金属容器和类似物的挤压推杆成形方法技术

一种成形瓶子形或者其它异形金属容器的方法，该方法使一端封闭的空心金属预制件承受内部流体压力，使得该预制件膨胀以便贴靠具有所需形状的模具空腔（１０）的壁，并将冲头（１２）推入到模具空腔（１０）中，以便在膨胀开始之前或者之后，但在膨胀结束之前，使预制件的封闭端部发生位移和变形。进行加压步骤的方法是，同时向模具空腔内的预制件施加独立可控的内部和外部正流体压力，从而改变这两个压力之间的压差，由此控制应变率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及成形金属容器和类似物的方法，该方法采用内部流体压力使空心金属预制件或者工件在模具腔内膨胀。在一个重要的特殊方面，本专利技术在于提供一种成形具有例如非对称特征瓶子形状的异形形状的铝容器或者其它金属容器的方法。
技术介绍
金属罐已是众所周知，广泛用于装各种饮料，现在的饮料罐主体不管是单件“拉拔”主体或者两端开口的主体(在底端和顶端分别具有单独的密封部件)，一般均具有简单的直圆筒侧壁。因为要求美观、吸引消费者和/或产品识别，有时希望金属饮料容器的侧壁具有不同的更为复杂的形状。具体是要求形成一种具有瓶子形状的金属容器，而不是普通的圆筒罐形状。然而，常规的制罐操作不能得到这种结构。为了这些和其它目的，最好提供一种方便的有效方法，能将工件成形为瓶子形状或者其它复杂形状。另外，形成这样一种工艺规程也是有用的，使得这种规程能够形成径向不对称的异形容器，从而可以增加可用设计的多样性。
技术实现思路
本专利技术在广义上提供一种成形金属容器的方法，该容器具有确定的形状和横向尺寸，该方法包括将一端封闭的空心金属预制件配置在模具腔中，该模具模具空腔由模具的壁侧向封闭，该模具空腔具有确定的形状和横向尺寸，冲头配置在模具空腔的一端并可以移入到模具空腔中，预制件的封闭端部配置成靠近该冲头并对着冲头，预制件的至少一部分开始时与该模具壁向内分开一定距离；使该预制件承受内部流体压力的作用，从而使预制件向外膨胀，达到基本上完全与模具壁接触，由此使预制件具有预定形状和横向尺寸，在预制件封闭端部施加的流体压力作用力对着模具空腔的上述一端；或者在预制件开始膨胀之前或者之后，但是在预制件完成膨胀之前，将冲头推入到模具空腔中，在流体压力作用力方向的相反方向上接合该预制件的封闭端部，并使该端部位移，由此使预制件的封闭端发生变形。可利用推杆移动冲头，该推杆能够向冲头作用充分大的力，使预制件发生位移和变形。这种方法有时在本文中称为挤压推杆成形(PRF)工艺，因为容器是通过施加内部流体压力和利用推杆推动冲头形成的。作为本专利技术的另一特征，该冲头具有异形表面，使预制件的封闭端部发生变形，形成与该异形表面相一致的表面。例如，该冲头具有拱形形状，预制件的封闭端部可以变形成拱形形状。容器成形的确定形状可以是瓶子形状，包括颈部分和横向尺寸大于颈部分的主体部分，模具腔具有长轴线，预制件也具有长轴线，并配置成基本上与模具空腔共轴线，而冲头可沿模具空腔的长轴线运动。有利的是并最好是该模具壁包含拼合模具，在取出已成形的容器时，该拼合模具可以分开。采用这种拼合模具时，上述确定形状可以是相对于模具空腔的长轴线不对称的形状。该冲头最好在开始时，在施加流体压力之前，靠近预制件的封闭端定位或与其接触，以便限制流体压力造成的预制件纵向伸长。在预制件的膨胀下部分接触模具空腔壁之后，开始移动冲头。用于形成瓶子形状容器和类似物的预制件最好是细长的，起始为大体圆筒形的工件，该工件具有与封闭端相对的开口端。在本专利技术特定实施例中，该预制件的直径基本上等于瓶子形状的颈部分，并具有充分大的可成形性，从而可以用单次压力成形操作膨胀到确定的形状。如果缺乏这种成形性，则在进行上述PRF方法之前需进行预备步骤，将工件放在比上述模具腔小的模具腔内，并在该工件内加上内部流体压力，使工件膨胀到中间尺寸和形状，该中间尺寸和形状小于确定的形状和横向尺寸。或者，如果伸长的起始大体为圆筒形的工件其起始直径大于瓶子形状颈部分尺寸，则成形瓶子形状容器的方法包括另外的操作步骤，在实施PRF规程之后，使工件的开口端部分承受旋转成形操作，形成直径减小的颈部分。或者，可以用模具缩颈工艺减小预制件项部区域的直径。可以在膨胀阶段之前应用这种模具缩颈工艺。预制件可以是铝预制件(本文所用的术语“铝”是指铝合金和纯铝金属)，该预制件可以用铝板形成，该铝板具有再结晶的或者恢复的微结构，该微结构的尺寸范围在约0.25～1.5mm之间。可以通过拉拔-重拉操作或者反向挤压工艺加工该铝板，将该板形成为一端封闭的圆筒件。在用内部流体压力膨胀预制件的步骤期间，在以下若干连续的阶段中在预制件内施加流体压力(i)在预制件膨胀开始之前将压力升到第一峰值压力；(ii)在膨胀开始时将压力降低到最小值；(iii)在进行膨胀直到预制件膨胀到不完全接触模具壁时逐渐将流体压力升到中间值；(iv)在预制件膨胀完成期间从中间压力值升高该流体压力。按照这种顺序的压力阶段，在本专利技术的优选实施例中，基本上在阶段(iii)的末端开始移动冲头，使预制件的封闭端部发生位移和变形。在施加内部流体压力时，该预制件的封闭端部在预制件接触模具壁时，一般呈现为大的半圆球形状；并且基本上在预制件封闭端部呈现为这种形状时开始移动冲头。按照本专利技术，使预制件承受内部流体压力作用的操作步骤还包括同时向模具空腔内的预制件施加内部正流体压力和外部正流体压力，该内部正流体压力高于外部正流体压力。该内部和外部压力分别由独立控制的压力系统提供。可以通过独立控制同时作用于预制件的内部和外部正流体压力来控制预制件的应变率，控制内部和外部正流体压力可以改变内部正流体压力和外部正流体压力之间的压差。这样，便可以避免由过高应变率所引起的问题，并取得另外的有利结果，例如降低流体静应力，这种静应力可能造成对容器壁的微结构损坏。按照本专利技术的再一特征，已经发现，在预制件膨胀期间最好加热，例如在预制件上形成温度梯度。通过将加热器装在冲头上，可以在预制件上从底部朝上产生温度梯度。也可以在模具的顶端装上分开的加热器，这种加热器可以在预制件上从顶端向下形成温度梯度。还可以在模具空腔的侧壁部分装上另外的加热器。从而在预制件膨胀期间产生另外的温度梯度，以便确定开始膨胀的位置和提供改进的成形性。已经发现，最好使冲头在开始膨胀之前与预制件的底部接触，以便在膨胀的整个期间由冲头施加一定的轴向力。冲头可以在整个膨胀期间向预制件的封闭端部施加一定轴向力，采用这种操作时，预制件封闭端部的位移和变形最好不发生，直至膨胀操作结束。从下面的详细说明以及附图可以看出本专利技术的其它特征和优点。附图说明图1是简化的示意透视图，示出用于实施本专利技术例示性实施例方法的加工装置；图2A和2B是类似于图1的视图，示出实施本专利技术方法第一实施例的顺序步骤；图3是曲线图，示出内部压力和推杆位移随时间的变化，用空气作流体介质，示出在本专利技术方法中，使预制件承受到内部流体压力作用的操作和冲杆的移动操作随时间的关系；图4A、4B、4C和4D是类似于图1的视图，示出实施本专利技术方法第二实施例的顺序步骤；图5A和5B分别是类似于图1的视图和旋转成形步骤的简化示意透视图，示出实施本专利技术第三实施例的顺序步骤；图6A、6B、6C和6D是在本专利技术方法中的顺序步骤的计算机生成示意立视图；图7是在一段时间(用任何时间单位)内压力变化的曲线，示出同时向模具腔中的预制件独立施加可控内部和外部正流体压力的曲线，并与不存在外部正压力的内部压力变化(如图3所示)进行比较；图8是在时间过程中应变变化的曲线，该曲线是用有限元分析得到的，示出在图7中相比较的两个不同压力条件下一个特定位置(元)的应变；以及图9是类似于图7的曲线图，示出在内部和外部正流体压力同时加在模具模具空腔中预制件上时用于成形工艺中的特殊控制机构；图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成形金属容器的方法，该金属容器具有确定的形状和横向尺寸，该方法包括：（ａ）将一端封闭的空心金属预制件配置在模具空腔中，该模具空腔由模具壁封闭，并确定所述形状和横向尺寸，在模具空腔的一端配置冲头，该冲头可以移入到模具空腔中，预制件的封闭端部靠近冲头配置，面向该冲头，预制件的至少一部分开始时与模具壁向内分开一定距离；（ｂ）向预制件施加内部流体压力，从而使预制件向外膨胀，达到基本上完全接触模具壁，由此使预制件形成所述确定形状和横向尺寸，作用在所述封闭端部上的流体压力作用力的方向向着模具空腔的所述一端；（ｃ）将冲头推入到模具空腔中，使其在流体压力作用力方向的相反方向接合该预制件的封闭端部，并使该端部位移，由此形成预制件的封闭端部。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：P哈姆斯特拉，S梅斯文，K贡，JD穆尔顿，RW马洛里，
申请(专利权)人：诺维尔里斯公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]