制造纹理‑光滑混合的金属密封盖的方法与流程

本发明涉及包括由铝合金制成的金属外壳的密封盖(capsule de bouchage)领域，且特别是包括通常由塑料制成的内插入件(insert)的带螺纹的螺旋盖。这些盖设计用于密封容器，所述容器主要是容纳酒精饮料且特别是葡萄酒或烈酒的玻璃瓶。

更具体而言，本发明涉及一种制造这些盖的方法，其使得可以在所述盖外部的顶部或头部获得有纹理的外观，并且在所述盖外部的“垂直”壁或侧缘(jupe)获得光滑或有光泽的外观。

背景技术：

由铝合金制成的密封盖通常以以下方式制造：

-冲压机将带材或板材——也称为“格式件(format)”——成形为毛坯盖(ébauche de capsule)，所述带材或板材被切割成坯件(flan)，在两个面上都涂上漆，不考虑漆，其厚度范围通常为0.15至0.25mm。根据侧缘的高度(毛坯盖的长度)，需要一至三个冲压道次。

-在烘箱中在高温(通常为180至210℃)下在3至5分钟的时间范围内对这些毛坯进行除油，以除去冲压润滑剂。

-然后对其整个表面进行涂漆，并且将其置于烘箱中以烘烤漆。

-通常使用被本领域技术人员称为“胶印(offset)”的丝网印刷法在这些涂漆毛坯的侧缘上印刷，最后烘干油墨。

-然后涂覆叠印漆(vernis de surimpression)以保护印刷图案，将所述漆烘干。

-如此获得的毛坯具有一个密封件和/或由塑料制成的带螺纹的内插入件。

除非另有说明，下述的所有铝合金均根据“铝业协会(Aluminum Association)”在其定期出版的“Registration Record Series”中所定义的名称来命名。

技术问题

对富有美感的解决方案的日益关注已促使申请人对使用被本领域技术人员称为“有纹理的”带材或板材的铝合金带材来冲压毛坯盖进行了测试，所述“有纹理的”带材或板材即具有下凹或浮凸图案的带材或板材，所述图案通常但非排他地由在一个或多个方向上的线条组成，使得根据标准NF EN ISO 4287所测量的粗糙度Ra通常大于0.5或甚至1.0μm。

这种类型的表面是本领域技术人员熟知的且特别地记载于专利申请WO 9731783 A1、WO 9508408 A1、US 5857373、EP 0273402 A1或EP 0456162 A1、CA 2412980 A1、CA 2478648 A1、EP 1368140 A1等中。

然而，在冲压之后，虽然纹理的品质在毛坯的头部基本上保持不变，但是该品质在侧缘上特别是由于纹理图案在所述冲压过程中的变形而大大下降且不美观。

由于这一点，开发初始金属的有纹理的外观(通过轧制以在金属表面上得到纹理效果和/或虹彩效果而制造的特殊牌号)的价值变得不可能。

由于上述侧缘的品质下降，目前还没有已知的能够生产以整体、即在侧缘和顶部、或甚至局部地、即仅在顶部有纹理的盖的工业上可行的解决方案。

本发明旨在通过提出一种方法来克服该问题，所述方法在毛坯的头部的整个表面上保持初始的有纹理的外观并在侧缘的整个高度上保持光滑或有光泽的外观，并且这是在对于饮料瓶密封盖市场而言工业上经济的条件下。

技术实现要素：

本发明涉及一种制造金属密封盖的方法，包括：

a)提供用于冲压的被本领域技术人员称为“有纹理的”带材或板材的铝合金带材或板材，所述“有纹理的”带材或板材即具有下凹或浮凸图案的带材或板材，所述图案通常但非排他地由在一个或多个方向上的线条组成，使得根据标准NF EN ISO 4287所测量的粗糙度Ra通常大于0.5或甚至1.0μm，所述铝合金带材或板材通常在其两个面的至少一个面——通常为用于盖内部的面——覆盖有一层可冲压的漆，即所述漆在冲压操作过程中不经历劣化，

b)第一切割操作，切割成称为坯件的圆片，

c)在一个或多个道次中——通常使用冲压润滑剂——冲压和切割所述坯件金属的各向异性角(corne d’anisotropie)的步骤，以形成包括头部和侧缘、通常在轴向上是轴对称的冲压毛坯，

d)通常在180至210℃的温度下在3至5分钟内对所述冲压毛坯进行热除油或在碱性介质中对所述冲压毛坯进行化学除油的步骤，通常旨在除去残留的润滑剂，以形成可任选地涂漆的除油毛坯，

e)任选地涂保护漆和/或装饰漆的步骤，

其特征在于所述方法包括——任选地紧随冲压步骤之后——至少一个拉伸步骤，所述拉伸步骤包括使冲压毛坯穿过至少一个拉伸环(bague d’étirage)以使金属变长和变薄。

通常，不考虑漆，坯件的厚度为0.15至0.25mm。

根据最常规的实施方案，拉伸比(1-板材或带材的最终厚度/初始厚度)大于或等于2.5％。

根据一个优选实施方案，拉伸比小于或等于30％。

根据一个具体实施方案，在冲压之前，仅用于盖内部的面涂有漆，并且用于盖外部的面仅在除油步骤之后涂漆。

根据另一个实施方案，在冲压之前，用于盖内部和外部的两个面均涂有漆。

有利地，用于冲压的润滑剂是挥发性的且通过加热除去。

对于用于拉伸的润滑剂也是如此，有利地，所述润滑剂为挥发性的且通过加热——通常在连续式炉或烘箱中——而除去。

此外，相同的润滑剂可用于冲压和拉伸两个步骤。

有利地，将冲压和拉伸步骤在两个集成步骤中链接在一起，即没有其他中间步骤，且更有利地，在同一压机冲程中进行冲压和拉伸步骤。

最后，铝合金可为AA3105型或AA8011型，但不限于此。

本发明还涉及通过具有前述特性之一的方法制造的金属密封盖，其特征在于其在头部或顶部的整个表面上具有所谓的“有纹理的”外观，并且在侧缘或壁的整个高度上具有光滑或有光泽的外观。

附图说明

图1为用于测试的盖的示意性横截面视图。其直径为33mm，其高度H在冲压之后为24mm，在切掉各向异性角之后为20mm且最终在拉伸之后为28mm；其顶部或头部或甚至“上部”是平的且以5mm的圆角半径(rayon)R与侧缘或垂直壁A相连。

图2从左至右示出了本发明的在冲压和拉伸之后的具有平行线图案的有纹理的盖的顶部、在冲压之后的同一盖的侧缘的视图、以及最后是在冲压和拉伸之后的同一盖的侧缘的视图，在最后的视图中有纹理的外观已消失而出现光滑或有光泽的外观。

图3从左至右示出了具有垂直线图案的有纹理的盖的顶部、以及在冲压和拉伸之后的同一盖的侧缘的视图，在后一视图中有纹理的外观已消失而再次出现光滑或有光泽的外观。

图4表示以微米计的粗糙度Ra，其在从壁的顶部到底部的长度方向上测量：

初始板材或格式件——标记为A，有光泽或光滑的(0)，以及根据各种图案1、2或3而有纹理的，

仅进行冲压的盖——标记为B，其由前述格式件0、1、2和3获得，测量在侧缘上从壁的顶部到底部进行，

冲压且拉伸的盖——标记为C，其也由格式件和前述标识为0、1、2和3的盖B获得，测量总是在侧缘上在距盖的头部15mm处进行。

具体实施方式

如前所述，由于市场对于富有美感而经济的密封盖(即成本与饮料瓶市场的要求相符而非与化妆品的要求相符)的日益关注，申请人想到对使用被本领域技术人员称为“有纹理的”带材或板材的由铝合金制成的带材来冲压毛坯盖进行测试，“有纹理的”带材或板材即具有下凹或浮凸图案的带材或板材，所述图案通常但非排他地为在一个或多个方向上的线条，使得根据标准NF EN ISO 4287所测量的粗糙度Ra通常大于0.5或甚至1.0μm。

然而，申请人发现，在冲压之后，虽然纹理的品质在毛坯的头部或顶部保持不变，但是在侧缘上由于纹理图案在所述冲压过程中的变形而大大下降且不美观，另外，其在侧缘上呈现或多或少无光泽的外观。

同时，申请人进行了尝试降低所述密封盖的厚度以使所使用的金属的量减到最小的研究。因此能够在一个或多个道次的常规冲压之后进行一个附加的拉伸道次，冲压导致的不均匀侧缘厚度因此可被优化到其最小值点。

该类型的拉伸——还称为“精压(calibrage)”——并未用于密封盖领域中，并且目前仅用于罐头或饮料瓶领域中。

在涉及所谓的“有纹理的”金属的测试过程中，申请人出乎意料地发现，尽管在所述步骤之后在壁或侧缘的所述纹理已完全消失，但是在盖的头部或顶部保持了所述纹理，而上述“无光泽的”外观被改善为光滑或有光泽的外观。

因此，本发明提供多个优点：通过使所使用的材料的量减到最小而使侧缘的厚度在其整个高度上均匀，或允许制造更高的盖而不增加材料的量，并且最后，获得在顶部或头部具有有纹理的外观且在盖的侧缘或壁具有光滑或有光泽的外观的美观效果。

最小拉伸比在以下条件下是正确的：后者必须至少使整个侧缘的厚度基本上均匀地为在冲压之后局部所获得的最小厚度值(即在图1的情况下为0.203mm)。后者取决于冲压条件(工具粗糙度、间隙、坯件保持器的压力、润滑)。通常认为该最小比为2.5％或甚至是3％。

最大拉伸比与合金固有的断裂拉伸极限有关，在侧缘的底部——最厚的区域(根据图1为0.236mm)——在拉伸或精压过程中必须不超过所述断裂拉伸极限。其“间隙_最大”值通过公式(1-间隙_最大)/(1-LIR)＝e_最大/e_初始)给出，其中LIR为金属的拉伸极限，e_最大为侧缘的下部的最大厚度(根据图1为0.236mm)且e_初始为板材的初始厚度(在对应于图1的情况下为0.210mm)。

在AA3104或3105型合金的情况下，工业上可允许的拉伸极限为40％。由此获得基本上为30％的最大拉伸比。

借助于以下实施例可更好地理解本发明的细节，然而所述实施例不是限制性的。

实施例

冲压步骤

将由被本领域技术人员称为“有纹理的”带材品质的AA8011型合金制成的、粗糙度Ra为0.5μm至2.0μm、厚度为0.210mm(无漆)的金属带材切割成格式件210×75mm。

用具有以下特征的工具在这些未涂漆的坯件上进行第一冲压道次：

切割环的直径：64mm，冲头直径：33mm，冲头圆角半径：5mm，即冲压比为1.94。

阴模的直径为33.68mm及其圆角半径为2.5mm。

与金属接触的阴模的表面粗糙度为Ra＝0.2。

润滑剂为名称为“NH1 16-180”的已知类型。

调整坯件保持器压力以获得没有折痕的杯状物。

该步骤使得能够制造出如在图1的横截面视图中示意性示出的且在图4中标记为B的杯状物或盖。

拉伸步骤

用具有以下特征的工具在根据上述步骤1先前已冲压的杯状物上进行第二拉伸道次：

冲头直径：33mm

28.6％的拉伸环的直径：33.30mm

拉伸环的直径对应于相对于初始金属厚度(此处金属厚度＝0.210mm)的在冲头直径与阴模直径之间的负间隙并以以下方式计算：

间隙％为拉伸比，在此为28.6％，即0.286

成功地使用了与用于冲压步骤的润滑剂相同的润滑剂“NH1 16-180”(纯的或用水稀释至80％)。

该步骤使得能够制造出在图4中标记为C的本发明的冲压拉伸盖。

测试结果

为了量化光泽标准，使用表面粗糙度Ra，表面越光滑并因此粗糙度越小时，后者越有光泽。

将根据本发明冲压并拉伸的盖的粗糙度与仅冲压的盖(根据现有技术)的粗糙度相比较，并最终与在盖成形之前带材或板材或初始平格式件中的金属的初始粗糙度相比较。

在平格式件上以及在盖的壁或侧缘上从壁的顶部到底部测量粗糙度。

使用以下代码：

A：平格式件，

B：冲压的盖，

C：根据本发明冲压然后拉伸的盖。

关于表面形态：

0表示没有纹理，即有光泽或光滑的表面，

1和2表示平行线的纹理，3表示以90°交叉的两组平行线。图2的中间示出了冲压的盖以及在两侧示出了具有纹理2的两个冲压然后拉伸的盖。

图4将平格式件A的粗糙度与现有技术的盖A的壁或侧缘的粗糙度以及与本发明的那些盖C的粗糙度进行了比较。

可清楚看出，本发明使得壁的粗糙度降低至二分之一到八分之一。

通过盖(A、B)和(C、D)之间的比较，还可清楚看出，在盖的上部(或顶部)，粗糙度保持不变，即本发明没有改变盖的上部的光泽。其大于有光泽的金属的初始粗糙度，但是仍小于所谓的“Mill Finish”型轧制金属的粗糙度。

这一点证明了使用有光泽的金属作为初始板材以在盖的上部充分利用初始光泽并通过拉伸获得整体上提高的光泽(包括侧缘或壁)的优点。

对于所有通用粗糙度测量标准2D或3D(例如Rz或Sk)而言，结果依然相同。