专利名称：成型容器的胀形模和方法
技术领域：
本发明涉及用于成型饮料容器的胀形模。
背景技术：
用于各种软饮料或哗酒的饮料容器通常由沖拔技术形成(即DI罐)，其中，容器身(或侧壁部分)和容器底部通过对金属薄板进行沖
压和变薄拉伸而整体地形成，例如铝合金薄板或表面处理过的薄钢板。在工业上，这些饮料容器被大规模并且比较经济地生产成基本一致的形状。由于容器基本上生产成一致的形状，因此通过它们的外观不足以彼此区别或区分。由于饮料容器是大规模并且比较经济制造的，因此饮料厂商强烈的需要具有独特结构以帮助区别他们产品的经济的饮料容器。
为了致力于满足饮料厂商的要求，许多容器厂商一直试图改善他们的制造技术，并且迄今为止用于再成形容器体的许多工艺已经被提出。生产具有增大直径的容器体的现有再成形工艺的一个例子包括模制技术与设于容器体内部的膨胀介质结合。膨胀介质导致容器体从其内部径向膨胀，从而抵靠具有与想要的形状相应的几何形状的模具表面。膨胀介质可以包括压缩空气或氮气；不可压缩液体；或者可以由径向动作的指状物提供。
通过模制技术进行的容器体的再成形或膨胀有很多缺点。更具体地，容器体的模制增加了制造时间，并且因此增加了与生产饮料容器相关的成本。模制不容易结合到在线工艺中，因此需要将模制步骤从用沖拔技术形成容器体的在线工艺分离开。
另 一 个缺点是通过使用模制可以提供的膨胀度基本上是有限的，尤其是当考虑到冲拔罐已经过了强化的金属加工，即冲压和变薄拉伸操作，并且不再保持足够的延展性，以便可以得到提供想要效果的明显轮廓，而不导致罐的破裂或金属断裂。在一个例子中，用单个模制
步骤，壁厚大约为0.0040"的铝容器体的径向膨胀量最多只能为容器体初始直径的10%。
鉴于以上，需要提供更经济的方法来提供具有膨胀直径部分的饮料容器，其中所述方法很容易地结合到在线工艺中。
发明内容
总的来说，根据本发明，提供了一种制造成型容器的方法，该成型容器的侧壁具有至少一个膨胀直径部分，其中，所述膨胀部分由至少一个胀形模提供。
所述方法包括
提供具有第一直径的容器原料；
用至少 一个胀形模将至少 一部分容器原料膨胀到第二直径；以及成形容器原料的一端以接纳容器盖。
胀形模能插入容器原料的开口端，其中，胀形模的工作面从胀形模的中心线逐渐发散。随着胀形模插入容器原料的开口端，胀形模的工作面使容器原料的侧壁径向变形，以提供膨胀直径部分。
在一个实施例中，所述方法还可以包括在膨胀步骤之后并且在成形容器原料的一端以接纳容器盖的步骤之前，用至少一个颈缩模将容
器原料颈缩到第三直径。
在一个实施例中，所述方法还可以包括调整容器原料进入颈缩模和/或胀形模的行程尺寸的步骤，以在容器膨胀部分与容器颈缩部分之间提供最小过渡，或在容器的膨胀部分与颈缩部分之间提供直径基本均匀的拉长过渡。
在本发明的另一个方面，提供了一种胀形模，以制造具有径向膨胀直径的金属容器。胀形模包括具有渐进膨胀部分和平台部分的工作面；以及位于工作面的平台部分之后的底切部分。工作面的起始部分具有用于在容器体侧壁形成从初始直径部分到膨胀直径部分的过渡的几何形状。
在本发明的另 一个方面，提供了 一种包括上述胀形模的模具系统，
用于提供具有至少一个径向膨胀直径部分的成型容器。模具系统包括 第一胀形模，其具有工作面，工作面设置成增大容器原料直径并
确定从初始容器原料直径到容器原料膨胀部分的过渡处的轮廓，以及 至少一个渐进的胀形模，其中，该至少一个渐进的胀形模的各相
继模均具有工作面，工作面设置成从第一胀形模开始为容器原料直径
提供相等的、更小的或增大的膨胀度。
下面的详细说明通过举例的方式给出而且并非试图将本发明仅限
制于此，与附图结合将能很好的理解下面的详细说明，其中类似的附
图标记表示类似的元件和部分，其中
图1A是根据本发明的胀形模的 一个实施例的側剖面图。
图1B是根据本发明的胀形模的另 一个实施例的侧剖面图。
图1C是根据本发明的胀形模的另 一个实施例的側剖面图。
图1D是图1A、 1B和1C所示的底切的方文大剖面图。
图2A、 2B和2C是内径为2.069"的饮料罐(饮料容器)的一些
实施例的示意图，该饮料罐的至少 一 个部分的直径用根据本发明的方
法膨胀到大于211饮料罐的直径。
图3是211饮料罐(饮料容器)的一些实施例的示意图，该211
饮料罐的至少一个部分的内径用根据本发明的方法从直径2.603'，膨胀
到大于2.860"的内径。
图4是根据本发明使用的颈缩模的侧剖视图。
具体实施例方式
图1A-1D描绘了一胀形模5，其用于提供具有至少一个膨胀部分 的成型饮料容器，在该膨胀部分中，饮料容器的直径径向膨胀。优选 地，成型饮料容器可以大致是饮料罐几何形状，或可以大致具有饮料
6瓶几何形状，但其它的几何形状已被设想并且在本发明的范围之内。 优选地，饮料容器由金属形成，更优选地，由铝合金形成，例如美国
铝协(AA) 3104铝合金。
本发明的胀形模5包括工作面10，该工作面10包括渐进膨胀的 部分15和平台部分20;该胀形模5还包括位于工作面IO的平台部分 20之后的底切部分25。工作面10的起始部分30具有的几何形状用于 在容器侧壁上形成从初始直径部分到膨胀直径部分的过渡。
在一个实施例中，提供的胀形模5如图1A所示，其中工作面IO 的起始部分30具有的角度设计成用于在容器的初始直径和容器侧壁 的膨胀部分之间提供平滑过渡，其中容器的直径径向增大。在图2A 的例子A、 B、 C、 D和E中以及图2C的例子K中，图示了具有平滑 过渡的饮料容器的例子，这些例子图示了内径为2.069'，的饮料罐(饮 料容器)的一些实施例，该饮料罐的至少一个部分直径被膨胀到大于 内径等于2.603"的211饮料罐的直径。为了本公开的目的，术语"平滑 过渡"是指直径逐渐增大。在一个优选的实施例中，提供的胀形模5 具有用于产生平滑过渡的工作面10，以生产具有类似于Pilsner杯的 几何形状的容器。
在另一个实施例中，提供了如图1B和1C所示的胀形模5，其中 工作面10的起始部分30具有弯曲度，该弯曲度设计用于在容器的初 始直径和容器的膨胀部分之间提供更显著的或梯级的过渡，其中容器 的直径径向增大。在一个实施例中，工作面10的起始部分30的弯曲 度可以由单个半径Rl提供。在另一个实施例中，工作面10的起始部 分30的弯曲度可以由两个相对的半径R2、 R3提供，以便在提供具有 显著的或梯级过渡的側壁时产生所需的膨胀。在图2B的例子G、 H、 I和J中以及图2C的例子L、 M和N中，图示了具有显著的或梯级 的过渡的饮料容器的例子，这些例子图示了内径为2.069"的饮料罐(饮 料容器)的一些实施例，该饮料罐的至少一个部分直径被膨胀到大于 内径等于2.603，，的211饮料罐的直径。为了本公开的目的，术语"显著 的或梯级的过渡"是指直径更急剧地增大，这可以包括容器侧壁上的波紋效果。
胀形模5的工作面10还包括渐进的膨胀部分15，该渐进的膨胀 部分15可以包括起始部分30。渐进的膨胀部分15具有这样的尺寸和 几何形状，以便当其插入罐原料的开口端时，随着罐原料沿工作面10 移动，渐进的膨胀部分15加工罐原料侧壁，以使罐原料的直径以渐进 的方式径向膨胀。膨胀度可以取决于容器的膨胀部分所需的最终直径、 用于形成膨胀部分的胀形模数目以及容器原料的材料和壁厚。在一个 实施例中，工作面IO可以提供适当的膨胀和成形操作，而不需要脱模 器或类似的结构。
胀形模5的工作面10还包括在渐进的膨胀部分15终止处的平台 部分20。平台部分20具有的尺寸和几何形状用于确定由胀形模5成 形的容器膨胀部分的最终直径。在一个实施例中，平台部分20可以沿 颈缩方向延伸小于0.5"的距离Ll，优选大约0.125"。应当注意，所提 供的平台部分20的尺寸只是为了说明性的目的，并不意味着对本发明 的限制，因为平台部分20的其它尺寸也已被设想并在本公开的范围之 内。
工作面IO可以是抛光面或非抛光面。在一个实施例中，抛光面具 有的平均表面粗糙度(Ra)在2ji英寸到6n英寸的范围内。在一个实 施例中，工作面IO可以是非抛光面，其具有的平均表面粗糙度(Ra) 范围从大于或等于8 ji英寸到小于或等于32n英寸，只要非抛光面10 不使沿容器原料内表面设置的产品侧面涂层显著降级。
平台部分20之后是底切部分25，其设置成当容器原料已经通过 工作面10的渐进膨胀部分15和平台20加工后，减少容器原料和胀形 模5之间的摩擦接触。图1D描绘了根据本发明的底切部分25的一个 实施例的末端放大图。在膨胀过程期间，摩擦接触的减少使折叠的发 生最小化，并改进容器原料的脱模。在一个优选实施例中，底切部分 25是非抛光面，其具有的平均表面粗糙度(Ra)范围从大于或等于8 p英寸到小于或等于32ji英寸。底切部分25可以延伸进入胀形模壁的 尺寸L2为至少0.005英寸。应当注意，底切部分25的尺寸和表面粗糙度值只是为了说明性的目的，并不意味着本发明限制于此。
在本发明的另一个方面，提供了用于生产成型饮料容器的模具系
统，其包括本公开中所述的胀形模5。模具系统包括至少第一胀形 模5，其具有工作面10，工作面IO设置成增大容器原料直径并确定从 初始容器原料直径到容器原料膨胀部分的过渡的轮廓；以及至少一个 渐进的胀形模，其中，渐进的胀形模系列中的各相继胀形模均具有工 作面，该工作面设置成从第一个胀形模开始为容器原料直径提供相等 的、更小的或增大的膨胀度。在一个实施例中，模具系统也可以包括 一个或多个颈缩模。图4中描绘了颈缩模的一个例子。
在本发明的另一个方面，提供了一种用于成形饮料容器的方法。 本发明的方法可以采用上述胀形模5，并且包括提供具有第一直径的 容器原料；用至少一个胀形模将容器原料的至少一部分膨胀到大于第 一直径的第二直径；并且成形容器原料的一端以接纳容器盖。
如本公开全篇使用的，术语"提供容器原料"的意思是表示提供铝 坯料，例如盘或块，并将坯料成型为铝容器原料。如上所述，至少一 个胀形模5随后被插入容器原料的开口端中。胀形模5的数目可取决 于膨胀度、容器原料的材料和容器原料的侧壁厚。在一个实施例中， 可以使用五个胀形模5来将容器原料内径从大约2.069，，增大到大于 211罐内径的直径，如图2A-2C所示。在另一个实施例中，可以使用 三个胀形模来将211罐的内径从大约2.603'，膨胀到大约2.860"，如图 3所示。利用本发明胀形模5进行的渐进膨胀可以使容器直径增大大 约25%，其中已经设想了更大的膨胀，只要金属在膨胀期间不会断裂。
在一个实施例中，成形饮料容器的方法还可以包括在将容器的所 述部分膨胀到第二直径之后并且在将容器坯料的一端成形用于接纳容 器盖之前，将容器原料颈缩到第三直径。图2C中显示的例子L和M 图示了容器原料膨胀部分的颈缩。优选地，由颈缩步骤提供的第三直 径小于第二直径，并且第三直径可以大于、小于或等于第一直径。在 一个实施例中，颈缩处理步骤可以由至少一个颈缩模40提供，如图4 所示。在一个实施例中，在成形饮料罐或具有瓶子形状的饮料容器时，颈缩处理可以颈缩容器的膨胀部分。
与现有的颈缩方法相反，把根据本发明成形的容器的膨胀部分从 该膨胀部分颈缩到大于容器原料初始直径的直径是不需要脱模器的， 因为容器的侧壁在膨胀后处于张紧状态。在本发明的一些实施例中，
当将容器原料的膨胀部分颈缩到第三直径时，可以采用脱模器。从膨 胀部分颈缩到小于或等于容器原料的初始直径通常需要脱模器。优选 地，脱模结构应用于颈缩步骤，其中颈缩后的直径小于容器原料的初 始直径。
在本发明的一些实施例中，成形饮料容器的方法还包括调整容器
原料进入颈缩模40和/或胀形模5的行程尺寸，以使相继的容器膨胀 部分之间或容器膨胀部分与颈缩部分之间的过渡最小。该行程尺寸定 义为容器原料沿胀形模5的工作面10或颈缩模40移动的距离。图2C 的例子L显示了调整行程尺寸以提供最小过渡的效果的一个例子。在 另一个实施例中，可调整该行程尺寸，以便在容器膨胀部分和容器颈 缩部分之间提供直径基本均勻的拉长过渡。成形的具有直径基本均匀 的拉长过渡的容器的例子包括图2B的例子H、 I和J、图2C的例子 M和N。
本发明的方法还可以包括用多组胀形模5和多组颈缩模40来成 型，它们可以相继地使用，以提供形成为容器侧壁的多个交替的膨胀 部分和颈缩部分。
在最后的膨胀/颈缩步骤之后，容器原料的开口端被成形为用于接 纳容器盖。将容器盖附加到容器原料开口端上的成形步骤可以是任何 已知的工艺或方法，包括形成翻边、巻曲、螺紋、凸耳、外部连接附 件和折边，或它们的组合。
本发明提供了用于在饮料容器侧壁形成膨胀部分的胀形模5和方 法，因此有利地减少了与在饮料容器制造中成型饮料容器相关的生产 成本。
应当注意，上面公开的内容适合于饮料、气雾剂、食物或任何其 它能被膨胀和/或颈缩的容器。另外，上面公开的内容同样适用于冲拔、
10拉伸以及沖挤成型/膨胀方法。
尽管上面已经大致地描述了本发明，但提供下列例子以进一步阐 明本发明并阐明由此带来的好处。并非试图将本发明局限于公开的特 定例子。
例子1
内径为2.069"的膨胀
使用五模膨胀系统将容器原料一部分的直径从初始内径2.069，，膨 胀到最终内径大约2.615"，容器原料为美国铝协(AA) 3104铝合金 且侧壁厚度为0.0088英寸。膨胀代表容器原料的直径增加大约24%, 而不会形成Lueder线或金属撕裂。第一个胀形模提供大约9。/。的膨胀； 第二和第三胀形模各提供大约4.5%的膨胀；并且第四和第五胀形模各 提供大约3.0%的膨胀。
例子2
内径为2.603"的膨胀
使用三模膨胀系统将211罐容器原料一部分的直径从初始内径 2.603"膨胀到最终内径大约2.860", 211罐容器原料为美国铝协(AA ) 3104铝合金且侧壁厚度为0.0056英寸。在这三个胀形模的每一个中， 膨胀度在每个膨胀步骤增加3%。
已经描述了目前的优选实施例，应当理解，本发明可以是包含在 所附权利要求范围内的其它实施方式。
权利要求
1、一种制造成型容器的方法，包括提供具有第一直径的容器原料；用至少一个胀形模将至少一部分容器原料膨胀到第二直径；以及成形容器原料的一端以接纳容器盖。
2、 根据权利要求1所述的方法，还包括在将容器的所述部分膨胀 到第二直径之后并且在所述成形容器原料的一端以接纳容器盖的步骤之前，将容器原料颈缩到第三直径。
3、 根据权利要求2所述的方法，还包括用至少一个颈缩模来颈缩 容器原料。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中，第三直径的尺寸小于第二 直径，并且第三直径大于、小于或等于第一直径。
5、 根据权利要求3所述的方法，还包括调整容器原料进入颈缩模 和胀形模的行程尺寸，以在容器膨胀部分与容器原料颈缩部分之间提 供最小过渡。
6、 根据权利要求3所述的方法，还包括调整容器原料进入颈缩模 和胀形模的行程尺寸，以在容器膨胀部分和容器颈缩部分之间提供直 径基本均匀的拉长过渡。
7、 根据权利要求2所述的方法，还包括至少一个其它膨胀步骤和 至少一个其它颈缩步骤。
8、 根据权利要求2所述的方法，还包括用至少一个没有脱模器的 颈缩模将容器原料颈缩到第三直径，其中，第三直径大于第一直径。
9、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述成形容器原料的一端 以接纳容器盖的步骤还包括形成翻边、巻曲、螺紋、凸耳、外部连接 附件和折边，或它们的组合。
10、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述将容器原料从第一 容器直径的膨胀进展到增加大约25%为止。
11、 一种用于制造金属容器的胀形模，包括工作面，该工作面包括渐进膨胀的部分和平台部分；以及 位于工作面的平台部分之后的底切部分。
12、 根据权利要求11所述的胀形模，其中，工作面的起始部分具 有的几何形状用于在容器上成形从初始直径部分到膨胀直径部分的过 渡。
13、 根据权利要求11所述的胀形模，其中，所述过渡是梯级的或 渐进的。
14、 根据权利要求11所述的胀形模，其中，所述平台部分具有的 尺寸能提供由工作面加工成的容器原料的膨胀直径。
15、 根据权利要求11所述的胀形模，其中，工作面的至少一部分 是非抛光的。
16、 根据权利要求15所述的胀形模，其中，所述工作面的非抛光 部分具有的表面光洁度范围从8 n英寸到32n英寸。
17、 根据权利要求15所述的胀形模，其中，所述底切部分是非抛 光的。
18、 一种模具系统，包括第一胀形模，其具有工作面，该工作面设置成增大容器原料直径 并确定从初始容器原料直径到容器原料膨胀部分的过渡处的轮廓，以 及至少一个渐进的胀形模，其中，该至少一个渐进的胀形模的各相 继胀形模均具有工作面，各工作面设置成从第一胀形模开始为容器原 料直径提供相等的、更小的或增大的膨胀度。
19、 根据权利要求18所述的模具系统，该模具系统包括所述至少 一个渐进的胀形模的最终胀形模，其具有提供容器原料膨胀部分最终 直径的工作面。
20、 根据权利要求18所述的模具系统，还包括至少一个颈缩模。
全文摘要
本发明提供了一种用于制造容器的胀形模(5)，其包括工作面(10)，该工作面包括渐进膨胀的部分(15)和平台部分(20)；以及位于工作面(10)的平台部分(25)之后的底切部分(25)。本发明还提供了一种用于制造成型容器(A-N、1-3)的方法，包括提供具有第一直径的容器原料；用至少一个胀形模将至少一部分容器原料膨胀到第二直径；以及成形容器原料的一端以接纳容器盖。
文档编号B21D51/26GK101479057SQ200780024186
公开日2009年7月8日 申请日期2007年5月31日 优先权日2006年6月26日
发明者A·费杜萨, G·L·迈尔斯, R·E·迪克 申请人:美铝公司