PL245172B1

PL245172B1 - Stempel oraz półprodukt i puszka wytworzone przy użyciu tego stempla

Info

Publication number: PL245172B1
Application number: PL438791A
Authority: PL
Inventors: Przemysław Wędrychowicz
Original assignee: Canpack Spolka Akcyjna
Priority date: 2021-08-20
Filing date: 2021-08-20
Publication date: 2024-05-27
Also published as: PL438791A1; CO2024003032A2; EP4387784A1; WO2023021436A4; US20240342783A1; WO2023021436A1

Abstract

Stempel do wytłaczania puszek napojowych zawierający cylindryczny korpus z wydzielonym obszarem (1) formującym pobocznicę puszki o średnicy D1, stopniem (2) oraz obszarem formującym grubą ściankę, gdzie obszar formujący grubą ściankę rozpoczyna się od końca stopnia (2), a średnica D2 stempla w tym obszarze jest zmienna i jest mniejsza od średnicy D1 stempla w obszarze formującym pobocznicę puszki. Przedmiotem zgłoszenia jest także puszka w postaci półproduktu oraz puszka gotowa wytworzone przy użyciu tego stempla.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest nowy stempel do wytłaczania puszek napojowych, puszka w postaci półproduktu oraz gotowa puszka wyprodukowana przy użyciu tego stempla.

Dwuczęściowe puszki aluminiowe produkowane są metodą DWI (draw and wall ironing) tłoczenia z przeciąganiem, z wykorzystaniem między innymi prasy poziomej (bodymaker-a). Kubek aluminiowy trafiający do prasy poziomej w pierwszym etapie zostaje przetłoczony do pożądanej średnicy puszki, a następnie jest przeciągany przez kolejne narzędzia, gdzie następuje redukcja grubości pobocznicy/ścianki, aż do osiągnięcia zaprojektowanej grubości ścianki i wysokości puszki. Ostatnim etapem kształtowania na prasie poziomej jest formowanie denka. Następnie puszka przekazywana jest do obcinarki w celu wyrównania wysokości poprzez obcięcie nierównej górnej krawędzi. Po procesie mycia puszka trafia do drukarki, pieca, natrysku lakieru wewnętrznego i ponownie do pieca. Finalny kształt puszki nadawany jest w wieloetapowej operacji zawężania i formowania kołnierza.

Ostatnie lata rozwoju puszki napojowej skupione były na obniżeniu jej masy, poprawie parametrów wytrzymałościowych oraz usprawnieniu procesu DWI. W literaturze dostępne są różne podejścia do tego zagadnienia, od zmiany profilu denka, poprzez zmianę chropowatości blachy do modyfikacji geometrii narzędzi.

W opisie patentowym EP2035166B1 został scharakteryzowany roztłaczający stempel do wytwarzania metalowych pojemników, zawierający roboczą powierzchnię przystosowaną do zwiększania średnicy metalowego pojemnika. Stempel opisany w tym opisie pozwala na uzyskanie unikalnego kształtu puszki.

W opisie patentowym US9566630B2 został przedstawiony stempel do formowania puszek aluminiowych, który posiada co najmniej dwa obszary o różnej topografii powierzchni. Nowa powierzchnia stempla umożliwia redukcję defektów powstających podczas procesu DWI.

Nieoczekiwanie okazało się, że możliwe jest, poprzez modyfikację kształtu stempla, otrzymanie puszki o obniżonej masie, w wyniku redukcji grubości materiału w obszarze jej szyjki.

Stempel do wytłaczania puszek napojowych zawierający cylindryczny korpus z wydzielonym obszarem formującym pobocznicę puszki o średnicy D1, stopniem oraz obszarem formującym grubą ściankę według wynalazku charakteryzuje się tym, że obszar formujący grubą ściankę rozpoczyna się od końca stopnia, a średnica stempla w tym obszarze D2 jest zmienna i mniejsza od średnicy stempla D1 w obszarze formującym pobocznicę puszki.

Korzystnie obszar formujący grubą ściankę puszki zawiera dwa odcinki formujące, gdzie odcinek pierwszy ma długość od 0,01 do 40 mm, a odcinek drugi ma długość od 0,1 do 30 mm.

Korzystnie obszar formujący grubą ściankę puszki zawiera trzy odcinki formujące, gdzie odcinek pierwszy ma długość od 0,05 do 40 mm, odcinek drugi ma długość od 0,01 do 40 mm, a odcinek trzeci ma długość od 0,1 do 30 mm.

Korzystnie obszar formujący grubą ściankę puszki zawiera cztery odcinki formujące, gdzie pierwszy odcinek ma długość od 0,05 do 40 mm, a drugi odcinek ma długość od 0,1 do 40 mm, trzeci odcinek ma długość od 0,1 do 30 mm, a czwarty odcinek ma długość od 0,1 do 30 mm.

Korzystnie obszar formujący grubą ściankę puszki ma długość mniejszą niż 100 mm.

Korzystnie średnica stempla D2 w obszarze formującym grubą ściankę mieści się w zakresie 29,7 do 99,9 mm, natomiast średnica stempla D1 w obszarze formującym pobocznicę puszki w zakresie od 30 do 100 mm.

Korzystnie średnica stempla D2 w obszarze formującym grubą ściankę jest mniejsza od średnicy stempla D1 w obszarze formującym pobocznicę puszki o co najmniej 10 μm.

Korzystnie stopień ma długość od 0,1 do 40 mm, wysokość od 1 do 500 μm oraz kąt względem osi stempla od 1 do 80 stopni.

Korzystnie średnica stempla w obszarze formującym ściankę grubą zmienia się liniowo lub nieliniowo.

Puszka napojowa w postaci półproduktu przeznaczonego do operacji zawężania szyjki według wynalazku charakteryzuje się tym, że posiada ściankę grubą o zmiennej grubości t22, t23 zawierającej się w zakresie od 80 do 220 μm.

Korzystnie grubość pobocznicy puszki t24 mieści się w zakresie od 80 do 200 μm.

Korzystnie grubość t22 jest mniejsza niż t23, grubość t22 i t23 jest mniejsza niż t21, grubość t24 jest mniejsza niż t21.

Gotowa puszka napojowa według wynalazku charakteryzuje się tym, że posiada szyjkę o grubości ścianki t41, t42 i t43 zawierającej się w zakresie od 80 do 220 um.

Korzystnie grubość ścianki t41 = t42 = t43.

Korzystnie grubość ścianki t43 jest większa od grubości ścianki t41.

Pojęcie „zmienna średnica” oznacza, że średnica stempla w obszarze formującym grubą ściankę nie jest stała, ale zmienia się zwiększając lub zmniejszając, co w rezultacie powoduje, że profil zewnętrzny stempla nie przebiega na całej długości obszaru formującego grubą ściankę puszki w linii prostej równoległej do osi stempla, ale może być opisany linią krzywą lub łamaną (funkcją wklęsłą lub wypukłą), przy czym na niektórych odcinkach profil może przebiegać w linii prostej równoległej do osi stempla. Tak dobrany profil zmienia sposób formowania materiału i wpływa na finalny kształt i grubości ścianki grubej puszki po procesie DWI. Krzywizna poszczególnych obszarów dobierana jest do projektu puszki, różni się ona w zależności od grubości blachy wsadowej, średnicy, wysokości i kształtu szyjki puszki. Stempel może zostać wykonany ze stali węglowej, stali nierdzewnej, węglików, ceramiki lub materiału kompozytowego lub tworzywa sztucznego.

Gruba ścianka puszki to fragment półproduktu w jego górnej części, która w procesie zawężania przyjmuje kształt szyjki w wyrobie finalnym. Gruba ścianka znana ze stanu techniki posiada jednolitą grubość, jak na przykład w opisie patentowym WO2020117641A1. Tymczasem puszka w postaci półproduktu przed procesem zawężenia i formowania szyjki wytworzona przy użyciu stempla według wynalazku cechuje się zmienną grubością grubej ścianki. Korzystnie, gruba ścianka jest pocieniona w swojej środkowej części.

Puszka wyprodukowana z tego półproduktu cechuje się mniejszą masą, uzyskaną w wyniku redukcji grubości w górnej części puszki, w obszarze szyjki. Puszka, o takiej ściance w obszarze szyjki cechuje się także mniejszą materiałochłonnością, jednocześnie spełnia wymogi jakościowe oraz umożliwia wykonanie podwójnego zamka zapewniającego prawidłowe połączenie puszki z wieczkiem.

Puszka napojowa według wynalazku może być produkowana ze stopów aluminium albo stali, ewentualnie ze stopów innych metali.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia stempel znany ze stanu techniki, fig. 2 - jego przekrój, fig. 3 przedstawia stempel według wynalazku, fig. 4 - jego przekrój, fig. 5 przedstawia puszkę w postaci półproduktu, fig. 6 przedstawia przekrój grubej ścianki znanej ze stanu techniki, fig. 7 przedstawia przekrój grubej ścianki według wynalazku, fig. 8 przedstawia gotową puszkę, fig. 9 przedstawia przekrój szyjki puszki znanej ze stanu techniki, fig. 10 przedstawia przekrój szyjki puszki według wynalazku.

Przykład 1

Przykład porównawczy

Stempel znany ze stanu techniki posiada cylindryczny korpus 1 ze stopniem 2 oraz obszarem formującym grubą ściankę 3. Obszar formujący grubą ściankę 3 w standardowym rozwiązaniu cechuje się stałą średnicą stempla na całej długości L3 tworzącej ten profil. Profil odcinka formującego ściankę grubą jest opisany linią prostą równoległą do osi stempla. Stopień może mieć wysokość od 0,1 do 200 um, a długość od 0,01 do 30 milimetrów. Długość obszaru formującego grubą ściankę puszki L3 może wahać się od 1 do 100 milimetrów.

Ścianka półproduktu do wytworzenia puszki po użyciu znanego stempla w górnym obszarze jest grubsza od środkowej części (gruba ścianka). Ma to na celu umożliwienie operacji formowania szyjki oraz zapewnienie odpowiedniej grubości kołnierza puszki dla połączenia z wieczkiem i wykonania tzw. podwójnego zamka. Środkowa część puszki ma ściankę o grubości 85-100 um, natomiast górna w zakresie 100-250 um. Grubości t11, t12 oraz t13 są sobie równe. Minimalne różnice są rezultatem jakości i tolerancji wykonania narzędzi. Stosunek pomiędzy grubością t11 a t14 zawiera się w przedziale od 0,3 do 0,9. Operacja zawężenia puszki powoduje niehomogeniczne pogrubienie materiału w obszarze szyjki 9. W zależności od grubości blachy wsadowej grubość ścianki szyjki gotowej puszki t31 może wahać się w zakresie od 100 do 300 um, natomiast t32 oraz t33 od 120-350 um. Grubość t35 pozostaje bez zmian w stosunku do grubości t14 sprzed operacji zawężania. Ilość etapów zawężania różni się w zależności od projektu puszki tj. wysokości, średnicy, średnicy zamknięcia, kształtu szyjki oraz zastosowanego urządzenia zawężającego. Opis procesu zawężania szyjki puszki został przedstawiony na przykład w dokumentach US5724848A, US4774839A oraz US5297414A.

Przykład 2

Stempel zawiera cylindryczny korpus, gdzie obszar formujący pobocznicę puszki 1 ma długość 140,5 mm i średnicę D1 równą 60 mm. Stopień 2 ma długość 20 mmi wysokość 100 gm. Obszar formujący grubą ściankę 3 ma długość 28 mm i posiada zmienną średnicę D2. Obszar formujący grubą ściankę 3 składa się z czterech odcinków. Odcinek pierwszy 4 jest równoległy do osi stempla. Średnica stempla D2 na tym odcinku wynosi 59,9 mm. Długość L4 wynosi 2 mm. Odcinek drugi 5 ma długość L5 równą 10 mm. Średnica odcinka 5 D2 zwiększa się liniowo od 59,9 do 59,95 mm. Odcinek 6 ma długość L6 2 mm, a jego średnica D2 zmniejsza się liniowo od 59,95 do 59,9. Odcinek 7 ma długość 14 mm i jest równoległy do osi stempla. Średnica D2 stempla w tym obszarze wynosi 59,9 mm.

P rzy kła d 3

Stempel zawiera cylindryczny korpus, gdzie obszar formujący pobocznicę puszki 1 ma długość 140 mm i średnicę D1 równą 60 mm. Stopień 2 ma długość 20 mm wysokość 30 gm. Obszar formujący grubą ściankę 3 ma długość 30 mm i posiada zmienną średnicę stempla D2. Obszar formujący grubą ściankę 3 składa się z trzech odcinków. Odcinek pierwszy 5 ma długość L5 równą 10 mm. Średnica stempla D2 na odcinku zmienia się liniowo od 59,97 mm do 59,986 mm. Odcinek drugi 6 ma długość L6 2 mm, a średnica stempla D2 zmienia się liniowo 59,986 mm do 59,97 mm. Odcinek 7 ma długość 20 mm i jest równoległy do osi stempla. Średnica D2 stempla w tym obszarze wynosi 59,97 mm.

P rzy kła d 4

Stempel zawiera cylindryczny korpus, gdzie obszar formujący pobocznicę puszki 1 ma długość 140 mm i średnicę D1 równą 60 mm. Stopień 2 ma długość 20 mm i wysokość 30 gm. Obszar formujący grubą ściankę 3 ma długość 30 mm i posiada zmienną średnicę stempla D2. Obszar formujący grubą ściankę 3 składa się z dwóch odcinków. Odcinek pierwszy 5 ma długość L5 równą 11 mm. Średnica stempla D2 na odcinku zmienia się liniowo od 59,97 mm do 59,986 mm. Odcinek drugi 6 ma długość L6 2 mm, a średnica stempla D2 zmienia się liniowo 59,986 mm do 59,97 mm. Odcinek 7 ma długość 20 mm i jest równoległy do osi stempla. Średnica D2 stempla w tym obszarze wynosi 59,986 mm.

P rzy kła d 5

Stempel zawiera cylindryczny korpus, gdzie obszar formujący pobocznicę puszki 1 ma długość 140 mm i średnicę D1 równą 60 mm. Stopień 2 ma długość 20 mm i wysokość 30 gm. Obszar formujący grubą ściankę 3 ma długość 30 mm i posiada zmienną średnicę stempla D2. Obszar formujący grubą ściankę 3 składa się z czterech odcinków. Odcinek pierwszy 4 jest równoległy do osi stempla. Średnica stempla D2 na tym odcinku wynosi 59,97 mm. Długość L4 wynosi 100 gm. Odcinek drugi 5 ma długość L5 równą 10 mm. Średnica stempla D2 na odcinku 5 zmienia się nieliniowo (funkcja wypukła albo wklęsła) od 59,97 do 59,986 mm. Odcinek 6 ma długość L6 2,5 mm, a średnica stempla D2 zmienia się liniowo od 59,986 do 59,97 mm. Odcinek 7 ma długość 25 mm i jest równoległy do osi stempla. Średnica D2 stempla w tym obszarze wynosi 59,97 mm.

P rzy kła d 6

Puszka napojowa w postaci półproduktu do wytworzenia gotowej puszki napojowej o grubej ściance o zmiennej grubości t24 równej 80 gm, t23 równej 170 gm, t22 równej 130 gm i t21 równej 180 gm.

P rzy kła d 7

Puszka napojowa w postaci półproduktu do wytworzenia gotowej puszki napojowej o grubej ściance o zmiennej grubości t24 równej 78 gm, t23 równej 150 gm, t22 równej 120 gm i t21 równej 170 gm.

Przykład 8

Puszka napojowa w postaci półproduktu do wytworzenia gotowej puszki napojowej o grubej ściance o zmiennej grubości t24 równej 90 gm, t23 równej 180 gm, t22 równej 135 gm i t21 równej 190 gm.

P rzy kła d 9

Puszka napojowa w postaci półproduktu do wytworzenia gotowej puszki napojowej o grubej ściance o zmiennej grubości t24 równej 60 gm, t23 równej 150 gm, t22 równej 110 gm i t21 równej 160 gm.

Przykład 10

Gotowa puszka napojowa posiadająca szyjkę o grubości ścianki, gdzie grubość t45 jest równa 80 gm, grubość t41 jest równa 140 gm, grubość t42 jest równa 142 gm, grubość t43 jest równa 146 gm, a grubość t44 jest równa 170 gm.

Przykład 1 1

Gotowa puszka napojowa posiadająca szyjkę o zmiennej grubości ścianki, gdzie grubość t45 jest równa 60 gm, grubość t41 jest równa 120 gm, grubość t42 jest równa 122 gm, grubość t43 jest równa 126 gm, a grubość t44 jest równa 160 gm.

Przykład 1 2

Gotowa puszka napojowa posiadająca szyjkę o zmiennej grubości ścianki, gdzie grubość t45 jest równa 65 gm, grubość t41 jest równa 135 gm, grubość t42 jest równa 135 gm, grubość t43 jest równa 140 gm, a grubość t44 jest równa 160 gm.

Przykład 1 3

Gotowa puszka napojowa posiadająca szyjkę o zmiennej grubości ścianki, gdzie grubość t45 jest równa 85 gm, grubość t41 jest równa 140 gm, grubość t42 jest równa 135 gm, grubość t43 jest równa 135 gm, a grubość t44 jest równa 162 gm.

P rzy kła d 1 4

Gotowa puszka napojowa posiadająca szyjkę o zmiennej grubości ścianki, gdzie grubość t45 jest równa 65 gm, grubość t41 jest równa 135 gm, grubość t42 jest równa 135 gm, grubość t43 jest równa 135 gm, a grubość t44 jest równa 160 gm.

Claims

1. Stempel do wytłaczania puszek napojowych zawierający cylindryczny korpus z wydzielonym obszarem (1) formującym pobocznicę puszki o średnicy D1, stopniem (2) oraz obszarem (3) formującym grubą ściankę, znamienny tym, że obszar (3) formujący grubą ściankę rozpoczyna się od końca stopnia (2), a średnica D2 stempla w tym obszarze jest zmienna i jest mniejsza od średnicy D1 stempla w obszarze formującym pobocznicę puszki.

2. Stempel według zastrz. 1, znamienny tym, że obszar (3) formujący grubą ściankę puszki zawiera dwa odcinki formujące (5, 7), gdzie odcinek pierwszy (5) ma długość (L5) od 0,01 do 40 mm, a odcinek drugi (7) ma długość (L7) od 0,1 do 30 mm.

3. Stempel według zastrz. 1, znamienny tym, że obszar formujący grubą ściankę puszki (3) zawiera trzy odcinki formujące (4, 5, 7), gdzie odcinek pierwszy (4) ma długość (L4) od 0,05 do 40 mm, odcinek drugi (5) ma długość (L5) od 0,01 do 40 mm, a odcinek trzeci (7) ma długość (L7) od 0,1 do 30 mm.

4. Stempel według zastrz. 1, znamienny tym, że obszar formujący grubą ściankę puszki (3) zawiera trzy odcinki formujące (5, 6, 7), gdzie odcinek pierwszy (5) ma długość (L5) od 0,01 do 40 mm, odcinek drugi (6) ma długość (L6) od 0,1 do 30 mm, a odcinek trzeci (7) ma długość (L7) od 0,1 do 30 mm.

5. Stempel według zastrz. 1, znamienny tym, że obszar formujący grubą ściankę puszki (3) zawiera cztery odcinki formujące (4, 5, 6, 7), gdzie pierwszy odcinek (4) ma długość (L4) od 0,05 do 40 mm, a drugi odcinek (5) ma długość (L5) od 0,1 do 40 mm, trzeci odcinek (6) ma długość (L6) od 0,1 do 30 mm, a czwarty odcinek (7) ma długość (L7) od 0,1 do 30 mm.

6. Stempel według dowolnego zastrz. 1-5, znamienny tym, że obszar (3) formujący grubą ściankę puszki ma długość mniejszą niż 100 mm.

7. Stempel według dowolnego zastrz. 1-6, znamienny tym, że średnica D2 stempla w obszarze formującym grubą ściankę puszki mieści się w zakresie 29,7 do 99,9 mm, natomiast średnica D1 stempla w obszarze formującym pobocznicę puszki mieści się w zakresie od 30 do 100 mm.

8. Stempel według dowolnego zastrz. 1-7, znamienny tym, że średnica D2 stempla w obszarze formującym grubą ściankę puszki jest mniejsza od średnicy D1 stempla w obszarze formującym pobocznicę puszki o co najmniej 10 gm.

9. Stempel według dowolnego zastrz. 1-8, znamienny tym, że stopień (2) ma długość (L2) od 0,1 do 40 mm, wysokość od 1 do 500 gm oraz kąt względem osi stempla od 1 do 80 stopni.

10. Stempel według dowolnego zastrz. 1-9, znamienny tym, średnica stempla D2 w obszarze formującym grubą ściankę puszki zmienia się liniowo lub nieliniowo.

11. Puszka napojowa w postaci półproduktu przeznaczonego do operacji zawężania szyjki, znamienna tym, że posiada ściankę grubą (8) o zmiennej grubości t22, t23 zawierającej się w zakresie od 80 do 220 gm.

12. Puszka według zastrz. 11, znamienna tym, że grubość pobocznicy puszki t24 mieści się w zakresie od 80 do 200 gm.

13. Puszka według zastrz. 11 albo 12, znamienna tym, że grubość t22 jest mniejsza niż t23, grubość t22 i t23 jest mniejsza niż t21, grubość t24 jest mniejsza niż t21.

14. Gotowa puszka napojowa, znamienna tym, że posiada szyjkę (9) o grubości ścianki t4, t42 i t43 zawierającej się w zakresie od 80 do 220 gm.

15. Gotowa puszka napojowa według zastrz. 14, znamienna tym, grubość ścianki t41 = t42 = t43.

16. Gotowa puszka napojowa według zastrz. 14, znamienna tym, że t43 jest większe od t41.