und dessen Durchmesser im Wesentlichen gleich dem Durchmesser des Halsabschnittes der Flaschenform ist.Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that the preform ( 18 ) is an elongate and originally substantially cylindrical workpiece having an open end opposite the closed end (FIG. 20 ) and whose diameter is substantially equal to the diameter of the neck portion of the bottle shape. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform (18) eine ausreichende Umformfähigkeit aufweist, um in einer einzelnen Druck-Umformoperation in die definierte Form expandierbar zu sein.Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that the preform ( 18 ) has sufficient formability to be expandable into the defined shape in a single pressure forming operation. Verfahren gemäß Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen vorangestellten Schritt des Platzierens des Werkstücks (38) in einem Pressen-Gesenk, das kleiner als das zuerst genannte Pressen-Gesenk ist, und darin Unterziehen des Werkstücks einem internen Fluiddruck, um das Werkstück auf eine Zwischengröße (38a) und eine Form, die kleiner als die besagte definierte Größe und Seitendimensionen ist, zu expandieren, bevor die Schritte (a), (b) und (c) durchgeführt werden.Method according to claim 13, characterized by a preceding step of placing the workpiece ( 38 ) in a press die that is smaller than the first-mentioned press die, and subjecting the work piece to an internal fluid pressure to set the work piece to an intermediate size ( 38a ) and a shape smaller than said defined size and side dimensions, before performing steps (a), (b) and (c). Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform (18) ein längliches und ursprünglich im Wesentlichen zylindrisches Werkstück ist, welches ein offenes Ende gegenüber dem geschlossenen Ende (20) aufweist und im Durchmesser größer als der Halsabschnitt der Flaschenform ist; und beinhaltend einen weiteren Schritt des Unterziehens des Werkstücks nahe dem offenen Ende und nach dem Durchführen der Schritte (a), (b) und (c) einer Schleuder-Ausformoperation (spin forming) (56, 58), um einen Halsabschnitt (60) mit reduziertem Durchmesser auszuformen.Method according to claim 1, characterized in that the preform ( 18 ) is an elongate and originally substantially cylindrical workpiece having an open end opposite the closed end (FIG. 20 ) and is larger in diameter than the neck portion of the bottle shape; and including a further step of subjecting the workpiece near the open end and after performing steps (a), (b) and (c) a spin forming ( 56 . 58 ) around a neck portion ( 60 ) with reduced diameter. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform (18) eine Aluminium-Vorform ist.Method according to one of claims 1 to 16, characterized in that the preform ( 18 ) is an aluminum preform. Verfahren gemäß Anspruch 17, gekennzeichnet durch den Schritt des Erzeugens der Vorform (18) aus einem Aluminium-Blech (70), welches eine rekristallisierte und erholte Mikrostruktur mit einer Dicke im Bereich von etwa 0,25 bis etwa 1,5 mm vor dem Durchführen des Schritts (a) aufweist.Method according to claim 17, characterized by the step of generating the preform ( 18 ) from an aluminum sheet ( 70 ) having a recrystallized and recovered microstructure having a thickness in the range of about 0.25 to about 1.5 mm prior to performing step (a). Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform (18) als Zylinder (74) mit geschlossenem Ende durch Unterziehen des Blechs einer Zug-Rückzug-Operation oder Rück-Extrusion erzeugt wird.Method according to claim 18, characterized in that the preform ( 18 ) as a cylinder ( 74 ) is produced with the end closed by subjecting the sheet to a pull-back operation or re-extrusion. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts (b) Fluiddruck innerhalb der Vorform (18) in aufeinanderfolgenden Stufen des (i) Ansteigens auf einen ersten Spitzenwert, bevor die Expansion der Vorform beginnt, (ii) Abfallen auf einen Minimalwert, wenn die Expansion beginnt, (iii) schrittweises Ansteigen auf einen Zwischenwert, wenn das Herausdrücken voranschreitet, bis die Vorform in einem erweiterten, jedoch noch nicht vollständigen Kontakt mit der Pressenwand steht, sowie (iv) Ansteigen von dem Zwischenwert während der Vervollständigung der Vorform-Expansion; und wobei die Initiierung des Versetzens des Kolbens (11) in dem Schritt (c) zur Verschiebung und Deformierung des geschlossenen Endes (20) der Vorform (18) im Wesentlichen zum Ende der Stufe (iii) auftritt.Method according to one of claims 1 to 19, characterized in that during step (b) fluid pressure within the preform ( 18 ) in successive stages of (i) rising to a first peak before expansion of the preform commences, (ii) falling to a minimum value as expansion commences, (iii) incrementally increasing to an intermediate value as the extrusion proceeds until the Preform is in extended but not yet complete contact with the press wall; and (iv) rising from the intermediate value during completion of the preform expansion; and wherein the initiation of the displacement of the piston ( 11 ) in the step (c) for moving and deforming the closed end ( 20 ) of the preform ( 18 ) essentially to End of stage (iii) occurs. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts (b) das geschlossene Ende (20) der Vorform (18) eine vergrößerte und im Wesentlichen halbkugelförmige Konfiguration annimmt, wenn der Abschnitt der Vorform in einen ersten Kontakt mit der Pressenwand (11) in Schritt (b) kommt; und wobei die Initiierung des Versetzens des Kolbens (12) in Schritt (c) zur Verschiebung und Deformierung des geschlossenen Endes (20) der Vorform (18) im Wesentlichen zu dem Zeitpunkt eintritt, an dem das geschlossene Ende (20) der Vorform diese Konfiguration annimmt.Method according to one of claims 1 to 19, characterized in that during step (b) the closed end ( 20 ) of the preform ( 18 ) assumes an enlarged and substantially hemispherical configuration when the portion of the preform is in first contact with the press wall (FIG. 11 ) comes in step (b); and wherein the initiation of the displacement of the piston ( 12 ) in step (c) for shifting and deforming the closed end ( 20 ) of the preform ( 18 ) occurs substantially at the time when the closed end ( 20 ) the preform assumes this configuration. Verfahren gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet durch unabhängiges Regeln der internen und externen positiven Fluiddrücke, denen die Vorform (18) gleichzeitig unterworfen ist, zum Variieren des Differenzials zwischen dem internen positiven Fluiddruck und dem externen Positiven Fluiddruck, wodurch die Belastungsrate in der Vorform (18) geregelt wird.Method according to claim 2, characterized by independent regulation of the internal and external positive fluid pressures to which the preform ( 18 ) to vary the difference between the internal positive fluid pressure and the external positive fluid pressure, thereby increasing the loading rate in the preform 18 ) is regulated. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme auf die Vorform (18) mittels Heizmitteln in dem Kolben (12) aufgebracht wird, um hierdurch einen Temperaturgradienten in der Vorform zu induzieren, der an dem geschlossenen Boden beginnt und sich nach oben hin erstreckt.Method according to claim 3, characterized in that the heat is applied to the preform ( 18 ) by means of heating means in the piston ( 12 ), thereby inducing a temperature gradient in the preform that begins at the closed bottom and extends upwardly. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme auf die Vorform (18) mittels eines Heizmittels um die Spitze der Vorform in der Presse aufgebracht wird, um hierdurch einen Temperaturgradienten in der Vorform (18) zu induzieren, der an der Spitze beginnt und sich nach unten hin erstreckt.Method according to claim 3, characterized in that the heat is applied to the preform ( 18 ) is applied by means of a heating medium around the tip of the preform in the press, thereby causing a temperature gradient in the preform ( 18 ), which starts at the tip and extends downwards. Verfahren gemäß Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme auf die Vorform (18) mittels Heizmitteln in den Seitenwänden der Presse (10) aufgebracht wird.Method according to claim 23 or 24, characterized in that the heat is applied to the preform ( 18 ) by means of heating means in the side walls of the press ( 10 ) is applied. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Fluiddruck mittels eines unter Druck setzbaren Fluids in Form eins Gases zur Verfügung gestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the fluid pressure by means of a pressurizable fluid in the form of a gas available is provided. Verfahren gemäß Anspruch 26, wobei das unter Druck setzbare Fluid Gas, Luft, Argon oder Stickstoff ist.Method according to claim 26, wherein the pressurizable fluid is gas, air, argon or nitrogen is. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Temperatur der Ausformoperation höher als 100°C ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the temperature of the molding operation is higher than 100 ° C.
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