ES2818082T3 - Método para producir una lata de bebidas, una lata tipo botella o una lata de aerosol de aleación de aluminio - Google Patents

Abstract

Metodo de fabricacion de una lata de bebida, una botella o un pulverizador de aleacion de aluminio, por medio de embutido-estiramiento seguido de formacion de cuello y/o doblado, a partir de una pieza bruta no circular, de manera que: - La tira de metal a partir de la cual se toma cada pieza bruta se divide virtualmente en hexagonos regulares identicos en donde dos lados opuestos son sustancialmente perpendiculares a la direccion de laminacion de dicha tira y forman un sistema hexagonal compacto plano - El perimetro de dicha pieza bruta se calcula mediante ajuste usando un circulo concentrico que tiene un radio menor que el del circulo inscrito del hexagono correspondiente, para compensar, durante el embutido, el comportamiento anisotropico del metal, al variar el diametro de la pieza bruta de acuerdo con la orientacion de la misma con respecto a la direccion de laminacion, aumentando el radio de la pieza bruta en las direcciones correspondientes a los huecos en el perfil de la copa, debido al comportamiento anisotropico del metal durante la primera etapa de embutido, y reduciendo los mismos a lo largo de las direcciones correspondientes a las orejas o protuberancias en dicho perfil, y caracterizado porque - Se anaden al menos cuatro orejas mas alla y desde dicho perimetro, en las zonas del hexagono que quedan libres, o bien en donde el eje primario forma respectivamente un angulo de sustancialmente 35°, 145°, 215° y 325° con la direccion de laminacion, cada una que tiene una altura relativa de 0,3 a 0,8 % con respecto a dicho circulo concentrico inicial, y un ancho maximo en vista del espacio disponible, o que tipicamente corresponde, en la altura media de dicha oreja, a un sector angular minimo de sustancialmente 25° que tiene el centro de la pieza bruta como el vertice de la misma.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para producir una lata de bebidas, una lata tipo botella o una lata de aerosol de aleación de aluminio Campo de la invención

La invención se refiere al campo de las latas de bebidas de aleación de aluminio, también conocidas por el experto en la técnica como "latas", pero también "latas tipo botella" y latas de aerosol, producidas mediante embutidoestiramiento, es decir de acuerdo con un método que incluye en particular estas dos etapas básicas.

Más particularmente, la invención se refiere a un método de embutido optimizado para este tipo de aplicación y que tiene principalmente la ventaja de prevenir el fenómeno de las "orejas pellizcadas", bien conocido por un experto en la técnica, con el riesgo de rotura que esto conlleva durante las posteriores operaciones de embutido.

Estado de la Técnica

Las aleaciones de aluminio se usan cada vez más en la fabricación de latas de bebidas, también conocidas como "latas", pero también "latas tipo botella" y latas de aerosol, debido a su muy buena apariencia estética, especialmente en comparación con los materiales plásticos y aceros, su reciclabilidad y su alta resistencia a la corrosión.

Todas las aleaciones de aluminio a las que se hace referencia en la presente descripción están designadas, a menos que se indique lo contrario, de acuerdo con las designaciones definidas por la Asociación de Aluminio en la Registration Record Series que publica regularmente.

Las latas de bebidas, también conocidas por un experto en la técnica como latas, se fabrican habitualmente mediante embutido-estiramiento en estado metalúrgico de chapas de aleación H19 tipo 3104.

La chapa se somete a una primera operación de recorte de piezas brutas y embutido en copas; más precisamente, durante esta etapa, la bobina de chapa se introduce en prensa, también llamada "cupper", que corta discos llamados piezas brutas y realiza una primera operación de embutido para producir las copas. Esta es la etapa a la que se refiere principalmente la invención.

A continuación, las copas se envían a una segunda prensa o “bodymaker” donde se someten al menos a un segundo embutido y varias operaciones de estiramiento sucesivas; estos implican pasar la pieza bruta embutida a través de anillos de estiramiento para alargar y adelgazar el metal.

De esta forma se obtienen latas de gradualmente cuyas paredes son más delgadas que el fondo. Luego, estas latas se procesan en una máquina que les imparte un movimiento giratorio mientras un cortador las corta a la altura deseada.

Luego se lavan en varios baños de limpieza y enjuague y luego se secan.

Después del recubrimiento, las latas de bebidas se enrutan a una estación del instalador de bridas de collar donde la parte superior de la preforma se somete a varias operaciones sucesivas para reducir el diámetro y crear un borde diseñado para la posterior colocación de la tapa.

Las latas tipo botella de aleación de aluminio y las latas de aerosol o pulverizadores de aerosol se producen generalmente por extrusión por impacto, a partir de palanquillas producidas por una rueda de moldeo.

Las primeras latas tipo botellas de aleación de aluminio, producidas mediante embutido-estiramiento y luego la formación de cuello, aparecieron en Japón en 1993 y en Europa en 1995.

Estas están cubiertas por las solicitudes de patente JP 7060386 de Toyo Rikagaku Kenkyusho de 1993 y EP 0740971 de Hoogovens con prioridad de 1995.

Sin embargo, estas latas tipo botella no tienen una estructura de una pieza. De hecho, las paredes verticales y el cuello de la lata tipo botella se producen desde la parte inferior de la preforma y se engarza una tapa sobre la parte superior de la preforma.

Este es también el caso con respecto a la solicitud WO 0115829 de Daiwa Can en 2000 con prioridad de 1999, que reivindica una lata tipo botella de aleación de aluminio fabricada mediante conformado en caliente con una herramienta compleja.

La fabricación de latas de bebidas, latas tipo botella o latas de aerosol de aleación de aluminio, básicamente por embutido-estiramiento y formación de cuello, requiere de hecho un material que sea especialmente capaz de: - resistir la embutición profunda, es decir la formación de copas con paredes verticales y fondo horizontal, con relaciones de embutido, es decir la relación entre el diámetro de la pieza bruta al diámetro del punzón, de hasta 1,9 o incluso mayor, con elevadas deformaciones en la formación de cuello, para obtener una reducción significativa del diámetro en solo dos pasadas de embutido (embutido y reembutido),

- y sobre todo, el objeto de esta invención, es proporcionar copas de alta calidad, es decir copas que no tengan las fallas conocidas por un experto en la técnica como “orejas pellizcadas” o arrugas, con el fin de evitar cualquier rotura en el estiramiento posterior.

Las primeras latas tipo botella de una pieza de aleación de aluminio fabricadas básicamente por embutidoestiramiento y luego la formación de cuello surgieron en Japón en la década de 2000. Estas están cubiertas por la solicitud JP 2003082429 de Kobe Steel con prioridad de 2001.

Este es también el caso con respecto a la solicitud EP 1870481 con prioridad de 2005, también de Kobe Steel. Este tipo de solución también se usa en la producción en serie, particularmente en Estados Unidos. Sin embargo, tiene el inconveniente de una conformabilidad subóptima en lo que respecta al embutido y también a la formación de cuello. En particular, después de embutir las copas a partir de las piezas brutas circulares, la forma adquirida del perímetro, conocida por un experto en la técnica como el "perfil de oreja", no es favorable. De hecho, este perfil tiene seis orejas, dos de las cuales están posicionadas en 0o y 180o respectivamente con respecto a la dirección de laminación y cuatro a 45o a cada lado de dicha dirección, de acuerdo con la Figura 1.

Se encuentra que tal configuración, debido a que las orejas a 0o y 180o, presentan un grave riesgo de dar lugar a un fenómeno denominado “orejas pellizcadas”, bien conocido por un experto en la técnica, con riesgo de rotura durante las posteriores operaciones de estiramiento.

Para superar este problema, el diseño y uso en la producción de piezas brutas no circulares para la fabricación de latas de bebidas forman parte del estado de la técnica. En este contexto, el objetivo es compensar la anisotropía del metal variando el diámetro de la pieza bruta en dependencia de su orientación en relación con la dirección de laminación. Esta tecnología es ventajosa debido a que aumenta la relación entre la cantidad de metal realmente usada en la lata de bebidas y la cantidad de metal empleada en el metal plano o tira.

Tal diseño típico se describe perfectamente, en particular, en el artículo “Convolute Cut-Edge Design for an Earless Cup in Cup Drawing” por RE Dick, JW Yoon y F. Barlat, CP778 Volumen A, Numishet 2005.

Problema planteado

El uso de este tipo de pieza bruta no circular tiene el desafortunado gran inconveniente de hacer que el proceso de embutido sea mucho más sensible a la menor variabilidad de la anisotropía del metal. De hecho, la copa embutida, realizada a partir de una pieza bruta no circular, tiene teóricamente un perfil “plano” debido a que los huecos y protuberancias se han compensado por las variaciones de diámetro de la pieza bruta de entrada. En este caso, cualquier variación en la anisotropía del metal generará fatalmente un perfil con orejas de tamaño y orientación incontrolados. Por lo tanto, un cambio en la anisotropía del metal siguiendo el eje de laminación u ortogonal a este eje, favorecerá la formación de 2 orejas diametralmente opuestas, lo que favorece el fenómeno de las “orejas pellizcadas”, que un experto en la técnica busca evitar absolutamente.

Por lo tanto, el perfil de la copa siempre tiene huecos y orejas en detrimento de la relación entre la cantidad de metal realmente usada en la lata de bebida y la cantidad inicial de metal en el metal plano.

La invención tiene como objetivo resolver estas dificultades proponiendo una pieza bruta no circular que elimine el riesgo de orejas pellizcadas al embutir las copas.

Objeto de la invención

El objeto de la invención se refiere a un método para producir una lata de bebida, lata tipo botella o lata de aerosol de aleación de aluminio, por medio de embutido-estiramiento seguido de la formación de cuello y/o plegado, a partir de una pieza bruta no circular, de manera que:

- la tira de metal a partir de la cual se toma cada pieza bruta está virtualmente dividida en hexágonos regulares idénticos en donde dos lados opuestos son sustancialmente perpendiculares a la dirección de laminación de dicha tira y forman un sistema hexagonal compacto plano;

- el perímetro de dicha pieza bruta se calcula mediante el ajuste usando un círculo concéntrico que tiene un radio menor que el del círculo inscrito del hexágono correspondiente, para compensar, durante el embutido, el comportamiento anisotrópico del metal, de acuerdo con un método conocido por un experto en la técnica, típicamente como se describe en el artículo "Convolute Cut-Edge Design for an Earless Cup in Cup Drawing" por RE Dick, JW Yoon y F. Barlat, CP778 Volumen A, Numishet 2005.

y caracterizado porque

- se añaden al menos cuatro orejas más allá y desde dicho perímetro, en las zonas del hexágono que quedan libres, o bien en donde el eje primario forma respectivamente un ángulo de sustancialmente 35o, 45o, 215o y 325o con la dirección de laminación, cada uno que tiene una altura relativa de 0,3 a 0,8 % con respecto a dicho círculo concéntrico inicial, y de un ancho máximo en vista del espacio disponible, o típicamente correspondiente, a media altura de dicha oreja, a un sector angular mínimo de sustancialmente 25o que tiene el centro de la pieza bruta como el vértice de la misma. La invención también se refiere a una pieza bruta embutida de una lata de bebida, lata tipo botella o lata de aerosol, producida usando un método como se describió anteriormente.

El objeto de la invención también se refiere a una lata de bebida o lata tipo botella, también conocida por un experto en la técnica por los términos respectivos de "lata" o "lata de bebida tipo botella", producida a partir de una pieza bruta que tiene las características antes mencionadas, que incluye una denominada lata tipo botella conformada, es decir, en donde las paredes principales no son estrictamente cilíndricas. El objeto también se refiere a una lata de aerosol, también conocida por un experto en la técnica por el término "lata de aerosol" o "dispensador de aerosol", producida a partir de dicha pieza bruta que tiene las características antes mencionadas, que incluye una denominada lata de aerosol conformada, es decir una lata con paredes principales que no son estrictamente cilíndricas.

Descripción de las figuras

La Figura 1 representa el "perfil de la oreja", es decir, la forma del perímetro adquirido de la parte superior de las "copas" después del primer embutido, mostrando, a lo largo del eje y, la relación entre la altura de la oreja y la altura media de la copa y, a lo largo del eje x, el ángulo a en relación con la dirección de laminación.

Este perfil, con orejas en particular para a = 0 y 180o, corresponde a una copa de la técnica anterior sin optimización. De hecho, este perfil tiene seis orejas, dos de las cuales están posicionadas en 0 y 180o respectivamente con respecto a la dirección de laminación y cuatro a 45o a cada lado de dicha dirección.

La Figura 2 representa la tira de metal inicial A, así como también su corte virtual en hexágonos regulares B a partir de los que se toman las piezas brutas C.

La dirección de laminación tiene la referencia D mientras que el ancho de la banda tiene la referencia E.

La Figura 3 proporciona la misma información, además de las zonas del hexágono que quedan libres en F, G, H e I. La Figura 4 representa una curva del perfil exterior plano de la pieza bruta circular uniforme con un radio de 69,3 mm (línea continua) y una pieza bruta no circular optimizada para tener en cuenta el comportamiento anisotrópico del metal de acuerdo con el estado de la técnica (curva de línea de puntos). El eje y representa el radio R en mm y el eje x representa el ángulo a formado con la dirección de laminación.

La Figura 5 representa una curva (continua con cruces) del perfil exterior plano de la pieza bruta no circular de acuerdo con la invención, concebida al añadir a la variación anterior cuatro orejas de una altura relativa igual a 0,35 % del radio de dicha variación.

Nuevamente, la variación con un radio constante se muestra aquí por una línea continua y la denominada pieza bruta óptima de la técnica anterior se muestra con una línea de puntos como en la Figura 4.

La Figura 6 muestra una curva (continua con cruces) del perfil exterior plano de la pieza bruta no circular de acuerdo con la invención, concebida al añadir a la variación "optimizada" de la Figura 4, cuatro orejas con una altura relativa igual a 0,57 % del radio de dicha variación.

Una vez más, la variación con el radio constante se muestra aquí con una línea continua y la denominada pieza bruta óptima de la técnica anterior se muestra con una línea de puntos como en la Figura 5.

La Figura 7 representa las curvas de perfil de las copas obtenidas a partir de las 4 variaciones de las piezas brutas, con, en el eje y, la altura H de la copa en el punto correspondiente a un salto de 0,1 mm y, en el eje x, el ángulo a formado con la dirección de laminación:

la curva continua representa los perfiles de copa obtenidos con una pieza bruta circular uniforme con un radio igual a 69,3 mm;

la curva de puntos representa los perfiles de copa obtenidos con una denominada pieza bruta no circular "óptima" de la técnica anterior;

la línea con cruces representa los perfiles de copa obtenidos con una pieza bruta no circular optimizada de acuerdo con la invención, con 4 orejas a 0,35 %,

la línea con círculos representa los perfiles de copa obtenidos con una pieza bruta no circular optimizada de acuerdo con la invención, con 4 orejas a 0,57 %.

Descripción de la invención

La invención consiste en una acertada elección del diseño de la pieza bruta no circular, optimizada en dos etapas: Una primera etapa de compensación de la anisotropía de acuerdo con la técnica anterior. Esta etapa consiste en compensar el efecto anisotrópico del metal variando el diámetro de la pieza bruta de acuerdo con la orientación de la misma con respecto a la dirección de laminación, típica y esquemáticamente, aumentando el radio de la pieza bruta a lo largo de las direcciones correspondientes a los huecos en el perfil de copa, debido al comportamiento anisotrópico del metal durante la primera etapa de embutido, y reduciéndolo a lo largo de las direcciones correspondientes a las orejas o protuberancias en dicho perfil. Tal diseño típico se describe perfectamente, en particular, en el artículo “Convolute Cut-Edge Design for an Earless Cup in Cup Drawing” por RE Dick, JW Yoon y F. Barlat, CP778 Volumen A, Numishet 2005.

Una segunda etapa durante la cual se añaden al menos cuatro orejas más allá y desde dicho perímetro, aumentando el radio de la pieza bruta en las zonas más allá de las piezas brutas sin orejas adicionales y dentro del hexágono correspondiente, a lo largo de cuatro direcciones simétricas con respecto a la dirección de laminación, como se muestra en la Figura 3 (zonas F, G, H e I).

De manera más precisa, si la tira de metal a partir de la cual se toma cada pieza bruta se divide virtualmente en hexágonos regulares idénticos en donde dos lados opuestos son sustancialmente perpendiculares a la dirección de laminación, se forma por lo tanto un sistema hexagonal compacto plano, como se muestra en la Figura 2, las cuatro orejas se añaden más allá y desde dicho perímetro, en las zonas del hexágono que quedan libres, o bien en donde el eje primario forma respectivamente un ángulo de sustancialmente 35o, 145o, 215o y 325o con la dirección de laminación, como se muestra en la Figura 3, cada una que tiene una altura relativa de 0,3 a 0,8 % con respecto a dicho círculo concéntrico inicial, y un ancho máximo en vista del espacio disponible, o típicamente correspondiente a la altura media de dicha oreja, a un sector angular mínimo de sustancialmente 25o que tiene el centro de la pieza bruta como el vértice de la misma.

De manera más precisa, el ancho típico a media altura es igual a la longitud del segmento perpendicular al radio que une el centro de la pieza bruta y el vértice de la oreja, y delimitado por la intersección de la oreja con un sector con un ángulo de sustancialmente 30o que viene del centro de la pieza bruta.

El solicitante observó que esta optimización tenía el efecto absolutamente repetible de minimizar el riesgo de defectos conocidos por un experto en la técnica como "orejas pellizcadas" y también el riesgo de arrugas, para evitar cualquier rotura en el estiramiento posterior.

Una mejor comprensión de los detalles de la invención surgirá a partir de los siguientes ejemplos, que no son de ninguna manera limitantes.

Ejemplos

Se fundió una placa de aleación tipo 3104 mediante colada continua vertical. Se escarpó y luego se homogeneizó a una temperatura de aproximadamente 580o durante aproximadamente 3 horas antes de someterse a la laminación en caliente y luego a laminación en frío hasta alcanzar el grosor final de 0,264 mm, es decir, el estado metálico H19. Se hicieron “copas” a partir de esta chapa con un diámetro de punzón de embutido de copa de 88,9 mm a partir de piezas brutas de perfil plano de acuerdo con las variaciones a continuación, todas se cortaron por láser.

Variaciones 1 y 2 fuera de la invención:

La variación 1 corresponde a un radio de la pieza bruta constante de 69,3 mm como se muestra con la línea continua en la Figura 4, es decir, una pieza bruta circular sin optimización.

La variación 2 corresponde a una denominada pieza bruta "óptima", es decir que compensa "perfectamente" la anisotropía conductual del metal, de acuerdo con un método conocido por un experto en la técnica, tal como el mencionado anteriormente y referido en el artículo “Convolute Cut-Edge Design for an Earless Cup in Cup Drawing” por RE Dick, JW Yoon y F. Barlat, CP778 Volumen A, Numishet 2005.

Se muestra en dicha Figura 4 mediante una curva de puntos.

Variación 3 de acuerdo con la invención

La variación 3 corresponde a una pieza bruta de acuerdo con la invención, concebida al añadir a la variación 2 anterior cuatro orejas a 35o, 145o, 215o y 325o, que tiene una altura relativa igual al 0,35 % del radio de dicha Variación 2 y de un ancho a media altura correspondiente a un sector de 30o.

Se muestra en la Figura 5 mediante una curva de línea continua con cruces.

La variación 1 también se muestra allí como una línea continua y la denominada pieza bruta óptima de la técnica anterior como una línea de puntos, como en la Figura 4.

Variación 4 de acuerdo con la invención

La variación 4 corresponde a una pieza bruta de acuerdo con la invención, concebida al añadir a la anterior Variación 2 cuatro orejas a 35o, 145o, 215o y 325o, que tiene una altura relativa igual al 0,57 % del radio de dicha Variación 2 y que tiene un ancho a media altura correspondiente a un sector de 30o.

Se muestra en la Figura 6 mediante una curva de línea continua con cruces.

La variación 1 también se muestra allí como una línea continua y la denominada pieza bruta óptima de la técnica anterior como una línea de puntos, como en la Figura 4.

Resultados

A partir de estas cuatro variaciones de piezas brutas, hemos fabricado copas mediante embutido, usando un punzón de embutido con un diámetro de 88,9 mm para una altura media de copa de 32 mm.

La Figura 7 muestra las curvas de perfil de las copas obtenidas a partir de 4 variaciones de piezas brutas:

la curva continua representa los perfiles de copa obtenidos con una pieza bruta circular uniforme con un radio igual a 69,3 mm;

la curva de puntos representa los perfiles de copa obtenidos con una denominada pieza bruta no circular "óptima" de la técnica anterior;

la línea con cruces representa los perfiles de copa obtenidos con una pieza bruta no circular optimizada de acuerdo con la invención, con 4 orejas al 0,35 % de acuerdo con la Variación 3;

la curva con círculos representa los perfiles de copa obtenidos con una pieza bruta no circular optimizada de acuerdo con la invención, con 4 orejas al 0,57 % de acuerdo con la Variación 4.

Se observará claramente que la denominada pieza bruta "óptima" de la técnica anterior (curva de línea de puntos) compensa la anisotropía del metal debido a que la amplitud de la curva del perfil pasa de aproximadamente 0,9 mm a menos de 0,2 mm.

En base a los perfiles optimizados de acuerdo con la invención, las 4 orejas adicionales son claramente visibles en las curvas del perfil con cruces y círculos. La diferencia de altura de las orejas adicionales está correctamente vinculada con la diferencia de altura de las orejas originales.

También se observará que la altura de las orejas artificiales, en el caso de los perfiles de oreja al 0,57 % (curva con círculos), supera con creces la altura de las orejas vinculadas a la anisotropía (curva sólida) y también la alcanza en el caso de orejas al 0,35 % (curva con cruces). Por lo tanto, se reduce claramente el riesgo de encontrarse con un sistema con 2 orejas, un sistema más susceptible al fenómeno de las “orejas pellizcadas”, que se incluye con respecto al caso correspondiente a la curva de puntos de la optimización de acuerdo con el estado de la técnica, pero, además, no se encuentran valores negativos (huecos en el perfil superior de la copa).

Claims (2)

REIVINDICACIONES

1. Método de fabricación de una lata de bebida, una botella o un pulverizador de aleación de aluminio, por medio de embutido-estiramiento seguido de formación de cuello y/o doblado, a partir de una pieza bruta no circular, de manera que:

- La tira de metal a partir de la cual se toma cada pieza bruta se divide virtualmente en hexágonos regulares idénticos en donde dos lados opuestos son sustancialmente perpendiculares a la dirección de laminación de dicha tira y forman un sistema hexagonal compacto plano

- El perímetro de dicha pieza bruta se calcula mediante ajuste usando un círculo concéntrico que tiene un radio menor que el del círculo inscrito del hexágono correspondiente, para compensar, durante el embutido, el comportamiento anisotrópico del metal, al variar el diámetro de la pieza bruta de acuerdo con la orientación de la misma con respecto a la dirección de laminación, aumentando el radio de la pieza bruta en las direcciones correspondientes a los huecos en el perfil de la copa, debido al comportamiento anisotrópico del metal durante la primera etapa de embutido, y reduciendo los mismos a lo largo de las direcciones correspondientes a las orejas o protuberancias en dicho perfil, y caracterizado porque

- Se añaden al menos cuatro orejas más allá y desde dicho perímetro, en las zonas del hexágono que quedan libres, o bien en donde el eje primario forma respectivamente un ángulo de sustancialmente 35°, 145°, 215° y 325° con la dirección de laminación, cada una que tiene una altura relativa de 0,3 a 0,8 % con respecto a dicho círculo concéntrico inicial, y un ancho máximo en vista del espacio disponible, o que típicamente corresponde, en la altura media de dicha oreja, a un sector angular mínimo de sustancialmente 25° que tiene el centro de la pieza bruta como el vértice de la misma.

2. Embutir la pieza bruta de una lata de bebida, botella de metal o pulverizador, caracterizado porque se fabrica mediante por medio de un método de acuerdo con la reivindicación 1, es decir porque comprende al menos cuatro orejas, añadidas más allá y desde dicho perímetro, en las zonas del hexágono que quedan libres, o bien en donde el eje primario forma respectivamente un ángulo de sustancialmente 35°, 145°, 215° y 325° con la dirección de laminación, cada uno que tiene una altura relativa de 0,3 a 0,8 % con respecto a dicho círculo concéntrico inicial, y un ancho máximo en vista del espacio disponible, o que típicamente corresponde, a la altura media de dicha oreja, a un sector angular mínimo de sustancialmente 25° que tiene el centro de la pieza bruta como vértice del mismo.