容器和选择性地形成的杯以及它们的制造工具和相关方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2010年10月12日、国际申请号为PCT/US2010/052246、国家申 请号为201080046932. X、名称为"容器和选择性地形成的杯以及它们的制造工具和相关方 法"的发明申请的分案申请。
[0002] 相关申请
[0003] 本申请要求2009年10月21日提交的名称为"容器和选择性地形成的杯以及 它们的制造工具和相关方法（CONTAINER, AND SELECTIVELY FORMED CUP, TOOLING AND ASSOCIATED METHOD FOR PROVIDING SAME)" 的临时申请 No. 61/253, 633 的优先权。
技术领域
[0004] 本发明整体涉及容器，更具体地，本发明涉及金属容器，例如啤酒罐或饮料罐以及 食物罐。本发明还涉及杯以及用于形成杯和容器的坯体。本发明还涉及用于选择性地形成 杯或容器的底部部分以减少杯或底部部分中材料量的方法和工具。
【背景技术】
[0005] 众所周知的是，拉延和展平片状金属坯体来制造薄壁容器或罐本体，以用于包装 饮料（例如，碳酸饮料；非碳酸饮料）、食物或其它物质。通常，形成这样的容器的初始步骤 之一是形成杯。该杯通常比最终的容器短且宽。因此，杯通常经受多种额外的处理，这些处 理进一步将杯形成为最终的容器。例如，如图所示，在图1中，常规的罐本体2具有薄的侧 壁4、6和底部轮廓8,该底部轮廓8包括向外突出的环形脊10。底部轮廓8从环形脊10向 内倾斜，以形成向内突出的穹顶部分12。罐本体2由材料坯体14(例如非限制性地为片状 金属）形成。
[0006] 在工业中总是期望降低规格，从而减少用来形成这种容器的材料的量。然而，除了 与由较薄规格材料形成容器相关的优点之外，容器具有起皱的趋势，尤其是在重新拉延和 形成穹顶期间。此前的建议在很大程度上集中于形成各种形状的底部轮廓，这些轮廓将会 是强效的，并且因此能够抵抗弯折，同时使得具有较薄基础规格的金属能够用来制造罐本 体。从而，常规的期望是保持穹顶和底部轮廓中的材料厚度，以保持或增大罐本体的这个区 域中的强度，从而避免弯折。
[0007] 用于形成穹顶形杯或罐本体的工具具有在常规上包括的凸的弯曲阳模和凹的阴 模，使得穹顶形罐本体由传送到阳模和阴模之间的材料（例如而非限制性地为金属片状坯 体）形成。通常，阳模向下延伸到阴模中，以形成穹顶形杯或罐本体。为了保持穹顶形部 分的厚度，材料较轻地夹在要形成穹顶的部分的任一侧上。也就是，在形成穹顶时，材料可 以朝向穹顶运动（例如滑动）或流动，以便保持底部轮廓中的期望厚度。例如而非限制 性地在美国专利 4, 685, 322 ;4, 723, 433 ;5, 024, 077 ;5, 154, 075 ;5, 394, 727 ;5, 881，593 ; 6, 070, 447 ;和7, 124, 613中公开了形成穹顶的方法和设备，这些专利据此以引用方式并入 本文中。
[0008] 因此，诸如啤酒/饮料罐的容器还有改进的空间，选择性地形成的杯以及用于制 造这种杯和容器的工具和方法也有改进的空间。
【发明内容】
[0009] 通过本发明的实施例来满足这些需求和其它的需求，本发明的实施例提供金属容 器，例如饮料罐和食物罐、杯以及用于形成杯和容器的坯体，以及用于选择性地形成杯或容 器的底部部分以减少杯或底部部分中材料量的方法和工具。
[0010] 作为本发明的一个方面，容器包括：第一侧壁；第二侧壁；以及在第一侧壁和第二 侧壁之间延伸的底部部分。底部部分的材料相对于第一侧壁和第二侧壁被拉伸，以形成变 薄的预先选择的轮廓。
[0011] 变薄的预先选择的轮廓可以为穹顶。容器的在穹顶处或附近的材料可以具有基本 上均匀的厚度。容器可以由材料坯体形成，其中该材料坯体在形成之前具有基础规格。在 形成之后，容器的在穹顶处或附近的材料可以具有小于基础规格的厚度。在穹顶处或附近 的材料的厚度可比基础规格薄大约〇. 0003英寸至大约0. 003英寸。
[0012] 容器可以由材料坯体形成，其中该材料坯体具有预先形成的穹顶部分。
[0013] 作为本发明的另一个方面，提供用于将材料坯体选择性地形成为容器的工具。容 器包括第一侧壁、第二侧壁和在第一侧壁和第二侧壁之间延伸的底部部分。该工具包括：上 工具组件；和下工具组件。材料坯体在靠近第一侧壁和靠近第二侧壁处被夹在上工具组件 和下工具组件之间。底部部分相对于第一侧壁和第二侧壁被拉伸，以形成变薄的预先选择 的轮廓。
[0014] 作为本发明的另一个方面，提供用于选择性地形成容器的方法。该方法包括：将材 料坯体引导至工具；使材料坯体形成为包括第一侧壁、第二侧壁和在第一侧壁和第二侧壁 之间延伸的底部部分；将材料在靠近第一侧壁和靠近第二侧壁处夹在工具之间，以抵抗材 料的运动；以及拉伸底部部分，以形成变薄的预先选择的轮廓。
【附图说明】
[0015] 参考附图，从以下优选实施例的说明中可以获得本发明的完整理解，其中：
[0016] 图1为饮料罐和用来形成饮料罐的材料坯体的侧正视图；
[0017] 图2为根据本发明实施例的容器和形成容器的坯体的一个非限制性实例的侧正 视图，还用虚线绘制了根据本发明另一个方面的预成形的材料坯体；
[0018] 图3为根据本发明实施例的工具的侧正视剖面图；
[0019] 图4为根据本发明另一个实施例的工具的侧正视剖面图；
[0020] 图5为图4的工具的一部分的俯视平面图；
[0021] 图6为沿图5的线6-6截取的剖面图；
[0022] 图7为沿图5的线7-7截取的剖面图；
[0023] 图8为图6的区段8的放大视图；
[0024] 图9A-9D为根据本发明的非限制性实例的实施例的杯的连续形成阶段的侧正视 图；
[0025] 图10A-10C为根据本发明的另一个非限制性实例的实施例的杯的连续形成阶段 的侧正视图；
[0026] 图11A-11D为示出根据本发明的非限制性实例的实施例变薄的杯的金属厚度的 侧正视图，分别示出了沿顺着材料的纹理方向、沿逆着纹理的方向、沿相对于纹理成45度 的方向以及沿相对于纹理成135度的方向的穹顶的基本的均匀的厚度；
[0027] 图12为根据本发明的非限制性实例的实施例的穹顶在其各个位置处的金属厚度 的曲线图；以及
[0028] 图13为对于图11A-11D的每个方向以及沿着交叉纹理方向的基础金属和穹顶的 在图12的穹顶各个位置处的金属厚度的曲线图。
【具体实施方式】
[0029] 为了图示说明的目的，本发明的实施例将描述为应用于杯，但是显然它们还可以 用于合适地拉伸任何已知的或合适的罐本体或容器（例如而非限制性地为饮料/啤酒罐； 食物罐）的端片或底部部分。
[0030] 应当理解，本文的附图所示的以及以下的说明中所述的特定元件仅仅只是本发明 的示例性实施例，其仅仅是为了图示说明的目的而作为非限制性实例提供。因此，与本文所 公开的实施例相关的特定尺寸、定向和其它物理特征将不被认为是限制本发明的范围。
[0031] 本文所使用的方向性措辞，例如左、右、前、后、顶部、底部、上、下及其衍生物，涉及 附图中所示的元件的定向，而不是限制权利要求，除非有明确的表示。
[0032] 如本文所用，两个或更多个部件"联接"在一起的表述应当指的是部件直接连接在 一起或者通过一个或多个中间部件而连接在一起。
[0033] 如本文所用，术语"数量"应当指的是一个或大于一的整数（即多个）。
[0034] 图2示出来根据本发明一个非限制性实例的材料坯体20和饮料罐22,该饮料罐 22具有选择性地形成的底部轮廓24。具体地，如下文详细所述，罐底部24尤其是其穹顶形 部分26中的材料已经被拉伸，从而使其变薄。尽管图2的实例示出了饮料罐，但是应当理 解，本发明可以用于使任何已知的或合适的可选类型的容器（例如而非限制性地为食物罐 (未示出）），或杯（例如见图9A-9D和11A-11D的杯122,以及图10A-10C的杯222)的底部 部分拉伸和变薄，该杯接下来进一步形成为这样的容器。
[0035] 还应当理解，图2(以及本文所提供的所有图）中所示的特定尺寸仅仅是为了图示 说明的目的，而并不是限制本发明的范围。即在不脱离本发明的范围的情况下，可以对任何 已知的或合适的容器、端片或杯实施任何已知的或可选的基础规格的变薄。在图2的非限 制性实例中，罐本体22的壁厚为0. 0040英寸，并且管本体的罐底部24和穹顶26中具有 为0. 0098英寸的基本上均匀的厚度。从而，罐底部24中的材料已经比材料坯体20的为 0. 0108英寸的基础规格变薄了大约0. 0010英寸。应当理解，这是实质性的降低，相对于传 统的罐（见例如图1的罐本体2,其具有厚度为0. 0108英寸的罐底部8)显著地减轻重量 和节省成本。另外，除了这些优点，其还能够使用较小的材料坯体来形成相同的罐本体。例 如而非限制性地，图2的非限制性实例中的坯体20的直径为大约5. 325英寸，而图1的坯 体14的直径为大约5. 400英寸。这又使得能够采用较短箱宽度（未示出）的材料（即供 应），从而降低运输成本。
[0036] 此外，本发明实现了材料的变薄以及材料的总量和重量的相关减少，而不会增加 与供应以形成最终产品的库存材料相关的材料处理费用。例如而非限制性地，为降低材料 的基础规格（即厚度）而增加库存材料的处理（例如乳制）可能会导致材料的初始成本的 较为显著的增加。本发明实现期望的变薄和减少，而仍然利用具有较常规的且因此较廉价 的基础规格的库存材料。
[0037] 继续参考图2,应当理解，本发明可以采用预先形成的材料坯体20'或者可以实施 为用于预先形成的材料坯体20'。例如而非限制性地，图2中用虚线绘制了具有预先形成 的穹顶部分26'的预先形成的材料坯体20'。这样的预先形成的坯体20'可以进给到工具 300(图3)、300'（图4-8)，并且接下来进一步形成为期望的杯122(图9A-9D和11A-11D)、 222 (图10A-10C)或容器22 (图1)。这种预先形成的材料坯体20'的一个优点在于，使得 多个这样的坯体20'能够一个嵌套在另一个中，以便于运输和输送坯体20'。根据需要，预 先形成的穹顶部分26'还提供将坯体20'抓住和定位在工具300 (图3)、300'（图4-8)中 的机构。此外，其还使得能够进一步减小坯体20'的宽度。例如而非限制性地，在图2的非 限制性实例中，预先形成的坯体20'具有为5. 300英寸的减小的直径。
[0038] 图3-8示出了根据本发明的用于使容器材料（例如而非限制性地为坯体；杯；罐 本体）拉伸和变薄的各种工具300 (图3)、30