铝容器最优化的拉伸和壁减薄方法技术

本发明专利技术涉及一种通过“拉伸‑减薄”进行的铝合金饮料罐的制造方法，其特征在于通过以下特性中的至少一个，产生制罐机冲头(21)与铝片材之间高于减薄模具(22)与所述铝片材之间的摩擦力：‑内表面粗糙度明显高于外表面的铝合金片材，‑具有在横切表面以及出射表面与合模面之间的倒圆角交叉点的减薄模具(22)，该减薄工具具有Ra低于0.03μm的工作区域中的表面和低于约0.38mm的短的合模面宽度，‑具有高于0.35μm的粗糙度和各向同性纹理的制罐机冲头。本发明专利技术还涉及通过这种方法制造的饮料罐、减薄模具以及用于铝合金饮料罐制造方法的制罐机冲头，所述饮料罐的特征在于其在最后的减薄步骤之后即在60°下测量的反射比高于73％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铝容器最优化的拉伸和壁减薄方法
本专利技术涉及由铝合金制成的饮料罐领域，其也被本领域技术人员称为“罐”或“饮料罐”或甚至“二片式啤酒及饮料罐”；或铝容器的领域，其通过拉伸-减薄(ironing)、即根据特别地包括这两个基本步骤的方法制造。更特别地，本专利技术涉及一种用于此类应用且特别具有能提供较低的撕裂率、更好的罐几何形状一致性和更好的罐表面外表优点的最优化减薄方法。该改进通过受控的冲头粗糙度和纹理、减薄模具几何形状(合模面宽度、工作区域粗糙度、入口几何形状)以及铝片材(金属的内部和外部粗糙度)和制杯机润滑而获得。
技术介绍
除非指定，下文中根据由“铝业协会(AluminumAssociation)”在该协会定期出版的“登记记录系列(RegistrationRecordSeries)”中所定义的名称来命名铝合金。除非另有说明，应用欧洲标准EN515中所列出的冶金状态的定义。静态拉伸机械特性(换言之，极限拉伸强度Rm(或UTS)、0.2％塑性伸长下的拉伸屈服强度Rp0.2(或YTS)以及伸长率A％(或E％))根据NFENISO6892-1通过拉伸试验测定。铝合金由于其非常吸引人的视觉外观(特别是与塑料或钢相比)、其适于回收以及其高耐腐蚀性而越来越多地在容器、特别是饮料罐的制造中使用。饮料罐(本领域技术人员也称为“罐”或“二片式饮料罐”)通常通过拉伸-减薄，使用3104型合金片材，在H19冶金状态中以0.2与0.3mm之间的规格来制造。片材经历由下料和拉伸组成的用于制杯的第一操作；更具体而言，在该步骤期间，片材卷料进料至压机(也称为“制杯机”)，其切割出称为坯料的圆盘并进行第一深度拉伸操作以生产“杯子”。然后，杯子被运送至第二压机或“制罐机”，所述杯子于其中经历至少一个第二深度拉伸操作以及多个连续减薄操作；这些操作包括使经深度拉伸的坯料通过减薄工具(称为环或模具)，从而使金属伸长和变薄。罐的底部也在此时成型。使可锻金属形成为顶部开放式的圆柱形容器。罐的侧壁明显薄于保持未经减薄而接近原始起始规格的底部(底拱)。罐的侧壁由通常称为中间壁及顶壁的壁构成(参见图1)。然后，将罐在回转机械中修边至所需高度。在减薄过程中，可发生撕裂(减薄过程中的侧壁断裂或故障)而造成制罐机停止，这降低了生产线性能。此外，在减薄后，罐的光泽外表可发生很大变化。根据Avitzur(1983)已知(参见图2)：“冲压力[……]部分通过杯子底部上的压力传输至变形区[……]，进一步通过壁上的张力且部分通过摩擦力传输。当冲头与杯子内表面之间的摩擦力增加时，施加在壁上的张力更少，因而能够使减薄减小得更多。通过摩擦力差异(即通过具有高于模具摩擦力的锤体摩擦力)及模具角度的适当选择，原则上可通过单个模具而实现无限量的减小……在实践中，直至最近，以单个拉伸通过一个模具仅获得了少许减小…”专利申请GB1400081(Avitzur)公开了一种深度拉伸方法，其中使用冲头通过锥形模具而将中空工件的壁减薄，所述冲头在冲头处的摩擦面大于模具处的摩擦面，使得减薄区中的拉伸应力减小或消除。专利申请JPS577334A(KishimotoAkira)公开了具有指定形状、深度和间隔的圆周凹槽线、且设计用于改进罐的移出以及改进罐体减薄时的成型性的冲头。该冲头的纹理并非是各向同性的。专利申请JP2007275847(DaiwaCan)公开了一种用于减薄的冲头，其外圆周面被划分为两个部分，使得尖端的部分为粗糙的且末端的部分为光滑的。专利申请JPS61212428(NipponSteel)公开了具有改进的减薄和剥离加工性能的钢板，其在正面和背面上分别具有彼此不同的粗糙表面。专利US5250634(美国AluminumCompany)公开了一种用于制作刚性容器产品的金属片材，其具有保持少量润滑剂的无裂缝表面。此外，根据当前技术发展水平，采用以下规范来控制金属与工具之间，即冲头与金属以及模具与金属之间的相互作用：-两侧的粗糙度Ra在0.3与0.5μm之间。-制杯机润滑由两种组分构成：后润滑油和制杯机润滑油。后润滑油由铝制造商以500mg/m2的平均水平对两侧施用，且制杯机润滑油在制杯压机处以500至1100mg/m2的水平对两侧施用。因此，润滑油(后润滑油加制杯机润滑油)的总量在1000与1600mg/m2之间；更具体而言，对于33cl的罐，其意味着每杯16至24mg。润滑油在金属片材两侧之间的分布为，对于外侧50至60％而对于内侧40至50％。-递送的制罐机冲头具有同时抛光、研磨的表面，刀鼻半径和再加工锥体抛光(Ra≤0.05μm)，主体研磨(Ra≤0.3μm)。-制罐机冲头由制罐商以通常在工业上称为交叉阴影线的方法纹理化。该方法随制罐商改变且有时可控性较差。-减薄模具的工作表面由横切角(1)、合模面宽度(2)及其角度(3)、横切表面(7)与合模面之间的交叉点(5)、出射角(4)以及这些区域的表面粗糙度来限定(参见图3)。通常工业上采用7与8°之间的横切角、0.38与0.76mm之间的合模面宽度；合模面角度(3)可以在0至5’之间，使得朝向合模面出射方向的直径更大；交叉点(5)和(6)各自在横切表面(7)与合模面(8)之间以及合模面与出射表面(9)之间突锐地出现；出射角(4)在2°与8°之间，并且表面粗糙度通常指定为Ra≤0.05μm或Ra≤0.10μm。当前，以标准三减薄模具进程获得的平均撕裂率在20ppm与150ppm之间，其中第三模具有效减薄比在38％与44％之间。罐的标准60°反射比低于73％。典型的顶壁厚度变化性为约11μm。由于每年制造的饮料罐的量非常巨大(3200亿个)，因此制造方法的每个微小改进都可产生极大的节约。技术问题待解决的问题为，找到确保高制造生产率(如在长时间周期和稳定方式下的低撕裂率或低缩颈坏料率)的最佳减薄条件。减薄之后预成型的罐外壁的光泽外表是装饰后最终罐产品的视觉外表品质的关键性质。待解决的问题为，找到使60°下测量的反射比最大化、同时使前述制造生产率保持在合理水平的最佳减薄条件。最后，主要目的之一为减少制造罐的金属量。其可通过减小顶壁、中间壁或底拱的厚度来完成。待解决的问题为，找到能够势必减小这些厚度、同时使前述制造生产率保持在合理水平的最佳减薄条件。技术方案本专利技术涉及一种通过“拉伸-减薄”进行的铝合金饮料罐的制造方法，其特征在于通过以下特性中的至少一个，产生制罐机冲头与铝片材之间高于减薄模具与所述铝片材之间的摩擦力：-内表面粗糙度明显高于外表面(通常Ra>0.4μm相较于Ra<0.3μm)的铝合金片材，-具有在横切表面以及出射表面与合模面之间的倒圆角交叉点的减薄模具，其中工作区域中的表面具有低于约0.03μm的Ra，以及其中合模面的宽度低于约0.38mm，-具有特高粗糙度(其中粗糙度Ra高于0.35μm)和各向同性纹理的制罐机冲头。在此目的下，该制造方法使用具有粗糙度Ra通常低于0.3μm、与模具接触的外表面以及粗糙度Ra通常高于0.4μm、与冲头接触的内表面的铝合金片材作为材料，和/或使用具有特高粗糙度的以Ra高于0.35μm为特征、具有各向同性纹理的冲头，和/或使用如下减薄模具，该减薄模具具有在横切表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过“拉伸‑减薄”进行的铝合金饮料罐的制造方法，其特征在于通过以下特性中的至少一个，产生制罐机冲头与铝片材之间高于减薄模具与所述铝片材之间的摩擦力：‑内表面粗糙度高于外表面的铝合金片材，‑具有在横切表面以及出射表面与合模面之间的倒圆角交叉点的减薄模具，其中工作区域中的表面具有低于0.03μm的Ra，以及其中合模面的宽度低于约0.38mm，‑具有高于0.35μm的粗糙度Ra和各向同性纹理的制罐机冲头。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.27 EP 15178538.31.一种通过“拉伸-减薄”进行的铝合金饮料罐的制造方法，其特征在于通过以下特性中的至少一个，产生制罐机冲头与铝片材之间高于减薄模具与所述铝片材之间的摩擦力：-内表面粗糙度高于外表面的铝合金片材，-具有在横切表面以及出射表面与合模面之间的倒圆角交叉点的减薄模具，其中工作区域中的表面具有低于0.03μm的Ra，以及其中合模面的宽度低于约0.38mm，-具有高于0.35μm的粗糙度Ra和各向同性纹理的制罐机冲头。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述铝合金片材具有Ra因子低于0.3μm、与模具接触的外表面粗糙度，以及Ra因子高于0.4μm、与冲头接触的内表面粗糙度。3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于该制造方法不使用内部制杯机润滑。4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述减薄模具具有在横切表面(7)与合模面(8)之间半径为0.5至4.6mm的倒圆角交叉点(5)、在合模面与出射表面(9)之间半径低于1.2mm的倒圆角交叉点(6)。5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于该制造方法将两侧粗糙度Ra均低于0.3μm的光滑表面铝片材与如权利要求3中所述的特别粗糙的冲头组合使用。6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于该制造方法在与无内部制杯机润滑组合的情况下使用两侧粗糙度Ra均低于0.3μm的光滑表面铝片材。7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于该制造方法使用具有Ra因子低于0.3μm、与模具接触的外表面以及Ra因子高于0.4μm、与冲头接触的内表面的铝合金片材作为材料，并使用粗糙度以Ra高于0.35μm为特征、具有各向同性纹理的冲头。8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于该制造方法使用具有Ra因子低于0.3μm、与模具接触的外表面的铝合金片材作为材料，并且不使用内部制杯机润滑。9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于该制造方法使用具有Ra因子低于0.3μm、与模具接触的外表面的铝合金片材作为材料，以及在于该制造方法使用如下减薄模具，该减薄模具具有横切表面(7)与合模面(8)之间半径为0.5至4.6mm的倒圆角交叉点(5)、合模面与出射表面(9)之间半径低于1.2mm的倒圆角交叉点(6)、工作区域中低于0.03μm的粗糙度Ra以及低于0.38mm的合模面宽度。10.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于该制造方法使用粗糙度以Ra高于0.35μm为特征、具有各向同性纹理的冲头，以及在于该制造方法不使用内部制杯机润滑。11.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于该制造方法使用极高粗糙度以Ra高于0.35μm为特征、具有各向同性纹理的冲头，以及在于该制造方法使用如下减薄模具，该减薄模具具有横切表面(7)与合模面(8)之间半径为0.5至4.6mm的倒圆角交叉点(5)、合模面...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·拉斯泽斯扎克，H·斯道比格利亚，V·瑞保希拉伯特，D·P·利布，
申请(专利权)人：新布里萨什肯联铝业，山特维克知识产权股份有限公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR