ES2223726T3 - Base de lata que tiene resistencia a la presion mejorada y aparato para su fabricacion. - Google Patents
Base de lata que tiene resistencia a la presion mejorada y aparato para su fabricacion.Info
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Abstract
Una lata (1) que comprende una pared lateral (4) con un diámetro de aproximadamente 166, 04 mm y una base (6) enteriza, comprendiendo la base: (i) una porción (8) aproximadamente frustocónica que se extiende hacia abajo y hacia dentro desde dicha porción de pared lateral; (ii) una porción de nariz (16) anular que se extiende hacia abajo desde dicha porción aproximadamente frustocónica; (iii) una sección central (26) sustancialmente plana en forma de disco; y (iv) una sección de cúpula (24) anular dispuesta entre dicha sección central (26) sustancialmente plana y dicha nariz (16), siendo arqueada dicha sección de cúpula anular en sección transversal y cóncava hacia abajo, caracterizada porque dicha sección de cúpula (24) anular tiene un radio de curvatura (R6) no mayor que aproximadamente 37, 47 mm.
Description
Base de lata que tiene resistencia a la presión
mejorada y aparato para su fabricación.
Esta invención está dirigida a una lata, tal como
una lata de metal, usada para envasar bebidas carbónicas. Más
específicamente, la invención actual está dirigida a una base de
lata que tiene resistencia mejorada.
En el pasado, las latas para envasar bebidas
carbónicas, tales como bebidas no alcohólicas o cerveza, se han
formado de metal, típicamente aluminio. Tales latas se fabrican
usualmente fijando un extremo de lata, o tapa, a un cuerpo de lata
estirado y embutido que tiene una base formada de modo enterizo.
Ciertos parámetros que se refieren a la geometría
de la base de lata juegan un papel importante en el comportamiento
de la lata. En las bases de lata que emplean una nariz anular,
descritas más abajo, el diámetro de la nariz afecta a la capacidad
para apilar o encajar la base de una lata en el extremo superior de
otra lata. El diámetro de nariz afecta, también, a la resistencia de
la lata a volcarse, tal como podría ocurrir durante el llenado.
Además de la capacidad de apilamiento y la
estabilidad antivuelco, la resistencia es, también, un aspecto
importante del comportamiento de la base de lata. Por ejemplo, ya
que sus contenidos están a presión, que puede ser tan alta como
620,5 kPa, la lata debe ser suficientemente fuerte para oponer
resistencia a la deformación excesiva debido a presurización
interna. Por lo tanto, un parámetro importante de resistencia para
la base de lata es la resistencia al pandeo, que se define
comúnmente como el valor mínimo de la presión interna requerida
para causar la puesta al revés, o inversión, de la porción en forma
de cúpula de la base de lata, es decir, la presión mínima a la que
la porción de centro de la base de lata pasa de golpe de ser
cóncava hacia fuera a convexa hacia fuera. Otro parámetro
importante es la resistencia a la caída, que se define como la
altura mínima requerida para causar la inversión de la cúpula
cuando una lata llena de agua y a presión de 413 kPa se deja caer
sobre una superficie dura.
Además de satisfacer los requisitos de
comportamiento, existe un incentivo económico tremendo para que los
fabricantes de latas reduzcan la cantidad de metal usada. Como se
venden miles de millones de tales latas cada año, son deseables
incluso ligeras reducciones en el uso de metal. El tamaño total y la
forma general de la lata son especificaciones al fabricante de
latas por parte de la industria de bebidas. Por consiguiente, los
fabricantes de latas están luchando constantemente para reducir el
grosor del metal refinando los detalles de la geometría de lata a
fin de obtener una estructura más fuerte. Sólo hace pocos años, las
latas de aluminio se formaban de metal con un grosor de
aproximadamente 0,285 mm. Sin embargo, las latas de aluminio con
grosores tan bajos como 0,274 mm están ahora disponibles.
Una técnica para aumentar la resistencia de la
base de lata que ha gozado de un éxito considerable es la formación
de una cúpula externamente cóncava en la base de lata. Las latas de
bebida, tales como las de bebidas no alcohólicas y cerveza, tienen,
típicamente, un diámetro de pared lateral de aproximadamente 66,04
mm. Usualmente, el radio de curvatura de la cúpula es al menos 39,37
mm. Por ejemplo, la patente de EE.UU. número 4.685.582 (Pulciani
et al.), cedida en su expedición a National Can Corporation,
describe una lata, según el preámbulo de la reivindicación 1, que
tiene un diámetro de pared lateral de 65,96 mm y un radio de
curvatura de la cúpula de 53,85 mm. De modo similar, la patente de
EE.UU. número 4.885.924 (Claydon et al.), cedida en su
expedición a Metal Box plc, describe una lata que tiene un diámetro
de pared lateral de 65,786 mm y un radio de curvatura de la cúpula
de 50,8 mm, mientras que la patente de EE.UU. número 4.412.627
(Houghton et al.), cedida en su expedición a Metal Container
Corp, describe una lata que tiene un diámetro de pared lateral de
66,04 mm y un radio de curvatura de la cúpula de 44,45 mm.
La resistencia de una base de lata en forma de
cúpula se aumenta además formando una pared frustocónica que se
extiende hacia abajo y hacia dentro en la periferia de la base que
termina en un reborde anular, o nariz. La nariz tiene paredes
interior y exterior, que se extienden circunferencialmente y que
pueden ser también frustocónicas. Las paredes interior y exterior
están unidas por una porción arqueada y convexa hacia fuera, que
puede estar formada por un sector de círculo. La base de la porción
arqueada forma la superficie o el reborde de soporte sobre el que
descansa la lata cuando está vertical.
Según la tecnología usual de fabricación de
latas, el radio de curvatura de la superficie interior de la
porción arqueada de la nariz en tales bases de lata en forma de
cúpula y de pared cónica era, generalmente, 1,27 mm o menos. Por
ejemplo, antes del desarrollo de la invención actual, el padre del
cesionario de la presente solicitud, Crown Cork & Seal Company,
vendía latas de aluminio con extremos 202 (es decir, el diámetro
del extremo de lata opuesto a la base es 54 mm) en las que el radio
de curvatura de la superficie interior de la nariz era 1,27 mm. De
modo similar, la patente de EE.UU. número 3.730.383 (Dunn et
al.), cedida en su expedición a Aluminium Company of America, y
la patente de EE.UU. número 4.685.582 (Pulciani et al.),
cedida en su expedición a National Can Corporation, describen una
nariz que tiene un radio de curvatura de 1,016 mm.
Además, se pensaba hasta ahora generalmente que
cuanto menor era el radio de curvatura de la nariz, mayor era la
resistencia a la presión de la base de lata, como se describe, por
ejemplo, en la patente de EE.UU. número 3.730.383 antes mencionada.
Por consiguiente, la patente de EE.UU. número 4.885.924 (descrita
anteriormente), la patente de EE.UU. número 5.069.052 (Porucznik
et al.), cedida en su expedición a CMB Foodcan plc, y la
patente de EE.UU. número 5.351.852 (Trageser et al.), cedida
en su expedición a Aluminium Company of America, describen todas
ellas métodos para reducir el radio de curvatura de la nariz a fin
de aumentar la resistencia de la base de lata. La patente de EE.UU.
número 5.351.852 sugiere reelaborar la nariz a fin de reducir su
radio de curvatura hasta 0,381 mm, mientras que la patente de
EE.UU. número 5.069.052 sugierere reelaborar la nariz a fin de
reducir su radio de curvatura en la superficie interior hasta cero
y en la superficie exterior hasta 1,016 mm o menos.
Además de su geometría, los aparatos y las
técnicas de fabricación empleados en la formación de la base de
lata pueden afectar a su resistencia. Por ejemplo, se pueden crear
pequeñas grietas superficiales en el área de cerco de la base de
lata si se estira el metal excesivamente, cuando se forma la nariz.
Si, como a veces ocurre, estas grietas no se extienden inicialmente
en todo el camino a través de la pared de metal, pueden quedarse
sin detectar durante la inspección por parte del fabricante de
latas. Esto puede dar como resultado un fallo de la lata después de
que se ha llenado y cerrado, que es muy indenseable desde el punto
de vista del vendedor de bebidas o del cliente final. Cuanto menor
sea el radio de curvatura de la nariz, más probable es que ocurra
tal agrietamiento. Ya que se piensa que el radio de curvatura de la
nariz adyacente a su pared interior tiene un impacto mayor en la
resistencia al pandeo que el radio adyacente a la pared exterior,
algunos fabricantes de latas han utilizado una forma de nariz que
es más compleja que un sencillo sector de círculo empleando dos
radios de curvatura: un primer radio de curvatura superficial
interior adyacente a la pared exterior, que está por encima de 1,524
mm, y un segundo radio de curvatura superficial interior adyacente
a la pared interior, que está por debajo de 1,524 mm. Por ejemplo,
la patente de EE.UU. número 4.431.112 (Yamaguchi), cedida en su
expedición a Daiwa Can Company, describe una base de lata en forma
de cúpula, aunque es una que no tiene una pared periférica cónica,
con una nariz de un primer radio de curvatura adyacente a su pared
interior de aproximadamente 0,9 mm y de un segundo radio de
curvatura adyacente a su pared exterior de aproximadamente 2,3 mm.
Otro fabricante de latas ha empleado una base de lata en forma de
cúpula y de pared cónica en una lata de extremo 204 en la que la
superficie interior de la nariz, cuya pared exterior está inclinada
un ángulo de aproximadamente 26,5º con respecto al eje de lata,
tiene un primer radio de curvatura adyacente a la pared interior de
nariz de aproximadamente 1,37 mm y un segundo radio de curvatura
adyacente a la pared exterior de aproximadamente 1,626 mm.
A pesar de las mejoras conseguidas hasta ahora en
la técnica, sería deseable proporcionar una base de lata con una
geometría que optimizara su comportamiento, especialmente con
respecto a la resistencia al pandeo, la resistencia a la caída, y
las capacidades de apilamiento y fabricación.
Es un objeto de la invención actual proporcionar
una base de lata con una geometría que optimice su comportamiento,
especialmente con respecto a la resistencia al pandeo, y a las
capacidades de apilamiento y fabricación. Este y otros objetos se
consiguen en una lata que comprende una porción de pared lateral y
una porción de base formada de modo enterizo con la porción de pared
lateral, según la reivindicación 1. La porción de base comprende:
(i) una porción aproximadamente frustocónica que se extiende hacia
abajo y hacia dentro desde la porción de pared lateral, (ii) una
porción de nariz anular que se extiende hacia abajo desde la porción
aproximadamente frustocónica, (iii) una sección central
sustancialmente plana en forma de disco, y (iv) una sección de
cúpula anular dispuesta entre la sección central sustancialmente
plana y la nariz, siendo arqueada la sección de cúpula anular en
corte transversal y cóncava hacia abajo, teniendo la sección de
cúpula anular un radio de curvatura no mayor que aproximadamente
37,465 mm. La pared lateral de lata tiene un diámetro de
aproximadamente 66,04 mm. En una realización preferida, el radio de
curvatura de la sección de cúpula anular es aproximadamente 36,83
mm, la sección central sustancialmente plana en forma de disco
tiene un diámetro de al menos aproximadamente 3,556 mm, y la sección
central sustancialmente plana en forma de disco está desplazada
respecto a una porción de base de la nariz una altura que es al
menos aproximadamente 10,414 mm.
La invención abarca, también, un aparato para
formar una base de lata que tiene una nariz anular formada en ella,
según la reivindicación 11. El aparato comprende: (i) una matriz
centralmente dispuesta con una superficie de formación que tiene
aproximadamente forma de cúpula y convexa hacia arriba, (ii) un
punzón de nariz desplazable con relación a la matriz, teniendo el
punzón de nariz un extremo distal, formado el extremo distal por
paredes interior y exterior, que se extienden circunferencialmente,
unidas por una porción arqueada y convexa hacia abajo, teniendo la
porción arqueada un radio de curvatura adyacente a la pared
interior que está dentro de un intervalo de 1,524 mm a 1,778 mm, y
(iii) un émbolo para hacer que haya movimiento relativo entre el
punzón de nariz y la matriz.
La matriz centralmente dispuesta de la invención
tiene una superficie de formación con un radio de curvatura no
mayor que aproximadamente 37,465 mm.
Se describe ahora una realización preferida de la
invención, sólo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos, en
los que:
la figura 1 es una vista isométrica de una lata
que tiene una base según la invención actual.
La figura 2 es un corte transversal tomado a
través de la línea II-II mostrada en la figura 1,
que presenta la base de lata según la invención actual.
La figura 3 es un corte transversal a través de
la base de lata de la invención actual encajada en el extremo de
una lata similar.
La figura 4 es una gráfica que muestra el efecto
de variar el radio de curvatura de la superficie interior de la
nariz en la resistencia al pandeo de una base de lata.
La figura 5 es una gráfica que muestra el efecto
de variar el radio de curvatura de la superficie interior de la
nariz en la resistencia al pandeo de una base de lata, cuando se
varía el diámetro de la nariz a fin de mantener la profundidad de
penetración aproximadamente constante al encajar una en otra.
La figura 6 es un corte transversal longitudinal
tomado a través de una estación de formación de bases según la
invención actual.
La figura 7 es un corte transversal longitudinal
tomado a través del punzón de nariz según la invención actual
mostrada en la figura 6.
Se muestra en la figura 1 una lata 1 según la
invención actual. Como es usual, la lata comprende un extremo 3, en
el que está formada una abertura, y un cuerpo de lata. El cuerpo de
lata está formado por una pared lateral 4 cilíndrica y una base 6
que está formada de modo enterizo con la pared lateral. La pared
lateral 4 tiene un diámetro D_{1}. Como es usual también, el
cuerpo de lata se fabrica de un metal, tal como un metal o, más
preferiblemente, aluminio, tal como placa de aluminio de tipo 3204,
3302 ó 3004 que tiene una dureza H-19.
Como se muestra en la figura 2, la base 6 de lata
comprende una porción 8 aproximadamente frustocónica que se extiende
hacia abajo y hacia dentro desde la pared lateral 4. La porción 8
frustocónica incluye una sección arqueada 10, con un radio de
curvatura R_{1}, que forma una transición uniforme hacia dentro de
la pared lateral 4. La porción 8 frustocónica también incluye,
preferiblemente, una sección recta que forma un ángulo \alpha con
respecto al eje 7 de la pared lateral 4.
Como se muestra también en la figura 2, una nariz
16 anular se extiende hacia abajo desde la porción 8 frustocónica.
La nariz 16 comprende, preferiblemente, unas paredes interior y
exterior 12 y 13 aproximadamente frustocónicas, respectivamente. Se
debe hacer notar que a la pared interior 12 se la denomina, a
veces, en la técnica el "cerco". Preferiblemente, la pared
interior 12 tiene una sección recta que forma un ángulo \gamma con
respecto al eje 7 de la pared lateral 4, al tiempo que la pared
exterior 13 tiene una sección recta que forma un ángulo \beta con
respecto al eje. Las paredes interior y exterior 12 y 13 están
unidas por una sección arqueada 18 que se extiende
circunferencialmente. La pared interior 12 incluye una sección
arqueada 22, con un radio de curvatura R_{5}, que forma una
transición uniforme hacia dentro de una porción 24 de centro de la
base 6. La pared exterior 13 incluye una sección arqueada 14, con
un radio de curvatura R_{2}, que forma una transición uniforme
hacia dentro de la porción 8 frustocónica.
En corte transversal, la porción de la superficie
interior 29 de la sección arqueada 18 de la nariz 16 adyacente a la
pared interior 12 tiene un radio de curvatura R_{3}. De modo
similar, la porción de la superficie interior 29 de la sección
arqueada 18 adyacente a la pared exterior 13 tiene un radio de
curvatura R_{4}. Los radios de curvatura de la superficie exterior
30 de la nariz 16 serán iguales a los radios de curvatura de la
superficie interior 29 más el grosor del metal en la porción
arqueada 18 de la nariz, que es generalmente, por naturaleza, el
mismo que el de la chapa metálica de partida. Preferiblemente,
R_{3} es igual a R_{4}. Más preferiblemente, la superficie
interior 29 de la porción arqueada 18 está formada enteramente por
un sector de círculo, de manera que sólo un radio de curvatura forme
la totalidad de la porción arqueada 18 de la superficie interior de
la nariz 16, como se muestra en la figura 2. El centro 19 del radio
de curvatura R_{3} forma un círculo de diámetro D_{2} mientras
se extiende alrededor de la circunferencia de la base 6. La base 27
de la nariz 16, sobre la que descansa la lata 1 cuando está en la
orientación vertical, está formada, también, alrededor del diámetro
D_{2}. El centro 21 de radio de curvatura R_{1} de la sección
arqueada 10 está desplazado respecto al centro 19 de radio de
curvatura R_{3} en la dirección axial una distancia Y.
Preferiblemente, cuando se aumenta el valor de R_{3}, como se
describe en lo que sigue, se disminuye el valor de Y de manera que
la suma Y + R_{3} se mantiene constante.
Una porción 24 de centro aproximadamente en forma
de cúpula se extiende hacia arriba y hacia dentro desde la nariz 16.
La sección más central 26 de la porción 24 de centro tiene forma de
disco, con un diámetro D_{3} y siendo sustancialmente plana. Una
porción 25 anular de la porción 24 de centro es arqueada en corte
transversal, con un radio de curvatura R_{6}, y conecta la sección
central 26 a la pared interior 12 de la nariz 16. La base 6 de lata
tiene una altura H de cúpula que se extiende desde la base 27 de la
nariz 16 hasta la parte superior de la porción 24 de centro.
Como se muestra en la figura 3, cuando dos latas
construidas de modo similar están apiladas una en la parte de arriba
de la otra, la base 6 de la lata superior penetrará en el extremo 3
de la lata inferior, de manera que la base 27 de la nariz 16 de la
lata superior se extiende una distancia d por debajo del labio
formado sobre el panel de unión 40 de la lata inferior.
La figura 4 muestra los resultados de un análisis
por elementos finitos, o FEA, que tiene por objetivo mostrar cómo
varía la resistencia al pandeo, definida como se ha descrito
anteriormente, con el radio de curvatura de la nariz 16 en la base
de una lata que tiene un extremo 202 y que emplea la geometría
definida en la Tabla I y mostrada en la figura 2.
Se conoce en la técnica anterior una lata de
extremo 202 que tiene una base definida por la geometría
especificada en la Tabla I, y con una nariz 16 que tiene una
superficie interior 29 con un radio de curvatura R_{3} de 1,27 mm.
Como se muestra en la figura 4, el aumentar el radio de curvatura
R_{3} de la superficie interior 29 de nariz hasta 1,524 mm da como
resultado un aumento espectacular en la resistencia al pandeo.
Específicamente, el análisis por elementos finitos predijo que,
contrariamente al deseo usual en la técnica de fabricación de latas,
el aumentar el radio de la superficie interior de nariz desde 1,27
mm hasta 1,524 mm en tal base de lata aumentaría la resistencia al
pandeo en casi 10%, desde 655 hasta 717 kPa.
| Diámetro D_{1} | 66,24 mm | |
| Diámetro D_{2} | 48,36 mm | |
| Diámetro D_{3} | 2,54 mm | |
| Radio R_{1} | 4,32 mm | |
| Radio R_{2} | 2,03 mm | |
| Radio R_{3} | Variable | |
| Radio R_{4} | Igual a R_{3} | |
| Radio R_{5} | 1,52 mm | |
| Radio R_{6} | 39,37 mm | |
| Distancia Y + R_{3} | 9,17 mm | |
| Altura H de Cúpula | 10,29 mm | |
| Ángulo \alpha | 60º | |
| Ángulo \beta | 25º | |
| Ángulo \gamma | 8º |
Por desgracia, aumentos en el radio de curvatura
de la superficie interior de nariz más allá de 1,524 mm no produjo
aumentos continuados en la resistencia al pandeo, pero en realidad
la redujo, aunque la resistencia al pandeo se mantuvo por encima de
la obtenida con el radio de curvatura de 1,27 mm empleado
previamente para tal base de
lata.
lata.
A fin de verificar estas predicciones teóricas,
doce latas de bebida de 29,574 mililitros con extremos 202 se
fabricaron usando las geometrías de base especificadas en la Tabla I
y mostradas en la figura 2, con tres radios de curvatura R_{3}
diferentes para la superficie interior 29 de la porción arqueada 18
de nariz: 1,27, 1,34 y 1,524 mm. Se fabricaron latas con radio de
curvatura de cada tamaño usando dos alturas H de cúpula diferentes y
a partir de dos tipos diferentes de placa de aluminio de 0,27 mm de
grosor (tipo 3204 H-19 y tipo 3304C5
H-19) de manera que, en total, había doce tipos de
lata diferentes. Se ensayaron las latas en cuatro parámetros
relacionados de resistencia: (i) la resistencia al pandeo, definida
anteriormente, (ii) la resistencia de la base, obtenida midiendo la
carga axial mínima requerida para aplastar la base de lata cuando se
soporta la pared lateral, (iii) la resistencia a la caída, obtenida
dejando caer latas llenas de agua a presión de 413 kPa desde alturas
variables, y (iv) la carga axial, obtenida midiendo la carga axial
mínima requerida para aplastar cuando no se soporta la pared lateral
de la lata. Los resultados de estos ensayos, que se promedian para
al menos seis latas de cada tipo, se muestran en la Tabla II.
Además, se midió la profundidad d de penetración en apilamiento y se
muestra en la Tabla III.
Los resultados comparativos de los ensayos de
resistencia mostrados en la Tabla II confirman el hecho de que,
contrariamente al deseo usual, al aumentar el radio de curvatura
R_{3} de la superficie interior 29 de la porción arqueada 18 de la
nariz 16 en las bases de lata del tipo especificado en la Tabla I y
mostradas en la figura 2, al menos hasta 1,524 mm, aumenta, en lugar
de disminuir, la resistencia al pandeo.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
| Radio de curvatura, R_{3} | Profundidad de Apilamiento, d | |
| 1,27 mm | 2,11 mm | |
| 1,34 mm | 1,75 mm | |
| 1,524 mm | 1,575 mm |
Por desgracia, como se muestra en la Tabla III,
se encontró que, aunque al aumentar el radio de curvatura R_{3} de
la nariz 16 en su superficie interior 29 desde 1,27 mm hasta 1,524
mm aumentaba espectacularmente la resistencia al pandeo, se reducía
la profundidad de penetración en apilamiento desde 2,108 mm hasta
1,575 mm. Este aspecto indenseable, que compromete la capacidad de
apilamiento de la lata, ocurría porque al aumentar el radio R_{3}
de la superficie interior 29 de nariz se empujaba radialmente hacia
fuera la pared exterior 13 de nariz.
La figura 5 muestra los resultados de un análisis
por elementos finitos de una base de lata que tiene la geometría
especificada en la Tabla I y mostrada en la figura 2, excepto en que
el diámetro D_{2} de la nariz 16 se disminuyó, mientras que su
radio de curvatura R_{3} en la superficie interior de nariz se
aumentó de la manera mostrada en la Tabla IV:
| Radio de Nariz, R_{3} (mm) | Diámetro de Nariz, D_{2} (mm) | |
| 1,27 mm | 48,36 mm | |
| 1,524 mm | 48 mm | |
| 1,65 mm | 47,85 mm | |
| 1,778 mm | 46,68 mm |
Como se puede ver en la figura 5, aumentos de
acoplamiento en el radio de curvatura R_{3} de nariz con
disminuciones apropiadas en el diámetro D_{2} de nariz dan como
resultado, teóricamente, resistencia al pandeo constantemente
creciente dentro del intervalo desde 1,27 mm hasta 1,778 mm del
radio de nariz. De hecho, el aumento más espectacular ocurre cuando
el radio de curvatura de la superficie interior de la nariz se
aumenta desde 1,65 mm hasta 1,778 mm.
A fin de ensayar las predicciones teóricas del
análisis por elementos finitos descrito anteriormente, se fabricaron
doce latas de 29,574 mililitros con extremos 202, y bases como se
muestra en la figura 2, de placa de aluminio Alcoa 3004
H-19 que tiene un grosor inicial de 0,27 mm. Se
fabricaron la mitad de las latas usando una geometría de base que se
conoce en la técnica anterior, que se designa por A en la Tabla V, y
se fabricó la otra mitad usando una realización de la geometría de
la invención actual, que se designa por B. Compatible con el
análisis teórico descrito anteriormente, las dos geometrías de base
de lata diferían en dos aspectos. Primero, contrariamente al
pensamiento usual, el radio de curvatura R_{3} de la nariz 16 en
su superficie interior 29 se aumentó hasta 1,524 mm. Segundo, el
diámetro D_{2} de la nariz se disminuyó hasta 48 mm.
| Base A de Lata | Base B de Lata | |
| Diámetro D_{1} | 66,24 mm | 66,24 mm |
| Diámetro D_{2} | 48,36 mm | 45,95 mm |
| Diámetro D_{3} | 2,54 mm | 2,54 mm |
| Radio R_{1} | 4,32 mm | 4,32 mm |
| Radio R_{2} | 2,03 mm | 2,03 mm |
| Radio R_{3} | 1,27 mm | 1,52 mm |
| Radio R_{4} | 1,27 mm | 1,52 mm |
| Radio R_{5} | 1,52 mm | 1,52 mm |
| Radio R_{6} | 39,37 mm | 39,37 mm |
| Distancia Y + R_{3} | 9,17 mm | 9,17 mm |
| Altura H | 10,29 mm | 10,29 mm |
| Ángulo \alpha | 60º | 60º |
| Ángulo \beta | 24º | 25º |
| Ángulo \gamma | 8º | 8º |
Se realizó, de nuevo, un ensayo comparativo con
los dos grupo de latas y los resultados, que se dan a conocer como
el promedio para al menos seis latas, se muestran en la Tabla
VI.
| Base A de Lata | Base B de Lata | |
| Resistencia al Pandeo | 646 kPa | 690 kPa |
| Resistencia de la Base | 121,1 Kg | 122,3 Kg |
| Resistencia a la Caída | 185 mm | 173 mm |
| Carga Axial | 101,6 Kg | 107,4 Kg |
| Profundidad d de Penetración | 2,16 mm | 2,18 mm |
Como se puede ver, la resistencia al pandeo de
las latas fabricadas según la invención actual fue casi el 7% mayor
que el de las latas de la técnica anterior (es decir, 690 kPa frente
a 646 kPa). Tal aumento es muy significativo. Por ejemplo, se
esperaba que este aumento en la resistencia al pandeo permitiera que
el requisito de resistencia al pandeo de 620 kPa, impuesto
comúnmente por los botelleros de bebidas carbónicas, fuera
satisfecho incluso si el grosor de la placa inicial de metal se
reducía desde 0,274 mm hasta 0,264 mm (una reducción de casi el 4%).
Tal reducción en el grosor de la placa producirá unos ahorros en
costes significativos. La ligera reducción en la resistencia a la
caída no está pensada para que sea estáticamente significativa.
El grosor del metal en la pared interior 12 de
cerco se midió, también, para los dos tipos de latas. Estas
mediciones mostraron que el grosor de la pared de cerco para la base
de lata según la invención actual (tipo B) era 0,0076 mm mayor que
el de la base de lata de la técnica anterior (tipo A) -es decir,
0,249 mm frente a 0,241 mm-. El aumento en el grosor de la pared de
cerco es también significativo, puesto que muestra que la invención
actual da como resultado menor estirado del metal en el área de
cerco crítica (cuanto más se estira el metal, más delgado llega a
ser). Las pruebas de fabricación han mostrado que esta reducción en
el estirado del metal disminuye la incidencia del fallo en las latas
debido a un agrietamiento superficial del cerco.
Finalmente, disminuyendo el diámetro D_{2} de
nariz, se mantenía la profundidad de penetración d, asegurando por
ello que el aumento en el radio de curvatura de la nariz no
comprometía la capacidad de apilamiento incluso en una lata con un
extremo relativamente pequeño (es decir, de tamaño 202). A este
respecto, el ángulo \beta relativamente pequeño de la pared
exterior 13 de nariz (es decir, 25º) ayuda a obtener, también, buena
penetración. Así, si es un requisito la buena capacidad de
apilamiento, (i) el radio de curvatura R_{3} de la superficie
interior 29 de la porción arqueada 18 de la nariz 16 se debería
mantener dentro del intervalo desde 1,524 mm hasta 1,778 mm,(ii) el
ángulo \beta de la pared exterior 13 de la nariz no debería ser
mayor que aproximadamente 25º, y (iii) el diámetro D_{2} de la
nariz no debería ser mayor que 48 mm, para latas que tienen extremos
de tamaño 202 o menor.
Por desgracia, al disminuir el diámetro D_{2}
de nariz se reducirá la estabilidad frente al vuelco de la lata
cuando esté vertical. La estabilidad frente al vuelco es importante,
ya que una lata oscilante no se puede llenar apropiadamente durante
su tratamiento y puede causar molestias al consumidor final. Por lo
tanto, puede ser indenseable aumentar el radio de curvatura de la
nariz hasta valores más allá de 1,778 mm en latas que tienen
extremos 202, ya que eso daría como resultado diámetros de nariz
menores que 47,68 mm si se mantiene constante la penetración de
apilamiento. Además, aunque se obtuvo el mayor aumento en la
resistencia al pandeo con un valor de 1,778 mm para el radio
R_{3}de la superficie interior de nariz, este valor da como
resultado, también, el menor diámetro D_{2} de nariz. Por lo
tanto, dependiendo de la importancia relativa de la capacidad de
apilamiento frente a los requisitos de estabilidad al vuelco, el
valor óptimo del radio de curvatura R_{3} de la superficie
interior 29 de la porción arqueada 18 de la nariz 16 puede ser menor
que 1,778 mm, tal como aproximadamente 1,524 mm o aproximadamente
1,65 mm.
Según la invención, la resistencia de la base 6
se puede aumentar, también, ajustando cuidadosamente el radio
R_{6} de la porción 24 de centro. Específicamente, se ha
encontrado que se puede conseguir un aumento sorprendente en la
resistencia a la caída reduciendo el radio R_{6}. Esta reducción
en R_{6} es acompañada, preferiblemente, por un aumento en el
diámetro D_{3} de la sección central 26 sustancialmente plana y
por un aumento en la altura H de cúpula.
La Tabla VII muestra los resultados de ensayo de
la resistencia a la caída y la resistencia al pandeo para 12 latas
202 de 29,574 mililitros que tienen tres geometrías de base
diferentes. Las geometrías de base fueron las mismas que las de la
Base B de Lata mostradas en la Tabla V, a menos que se indique de
otro modo. Cada base de lata se formó de aluminio (Alcoa 3104) de
tres grosores iniciales diferentes en una línea auxiliar. Se
ensayaron doce latas de cada geometría/grosor. Los resultados de los
ensayos con estas latas se muestran en las Tablas VII y VIII
que
siguen.
siguen.
\vskip1.000000\baselineskip
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\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
Como se puede ver fácilmente, reducir el radio
R_{6} de cúpula hasta valores no mayores que 37,465 mm da como
resultado una resistencia a la caída aumentada. Específicamente,
reducir el radio R_{6} de cúpula 1,905 mm, desde 39,37 mm hasta
37,465 mm, al tiempo que se aumenta simultáneamente el diámetro
D_{3} de la sección de cúpula central 26 sustancialmente plana
35,56 mm, desde 2,54 mm hasta aproximadamente 3,556 mm (base C), da
como resultado un aumento en la resistencia a la caída
aproximadamente del 10 al 20%, dependiendo del grosor del metal, y
una reducción en la resistencia al pandeo sólo aproximadamente del 1
al 2%. Reduciendo además el radio R_{6} de cúpula otros 0,635 mm
hasta aproximadamente 36,83 mm, al tiempo que se mantiene D_{3} en
aproximadamente 3,56 mm, y se aumenta simultáneamente la altura H de
cúpula 0,127 mm hasta aproximadamente 10,41 mm (base D) aumenta la
mejora en la resistencia a la caída hasta por encima del 30% para
los tres grosores del metal sin disminuciones adicionales en la
resistencia al pandeo.
A fin de confirmar estos resultados, se
fabricaron 12 latas 202 de 29,574 mililitros con geometrías de base
B y D, como anteriormente, así como con geometrías E y F, definidas
generalmente en la Tabla IX que sigue, en dos plantas comerciales
diferentes de fabricación de latas de aluminio 3004 con un grosor
inicial de 0,269 mm.
| Base E de Lata | Base F de Lata | |
| Radio R_{6} | 39,37 mm | 38,1 mm |
| Diámetro D_{3} | 2,54 mm | 2,79 mm |
| Altura H | 10,41 mm | 10,41 mm |
| Parámetros restantes: los mismos que en la Tabla I. |
Se fabricaron doce latas con cada una de las
cuatro geometrías. Los resultados de ensayo con estas latas se
muestran en la Tabla X que sigue.
Ya que en la planta #1 se había estado ensayando
metal de 0,274 mm de grosor justamente antes del ensayo, se sospechó
que la reducción en la carga axial para la geometría D de base podía
haber sido debida al tiempo insuficiente para estabilizar el
procedimiento. Por consiguiente, se ensayó un segundo lote de latas
de geometría D y se encontró que tenía aproximadamente la misma
resistencia a la caída (172,7 mm promedio) y resistencia al pandeo
(655 kPa promedio) pero significativamente una carga axial superior
(110,6 kg promedio).
Como se puede ver comparando los resultados de
ensayo para la geometría D de base con los de para la geometría B de
base, reduciendo el radio R_{6} de cúpula hasta 36,83 mm, junto
con el aumento simultáneo del diámetro de la sección central D_{3}
sustancialmente plana hasta 3,556 mm, y el aumento de la altura H de
cúpula hasta 10,414 mm, dio como resultado un aumento del 25,5% en
la resistencia a la caída en la planta #1, aunque sólo un aumento
del 4.8% en la planta #2, con un efecto mínimo en la resistencia al
pandeo (menor que el 1%). Además, al comparar los resultados para la
geometría E de base a la geometría B de base se muestra que el
aumentar la altura H de cúpula sin reducir el radio R_{6} de
cúpula disminuye en realidad la resistencia a la caída.
Por lo tanto, según la invención actual, a fin de
optimizar la resistencia de la base de una lata, tal como una con un
diámetro de pared lateral de aproximadamente 66 mm, el radio R_{6}
de la cúpula no debería ser mayor que aproximadamente 37,47 mm y,
más preferiblemente, debería ser aproximadamente 36,8 mm. Además, el
diámetro D_{3} de la sección central sustancialmente plana debería
ser al menos aproximadamente 3,6 mm y, preferiblemente, debería
igualar a aproximadamente 3,556 mm, y la altura H de cúpula debería
ser al menos aproximadamente 10,4 mm y, preferiblemente, debería ser
igual a aproximadamente 10,414 mm.
Un aparato y un método preferidos para formar la
base 6 de lata descrita anteriormente se trata en lo que sigue.
En procedimientos usuales de formación de latas,
se coloca material metálico en una prensa en la que se deforma a la
configuración de una copa. La copa es transportada entonces hasta
una máquina de embutición de las paredes y estirada de nuevo con la
forma general de la pared lateral y la base de la lata acabada. A
continuación, se hace pasar la copa de nuevo estirada a través de
estaciones de embutición que forman finalmente la pared lateral con
la configuración final de la lata acabada. Además, se emplea una
estación de formación de bases para conformar la base de la lata. Se
describe una estación de formación de bases en la patente de EE.UU.
número 4.685.582 (Pulciani et al.) antes mencionada.
Como se muestra en la figura 6, un aparato 41
para fabricar la base 6 de lata de la invención actual comprende:(i)
un émbolo 42, (ii) un punzón 52 de nariz, descrito más abajo, (iii)
un manguito 44 sustancialmente cilíndrico de punzón que circunda el
punzón de nariz, (iv) una matriz de 50 de conformación de cúpulas
centralmente dispuesta que tiene una superficie de formación convexa
hacia arriba, (v) una superficie de soporte 48, (vi) un extractor 46
y (vii) un perno de retención 54 central.
En funcionamiento, se coloca el material metálico
de base sin formar sobre el manguito 44 de punzón y el punzón 52 de
nariz. El desplazamiento del émbolo 42 mueve entonces el manguito 44
de punzón y el punzón 52 de nariz hacia la matriz 50 de conformación
de cúpulas, de manera que el material metálico se presiona
finalmente contra la superficie de formación de la matriz de
conformación de cúpulas y se estira sobre las superficies distales
del manguito de punzón y el punzón de nariz, como se muestra en la
figura 6, formando por ello la base 6 de lata.
Como se muestra en la figura 6, la matriz 50 de
conformación de cúpulas tiene un radio de curvatura R'_{6} que se
aproxima al radio R_{6} de curvatura de la sección 24 de cúpula.
El radio de curvatura R'_{6} está desplazado respecto a la línea
central axial una distancia X que se aproxima a la mitad del
diámetro D_{3} de la sección central 26 sustancialmente plana.
Así, el radio de curvatura R_{6}' de la matriz 50 de conformación
de cúpulas no debería ser mayor que aproximadamente 37,47 mm y, más
preferiblemente, aproximadamente 36,8 mm. Además, el centro de
R'_{6} se debería estar desplazado respecto a la línea central
axial al menos aproximadamente 1,8 mm y la altura H de cúpula
debería ser al menos aproximadamente 10,4 mm.
Como se muestra en la figura 7, el extremo distal
del punzón 52 de nariz tiene: (i) un radio de curvatura R'_{3}
adyacente a su pared interior 62, (ii) un radio de curvatura
R'_{4} adyacente a su pared exterior 63 y (iii) un diámetro
D'_{2}. Los radios de curvatura R'_{3} y R'_{4} del punzón 52
de nariz son iguales a los radios de curvatura R_{3} y R_{4} de
la superficie interior 29 de la nariz 16 de la base 6 de lata
descrita anteriormente, y el diámetro D'_{2} del punzón de nariz
es igual al diámetro D_{2}de la nariz de la base de lata descrita
anteriormente. Así, preferiblemente, el radio de curvatura R'_{3}
del extremo distal del punzón 52 de nariz adyacente a su pared
interior 62 es mayor que 1,524 mm. Más preferiblemente, (i) el
extremo distal 61 del punzón 52 de nariz está formado por un sector
de círculo, de manera que el radio de curvatura R'_{4} adyacente a
la pared exterior 64 sea igual a R'_{3}, (ii) el radio de
curvatura R'_{3} es menor, también, que 1,778 mm y (iii) el
diámetro D'_{2} no es mayor que 48 mm cuando se fabrica una lata
que tiene un extremo de tamaño 202 o menor.
Claims (12)
1. Una lata (1) que comprende una pared lateral
(4) con un diámetro de aproximadamente 166,04 mm y una base (6)
enteriza, comprendiendo la base:
(i) una porción (8) aproximadamente frustocónica
que se extiende hacia abajo y hacia dentro desde dicha porción de
pared lateral;
(ii) una porción de nariz (16) anular que se
extiende hacia abajo desde dicha porción aproximadamente
frustocónica;
(iii) una sección central (26) sustancialmente
plana en forma de disco; y
(iv) una sección de cúpula (24) anular dispuesta
entre dicha sección central (26) sustancialmente plana y dicha nariz
(16), siendo arqueada dicha sección de cúpula anular en sección
transversal y cóncava hacia abajo, caracterizada porque dicha
sección de cúpula (24) anular tiene un radio de curvatura (R_{6})
no mayor que aproximadamente 37,47 mm.
2. La lata (1) según la reivindicación 1, en la
que dicho radio de curvatura (R_{6}) de dicha sección de cúpula
anular es aproximadamente 36,83 mm.
3. La lata (1) según la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en la que dicha sección central (26)
sustancialmente plana en forma de disco tiene un diámetro (D_{3})
de al menos 3,6 mm.
4. La lata (1) según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en la que dicha nariz (16) tiene una porción
de base, y en la que dicha sección central (26) sustancialmente
plana en forma de disco está desplazada respecto a dicha porción de
base de nariz una altura (H) que es al menos aproximadamente 10,414
mm.
5. La lata (1) según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en la que dicha porción de nariz (16) está
formada por paredes interior y exterior (12, 13), que se extienden
circunferencialmente, unidas por una porción arqueada (18)
externamente convexa, teniendo dicha porción arqueada superficies
interior y exterior (29, 30), teniendo dicha superficie interior
(29) de dicha porción arqueada un radio de curvatura (R_{3})
adyacente a dicha pared interior (12) de nariz de al menos 1,524 mm,
o de al menos 1,524 mm y no mayor que aproximadamente 1,778 mm, o
aproximadamente 1,524 mm, aproximadamente 1,65 mm, o aproximadamente
1,778 mm.
6. La lata (1) según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en la que la nariz (16) está formada por
aluminio que tiene un grosor menor que 0,279 mm.
7. Una lata (1) según las reivindicaciones 1 y 3,
o 2 y 3, en la que la porción de nariz (16) anular que se extiende
hacia abajo desde dicha porción (8) aproximadamente frustocónica
forma paredes interior y exterior (12, 13), y en la que la sección
de cúpula (24) anular conecta dicha sección central (26)
sustancialmente plana a dicha pared interior (12) de dicha
nariz.
8. La lata (1) según la reivindicación 7, en la
que dicha sección central (26) sustancialmente plana en forma de
disco tiene un diámetro (D_{3}) de 3,556 mm.
9. La lata (1) según la reivindicación 7 o la
reivindicación 8, en la que dicha nariz (16) tiene una porción (18)
de base, y en la que dicha sección central (26) sustancialmente
plana en forma de disco está desplazada respecto de dicha base de
nariz una altura (H) que es al menos aproximadamente 10,44 mm.
10. La lata (1) según una cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9, en la que dicha porción de nariz (16) está
formada por paredes interior y exterior (12, 13), que se extienden
circunferencialmente, unidas por una porción arqueada (18) convexa
hacia abajo, teniendo dicha porción arqueada superficies interior y
exterior (29, 30), teniendo dicha superficie interior (29) de dicha
porción arqueada un radio de curvatura (R_{3}) adyacente a dicha
pared interior (12) de nariz de al menos 1,524 mm, o de al menos
1,524 mm y no mayor que aproximadamente 1,778 mm, o aproximadamente
1,524 mm.
11. Un aparato para formar la base de una lata
según las reivindicaciones 1 a 5, teniendo dicha base de lata una
nariz anular formada en ella, que comprende:
a) una matriz (50) centralmente dispuesta con una
superficie de formación que tiene aproximadamente forma de cúpula y
es convexa hacia arriba, teniendo dicha superficie de formación un
radio de curvatura no mayor que aproximadamente 37,47 mm;
b) un punzón (52) de nariz desplazable con
relación a dicha matriz, teniendo dicho punzón de nariz un extremo
distal, dicho extremo distal formado por paredes interior y exterior
(62, 63), que se extienden circunferencialmente, unidas por una
porción arqueada (60) externamente convexa, teniendo dicha porción
arqueada un radio de curvatura (R'_{3}) adyacente a dicha pared
interior (62) que está dentro del intervalo de 1,524 mm a 1,778 m;
y
c) un émbolo (42) para hacer que haya movimiento
relativo entre dicho punzón de nariz y dicha matriz.
12. El aparato según la reivindicación 11, en el
que dicha superficie de formación tiene un radio de curvatura
(R'_{3}) no mayor que aproximadamente 36,83 mm.
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