ES2368797T3 - Matriz de expansión para dar forma a recipientes. - Google Patents

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Anthony Fedusa
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Abstract

Matriz de expansión para fabricar recipientes de metal, que comprende: una superficie funcional que comprende una parte (15) que se expande progresivamente y una parte (20) de apoyo al final de la parte (15) que se expande progresivamente; y una parte rebajada (25) colocada a continuación de la parte (20) de apoyo de la superficie funcional, caracterizada porque la parte rebajada (25) tiene un diametro al menos 0, 0254 cm (0, 01 pulgadas) inferior al diametro de la parte (20) de apoyo de la superficie funcional para reducir, aunque no eliminar, el contacto de fricción entre el material del recipiente y la matriz de expansión.

Description

Matriz de expansi6n para dar forma a recipientes
Campo de la invenci6n
Esta invenci6n se refiere a una matriz de expansi6n para fabricar recipientes de metal segun el preambulo de la reivindicaci6n 1. Tal matriz de expansi6n se describe en WO-A-2005000498.
Antecedentes de la invenci6n
Los recipientes de bebidas para diversos refrescos o cerveza estan conformados generalmente por tecnologia de estirado y planchado (es decir, la lata O1), en la que el tronco del recipiente (o parte de pared lateral) y el fondo del recipiente estan conformados integralmente por estirado y planchado de una lamina metalica, tal como una lamina de aleaci6n de aluminio o una lamina de acero tratada superficialmente.
En la industria, estos recipientes de bebidas se producen a gran escala y de manera relativamente econ6mica, con una forma sustancialmente identica. Oebido a que los recipientes son producidos sustancialmente con la misma forma, los mismos no pueden ser distinguidos o diferenciados de manera adecuada entre si por su aspecto. Oebido a que los recipientes de bebidas son fabricados a gran escala y de manera relativamente econ6mica, entre los fabricantes de bebidas existe un gran deseo de obtener recipientes de bebidas econ6micos con configuraciones unicas para ayudar a diferenciar sus productos.
En un esfuerzo por satisfacer los deseos de los fabricantes de bebidas, numerosos fabricantes de recipientes han intentado incorporar mejoras en su tecnologia de fabricaci6n y hasta la fecha se han propuesto varios procesos para reformar los cuerpos de recipiente. Un ejemplo de un proceso de reforma anterior que produce un cuerpo de recipiente que tiene un diametro aumentado incluye tecnologia de moldeo combinada con un medio de expansi6n que esta colocado en el interior del cuerpo del recipiente. El medio de expansi6n provoca la expansi6n radial del cuerpo del recipiente desde su interior contra una superficie del molde que tiene una geometria que se corresponde con la forma deseada. El medio de expansi6n puede incluir aire o nitr6geno comprimido, un liquido no compresible,
o puede estar dotado de dedos accionados radialmente.
La reforma o expansi6n de cuerpos de recipiente mediante tecnologia de moldeo presenta numerosos inconvenientes. Oe forma mas especifica, el moldeo de los cuerpos de recipiente aumenta el tiempo de fabricaci6n y, por lo tanto, el coste asociado a la producci6n de recipientes de bebidas. No es posible incorporar facilmente el moldeo en un proceso en linea, requiriendo por lo tanto que la etapa de moldeo este separada con respecto al proceso en linea de conformaci6n de cuerpos de recipiente mediante el uso de tecnologia de estirado y planchado.
Otro inconveniente consiste en que el grado de expansi6n que es posible obtener mediante moldeo es sustancialmente limitado, especialmente teniendo en cuenta que las latas estiradas y planchadas pueden quedar sometidas a una manipulaci6n intensiva del metal, es decir, a operaciones de estirado y planchado, y es posible que no conserven una ductilidad adecuada para que sea posible aplicar un contorno llamativo para obtener los efectos deseados sin que se produzca una ruptura de la lata o una fractura en el metal. En un ejemplo, un recipiente con un cuerpo de aluminio que tiene un espesor de pared de aproximadamente 0,01 cm (0,0040") solamente puede ser expandido radialmente un maximo del 10% del diametro original del cuerpo del recipiente mediante una unica etapa de moldeo.
A la vista de lo anteriormente expuesto, existe la necesidad de dar a conocer un metodo mas econ6mico para obtener recipientes de bebidas que tienen una parte de diametro expandido, pudiendo ser el metodo facilmente incorporado a un proceso en linea.
Resumen de la invenci6n
Se da a conocer una matriz de expansi6n para fabricar recipientes de metal, que comprende una superficie funcional que comprende una parte que se expande progresivamente y una parte de apoyo; y una parte rebajada colocada a continuaci6n de la parte de apoyo de la superficie funcional, caracterizada porque la parte rebajada tiene un diametro al menos 0,0254 cm (0,01 pulgadas) inferior al diametro de la parte de apoyo de la superficie funcional para reducir, aunque no eliminar, el contacto de fricci6n entre el material del recipiente y la matriz de expansi6n.
Una parte inicial de la superficie funcional puede tener una geometria para conformar una transici6n en un recipiente de una parte de diametro original a una parte de diametro expandido.
La transici6n puede ser escalonada o gradual.
La parte de apoyo puede tener unas dimensiones para conformar un diametro expandido de un material de recipiente conformado por la superficie funcional.
Al menos una parte de la superficie funcional puede no estar pulida.
La parte no pulida de la superficie funcional puede tener un acabado superficial que oscila de 0,2 Im (8 I in) a 0,82 Im (32 I in).
La parte rebajada puede no estar pulida.
Breve descripci6n de los dibujos
La siguiente descripci6n detallada, mostrada a titulo de ejemplo y sin pretender limitar la invenci6n solamente a la misma, resultara mas comprensible en combinaci6n con los dibujos que se acompanan, en los que los mismos numeros de referencia indican los mismos elementos y piezas, y en los que:
La Figura 1A es un corte transversal lateral de una realizaci6n de una matriz de expansi6n segun la presente invenci6n.
La Figura 1B es un corte transversal lateral de otra realizaci6n de una matriz de expansi6n segun la presente invenci6n.
La Figura 1C es un corte transversal lateral de otra realizaci6n de una matriz de expansi6n segun la presente invenci6n.
La Figura 1O es un corte transversal ampliado del rebaje mostrado en las Figuras 1A, 1B y 1C.
Las Figuras 2A, 2B y 2C son representaciones graficas de algunas realizaciones de una lata de bebidas (recipiente de bebidas) con un diametro interno de 5,26 cm (2,069") que tienen al menos una parte con un diametro expandido mas grande que el diametro de una lata de bebidas 211.
La Figura 3 es una representaci6n grafica de algunas realizaciones de una lata de bebidas 211 (recipiente de bebidas) que tienen al menos una parte con un diametro interno expandido de un diametro de 6,61 cm (2,603") a un diametro interno mas grande que 7,26 cm (2,860").
La Figura 4 es un corte transversal lateral de una matriz de reducci6n de secci6n.
Descripci6n detallada de realizaciones preferidas
Las Figuras 1A-1O muestran una matriz 5 de expansi6n usada para obtener un recipiente de bebidas conformado que tiene al menos una parte expandida, en el que el diametro del recipiente de bebidas se expande radialmente. Preferiblemente, el recipiente de bebidas conformado puede tener generalmente una geometria de una lata de bebidas o puede tener generalmente una geometria de botella de bebidas, aunque se han contemplado otras geometrias dentro del alcance de la presente invenci6n. Preferiblemente, el recipiente de bebidas esta conformado a partir de un metal, mas preferiblemente, una aleaci6n de aluminio, tal como Aluminum Association (AA) 3104.
La matriz 5 de expansi6n de la presente invenci6n incluye una superficie funcional 10 que incluye un parte 15 que se expande progresivamente y una parte 20 de apoyo; y una parte rebajada 25 colocada a continuaci6n de la parte 20 de apoyo de la superficie funcional 10. La parte inicial 30 de la superficie funcional 10 tiene una geometria para conformar una transici6n en la pared lateral de un recipiente de una parte de diametro original a una parte de diametro expandido.
En una realizaci6n, una matriz 5 de expansi6n como la mostrada en la Figura 1A esta dotada de una parte inicial 30 de la superficie funcional 10 que forma un angulo configurado para conformar una transici6n suave entre el diametro original del recipiente y la parte expandida de la pared lateral del recipiente, en la que el diametro del recipiente aumenta radialmente. En los ejemplos A, B, C, O y E de la Figura 2A y en el ejemplo K de la Figura 2C se muestran ejemplos de recipientes de bebidas que tienen una transici6n suave, mostrandose algunas realizaciones de una lata de bebidas (recipiente de bebidas) con un diametro interno de 5,26 cm (2,069") que tienen al menos una parte con un diametro expandido mas grande que el diametro de una lata de bebidas 211 que tiene un diametro interno igual a 6,61 cm (2,603"). A efectos de esta descripci6n, el termino transici6n suave indica un aumento gradual de diametro. En una realizaci6n preferida, una matriz 5 de expansi6n que tiene una superficie funcional 10 para producir una transici6n suave esta conformada para producir un recipiente que tiene una geometria similar a un vaso Pilsner.
En otra realizaci6n, una matriz 5 de expansi6n como la mostrada en las Figuras 1B y 1C esta dotada de una parte inicial 30 de la superficie funcional 10 que tiene una curvatura configurada para conformar una transici6n mas pronunciada o escalonada entre el diametro original del recipiente y la parte expandida del recipiente, en la que el diametro del recipiente aumenta radialmente. En una realizaci6n, la curvatura de la parte inicial 30 de la superficie funcional 10 puede tener un unico radio R1. En otra realizaci6n, la curvatura de la parte inicial 30 de la superficie funcional 10 puede tener dos radios opuestos R2, R3, para producir la expansi6n deseada para conformar una pared lateral con una transici6n pronunciada o escalonada. En los ejemplos G, H, 1 y J dela Figura 2B y en los ejemplos L, M y N de la Figura 2C se muestran ejemplos de recipientes de bebidas que tienen una transici6n pronunciada o escalonada, mostrandose algunas realizaciones de una lata de bebidas (recipiente de bebidas) con un diametro interno de 5,26 cm (2,069") que tienen al menos una parte con un diametro expandido mas grande que el diametro de una lata de bebidas 211 que tiene un diametro interno igual a 6,61 cm (2,603"). A efectos de esta descripci6n, el termino "transici6n pronunciada o escalonada" indica un aumento mas brusco de diametro que puede incluir un efecto de onda en la pared lateral del recipiente.
La superficie funcional 10 de la matriz 5 de expansi6n incluye ademas una parte 15 que se expande progresivamente que puede incluir la parte inicial 30. La parte 15 que se expande progresivamente tiene unas dimensiones y una geometria que, al introducirse en el extremo abierto de un material de lata, conforma la pared lateral del material de lata para expandir radialmente el diametro del material de lata de manera progresiva a medida que el material se desplaza a lo largo de la superficie funcional 10. El grado de expansi6n puede depender del diametro final deseado de la parte expandida del recipiente, del numero de matrices de expansi6n utilizadas para conformar la parte expandida, asi como del material y del espesor de la pared del material del recipiente. En una realizaci6n, la superficie funcional 10 permite obtener la expansi6n adecuada y las operaciones de conformaci6n sin que sea necesario un expulsor o estructura similar.
La superficie funcional 10 de la matriz 5 de expansi6n incluye ademas una parte 20 de apoyo al final de la parte 15 que se expande progresivamente. La parte 20 de apoyo tiene unas dimensiones y una geometria para establecer el diametro final de la parte expandida del recipiente que esta siendo conformado por la matriz 5 de expansi6n. En una realizaci6n, la parte 20 de apoyo puede extenderse a lo largo de la direcci6n de reducci6n de secci6n una distancia L1 que es inferior a 1,27 cm (0,5"), siendo preferiblemente del orden de aproximadamente 0,32 cm (0,125"). Oebe observarse que las dimensiones de la parte 20 de apoyo se muestran solamente a titulo ilustrativo y no limitativo de la invenci6n, ya que tambien se han contemplado otras dimensiones de la parte 20 de apoyo dentro del alcance de la presente memoria.
La superficie funcional 10 puede ser una superficie pulida o una superficie no pulida. En una realizaci6n, una superficie pulida tiene un acabado superficial con una rugosidad promedio (Ra) que oscila de 0,051 Im (2 I in) a 0,15 Im (6 I in). En una realizaci6n, la superficie funcional10 puede ser una superficie no pulida que tiene una rugosidad superficial promedio (Ra) que oscila de mas de 0,2 Im (8 I in) o un valor equivalente a menos de 0,82 Im (32 I in) o un valor equivalente, siempre que la superficie 10 no pulida no degrade significativamente el recubrimiento lateral del producto dispuesto a lo largo de la superficie interior del material del recipiente.
A continuaci6n de la parte 20 de apoyo esta dispuesta una parte rebajada 25 configurada para reducir el contacto de fricci6n entre el material del recipiente y la matriz 5 de expansi6n cuando el material del recipiente ha sido conformado a traves de la parte 15 que se expande progresivamente y la parte 20 de apoyo de la superficie funcional 10. La Figura 1O muestra una vista ampliada del extremo de una realizaci6n de una parte rebajada 25 segun la presente invenci6n. El contacto de fricci6n reducido minimiza la posibilidad de pliegues y mejora el deslizamiento del material del recipiente durante el proceso de expansi6n. En una realizaci6n preferida, la parte rebajada 25 es una superficie no pulida que tiene una rugosidad superficial promedio (Ra) que oscila de mas de 0,2 Im (8 I in) o un valor equivalente a menos de 0,82 Im (32 I in) o un valor equivalente. La parte rebajada 25 puede extenderse en el interior de la pared de la matriz de expansi6n una dimensi6n L2 de al menos 0,0127 cm (0,005 pulgadas). Oebe observarse que los valores de las dimensiones y de la rugosidad superficial para la parte rebajada 25 son solamente ilustrativos y que la presente invenci6n no se limita necesariamente a los mismos.
Es posible usar un sistema de matriz para producir recipientes de bebidas conformados que incluye la matriz 5 de expansi6n descrita en la presente memoria. El sistema de matriz incluye al menos una primera matriz 5 de expansi6n que tiene una superficie funcional 10 configurada para aumentar el diametro del material de un recipiente y para determinar el perfil en la transici6n de un diametro original del material del recipiente a una parte expandida del material del recipiente, y al menos una matriz de expansi6n progresiva, teniendo cada matriz sucesiva de la serie de matrices de expansi6n progresiva una superficie funcional configurada para obtener un grado de expansi6n igual, inferior o superior en el diametro del material del recipiente procedente de la primera matriz de expansi6n. El sistema de matriz tambien puede incluir una o mas matrices de reducci6n de secci6n. En la Figura 4 se muestra un ejemplo de una matriz de reducci6n de secci6n.
Es posible usar un metodo de conformaci6n de recipientes de bebidas. El metodo puede usar la matriz 5 de expansi6n descrita anteriormente e incluye disponer un material de recipiente que tiene un primer diametro, expandir al menos una parte del material de recipiente hasta un segundo diametro mas grande que el primer diametro al menos con una matriz de expansi6n y conformar un extremo del material de recipiente para su adaptaci6n a una tapa del recipiente.
En toda la presente memoria, el termino "conformar un material de recipiente" indica disponer un elemento preliminar de aluminio, tal como un disco o un fragmento, y conformar el elemento preliminar en un material de recipiente de aluminio. A continuaci6n, al menos una matriz 5 de expansi6n como la descrita anteriormente se introduce en el extremo abierto del material de recipiente. El numero de matrices 5 de expansi6n puede depender del grado de expansi6n, del material del recipiente y del espesor de la pared lateral del material de recipiente. Es posible utilizar 5 matrices de expansi6n para aumentar el diametro interno de un material de recipiente de aproximadamente 5,26 cm (2,069") a un diametro mas grande que el diametro interno de una lata 211, tal como se muestra en las Figuras 2A2C. En otra realizaci6n, es posible usar tres matrices de expansi6n para expandir el diametro interno de una lata 211 de aproximadamente 6,61 cm (2,603") a aproximadamente 7,26 cm (2,860"), tal como se muestra en la Figura 3. La expansi6n progresiva mediante la matriz 5 de expansi6n de la presente invenci6n permite obtener aumentos en el diametro del recipiente del orden del 25%, contemplandose expansiones mas grandes siempre que el metal no se fracture durante la expansi6n.
El metodo para conformar un recipiente de bebidas tambien puede incluir la reducci6n de secci6n del material del recipiente a un tercer diametro despues de expandir la parte del recipiente hasta el segundo diametro y antes de conformar el extremo del elemento preliminar del recipiente para su adaptaci6n a la tapa del recipiente. Los ejemplos L y M mostrados en la Figura 2C muestran la reducci6n de secci6n de una parte expandida de un material de recipiente. Preferiblemente, el tercer diametro conformado por la etapa de reducci6n de secci6n es inferior al segundo diametro, y el tercer diametro puede ser mas grande, mas pequeno o igual con respecto al primer diametro. En una realizaci6n, la etapa del proceso de reducci6n de secci6n puede ser llevada a cabo al menos por una matriz 40 de reducci6n de secci6n, tal como se muestra en la Figura 4. El proceso de reducci6n de secci6n permite reducir la secci6n de la parte expandida del recipiente para conformar una lata de bebidas o un recipiente de bebidas que tiene forma de botella.
A diferencia de los metodos de reducci6n de secci6n anteriores, la reducci6n de secci6n de una parte expandida de un recipiente de la parte expandida a un diametro mas grande que el diametro original del material del recipiente no requiere la presencia de un expulsor, ya que las paredes laterales del recipiente estan en estado de tensi6n despues de la expansi6n. Es posible usar un expulsor al llevar a cabo una reducci6n de secci6n de la parte expandida del material del recipiente a un tercer diametro. Oe forma tipica, la reducci6n de secci6n de la parte expandida a un diametro inferior o igual al diametro original del material del recipiente requiere un expulsor. Preferiblemente, se utiliza una estructura de expulsor en etapas de reducci6n de secci6n en las que el diametro despues de la reducci6n de secci6n es inferior al diametro original del material del recipiente.
Un metodo para conformar un recipiente de bebidas incluye ademas ajustar la dimensi6n de desplazamiento del material del recipiente en la matriz 40 de reducci6n de secci6n y/o en la matriz 5 de expansi6n para obtener una transici6n minimizada entre partes expandidas sucesivas del recipiente o entre partes expandidas y partes de reducci6n de secci6n del recipiente. La dimensi6n de desplazamiento se define como la distancia que el material del recipiente se desplaza a lo largo de la superficie funcional 10 de la matriz 5 de expansi6n o de la matriz 40 de reducci6n de secci6n. En el ejemplo L de la Figura 2C se muestra un ejemplo del efecto de ajustar la dimensi6n de desplazamiento para obtener una transici6n minimizada. En otra realizaci6n, es posible ajustar la dimensi6n de desplazamiento para obtener una transici6n alargada de diametro sustancialmente uniforme entre una parte expandida del recipiente y una parte de reducci6n de secci6n del recipiente. Los ejemplos H, 1 y J de la Figura 2B y los ejemplos M y N de la Figura 2C incluyen ejemplos de un recipiente conformado con una transici6n alargada de diametro sustancialmente uniforme.
Un metodo tambien puede incluir una conformaci6n con conjuntos multiples de matrices 5 de expansi6n y matrices 40 de reducci6n de secci6n, que pueden ser usadas de forma sucesiva para obtener partes expandidas y partes de reducci6n de secci6n alternas multiples conformadas en la pared lateral del recipiente.
A continuaci6n de la etapa final de expansi6n/reducci6n de secci6n, el extremo abierto del material del recipiente es conformado para recibir una tapa del recipiente. La etapa de conformaci6n para unir una tapa del recipiente al extremo abierto del material del recipiente puede ser cualquier proceso o metodo conocido, incluyendo la conformaci6n de un borde, bucle, rosca, saliente, uni6n entre bordes o combinaciones de los mismos.
La presente invenci6n da a conocer una matriz 5 de expansi6n para conformar una parte expandida en la pared lateral de un recipiente de bebidas, reduciendo por lo tanto de forma ventajosa los costes de fabricaci6n asociados a la conformaci6n de recipientes de bebidas en la fabricaci6n de recipientes de bebidas.
Oebe observarse que la anterior descripci6n resulta adecuada para recipientes de bebidas, aerosol, alimentos o para cualquier otro recipiente que puede ser expandido y/o cuya secci6n puede ser reducida. Oe forma adicional, la anterior descripci6n es igualmente aplicable a metodos de estirado y planchado, estirado y conformaci6n/expansi6n de extrusi6n por impacto.
Aunque la invenci6n ha sido descrita anteriormente de forma general, se muestra el siguiente ejemplo para ilustrar de forma adicional la presente invenci6n y evidenciar varias ventajas que se derivan de la misma. No se pretende que la invenci6n este limitada al ejemplo especifico descrito.
EJEMPLO 1
EXPANS1ON CON O1AMETRO 1NTERNO OE 5,26 cm (2,069")
Se utiliz6 un sistema de expansi6n de cinco matrices para expandir el diametro interno de una parte de un material de recipiente que tiene una pared lateral con un espesor de 0,022 cm (0,0088 pulgadas) de Aluminum Association (AA) 3104 de un diametro interno original de 5,26 cm (2,069") a un diametro interno final del orden de 6,64 cm (2,615"). La expansi6n representa un aumento de aproximadamente el 24% del diametro del material del recipiente sin formaci6n de lineas de Lueder o de desgarros de metal. La primera matriz de expansi6n conforma una expansi6n de aproximadamente el 9%; la segunda y tercera matrices de expansi6n conforman cada una una expansi6n de aproximadamente el 4,5%; y la cuarta y quinta matrices de expansi6n conforman cada una una expansi6n de aproximadamente el 3,0%.
5 EJEMPLO 2
EXPANS1ON CON O1AMETRO 1NTERNO OE 6,61 cm (2,603")
Se utiliz6 un sistema de expansi6n de tres matrices para expandir el diametro de una parte del material de recipiente de una lata 211 que tiene una pared lateral con un espesor de 0,014 cm (0,0056 pulgadas) de Aluminum Association (AA) 3104 de un diametro interno original de 6,61 cm (2,603") a un diametro interno final del orden de 7,26 cm
10 (2,860"). En cada una de las tres matrices de expansi6n, el grado de expansi6n aument6 el 3% en cada etapa de expansi6n.
Una vez descritas las realizaciones preferidas actualmente, se entendera que la invenci6n podra presentar otras realizaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Matriz de expansi6n para fabricar recipientes de metal, que comprende:
    una superficie funcional que comprende una parte (15) que se expande progresivamente y una parte (20) de apoyo al final de la parte (15) que se expande progresivamente; y
    5 una parte rebajada (25) colocada a continuaci6n de la parte (20) de apoyo de la superficie funcional,
    caracterizada porque la parte rebajada (25) tiene un diametro al menos 0,0254 cm (0,01 pulgadas) inferior al diametro de la parte (20) de apoyo de la superficie funcional para reducir, aunque no eliminar, el contacto de fricci6n entre el material del recipiente y la matriz de expansi6n.
  2. 2. Matriz segun la reivindicaci6n 1, en la que una parte inicial de la superficie funcional tiene una geometria para 10 conformar una transici6n en un recipiente de una parte de diametro original a una parte de diametro expandido.
  3. 3.
    Matriz segun la reivindicaci6n 1, en la que la transici6n es escalonada o gradual.
  4. 4.
    Matriz segun la reivindicaci6n 1, en la que la parte (20) de apoyo tiene unas dimensiones para conformar un diametro expandido de un material de recipiente conformado por la superficie funcional.
  5. 5.
    Matriz segun la reivindicaci6n 1, en la que al menos una parte de la superficie funcional no esta pulida.
    15 6. Matriz segun la reivindicaci6n 5 en la que, opcionalmente, la parte no pulida de la superficie funcional tiene un acabado superficial que oscila de 0,2 Im (8 I in) a 0,82 Im (32 I in).
  6. 7. Matriz segun la reivindicaci6n 5, en la que la parte rebajada no esta pulida.
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