带螺纹的铝罐及其制造方法

专利名称：带螺纹的铝罐及其制造方法
技术领域：
本发明涉及金属罐的制造方法，特别是带螺纹颈口部分的罐的制造，该颈口部分可接合带有螺纹的封盖从而密闭容器内的物质。依据本发明制造的罐可具有带螺纹的锥形顶部或具有向内弯曲的部分，而该部分形成有螺纹或连接有螺纹套。该螺纹部分适于接合塑料或金属的封盖。
公知情况是将铝和钢用冷拔，或冷拔和压薄的方式形成罐，用来包装啤酒，软饮料，油和其它液体，也可作为液化气体容器为各种产品所使用。用于啤酒和饮料的大多数金属罐适于以相对扁平的盖来封闭，该盖以双接缝或类似形式卡紧在罐上。该盖上可以有裂开的条纹和连接在裂开条纹上的小凸起来便于形成冲灌式开口。亦为公知情况是提供具有锥形顶端的罐，它们公开于美国专利4,262,815；4,574,975；4,793,510；4,911,323中。已知还提供一种易于开启的容器，该容器具有一减小的直径的圆柱部分和在该圆柱部分上等角排布的螺纹部分，具体公开于美国专利3,844,443中。该专利还公开了制造这种容器的一种方法，它包括一种或多种制造步骤如冷拔和压薄步骤。
美国专利5,293,765公开了一种通过深冷拔，深冷拔和附加延展，或深压，和轧制容器的端部的向内弯曲部分的螺纹来制造螺纹铝罐的方法和装置。通过确定第一和第二螺纹轧制工具的位置，使其靠近容器的内和外表面并抵住表面旋转移动工具来形成螺纹。该专利强调容器壁厚度最大为用于容器螺纹螺距的20％。
螺纹铝制容器一般用相对较厚的金属制成，即至少为0.020英寸厚。铝一般相对较软从而允许在颈口形成螺纹。
希望获得一种改进的方法用来制造一种由薄回火硬化金属(铝合金为佳)制成，且具有螺纹颈部的罐。此外，渴望获得一种改进的金属罐，该罐有螺纹颈口用来将封盖固定于罐上。希望获得一种方法用来制造一种由厚度为0.007-0.015英寸的薄回火硬化铝合金板材制成的罐。希望获得一种铝罐，该罐可在封闭了螺纹封盖时，承受罐内40到110psi的正压。
本发明提供用来制造一种由薄回火硬化金属，如回火硬化铝合金或钢的罐的方法。依据本发明制造的罐具有一减小的直径的圆柱形部分，螺纹形成在该圆柱部分上或环绕圆柱部分固定的套筒上。在一个实施例中，螺纹设在由粘结，双接缝或另外方式固定在一圆柱形罐体上的锥顶上。换种方法，通过冷拔和重冷拔或逐级颈缩将圆柱形罐体的一端直径的减小以形成完整的直径缩小圆柱形部分，在该部分上设置螺纹，或将一带螺纹的金属或塑料套筒卡套其上。本发明提供了轻型回火硬化金属罐的制造方法，这种金属罐具有用于将封盖固定于罐上的螺纹。
提供这种制造比现有容器更轻的带螺纹的金属容器的方法是有用的。
提供改进的采用螺纹帽封口的金属饮料罐也是有用的。
该发明方法和产品通过下列有关附图来举例描述

图1-2是两个依据此发明方法制造的锥台顶的罐的垂直截面图；图3和4是带螺纹盖的本发明的罐顶螺纹部分的放大垂直截面图；图5-10显示了将金属板制成根据本发明制造的罐的锥顶的渐进过程图，准备在锥顶上形成螺纹；图11是在图10的锥顶上制成螺纹后的放大垂直截面图；图12-14显示了本发明的带螺纹的罐的几种可选择的出水口卷边的形式；图15显示了本发明的另一种罐体形式，即用冷拔/再冷拔的方法造出颈部，在颈部形成螺纹，底部与罐壁密封联结；图16-17是本发明罐的另一种实例颈部带螺纹卡套的罐的顶端颈部的局部图；图18-27显示了将金属板形成依据本发明，如图15罐底部与罐壁密封相连的带螺纹的罐体的冷拔和再冷拔过程图；图28为本发明带螺纹的罐的另一种情况，通过冲压一冷拔和压延罐体的开口端形成颈部，并在颈部的顶部形成螺纹；图29是图28所示罐的颈部左侧放大图，显示了该颈部的逐渐压缩；图30是如图28所示采用冲压瓶颈来形成罐体螺纹的冷拔和压延罐的垂直截面图；图31是显示了类似与图28的冲压瓶颈罐，除了颈部为光滑的，而不是阶梯型的罐的颈部的局部截面图；图32是类似与图28和31的，除了在颈部有大约11个分开的阶梯的罐体的局部截面图；图33和34是带螺纹罐体的另一种形式其中螺纹位于处于颈部具有双接缝的分开的套筒上；图35-37显示了将一螺纹套筒双接缝联结在罐的锥形颈部或锥顶上来形成如图33和34所示的类似的组合体的步骤图；图38为本发明的另一种形式，即螺纹套筒密联在罐的圆顶上的截面图；图39为本发明的另一种实例，即带螺纹的长颈密联在罐体上，罐体和底部由双接缝联结的罐的轮廓图。
在几个图中，由于材料很薄，在横截面上的双线由单线代替。
本文中所使用的词向上、向下、向内、向外、水平、垂直等是相对于以罐或罐顶放于口朝上的直立位置而言的。
图1显示的金属罐1，由罐体4和依据本发明用回火硬化的薄规格金属片制造的螺纹锥顶10组成。罐体4的金属最好是铝合金3000系列，锥顶10的金属最好是铝合金3000或5000系列的合金，例如5042合金的硬度为H-19或H-39，这些合金的硬度在铝业协会都有注册。在罐体4中铝的金属厚度为典型的冷拔和压延的啤酒和软饮料罐的厚度。锥体10的铝厚度大约为0.007-0.015英寸，对直径为3英寸的罐壁厚最好为0.0135英寸。罐的高度和直径可为任意，例如直径3英寸，大约71/8英寸高，设计用来装20盎司液体的罐。本发明的其他罐的直径范围可从大约2英寸到3.25英寸，高大约从3.5英寸到10英寸，可装7到32盎司液体。本发明简化了用薄规格回火硬化金属制造带螺纹的轻型罐的方法，这种轻罐与用已知的方法和装置制造重规格的带螺纹的罐的不同。
构成锥顶10的金属最好覆膜，至少在它的内表面上，用一保护膜，如一聚合物或环氧树脂，来防止金属的腐蚀和固定到容器顶端上后对容器内物质的味道产生不良影响。覆膜可采用滚压、喷涂(液体或粉末)、电镀或其他类似的技术。本发明的制造操作中尽量减少对金属板及其涂膜的损坏。然而在某些情况下，成形后在锥顶10内可能需要再进行覆膜修补。
锥顶10(图1的)包括一个外沿周边的凸缘5，它同罐体4的开口端的周边相缝接。顶部还包括一环形槽6，该槽用来放置接缝工具，从而简化接缝操作。当内部压力在40-110psi时，啤酒和碳酸软饮料的容器内最大压力大约为110psi，环形槽6也为锥顶10的金属向外弯曲提供阻力。锥顶10还包括也对保持罐内压力有益的锥台部分7，在环形卷边9，螺纹11的下面的向外凸出的肩部8，和围绕锥顶的口部的圆形卷边2。
图2显示了另一种实例罐3，其具有根据本发明制造的带螺纹的锥顶21，此锥顶粘结在冷拔和压延的铝罐体12的顶部。在罐体12的顶端具有一直径递减的部分13。锥顶21固定在这个直径减小的部分13上并与之粘接地相联。其他方面锥顶21同图1的锥顶10是基本一样的。
本发明的带螺纹的罐适用于用如图3和4所示的金属或塑料盖子盖上和/或密封。盖子最好在用在罐上前攻上螺纹，然而，金属盖子也可在本发明的带螺纹的罐上辊轧成形，只要在这样的辊轧成形过程中施加在容器上的顶端负荷不超过容器的柱体强度，或罐的螺纹部分可用在罐的颈部加的一传动环来对抗顶端的负载。图3所示为授予H-C工业公司的美国专利4,938,370，号所描述和图示的一种塑料盖14，它紧扣在图1的锥顶10上。盖子14具有顶壁15，内向螺纹侧缘16和明显刻痕的条带17，其上有许多向内凸出的可弯曲的小突起18，当盖子14的剩下部分从罐上旋下时，这些小突起用来保持该条带仍留在罐上。盖子14在它的侧缘和明显刻痕条带之间有易分离的联结如狭槽和联结桥(图中没有显示)。当盖子从罐子的螺纹上旋下时这些易断的联结断开，而将少量预留条带留在罐上。另外，少量预留条带也可有一或多道易破垂线，当盖子从容器上取下时该线断开，这样条带就仍联在盖子上而不是象授予H-C工业公司的美国专利4,720,018号公布的那样条带仍留在容器上。本发明结合了在美国专利4,720,018和4,938,370的公布内容。
盖子14最好包括一密封垫19，它将容器的物质和任何碳酸饮料密封在容器里面。此垫同时密封容器卷边2的顶层表面和外表面来保证密封的可靠性。本发明带螺纹的罐的弯曲的卷边特别制造成高精度的，因而当罐用带螺纹的盖子密封时具有高的密封性。弯曲的卷边具有光滑的表面，基本上没有会影响盖子和罐之间有效密封的皱折和不规则处。
图4显示了一金属盖20紧扣在本发明的锥顶10(图1)上。盖子最好由3000或5000系列的铝合金制成，大约0.008-0.015英寸厚。美国专利2,994,449；3,106,808；3,127,719；3,460,703；3,464,576；3,750,821和4,519,516公布了适用于密封本发明带螺纹的罐的一些金属盖子。图4中的盖子20包括顶壁22，侧壁23和侧壁底部的凸出条带24，它由一圈当盖子从容器上拧下时可断开的划线和小桥25联结在侧壁上，盖子20在它侧壁23上有螺纹26，可用来旋拧在罐上。凸出条带24的底边27最好被辊压或形成在罐上卷边的肩下，来防止凸出条带从容器的上面掉下来，除非拉断划线25和/或拉掉在凸出条带上的垂直划痕线(未示出)。取决于盖子的设计，凸出条带既可留在容器上，也可随着盖子一起从罐上旋下。
盖子20包括一密封垫28，它用来密封罐上卷边2的顶部和外表面。垫28既可是插入盖子中的圆片，也可如众所周知的那样预先模压在盖里面。如美国专利4,007,851所公布的那样，盖子20最好有一些通气槽29在顶部外角周围，以便从罐上旋下盖子时便于通气。
对于某些实例，本发明最好使用铝盖子来密闭罐，从而有利于带盖子的罐的再循环。在这种盖子上的塑料垫和铝材上的覆膜是包装中的小部分，不会影响整个包装的再循环。实际上这样小量的塑料会在循环中燃烧掉并提供热能来进行再循环。在装罐过程中将会发生变形、消毒或加热的罐最好采用铝盖。
图5至13显示了一块薄规格的回火硬化金属板，依据本发明，制造成一锥顶的过程图。由于众所周知，因此没有显示此过程中所使用的工具。本发明首先立足于表述制成顶部的操作次序和此种成型的压延百分率，而不是特定的工具。本发明是为了制造预期形状，最少地损害覆膜的完整性，并最大限度地利用铝的可成形性。
本发明方法的第一步是从金属板上冲裁或剪下一圆片30，并在圆片中心冷拔一个低的圆柱形凸台31。在凸台31周围有一环形凸缘32。该冲裁和冷拔的最好合为一个动作完成，但也可分成两步。第一次冷拔薄的回火硬化铝合金形成凸台31的压延不要超过约45％，最好为30～40％，这对本发明是重要的。压延比例由下列公式导出压延百分比＝(切边直径-凸台直径)/切边直径当压延达40％时，凸台31的直径将为圆片直径的60％，当压延达30％时，凸台31的直径将为圆片直径的70％。采用本发明来制造钢锥顶和罐时，由于钢与铝相比具有不同的属性，如强度、可成形性等，需不同的压延比例。
如图6-8所示，下一步是再冷拔凸台31来增加其高度减少其直径。根据本发明，至少要冷拔凸台2次，在不撕裂或皱折金属的情况下来逐步形成更高更小直径的凸台34和36。再冷拔的最佳次数取决于几个因素，包括金属的厚度、硬度、和可塑性，金属的覆膜，锥顶和所处的顶部的直径以及要形成的带螺纹的颈部的直径等。该渐进的再冷拔在由薄规格的回火硬化金属制成具有足够长度和合适直径的压延颈部，用于与带螺纹的盖子配合。颈部直径的压延规程要求严格，薄规格的回火硬化金属板的第一次再冷拔的压延比例不应超过35％，最好为30％，这取决于金属的厚度、硬度、强度、成形性和覆膜。第二次再冷拔的压延比例不应超过30％，最好为25％左右。如果要进行第三次压延，则其不应超过25％，最好为18～20％。压延比例是以凸台子34和36在连续再冷拔时直径的变化为基础的。周缘32的外径最好不要受再冷拔操作的影响。为使再冷拔的次数最少在每次冷拔时最好尽量压下。反之，压延比例一定不要太大，以免导致在再冷拔中发生金属的撕裂或皱折。
图8显示了圆片30在再成形步骤后，在凸台36的底端形成一锥台卷边角部分35。
图9显示了物体30，用众所周知的方法，通过下料和冲孔操作去掉凸台36的底壁的中心部分，开口周围的切边被向上翻卷从而增加凸台36的长度，在凸台开口处留下一向上凸起的凸缘37，形成向外翻卷或叠起的卷边。另外，凸台36的切边可以下冲以形成向内翻成弯曲或叠起的卷边。在所选的实例图中，凸台36的底壁中心约70～75％被剪掉，剩下30％～25％向上弯曲形成凸缘37。
图10所示物体30，在它的下周边修剪后，形成一个带锥台部分41的注入口39，一个环形凹槽40和围绕着开口的下周沿部分向外伸展的曲线凸缘42。凸缘42和凹槽40用于把持，和用与将一典型平罐端口与一罐体连接同样的方法，将锥顶与一罐体的开口部分连接。
图10进一步显示了环形卷边38，其围绕物体开口部分的顶端。卷边38图示为外卷，但也可如图14所示那样在一些应用中向内弯曲。外翻可减少卷边金属断口或切边与加上锥顶的容器内物质接触的可能性。向外翻卷也将尽可能减小容器中的饮料进入到卷边中的可能性。内卷主要为了可成形性、审美等。
图11是锥顶30在被进一步加工形成螺纹44和在螺纹下面外向凸出的环形卷边或锁环46的顶部的放大截面图。卷边46具有向下向外面对肩部48，在肩部下面在盖子上形成一凸出的条带。
在锁环46和锥台部分41之间的出口的颈部49的直径比锁环小。在加工锥顶的较好方法中，在螺纹44已形成后颈部49是通过径向向内辊压而成的。卷边38最好卷成较小的直径约为0.050-0.080英寸，从而使注入口直径最大，并防止在锥顶的盖子上的螺纹与之冲突。卷边38的直径应在颈部金属厚度的3～7倍范围内。另外，如图12，13，14所示的卷边或叠边也可用于此罐。卷边38既可以在螺纹44在颈部形成前或后形成。对于某些实际应用，在螺纹形成前做卷边更好，因为卷边可加强颈部，防止在压制螺纹过程中出现任何出乎预料的扭曲。在螺纹形成前作卷边有助于保持螺纹的同心度并使卷边38与锥顶30的基座保持平行关系。
螺纹44可通过各种技术形成，如类似与在美国专利2,409,788中所示的在瓶盖上辊压螺纹的螺纹辊压器。先将一具有螺纹的心轴放入罐颈内，将滚子抵着颈的外表面，沿颈滚动，将金属径向向内挤压进心轴的螺纹内。在另一更好的方法中，螺纹44在颈部49形成前做成，这样心轴就能插入，并从在锥顶的底部大一些的开口处取出(经螺纹拧出)。心轴也能是可分解的，以便将之从罐的螺纹颈中取出。
螺纹44另外也可用螺纹压制机和类似于伊州芝加哥EW Bliss工业公司或CHESHIRE的Conneticut Lou-Jan工具工业公司的工具制成。授予Nussbaum的美国专利5,293,765也公布了一种压制螺纹的方法。它是用一支撑工具或滚子放入罐口，用另一工具或滚子抵着口的外壁旋转，从而在其两个滚子之间的金属上形成螺纹。
图11所示的螺纹锥顶30，现已备好，可与罐口接合或另外连上，造成图1的罐。可采用通常的双锁边。另外，锥形可制成图2那样连在罐体上。罐体最好采用3000号冷拔压延铝合金制造。从罐口罐装，用图3和4所示的带螺纹的塑料或金属盖子密闭。
由于一些原因，开口的卷边或叠边是重要的，这些原因包括提供一密封表面，挡住金属的边缘，加强开口使开口的尺寸最大。本发明提供其他几种卷边或叠边的处理法，尽量实现预期要求，其包括图12(也能内翻)的一外翻边50，一如图13所示的平卷边51，和一如图14所示的内翻卷边47。叠边50和平卷边51比图11的卷边38容许更大的开口直径。卷边38比叠边50或平卷边51更厚，因此必然导致卷边的内径小些，这将防止与固定在锥顶上的盖子的螺纹干涉。
图15，16和17显示了根据本发明制造的另几种带螺纹罐的变化的实施例。这些罐通过如图18～27所示的冷拔、再冷拔和边壁压延过程制得。图15的罐52的颈部有完整的螺纹口53，与螺纹盖(图3，4)相配，并具有双接缝于罐上的、内凸半球形底壁54。图16和17的罐55和56类似，除螺纹套57和58紧扣在罐上以外。图16的罐55的颈部有金属套57。图17的罐56的颈部有塑料套。套筒57包括一环状向外凸出的卷边59，一可选的环状折叠凸缘60和用于与带螺纹的盖子相配的螺纹61。对某些用途的罐可选用折叠凸缘60，即在转运时需将罐支撑在凸缘上或在将盖子盖在罐需将罐支撑在装罐线上的情况。图16和17所示的螺纹套也用在如图1、2所示的锥顶上，代替锥顶上的整个螺纹。
套筒57通过外伸的弯曲凸缘62紧扣在罐55上，凸缘62覆盖在套筒的上面。在制造罐55时，套筒57首先套在容器的圆柱形颈上，然后将凸缘62向下向外辊压或弯曲压在套筒顶部，使之紧扣在圆形锥形颈部上，并将套筒保持在该位置。为防止套筒在罐上转动，可在罐和/或套筒上设置小凹痕、凸缘、狭槽或类似的物。
在卷曲或形成凸缘62时，凸缘的金属会流入或围绕这些小凹痕或凹槽流动使套筒以无法转动的位置固定在罐上。套筒也可粘接在罐上，防止相对转动。凸缘57提供了顶面可供盖子或盖子衬垫(未显示)来密闭。
图17显示的是以塑料套筒58代替金属套筒的类似罐56。塑料套筒58固定在罐子的颈部或口上，与图16金属套筒非常类似，罐也有一个外翻的凸缘63。塑料套筒58可以选择性地包括有转运凸缘45，正如与套筒57的转接凸缘60相似。
图18～27所示，是如制造图15中的在其上具有整体口顶部的罐的形成过程。可以用制造图16和17中罐55和56的同样顺序，只是要装单独的螺纹套筒，而不是在罐上直接压成完整的螺纹。制造一个有整体化口顶部的罐的顺序与制造一个单独的锥体顶部类似，除了该过程包括一个容器边壁的形成过程外。再有，未显示工具，因为它们都是本领域中的常规工具。本发明主要表现于形成操作的次序上，采取的压延百分比以及用工具制造的特别形状上。
第一步首先从一块回火硬质金属板材上制出一冷拔的杯状物64，形成的杯状物64见图18。形成过程最好是本领域中熟知的简单的下料、冷拔操作。杯状物64包括一个底壁65和侧壁66，杯状物64最好是由回火硬化铝合金，如3004-H-19合金中冷拔而成，其厚度在0.007-0.015英寸范围内，最好解为0.0125英寸。金属板材可以有，也可无保护性涂层。这取决于杯体是否接着被压薄其边壁，和涂覆材料能否在压薄操作中保持下来，而对金属或涂层没有显著破坏。大多数情况下，金属都没有事先的涂层，而是在压薄杯体的边壁后才涂层。
图19表明再成型的杯状物64，其低而浅的凸台67在底壁65的中心形成。有些情况下，凸台子67可在第一次下料和冷拔操作中形成。如同图5～11中锥顶的形成过程中一样，凸台67再成型必须至少2次，最好3次或更多，来形成渐高渐细的凸台68，70和72(如图20～22)。凸台72必须有足够的高度，和适当的直径为后来形成与盖子相配合的螺纹提供足够的金属。本发明的实施中，很重要的一点是，第一次冷拔操作(图18)不超过45％的压延量，最好在35％～40％，接着的再冷拔过程每次压延20％～30％。第5次再成型，如图23所示，使凸台直径减小而高度增加，也再形成了凸台凸出端77，从而在向外凸出部分形成至少两阶直径递减的台阶。
在凸台74再新形成之后，存在有一再减小直径端77(如图23)，对杯状物再成型形成图24所示锥台部分76。然后对凸台的圆形底壁78的大部分冲孔或切掉。冲孔的切割端也可向上冲，从而形成如图25所示的环绕凸台端部开口的向上的凸缘75。
形成出口顶边上的卷边和形成出口的螺纹的阶段基本上类似于图1-11中的锥顶10的螺纹和卷边。卷边79(图26)可向内和向外环绕，类似于前述锥顶的卷边。图26和27所示的出口有一向外凸出的环形卷边或锁紧环82，向下和向外的台肩80和形成于其上的螺纹84，这非常类似于图1和11的锥顶10。
为了将杯64成形为罐87，杯64的侧壁86利用本领域的公知技术压薄且拉长。也可在压薄之前对侧壁进行附加冷拔操作来减少其直径并将其拉长。冷拔和压薄的罐体87最好再涂膜来保护饮料或其它装入罐的产品，和未显示的底端置于罐体之上来形成可以灌注的罐。灌注后，带螺纹塑料和金属封盖(图3或图4)旋转接合于带螺纹出口上来封闭罐内物质。
图28和29所示，是另一种按本发明所制成的带螺纹铝罐的另一实施例。本罐90完全由一块回火硬化金属薄板制成，如3004，3104或3204H-19铝合金。罐体在形成瓶颈和刻螺纹之前，是典型的冷拔和压薄罐体91(图30)。但它有一顶部“厚壁”部分92，该部分适于缩颈成罐90中的颈部。厚壁部分92与侧壁的下半部分93相比，没有压得那么薄。厚壁顶部92更适于形成图28，29中的瓶颈94，因它的厚度使其更少起皱或其他意外变形。罐体91的厚壁92部分最好始于边壁与颈顶部之间第一个倒圆88之间的切点处。厚壁延至罐体顶部，等于颈部的长度。本发明所采用的典型的冷拔和压薄罐体(图30)在底部轮廓95中的金属壁厚为0.0135英寸，薄壁部分9293厚0.0055英寸，厚壁部分92厚0.0075英寸。这种罐体直径约3英寸，高约73/8英寸，可容20盎司液体，或高约81/2英寸，可容纳30盎司液体。其他用于本发明的冷拔压薄罐体可有约0.010到0.015英寸金属厚度的底部轮廓95，约0.0045-0.0065的薄壁部分93和约0.0065-0.0085的厚壁部分92。这种罐直径约2.5英寸～3.5英寸，高约5～10英寸。
根据本发明，冷拔和压薄罐体91采用类似于1994年10月18日颁布的美国专利5,355,710中公布的方法，可向内颈缩成锥体顶部94，该专利所公开的内容亦包含在本申请中。制造一个一体的铝罐90至少需要20，最好是25～28或更多次的颈缩操作，以便将铝罐体从约3英寸的直径压缩到有与38mm盖子相配的颈部。将直径3英寸的罐体颈缩为与43mm盖子相配的颈部，同缩到38mm相比需要较少的冲压次数。通常锥台的颈部94最好有些凸凹或台阶96，而不是仅为一直的锥台颈。颈部的阶梯96据信符合审美且减少多次颈缩造成的皱折。此效果是用颈缩联合工艺产生的，在美国申请系列号07/922,913上公布的，可产生均匀或直锥步进颈缩冲压造成多级环状凸棱。参阅美国专利4,519,232；4,693,108和4,732,027图29是罐90的颈顶部94在此顶部造螺纹和卷边前的部分截面图。如图29所示，顶部94包括圆柱体部分97，该部分上设有螺纹99(图28)，和第二个圆柱体98，该部分适于形成在罐体的顶部周边卷成的卷边100(图28)。图29的左侧显示了为在直径为211的罐上形成颈部94由27次颈缩操作中的每一次所导致的缩量。将厚度约为0.0135英寸的回火硬质铝合金颈缩成罐体首次颈缩量应小于0.090英寸，对直径3英寸的罐随后每次颈缩量要小于0.055英寸，对直径2.11英寸的罐随后每次颈缩量要小于0.050英寸。以直径为211的罐颈缩程序为例，开始减小量最好为0.087英寸，随后每次减量为0.049-0.051英寸。在本发明的实践中，大口径的罐比小口径的罐应用厚些的金属来允许在每次颈缩操作中更大的减小量。
按此发明颈缩罐体顶部会造成颈部金属逐步加厚，因而增加了颈部的结构强度。对211口径的罐体，在第一、第二个圆柱体97、98上做螺纹和卷边，使厚度由原来的约0.0068增至0.009-0.010英寸的范围。对300口径的罐，原壁厚约0.0075英寸而最终厚达约0.011英寸。
图28所示罐的顶部，在卷边100，螺纹99，环卷边101和肩部102形成后，参阅图11的锥顶解释说明上述问题。另外，可用如图16和17中所示的一螺纹的金属或塑料套筒紧扣在罐体90上，而非直接在圆柱体97上轧压出螺纹。
图31和32是罐104和106的另一实施例的局部放大图，根据本发明它们具有锥形的颈部，可与带螺纹盖子相配。图31的罐104有一光滑均匀的锥颈105，它是类似用美国专利中请号为07/922,913，申请日为1992年7月31日的方法和工具制成。图32的罐106具有阶梯颈107，有11个凹凸台阶或圆周卷边108，它采用类似于美国专利4,519,232；4,693,108和4,732,027公布的技术模压颈缩制成。对本领域熟练技术人员很清楚，在图32的锥形颈中，可以设置更多或更少的阶梯。阶梯的数目(假如有的话)是选择的要素，取决于所希望生成的形状、金属的厚度、罐的直径、欲做成的颈长、所采用的颈缩操作的次数。在锥颈上生产的台阶同直锥颈相比，每个台阶上允许增加缩小量，因而为达到预定锥度的加工次数减少了。
图33和34是本发明罐110，112的另一个实施例的局部截面图，其中螺纹套筒111和113双锁边在罐的开口端。罐的锥形部分既可类似于如图1和2所示的锥顶也可为图15那样的冷拔、再冷拔罐，或如图28，31和32中的冲压颈的罐。
图35～39显示了在罐体115上密封螺纹套筒114的工具和方法。绕着罐体115的末端开口设有一个向外凸出的凸缘116，在套筒114的底部提供一个L型的凸缘117。凸缘116和117如图36和37所示分两步接合工序相互锁紧。在部分地向下折叠凸缘的第一接合步骤中，是校正搭接的凸缘116和117。在图37中示出了第二步中，内部的支撑滚轮118是定位于罐中，第二个接合滚轮119靠着内部支撑轮压紧凸缘116和117。在封接操作中传动卡盘保持套筒114的位置。
图38和39表示按本发明制作的又一种带螺纹的锥顶122和带螺纹罐124。锥顶122上有带螺纹的套筒123，可将它胶合或焊接或用其他方法牢接在锥顶的中心开口处。罐124具有固定在罐顶中心开口上的长筒螺纹口125。罐124是用类似于图18～25所示的方法反复冷拔拉制而成，并具有接在罐上的底壁126。此罐类似于图28，31，32所示的冲压颈缩罐。
从以上叙述和参照的附图可见本发明提供形成可接合螺纹封盖的螺纹金属罐的许多可选方案。每个可选方案有不同的优点。罐的金属重量是选择所需方案的主要因素。图28的一件瓶或罐提供了重量最轻的可选方案。例如，一个20盎司容积的单件铝瓶(图28)将为每1000个罐重约47～48磅的净重。图15的具有整体螺纹顶的罐体具有每1000个20盎司容积的罐净重约55～56磅。图1的两件锥顶罐每千罐(20盎司容积)净重57～58磅，图2的粘合锥顶罐具有20盎司容积的每1000罐净重约53～54磅。带独立的螺纹套筒的罐比整体带螺纹的罐重约7磅/千罐。
本发明的罐具有现有技术中单个包装从没有的优点和特性。本发明的罐质轻，成本低，可经济地回收，可再封，不破裂、可挤压的特点，适用于热罐装、冷罐装、无菌罐装和消毒，及在成形由于金属的阻隔性好所以在内部压力40-110psi下可以长期保质。本发明的罐包括一带螺纹瓶颈，它与螺纹盖相配，完成密闭罐体的要求。此罐特别应具有螺纹，螺纹尺寸精确符合密封要求。这是包装业的长期以来的需要，本发明的罐在此方面具有优势。
上述图示和描述的本发明的几个实施例和方法，在下列权利要求的范围内可另外地体现和实践。例如本发明包括造成一带颈容器，包括位于其上或在套筒上附着的凸耳，用于固定一凸耳帽，来紧扣在凸片帽上，而不是在罐顶用一螺纹封盖。
权利要求
1.一种由回火硬质金属薄板制成的轻质可再封闭金属罐，包括冷拔和压薄的侧壁，底壁和颈部罐体，颈部的直径明显要小于上述侧壁直径，上述颈部包括有螺纹，以便拧紧带螺纹的盖并密封罐中物。
2.根据权利要求1中所述罐，其特征是上述颈部是在接合在或粘接在冷拔压薄的罐体锥顶上。
3.根据权利要求1中所述罐，其特征是上述螺纹刻在固定在上述颈部的套筒上。
4.根据权利要求1中所述的罐，其特征是所述的颈部与侧壁为一整体，而底壁以接合在上述罐上。
5.根据权利要求1中所述罐，其特征是侧壁、底壁和颈部相互构成完整的一体。
6.根据权利要求5中所述罐，其特征是上述颈部由冷拔压薄的罐体顶部冲压缩颈而成。
7.根据权利要求6中所述罐，其特征是上述颈部至少有两道绕其设置的凹凸。
8.根据权利要求1中所述罐，其特征是所述金属是铝合金。
9.由回火硬质薄板铝合金制成的轻质、可再次密封的罐，包括一个冷拔压薄侧壁，完整的底壁和上面刻有螺纹的一体的锥台颈部，用于接纳带螺纹的封盖以便在压力下密封罐。
10.根据权利要求9中所述罐，上述的锥台颈部由冲压缩颈而成。
11.由回火硬质薄板铝合金制成的轻质、可再次密封的罐，包括冷拔压薄侧壁，接合到上述侧壁上的底部，和一个一般是锥台型的颈部，其与上述侧壁连为一体，上述颈部有螺纹用于接纳带螺纹盖。
12.根据权利要求11中所述罐，固定有一带螺纹盖。
13.根据权利要求12中所述罐，其特征在于，上述盖子为铝制。
14.根据权利要求12中所述罐，其特征在于，上述盖子为塑料制。
15.一种用于形成罐的带螺纹锥体顶部的方法--从一块厚度约为0.007-0.015英寸的回火硬质铝合金板材上冲下一块圆板；--在由圆周凸缘限定的上述圆板上，冷拔一个低圆柱形凸台；--再冷拔上述凸台；至少2次，以增加其高度并减少其直径，形成帽子形状的预制形，其具有封闭的底壁，圆柱形侧壁和周缘部分；--再成型上述周缘部分为一凸缘，该凸缘适于固定在罐体上；--除去至少一部分上述底壁；--围绕上述侧壁顶部形成一个卷边；和--在上述侧壁上形成螺纹，以便在上述产品上固定带螺纹封盖。
16.根据权利要求15中所述方法，其特征在于，所述卷边向外向下翻。
17.根据权利要求15中所述方法，其特征在于，所述圆柱凸台至少再冷拔3次，以增加高度，减少直径
18.根据权利要求15中所述方法，其特征在于，所述侧壁的顶端边缘部分的直径减少，上述卷边由这样的减少直径的顶部边缘部分形成。
19.根据权利要求15中所述方法，其特征在于，一个向外凸出的环状卷边设在上述螺纹之下的上述侧壁上。
20.根据权利要求15中所述方法，其特征在于，所述的圆柱侧壁轴向长至少0.950-0.975英寸。
21.根据权利要求15中所述方法，其特征在于，所述铝合金是3000或5000号合金。
22.根据权利要求15中所述方法，其特征在于，所述圆锥顶接合在罐体上。
23.根据权利要求15中所述方法，其特征在于，所述圆锥顶粘合固定在罐体上。
24.根据权利要求15中所述方法，其特征在于，所述下的圆柱形凸台冷拔成直径是所述圆板直径的60％。
25.根据权利要求15中所述方法，其特征在于，每一次对所述圆柱形凸台的所述再冷拔减少所述凸台的直径约20～30％。
26.一种用于形成其颈部有螺纹的一金属板材罐方法--从一块厚度约0.010-0.015英寸的回火硬质铝合金板上冲下一块圆板；--冷拔上述圆板成为有底壁和圆柱侧壁的杯状物；--在所述凸台与所述侧壁相连的的圆周凸缘部分所限定的所述端壁中，冷拔一低的圆柱形的凸台；--再次冷拔至少2次上述凸台，使其高度增高，直径减少，形成圆柱颈部，该颈部具有封闭底壁和与上述周缘部分相连的侧壁；--去掉至少一部分上述封闭的底壁；--围绕着上述圆柱形颈部的侧壁顶部形成卷边；和--在上述圆柱形颈部侧壁上形成用于将封盖固定于其上的螺纹。
27.根据权利要求26中所述方法，其特征在于，卷边形成是将所述侧壁顶边径向翻卷形成。
28.根据权利要求26中所述方法，其特征在于，所述圆柱形凸台至少再冷拔3次以增加其高度，减少其直径。
29.根据权利要求26中所述方法，其特征在于，所述侧壁顶边部分直径减少，所述卷边由该减少直径的顶边部分形成。
30.根据权利要求26中所述方法，其特征在于，向外凸出的环状卷边形成于所述螺纹下的侧壁上。
31.根据权利要求26中所述方法，包括压薄上述杯状物的侧壁，减少厚度，增加长度。
32.根据权利要求26中所述方法，其特征在于，所述螺纹位于围绕冷拔的凸台固定的金属环中。
33.根据权利要求26中所述方法，其特征在于，所述螺纹位于围绕冷拔的凸台固定的塑料环中。
34.根据权利要求26中所述方法，其特征在于，所述螺纹设在所述凸台的壁上。
35.根据权利要求26中所述方法，其特征在于，将所述低圆柱形凸台的直径冷拔减至少为所述杯状物直径的60％。
36.根据权利要求26中所述方法，其特征在于，对所述的凸台每一次再冷拔后其直径减少约20～30％。
37.一种用权利要求26中所述方法制造的一个金属板材罐。
38.一种形成有用于接收螺纹盖螺纹颈部的金属板材罐的方法，所述方法包括--从厚度约0.007-0.015英寸的回火硬质铝合金薄板上冲下一圆盘，--将所述圆盘冷拔成有底壁和圆柱形侧壁的杯状物；--在将所述凸台与所述侧壁相连的圆周凸缘部分所限定的所述端壁中，冷拔出一个低的圆柱形凸台；--再次冷拔上述凸台至少2次，以增加其高度并减少其直径，从而形成有封闭的底壁和侧壁的圆柱形颈部；--至少冲去一部分上述底壁；-围绕上述圆柱形颈部设置一个带螺纹的圆柱形元件；和--将上述侧壁顶边部分外翻，形成卷边圆周凸缘，其覆盖在所述圆柱形元件的顶部，使其保持在上述颈部上。
39.根据权利要求24中所述方法，其特征在于，将所述圆柱凸台至少冷拔3次以增加其高度并减少其直径。
40.根据权利要求24中所述方法，其特征在于，所述带螺纹的圆柱形元件是由铝材制成。
41.根据权利要求24中所述方法，其特征在于，所述带螺纹的圆柱形元件是由塑料制成。
42.根据权利要求24中所述方法，其特征在于，所述铝合金为3004H-19，3104或3204。
43.根据权利要求24中所述方法，其特征在于，所述凸台的直径约为24～45mm。
44.一种用权利要求24所述方法形成的金属板罐。
45.一种制造有用于接收带螺纹盖的螺纹颈的金属板材罐的方法，上述方法包括--提供一个由回火硬质铝合金制成的冷拔、压薄的罐体，所述铝合金厚度约为0.007-0.015英寸；上述罐体有一个上部较厚的侧壁，--渐次将上述侧壁的所述厚壁部分颈缩至少15次，使之成为一般的锥台部分；和--在所述锥台部分的顶部形成保持盖的装置。
46.根据权利要求45中所述方法，其特征在于，包括在所述锥台上部形成一个圆柱形顶部，并在上述圆柱形顶部设置螺纹。
47.根据权利要求45中所述方法，其特征在于，对所述厚壁部分逐渐颈缩至少20次。
48.根据权利要求45中所述方法，其特征在于，对所述厚壁部分逐渐颈缩至少25次。
全文摘要
一种由薄标准硬回火金属制成的轻型可重密封金属罐,它包括罐体,该罐体有冷拔和压薄的侧壁,底端壁,和一颈口部分,该颈口部分的直径大大小于所述的侧壁,该颈口部分包括适于接合螺纹封盖和密封罐内物质的螺纹,和一种形成罐的方法。
文档编号B21D51/26GK1171751SQ95197193
公开日1998年1月28日 申请日期1995年11月21日 优先权日1994年11月22日
发明者汉斯·H·迪克霍夫, 查尔斯·L·乔丹, 斯克特·C·拜昂迪克 申请人:美国铝公司