专利名称：生产缩颈容器的制造方法
技术领域：
本发明涉及用于生产饮料容器和气雾剂容器的缩颈模。
背景技术：
用于各种软饮料或啤酒的饮料罐通常通过冲拔工艺形成(即DI罐)，其中，罐身 (或侧壁部分)和罐底通过冲拔金属板而一体地形成，例如铝合金板或表面处理的钢板。常规DI罐的替代物包括由聚对苯二甲酸乙二酯树脂制成的双向模制的容器(即， PET瓶)。但是，PET瓶的回收性大大小于铝DI罐。因此，已经研究了利用冲拔工艺来提供由可回收金属制成的具有PET瓶几何形状 的容器。利用DI工艺来成形金属瓶的一个缺点在于与缩颈过程相关的耗费时间和成本。 缩颈通常包括一系列缩颈模和脱模器，它们将瓶颈的直径逐步减小到最终尺寸。通常，用于 53mm瓶子类型的缩颈过程需要约28个缩颈模和脱模器，以便将罐直径从大约53mm减小到 大约26mm的最终开口直径。不利的是，与采用28个缩颈模和脱模器的生产有关的制造成本很高。在每个现有 的缩颈模中，缩颈表面通常被抛光为非常光滑的精整表面(即，Ra2-4y in)，这增加了缩颈 系统的成本。另外，通过28个或更多的缩颈模将罐体缩颈所需的时间非常长，这也增加了 铝瓶的生产成本。最后，额外的缩颈工位也需要很大的投资。鉴于上述的评论，需要具有减少数量的缩颈模、因而减少生产成本的制造铝瓶的 方法。
发明内容
总的说来，本发明提供了一种缩颈模设计，其允许每个用于对金属瓶缩颈的缩颈 模有更大程度的减径量。概括说来，缩颈模包括至少部分是非抛光的缩颈表面和在该缩颈表面之后的非抛 光凹部。所述至少部分是非抛光的缩颈表面包括非抛光平台、抛光的颈部半径部分和抛光 的肩部半径部分。非抛光的平台具有的几何形状和表面光洁度可在被缩颈的结构不起皱的 情况下进行缩颈。出于本公开的目的，术语“抛光”指的是表面具有光滑的、机加工的表面光洁度，其 中，表面粗糙度(Ra)的范围大约为2-6μ ι。出于本公开的目的，术语“非抛光”指的是表 面具有粗糙表面，其中，表面粗糙度(Ra)大于大约8 μ in。在本发明的另一方面，提供了缩颈系统，该缩颈系统包含上述的缩颈模。概括说 来，该缩颈系统包括
多个缩颈模，每个缩颈模都具有至少部分是非抛光的缩颈表面和在该缩颈表面之 后的非抛光凹部。在根据本发明的具有至少部分是非抛光的表面的缩颈模中的减径量大于使用传 统的抛光缩颈模获得的减径程度。出于本公开的目的，术语“减径”是指减小罐体颈端处直径的模中缩颈表面的几何 形状。在模系统中，通过每一个连续模提供的减径产生了瓶子颈部的最终尺寸。在本发明的另一方面中，提供了使用如上所述缩颈模系统的缩颈方法，其中，该缩 颈系统使用多个缩颈模，其包括现有系统不可能实现的减径量。概括来说，该缩颈方法包括提供金属毛坯；将金属毛坯成形为瓶胚；以及将瓶胚缩颈，其中，缩颈步骤包括具有至少部分是非抛光的缩颈表面的至少一个 缩颈模。
参考附图将更好地理解下面的详细说明，下面的详细说明以示例形式给出并且不 意在把本发明仅限于这些实例，其中，相同的标号代表相同的部件和部分，在附图中图1示出根据本发明用于53mm直径罐体的14级模缩颈过程的示意图。图2示出根据本发明的初始缩颈模的一个实施例的侧剖面图。图2a示出在瓶胚和缩颈表面之间的接触角的放大视图。图3示出根据本发明的抛光缩颈表面的一个实施例的表面形貌。图4示出根据本发明的非抛光缩颈表面的一个实施例的表面形貌。图5示出根据本发明的中间缩颈模的一个实施例的侧剖面图。图6示出根据本发明的最终缩颈模的一个实施例的侧剖面图。图7示出根据本发明的在14级缩颈系统中每个缩颈模的肩部缩颈表面的侧剖面 图。图8的曲线图表示将铝瓶缩颈进入部分是非抛光的缩颈模所需缩颈力和将瓶子 缩颈进入抛光缩颈模所需缩颈力，其中，y轴表示以磅(Ibs)为单位的力，χ轴表示瓶子插入 缩颈模的距离(英寸)。
具体实施例方式图1示出在通过根据本发明的缩颈系统进行缩颈的每个阶段之后的瓶胚，其中， 本发明的缩颈系统提供了比以前利用现有缩颈系统可获得的缩颈减径方案更大幅的缩颈 减径方案。图1示出了从产生第一缩颈瓶胚1的初始缩颈模到产生最终缩颈瓶胚14的最 终缩颈模的渐进缩颈过程。虽然图1示出了包括14级的缩颈系统，但是下面的公开不限于 此，这是因为缩颈级数可根据瓶胚的材料、瓶胚的侧壁厚度、瓶胚的初始直径、瓶子的最终 直径、颈部轮廓的期望形状以及缩颈力而改变。因此，已经设想了任意数量的缩颈模，并且 这都落在本发明的范围内，只要该渐进过程可在瓶胚不起皱的情况下提供缩颈。图2示出缩颈模的剖视图，该缩颈模包括至少部分是非抛光的缩颈表面10和在缩颈表面10之后的非抛光凹部20。在一个实施例中，部分是非抛光的缩颈表面10包括肩部 半径部分11、颈部半径部分12和平台部分13。本发明的一个方面是缩颈模的设计，其中，部分是非抛光的缩颈表面10减小了缩 颈表面和被缩颈的瓶胚之间的表面接触，从而减小了将瓶子缩颈所需的力(下面称为“缩 颈力”)。令人预料不到的是，已经确定具有更粗糙表面的缩颈表面比抛光表面对被缩颈瓶 胚提供的阻力更小。在现有技术中预料的是光滑表面提供更小的阻力并因此需要更小的缩 颈力，与此相反，已经确定光滑表面与被缩颈的瓶子之间具有更大的表面接触，这导致更大 的阻力和需要更大的缩颈力。在本发明中，增加的表面粗糙度减小了缩颈表面和被缩颈瓶 子之间的表面接触，因而减小了所需的缩颈力。减小了将瓶胚缩颈所需的缩颈力使得缩颈模能具有比现有缩颈模以前能获得的 减径量更大幅度的减径量。在一个实施例中，非抛光的表面具有范围从大于或等于8μ in到小于或等于 32 μ in的表面粗糙度平均值(Ra)，只要该非抛光的缩颈表面不以明显可见的方式不利地 破坏瓶胚表面(涂层)光洁度的美学特征。在一个实施例中，抛光的表面具有光洁度范围从 2 μ in到6 μ in的表面粗糙度平均值(Ra)。图3示出通过ADE/相移分析和MapVueEX-表 面形貌成像软件产生的缩颈模的抛光的平台部分13的一个实施例的表面形貌。在该实例 中，表面粗糙度(Ra)值大约是4. 89 μ in。图4示曲通过ADE/相移分析和MapVue EX-表面 形貌成像软件产生的根据本发明的缩颈模的非抛光的平台部分13的一个实施例的表面形 貌。在该实例中，表面粗糙度(Ra)值大约是25. 7μ in。参考图2，在一个实施例中，部分是非抛光的缩颈表面10包括非抛光的平台部分 13、抛光的颈部半径部分12和抛光的肩部半径部分11。在另一个实施例中，该至少部分是 非抛光的缩颈表面10可以是完全非抛光的。参考图2a，瓶胚接触缩颈表面10的接触角α 可以小于32°，其中，该接触角是由射线54与射线51构成的，射线54垂直于缩颈表面的平 台部分13，而射线51垂直于瓶胚50接触缩颈表面的接触点53处的平面切线52延伸，如图 2a所示。非抛光平台部分13与脱模器(未示出)一起提供了工作表面，用于在缩颈期间使 瓶胚上部形成瓶颈。在一个实施例中，非抛光平台13从平行于缩颈模中心线的模壁的颈部 半径部分12的切点延伸。非抛光的平台部分13可以沿着缩颈方向(沿着y轴)延伸小于 0.5"的距离Y1，优选大约0.0625"。注意，非抛光平台部分13的尺寸只为说明目的而提 供，并且不应被视为限制本发明，因为也已设想了平台的其它尺寸并且也落入本公开的范 围内，只要平台的尺寸适于当使用脱模器时提供缩颈作用。本发明的另一方面是设在缩颈模壁上在缩颈表面10之后的凹部20。凹部20的尺 寸适合于一旦瓶胚已通过平台13和脱模器被缩颈，凹部20能减少瓶胚与缩颈模之间的摩 擦接触。因此，在一些实施例中，凹部20与所述部分是非抛光的缩颈表面10 —起有助于减 少在缩颈模壁和被缩颈瓶胚之间的摩擦接触，其中，减小的摩擦接触保持缩颈性能，同时减 少瓶胚发生起皱并且改进瓶胚的脱模。在一个实施例中，凹部20延伸进入缩颈模壁的尺寸X2至少是0. 005英寸，该尺寸 是从平台13的基部13a测量的。凹部20沿着缩颈方向(沿着y轴)的延伸量可以是进入 缩颈模的瓶胚顶部的全部长度，以便减小在瓶胚和缩颈模壁之间的摩擦接合，从而减小起皱的发生并仍保持缩颈的性能。在一优选实施例中，凹部20是非抛光的表面。在本发明的另一个方面中，提供了缩颈系统，其中，该系统的缩颈模的至少一个可 以更大幅度地减小瓶胚的直径。虽然图2示出了初始模，但有关肩部半径11、颈部半径12、 平台13和凹部20的上述讨论也同样适用并且可设置在该缩颈系统的每个缩颈模中。各连 续模中至少一个模的缩颈表面的几何形状提供了增大的减径量，其中，术语“减径”是指将 瓶胚的直径从瓶胚的初始直径减小到最终直径。在一个实施例中，初始模具有大于5%的减径量，优选大于9%。模顶部的内径是 在确定所提供的减径量时被测量的一个尺寸。通过该缩颈系统的模可获得的减径量部分 地取决于缩颈表面的表面光洁度、缩颈力、瓶胚的材料、瓶胚、期望的颈部形状以及侧壁厚 度。在一个优选的实施例中，初始缩颈模提供大于9%的减径量，其中，该初始的缩颈模设 计用于由美国铝协3104构成的铝板来生产缩颈的铝瓶包装，该缩颈的铝瓶包装具有至少 0. 0085英寸的上部侧壁厚度和范围从大约34ksi到37ksi的焙烧后屈服强度。图5示出根据本发明的中间模的一个实施例，其中，一旦瓶胚已经用初始缩颈模 缩颈，中间的缩颈模就可以被使用。与图2所示的初始缩颈模比较，图5所示的中间缩颈模 提供幅度较小的减径量。在一个实施例中，多个中间缩颈模的每一个提供范围在4%到7% 的减径量。中间缩颈模的数量取决于瓶胚的初始直径、所需的最终直径和颈部形状。图6示出根据本发明的最终缩颈模的一个实施例。一旦瓶胚完成由中间缩颈模进 行的缩颈，最终缩颈模就可以被使用。最终缩颈模具有能够形成最终产品颈部尺寸的缩颈 表面。在一个实施例中，最终缩颈模提供小于4%的减径量。在一个实施例中，最终模可具 有1.9%的减径量。在一个特别优选的实施例中，提供了缩颈系统，其中，所述多个缩颈模 包括减径量大于9%的初始缩颈模、减径量从4. 到6. 的12个中间模以及减径量为 1.9%的最终缩颈模。在本发明的另一个方面中，提供了利用上述的缩颈系统将瓶子缩颈的方法，该方 法包括下面的步骤提供铝毛坯，例如盘或块；将该毛坯成形为铝瓶胚；以及将该铝瓶胚缩 颈，其中，缩颈步骤包括具有至少部分是非抛光的缩颈表面的至少一个缩颈模。本发明提供一种缩颈系统，该缩颈系统包括减少数量的模和脱模器，因此有利地 减少了与瓶子制造中缩颈操作所用工具配备相关的机器成本。通过减小缩颈模的级数，本发明有利地减少了与瓶子制造中的缩颈相关的耗时。注意，上述公开适用于饮料容器、气雾剂容器或任何其它能够被缩颈的容器。另 外，上述公开同样可应用于冲拔以及冲挤缩颈方法。虽然上面大致描述了本发明，但是下面的实例用来进一步说明本发明并示范产生 的一些优点。本发明不限于公开的具体实例。实例下面的表1示出由14级模缩颈规程提供的减径量，其中，缩颈模的几何形状设计 用于将铝瓶胚形成被缩颈的铝瓶包装，该铝瓶胚具有大约0. 0085英寸的上部侧壁板厚度 以及范围从大约34ksi到37ksi的焙烧后屈服强度。铝成分是美国铝协会(AA)3104。如 表1所示，瓶胚从大约2. 0870"的初始直径缩颈为1.025"的最终直径，而没有缺陷，例如
壁起皱。
权利要求
一种缩颈系统，包括用于金属容器坯的多个缩颈模，其中，至少一个缩颈模包括缩颈表面和凹部，缩颈表面包括平台部分、颈部半径部分和肩部半径部分，平台部分、颈部半径部分和肩部半径部分各自具有内径；其中，平台部分处于颈部半径部分与凹部之间，平台部分的内径是缩颈模的最小直径；其中，颈部半径部分的内径和肩部半径部分的内径大于平台部分的内径；其中，凹部包括凹部表面；和凹部表面的内径，其中，凹部表面的内径比平台部分的内径大至少约0.01英寸，并且凹部表面的内径的尺寸设计成能够在对金属容器坯缩颈时减小金属容器坯与凹部表面之间的摩擦接触，同时保持缩颈性能；并且其中，所述至少一个缩颈模的尺寸设计成使得在对金属容器坯缩颈时，整个的平台部分和凹部相对于金属容器坯在轴向上移动，并且凹部的至少一部分移动超出金属容器坯的顶部。
2.根据权利要求1所述的缩颈系统，其中，所述平台部分具有范围从约8μ英寸到约 32 μ英寸的表面粗糙度平均值Ra。
3.根据权利要求1所述的缩颈系统，其中，所述凹部具有范围从约8μ英寸到约32μ 英寸的表面粗糙度平均值Ra。
4.根据权利要求2所述的缩颈系统，其中，所述颈部半径部分和肩部半径部分具有范 围从约2 μ英寸到约6 μ英寸的表面粗糙度平均值Ra。
5.根据权利要求3所述的缩颈系统，其中，所述多个缩颈模设置成用于由金属板罐生 产被缩颈的瓶包装，该金属板罐具有至少约0. 0085英寸的上部侧壁厚度，并且初始模包括 大于约9%的初始减径量。
6.根据权利要求5所述的缩颈系统，其中，所述金属板具有范围从大约34ksi到大约 37ksi的焙烧后屈服强度。
7.根据权利要求1所述的缩颈系统，其中，肩部半径部分包括主体半径，该主体半径对 于所述多个缩颈模中的每个缩颈模来说都是恒定的。
8.根据权利要求7所述的缩颈系统，其中，主体半径包括原点，该原点的坐标位于距所 述多个缩颈模中的每个缩颈模的中心线恒定距离和距所述多个缩颈模中的每个缩颈模的 缩颈模入口恒定距离处。
9.根据权利要求8所述的缩颈系统，其中，该坐标距所述多个缩颈模中的每个缩颈模 的中心线约0. 455英寸和距所述多个缩颈模中的每个缩颈模的缩颈模入口约0. 275英寸。
10.一种将金属毛坯缩颈的方法，包括 提供由容器坯构成的金属毛坯；将金属毛坯成形为具有初始内径的容器；以及用至少一个缩颈模将容器缩颈成为瓶，其中，该至少一个缩颈模包括缩颈表面和凹部， 缩颈表面包括平台部分、颈部半径部分和肩部半径部分，平台部分、颈部半径部分和肩部半 径部分各自具有内径；其中，平台部分处于颈部半径部分与凹部之间，平台部分的内径是缩颈模的最小直径；其中，颈部半径部分的内径和肩部半径部分的内径大于平台部分的内径； 其中，凹部包括凹部表面；和凹部表面的内径，其中，凹部表面的内径比平台部分的 内径大至少约0.01英寸，并且凹部表面的内径的尺寸设计成能够在对金属容器坯缩颈时 减小金属容器坯表面与凹部表面之间的摩擦接触，同时保持缩颈性能；并且其中，将容器坯缩颈的步骤包括把容器插入所述至少一个缩颈模，使得平台部分和凹 部相对于容器在轴向上移动，并且凹部的至少一部分移动超出容器顶部。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述平台部分具有范围从约8μ英寸到约 32 μ英寸的表面光洁度Ra，所述颈部半径部分和肩部半径部分具有范围从约2 μ英寸到约 6 μ英寸的表面光洁度Ra。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述瓶坯包括用于气雾剂罐或饮料瓶的几何 形状。
全文摘要
本发明提供一种缩颈系统，该缩颈系统包括多个缩颈模，每个缩颈模具有至少部分是非抛光的缩颈表面(10)和在该缩颈表面之后的非抛光的凹部(20)。本发明还提供将金属容器缩颈的方法，包括提供金属毛坯；将金属毛坯成形为瓶胚(1-14)；以及将金属瓶胚(1-14)缩颈，其中，缩颈步骤包括具有至少部分是非抛光的缩颈表面(10)的至少一个缩颈模。
文档编号B21D41/04GK101934320SQ20101028436
公开日2011年1月5日 申请日期2007年5月14日 优先权日2006年5月16日
发明者A·费杜萨, G·L·迈尔, R·E·迪克 申请人:美铝公司