从具有壁厚梯度的预型件压力成型金属容器等的方法技术

一种通过如下步骤成型瓶形或其他异型金属容器的方法：提供具有封闭端和壁厚的空心金属预型件，壁厚沿着远离封闭端的方向逐渐减小，并且使预型件经受内部流体压力以导致预型件膨胀抵靠模具腔体的壁，模具腔体的壁限定了期望容器形状。该方法可应用在压力夯头成型程序中，其中，冲头借助于背衬夯头前进到模具腔体中以使预型件的封闭端移位和变形。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过压力成型空心金属预型件来生产金属容器等的方法。在一个重要的特定方面中，本专利技术涉及压力夯头成型铝或其他金属容器，该容器具有异型形状，例如带有非对称特征的瓶形。
技术介绍
金属罐是公知的并且广泛用于饮料。常规的饮料罐主体通常具有简单的直立圆柱形侧壁。然而，有时为了美观、吸引消费者和/或产品识别的原因而希望赋予金属饮料容器的侧壁和/或底部不同的且更复杂的形状，并且具体地提供具有瓶形而非普通圆柱罐形的金属容器。在此之前已经提出了多种方法用于通过压力成型从空心预型件生产此类物件，SP 通过将预型件防止在模具中并且使预型件经受内部流体压力以使预型件向外膨胀成与模具接触。如所描述的，例如在美国专利No. 6，802，196和No. 7，107，804(其全部公开内容通过引用并入本文中)中，压力夯头成型(PRF)技术提供了方便且有效的方法来将工件成型为瓶形或其他复杂形状。这种过程能够成型不是径向对称的异型容器形状，以增强可获得的设计多样性。在用于成型具有限定形状和横向尺寸的金属容器的PRF方法中，具有封闭端部的空心金属预型件被放置在模具腔体中，模具腔体被模具壁横向地包围，模具壁限定了所述形状和横向尺寸，冲头位于腔体一端处并且能够平移到腔体中，预型件封闭端被定位成紧邻地面对冲头，并且预型件的至少一部分被初始地从模具壁向内间隔开。预型件经受内部流体压力以使预型件向外膨胀成与模具壁基本完全接触，由此向预型件赋予限定形状和横向尺寸，预型件封闭端上的流体压力施加力被引导朝向腔体的前述一端。在预型件开始膨胀之前或之后，然而在预型件完全膨胀之前，冲头平移到腔体中以接合预型件的封闭端并且使该封闭端沿着与其上的流体压力所施加力的方向相反的方向移位，从而使预型件的该封闭端变形。通过夯头来实现冲头的平移，夯头能够向冲头施加足够的力以使预型件移位和变形。该方法被称为压力夯头成型，因为既通过所施加的内部流体压力也通过夯头造成的冲头平移来形成容器。预型件是单体工件，其通常具有与其封闭端相对的开放端以及大致圆柱形壁。冲头具有异型(例如，穹顶的)表面，并且预型件的封闭端被变形从而与其符合。容器所形成的限定形状可以是瓶形，其包括颈部分和主体部分，主体部分的横向尺寸大于颈部，模具腔体具有长轴线，预型件具有长轴线并且被基本共轴地布置在腔体中，并且冲头能够沿着腔体的长轴线平移。而且，有利地且优选地，模具壁包括能够分开以便去除已成型容器的分裂模具(拼合模)，即由围绕模具腔体周边的两个或更多个匹配区段组成的模具。在分裂模具的情况下，限定形状可以绕腔体的长轴线不对称。希望在升高的温度下与预型件一起执行PRF操作。另外，此前已经提出在预型件中引起温度梯度，例如通过添加分离的加热器来导致预型件中的从开放端到封闭端的温度梯度。预型件中的这种温度梯度有助于在内部流体压力被施加到模具中的预型件时控制预型件膨胀(鼓胀)的发生。特别地，开放端到封闭端的压力梯度导致逐渐膨胀，其中，预型件的邻近开放端的部分处于相对较高温度并且首先向外鼓胀，直到其与模具接触，因此在膨胀朝向封闭端移动时将预型件锁定在模具腔体中，而背衬夯头朝向预型件的封闭端推动冲头并且保持冲头与封闭端接触以形成封闭端(容器基部)轮廓。具体地，逐渐膨胀通过在预型件的相邻部分接合模具壁之前允许夯头使冲头移动到与封闭端接触并且形成容器基部而防止了爆裂。然而，控制预型件中的温度梯度是困难的，因为梯度会被诸如生产速度、预型件尺寸和工具设置之类的变量负面地影响。因此，有利的是在不必为实现该目的而建立和维持温度梯度的情况下获得从开放端到封闭端的逐渐膨胀的益处
技术实现思路
在特定实施例中，本专利技术包括用于成型具有限定形状和横向尺寸的空心金属物件(例如容器)的方法，包括步骤将具有壁、封闭端和开放端的空心金属预型件布置在模具腔体中，所述模具腔体由模具壁横向地包围，所述模具壁限定了所述形状和横向尺寸，所述预型件封闭端被定位成面对所述腔体的一端，并且所述预型件的至少一部分被初始地从所述模具壁向内间隔开；以及使所述预型件经受内部流体压力以使所述预型件向外膨胀成与所述模具壁基本完全接触，由此向所述预型件赋予所述限定形状和横向尺寸，所述封闭端上的所述流体压力施加的力被引导朝向所述腔体的所述一端，其中，布置在所述模具腔体中的所述预型件具有壁厚梯度，使得所述预型件壁厚从所述封闭端朝向所述开放端逐渐减小。在一个重要的方面中，本专利技术构想了提供一种用于成型具有限定形状和横向尺寸的金属容器的方法，包括将具有壁、封闭端和开放端的空心金属预型件布置在模具腔体中，所述模具腔体由模具壁横向地包围，所述模具壁限定了所述形状和横向尺寸，冲头位于所述腔体的一端处并且能够平移到所述腔体中，所述预型件封闭端被定位成紧邻地面对所述冲头，并且所述预型件的至少一部分被初始地从所述模具壁向内间隔开；使所述预型件经受内部流体压力以使所述预型件向外膨胀成与所述模具壁基本完全接触，由此向所述预型件赋予所述限定形状和横向尺寸，所述封闭端上的所述流体压力施加的力被引导朝向所述腔体的所述一端；以及使所述冲头平移到所述腔体中以接合所述预型件的封闭端并且使所述封闭端沿着与其上的流体压力所施加的力的方向相反的方向移位，从而使所述预型件的封闭端变形，其中，布置在所述模具腔体中的所述预型件具有壁厚梯度，使得所述预型件壁厚从所述预型件的所述封闭端朝向所述开放端逐渐减小。所述方法可包括初始步骤提供具有壁、封闭端、开放端和壁厚梯度的空心金属预型件，使得所述预型件壁厚从所述预型件的所述封闭端朝向所述开放端逐渐减小。在特定实施例中，可通过拉拔和熨平板状金属坯料来生产所述预型件，使用锥形冲头来进行熨平，其导致所述预型件壁朝向所述预型件的开放端逐渐变薄。由于壁厚梯度的缘故，当预型件经历内部流体压力时，向外膨胀在其开放端开始并且向下移动到其封闭端；也即，预型件在开放端处的部分首先向外鼓胀，因为开放端处的壁相比封闭端处的壁更薄。这实质上是如同通过在模具内加热恒定壁厚预型件以导致开放端到封闭端的温度梯度所实现的逐渐膨胀的相同效果，但是避免了与温度梯度相关联的难题。换句话说，预型件壁厚梯度优选地使得在使预型件经受内部流体压力的步骤期间，预型件的向外膨胀在开放端(在那里，预型件壁厚最小)附近的区域开始，并且沿着朝向封闭端(在那里，预型件壁厚最大)的方向前进。预型件壁厚梯度还提供了其他的益处。虽然所生产的容器的壁尺度薄于用于形成该容器的预型件的壁尺度，但是梯度趋向于被保留，尤其在直壁容器中，结果，容器具有相对较强、较厚的底部(所期望的，以帮助典型地穹顶底部抵抗例如来自气溶胶产品的内部压力)以及相对较薄的顶部(所期望的，以便容易地形成为了封闭而需要的凸缘或卷曲)。 虽然在本专利技术的PRF方法中优选地不提供温度梯度，但是在成型操作之前和/或期间对预型件进行总体加热是有益的，尤其是为了在不导致破裂的情况下增加可能获得的总的侧壁膨胀量。在进一步优选的实施例中，本专利技术提供了一种用于成型具有限定形状和横向尺寸的金属容器的方法，包括步骤(a)将具有壁、封闭端和开放端的空心金属预型件布置在模具腔体中，所述模具腔体由模具壁横向地包围，所述模具壁限定了所述形状和横向尺寸，所述预型件封闭端被定位成面对所述腔体的一端，并且所述预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.12 US 61/335,9361.一种用于成型具有限定形状和横向尺寸的金属容器的方法，包括 (a)将具有壁、封闭端和开放端的空心金属预型件布置在模具腔体中，所述模具腔体由模具壁横向地包围，所述模具壁限定了所述形状和横向尺寸，冲头位于所述腔体的一端处并且能够平移到所述腔体中，所述预型件封闭端被定位成紧邻地面对所述冲头，并且所述预型件的至少一部分被初始地从所述模具壁向内间隔开； (b )使所述预型件经受内部流体压力以使所述预型件向外膨胀成与所述模具壁基本完全接触，由此向所述预型件赋予所述限定形状和横向尺寸，所述封闭端上的所述流体压力施加的力被引导朝向所述腔体的所述一端；以及 (c)使所述冲头平移到所述腔体中以接合所述预型件的封闭端并且使所述封闭端沿着与其上的流体压力所施加的力的方向相反的方向移位，从而使所述预型件的封闭端变形， 其中，布置在所述模具腔体中的所述预型件具有壁厚梯度，使得所述预型件壁厚从所述封闭端朝向所述开放端逐渐减小。2.如权利要求I所述的方法，其中，所述预型件壁厚梯度使得在步骤(b)中，所述预型件的向外膨胀在邻近于所述开放端的区域处开始并且沿着朝向所述封闭端的方向进展。3.如权利要求I或权利要求2所述的方法，其包括提供所述空心金属预型件以便在步骤(a)中布置。4.如权利要求3所述的方法，其中，提供所述预型件包括拉拔和熨平板状金属坯料，使用锥形冲头来进行熨平，其导致所述预型件壁朝向所述开放端逐渐变薄。5.如权利要求I至4中任一项所述的方法，其中，在步骤(b)中所述预型件开始膨胀之后但是在所述预型件的膨胀完成之前，所述冲头移动到所述腔体中。6.如权利要求I至4中任一项所述的方法，其中，在所述预型件开始膨胀之前，所述冲头移动成与所述预型件的封闭端接触，并且在所述预型件的膨胀期间保持所述接触。7.如权利要求I至6中任一项所述的方法，其中，所述冲头具有异型表面，所述预型件的封闭端被变形以符合所述异型表面。8.如权利要求I至7中任一项所述的方法，其中，所述限定形状是瓶形，所述瓶形包括颈部和主体部，所述主体部在横向尺寸上大于所述颈部，所述模具腔体具有长轴线，所述预型件具有长轴线并且在步骤(a)中与所述腔体基本共轴地布置，并且所述冲头能够沿着所述腔体的长轴线平移。9.如权利要求7所述的方法，其中，所述冲头具有穹顶轮廓，并且其中，步骤(c)使所述预型件的封闭端变形成所述穹顶轮廓。10.如权利要求I至9中任一项所述的方法，其中，所述模具壁包括能够分开以便在步骤(c)之后去除已成型容器的分裂模具。11.如权利要求10所述的方法，其中，所述限定形状绕所述腔体的所述长轴线不对称。12.如权利要求I至11中任一项所述的方法，其中，所述冲头在步骤(b)起初被初始地定位以限定由所述流体压力引起的所述预型件的轴向拉长。13.如权利要求I至12中任一项所述的方法，其中，步骤(c)基本在所述预型件的所述部分开始接触所述模具壁的同时开始。14.如权利要求8所述的方法，其中，所述预型件是细长的且最初为大致圆柱形的工件并且在直径上基本等于所述瓶形的所述颈部，所述封闭端与所述开放端相对。15.如权利要求I至14中任一项所述的方法，其中，所述工件具有足够的可成型性以便能够在单个压力成型操作中膨胀到所述限定形状。16.如权利要求I至15中任一项所述的方法，包括预备步骤在执行步骤(a)、(b)和(C)之前，将所述工件放置在小于首先提到的模具腔体的模具腔体中，并且使其内的所述工件经受内部流体压力以使所述工件膨胀到小于所述限定形状和横向尺寸的中间尺寸和形状。17.如权利要求8所述的方法，其中，所述预型件是细长的且最初为大致圆柱形的工件并且在直径上基本等于所述瓶形的所述颈部，所述封闭端与所述开放端相对；并且包括进一步的步骤在执行步骤(a)、(b)和(C)之后，使所述工件在所述开放端附近经受旋转成型操作以形成减小的直径的颈部。18.如权利要求I至17中任一项所述的方法，其中，所述预型件是铝预型件。19.如权利要求2所述的方法，其中，所述预型件由具有再结晶的或再生的微结构的铝板制成。20.如权利要求4所述的方法，其中，所述预型件被生产为封闭端圆柱体。21.如权利要求I至20中任一项所述的方法，其中，在步骤(b)期间，所述预型件中的流体压力在如下相继的阶段中出现(i)在所述预型件开始膨胀之前上升到第一峰，(ii)在开始膨胀时下降到最小值；(iii)随着继续膨胀而逐渐上升到中间值，直到所述预型件尽管不是完全地但持续地接触所述模具壁，以及(iv)在预型件膨胀完成期间从所述中间值上升，并且其中，步骤(c)中的用于使所述预型件的封闭端移位和变形的所述冲头的平移基本在阶段(iii)的末尾处开始发生。22.如权利要求I至21中任一项所述的方法，其中，在步骤(b)期间，在所述预型件的所述部分在步骤(b)中与所述模具壁初始接触时，所述预型件的封闭端呈现放大的且大致半球形构造；并且其中，步骤(c)中的用于使所述预型件的封闭端移位和变形的所述冲头的平移基本在所述预型件封闭端呈现所述构造的同时开始发生。23.如权利要求I至22中任一项所述的方法，其中，步骤(b)包括向所述腔体中的所述预型件同时施加内部正流体压力和外部正流体压力，所述内部正流体压力高于所述外部正流体压力。24.如权利要求23所述的方法，包括通过独立地控制所述预型件同时经受的内部和外部正流体压力以便改变所述内部正流体压力和所述外部正流体压力之间的差来控制所述预型件中的应变率。25.如权利要求I至24中任一项所述的方法，其中，所述冲头基本在膨胀阶段的末尾被致动以使所述预型...

【专利技术属性】
技术研发人员：R马罗里，Y施，
申请(专利权)人：诺维尔里斯公司，蒙特贝洛包装公司，
类型：发明
国别省市：