專利名稱：增高強度的容器蓋的制作方法
本申請為1987年7月20日提交的待準(zhǔn)申請案SN75，384號的部分繼續(xù)申請。
本發(fā)明涉及飲料金屬容器。具體涉及增高強度的容器蓋。
僅在美國，飲料金屬容器的年產(chǎn)量超過七百億，所以在包裝工業(yè)中，為一項極有竟?fàn)幮缘漠a(chǎn)品。即使制造容器蓋的金屬厚度稍微減小一些，每年便可節(jié)約億萬元。
容器蓋一般包含有通常為平面形的中心片，環(huán)繞中心片布置并從中心片向下彎伸的中片環(huán)，從中心片環(huán)向下伸的內(nèi)股，在遠(yuǎn)離中心片環(huán)一側(cè)和內(nèi)股連接的彎連接部，與彎連接部連接并向上伸的外股，用于和容器作二重卷封的外卷邊。
這種容器強度的一個局限性，是使蓋發(fā)生撓曲的內(nèi)壓。該內(nèi)壓的數(shù)值便是該蓋的抗彎強度。撓曲所指是蓋的有害永久變形，包括內(nèi)股，外股和中心片的變形，這時蓋的圓形的規(guī)則性被蓋內(nèi)灌入的流體的壓力破壞。給定蓋的抗彎強度，是蓋抵抗撓曲所造成損壞的能力的尺度。
對于容器蓋抗彎強度的提高已作各種試探;這些試探可以下面討論的已頒發(fā)專利作代表格德(Gedde)在美國專利第3，774，801號中闡述了用一個復(fù)雜的中心片的拱頂，作為提高蓋的抗彎強度的方法。
冠利(Khoury)在美國專利第3，441，170號中闡述在中片環(huán)的內(nèi)部壓痕，作為在加壓下使中片呈拱形，而不使作拱形將全部撓曲力加在這蓋的內(nèi)外股上的方法，從而還可防止撓曲使容器蓋和側(cè)壁間的密封損壞。發(fā)明人稱壓痕區(qū)有鉸鏈作用。
左頓(Joran)在美國專利第4，031，837號中闡述，將內(nèi)股角度增大到接近直角，并將彎曲連接部從中心片向下移，以減小將內(nèi)外股連接的彎曲連接部的半徑，改變蓋的形狀，使抗彎強度提高。
克拉斯卡(Kraska)在美國專利第4，217，843號中闡述一種再成形操作，通過拉伸中片部的金屬，將內(nèi)外股更接近垂直放置，中片環(huán)內(nèi)半徑減小，在中片環(huán)的內(nèi)半徑上壓痕，以產(chǎn)生中心片的拱形。
據(jù)發(fā)現(xiàn)，中心片的某些拱形，可提高容器的抗彎強度，因為可消除作拉環(huán)開罐件劃線造成的多余金屬。專利權(quán)人揭示，制拱形可消除全部多余的金屬，實際伸長中片部的金屬。
先有技藝包括吳言(Nguyen)的專利，即美國專利4，434，641號及4，577，774號，兩者都和本發(fā)明為共同專利權(quán)人。在這兩專利中，吳言說明在中片環(huán)的外凸表面上壓痕，可提高容器蓋的抗彎強度。
吳言稱壓痕是在特定的有限區(qū)域，即預(yù)定的區(qū)域，一般用成形沖床(Conversionpress)在一次機(jī)械沖壓過程中，在蓋的外部減小金屬厚度，作金屬的局部變形或冷加工。
壓痕產(chǎn)生中心片的壓制拱形。如吳言在上述先有技藝領(lǐng)域的專利中所述，最好設(shè)置壓緊墊限制拱形頂成形。
在本發(fā)明中，提高強度的容器蓋的類型，有一個中心片和容器軸線垂直并有外周緣，一個中片環(huán)繞中心片的周緣，并有凸外表面，其弧形向下彎曲，又有一個無壓痕的弧形段，一個內(nèi)股從中片環(huán)向下伸，一個連接部向上彎，在蓋的外側(cè)有一個凹弧，一個外股從連接部向上伸，一個外彎卷向外下方卷曲，用于將蓋和容器側(cè)壁作二重卷封。
在本發(fā)明的一個理想實施方案中，中片環(huán)凸表面的一個部分上，作和容器軸線傾斜的壓痕，對有第一周緣區(qū)的截頭圓錐形壓痕表面作冷加工;凸表面的另一部分按與容器軸線的另一傾斜角度壓痕，對有不同周緣區(qū)的另一截頭圓錐形壓痕表面冷加工。
通過控制壓痕角度，控制第一及第二壓痕的壓痕的角度差異，并控制壓痕余料的厚度，便可顯著提高抗彎強度。據(jù)信抗彎強度的這種很大提高，是因為形成了一個交叉應(yīng)變場帶，并且由于冷加工而提高了材料的硬度和抗張強度。
本發(fā)明可取得比不壓痕容器蓋大的抗撓曲壓力;并且本發(fā)明可取得大于先有技藝領(lǐng)域壓痕方法取得的抗撓曲壓力。
抗撓曲壓力的這種提高，是通過在蓋外表面上的徑向總曲線段上作壓痕而取得，這該抗撓曲壓力比吳言在美國專利第4，434，641及4，577，774號所提出的壓出單個截頭圓錐壓痕表面所取得的抗撓曲壓力高。這較大的曲線段可包括中心片一部分和/或內(nèi)股一部分，并包括中片環(huán)的大部或全部。
在吳言的專利中，冷加工的材料的截面是一個扇形，和中片環(huán)的內(nèi)弧形有給定的距離。本發(fā)明對一個量的材料冷加工，其截面積大于上述扇形的截面積。
據(jù)信本發(fā)明通過在各冷作表面之間及下方的金屬中，形成有相交應(yīng)變場的窄地帶，故可取得較大的抗彎強度。該窄地帶造成環(huán)繞中心片的增強部。這地帶本身的特點，是有分別的冷作工序，依次或同時進(jìn)行，在與容器軸線一個以上的方向上傾斜、制作交叉的變形區(qū)域，使通過拉延或輥軋的金屬料坯，區(qū)域和周圍金屬的機(jī)械紋理有不同的方向和形狀。
機(jī)械紋理(或纖維紋理)可從夾雜物，空隙，次生相組成粒子的排列，和因為機(jī)械拉延或輥軋主方向中晶體滑移平面的排列可能造成的晶格彎曲或碎化等觀察到。紋理或纖維是產(chǎn)生這種金屬典型機(jī)械特性的重要因素。
據(jù)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的蓋結(jié)構(gòu)比先有技藝領(lǐng)域有出人意外的高抵抗撓曲的能力，雖然還沒有令人滿意的理由足以充分解釋，但應(yīng)設(shè)想本發(fā)明并不受其限制，本文假定造成上述地帶的行動使之成為一個有重要作用的機(jī)械增強部，包括方向基本不同的變形搭接區(qū)域。在該地帶中，機(jī)械紋理的對稱，或和周圍金屬的連貫性已改變。參看圖7，標(biāo)志X的區(qū)域表示蓋的未經(jīng)壓痕冷加工的一個部分中的機(jī)械紋理，區(qū)域Y表示僅經(jīng)一個方向壓痕冷加工(或僅一個與容器軸線傾斜角度)的蓋的部分中的機(jī)械紋理，區(qū)域Z表示由于在一個以上方向上的壓痕造成應(yīng)變場，改變了紋理對稱的地帶。據(jù)信在承受流體壓力時，這地帶的特性不同于未壓痕的金屬及一方向冷加工的金屬，因此，可通過阻止蓋中的附加均勻變形而賦予抗彎強度。這效果可能是因為消除或減少了一般機(jī)械紋理的連貫性已有很大改變的地帶中的金屬的各向異性性質(zhì)而取得。已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明可應(yīng)用于許多種類的金屬，尤其有機(jī)械紋理的金屬。
此外，據(jù)信包括該窄帶，亦即有交叉應(yīng)變場的區(qū)域的壓痕區(qū)里的金屬由于加工硬化的機(jī)理，其硬度及抗張強度高于未壓痕的區(qū)域。據(jù)信強度的這種提高，抵銷材料厚度的相應(yīng)減小，并構(gòu)成通過壓痕取得的抗撓曲力。
因此，在應(yīng)用于鋁合金(例如美國制鋁業(yè)協(xié)會規(guī)范AA5182號)蓋的本發(fā)明最佳實施方案中，通過壓痕減低的厚度，應(yīng)在原材料厚度的25%至40%范圍內(nèi)。應(yīng)該理解，有不同延性或不同加工硬化性質(zhì)的其他合金，允許有不同的壓痕量，以取得高強度而不導(dǎo)致不容許的副作用。
最好在分別的冷加工作業(yè)中，在蓋外表的兩個區(qū)域中壓痕。在第一作業(yè)中，形成第一截頭圓錐表面，其中包括中片環(huán)弧形段的一部分，和中心片或內(nèi)股外表面一個部分。
在第二作業(yè)中，形成第二截頭圓錐形表面，其中包括中片環(huán)弧形段的另一部分，并可包括另一相連部分外表面的一部分。就是說，如果第一作業(yè)包括中心片的一部分，則第二作業(yè)可包括內(nèi)股的一部分。
選定某一壓痕角度后，壓痕表面重迭，因而第二壓痕作業(yè)將第一截頭圓錐形表面的一部分改變，成為第二截頭圓錐形壓痕表面的一部分。在下文中將第二截頭圓錐形表面的再成形部分，稱為二次冷作周邊部。
如選擇變化大的壓痕角度，則兩截頭圓錐壓痕表面之間，將有中片環(huán)的一個未壓痕部分。雖然用這種壓痕角不能取得二次冷作部分的最大優(yōu)點，但仍可觀察到在壓痕表面下面的金屬中有一個交叉的應(yīng)變場，可取得在這種區(qū)域或地帶中作增強的優(yōu)點。并且，角度差異大的壓痕，可對中心片及內(nèi)股的一個較大的部分冷加工，取得強度效益。
在本發(fā)明的第二理想實施方案中，冷加工產(chǎn)生一個弧形表面，而不是兩個截頭圓錐形表面。在弧形實施方案中，弧形冷作表面的起伏形狀和蓋內(nèi)側(cè)的總的起伏形狀一致，或和蓋外側(cè)的未壓痕起伏形狀一致，留出大致均勻的未壓痕部分。
壓痕剩余材料一定時，弧形壓痕冷加工的材料的截面，大于先有技藝領(lǐng)域或本發(fā)明截頭圓錐壓痕方案的截面。
并且，未壓痕材料的弧形段長度一定時，弧形壓痕冷加工的材料截面，大于吳言或本發(fā)明截頭圓錐形壓痕方案的截面。
可以理解，本發(fā)明的這種弧形壓痕，據(jù)信可造成有交叉應(yīng)變場的區(qū)域。
本發(fā)明的弧形壓痕可在一個或多個工序中進(jìn)行，取得兩倍的冷加工面積，或降低每一工序中要求的壓力機(jī)容量。
本發(fā)明的一個主要目的，是使用的金屬厚度一定時，提高容器蓋中可能取得的抗彎強度，或者用較薄的材料或強度較低的材料，取得相同的抗彎強度。
本發(fā)明的一個目的，是對容器蓋的部分進(jìn)行冷加工，提高容器蓋的抗彎強度。
本發(fā)明的一個目的，是對長度比過去大的弧形段的金屬作冷加工。
本發(fā)明的一個目的，是壓痕剩余部分一定時，可對比過去截面積大的材料作冷加工。
本發(fā)明還有一個目的，是使用過去主要作主體坯料用的坯料，并含有鋁和鋼的合金。
本發(fā)明又一目的，是金屬的不壓痕弧形段的長度一定時，可對比過去大的截面積作冷加工。
本發(fā)明的一個目的，是在第一及第二壓痕工序中，將有中片環(huán)的端部，冷加工其凸表面弧形段的第一及第二部分，以提高蓋的抗撓曲力。
本發(fā)明的一個目的，是在一次壓痕作業(yè)中，對中片環(huán)弧形段的第一部，和中心片的一個相連部分作冷加工，在另一次壓痕作業(yè)中，對中片環(huán)弧形段的另一部分，和內(nèi)股的相連部分作冷加工，以提高端蓋的抗撓曲力。
最后，本發(fā)明的目的是在一次壓痕作業(yè)中對中片環(huán)弧形段的第一部分及中心片的一個相連部分作冷加工，在另一次壓痕作業(yè)中對片環(huán)弧形段的其余部分，及內(nèi)股的一個相連部分作冷加工，并在兩次壓痕作業(yè)中對中片環(huán)的一個弧形部分作冷加工，以很大提高金屬蓋的強度特性。
上述各目的之所以能取得，是通過在金屬蓋中設(shè)一個內(nèi)蓋部分，一個外蓋部圍繞該內(nèi)蓋部，并向外有一個間隔，一個弧形環(huán)圍繞該內(nèi)蓋部，該弧形環(huán)放在內(nèi)外蓋部之間形成一體，形成該弧形環(huán)中的一個第一平表面作第一面的壓痕，形成第二平表面與第一平表面的一個面積并列并與之搭接，作第二面的壓痕。從外面的觀點看，上述各目的之所以能取得，是通過在金屬蓋中設(shè)置了一個內(nèi)蓋部，一個環(huán)繞該內(nèi)蓋部的外蓋部，由內(nèi)蓋部向外有一個間距，一個弧形環(huán)圍繞該內(nèi)蓋部，該弧形環(huán)放在該內(nèi)外蓋部之間，形成一體，在該弧形環(huán)中形成有交叉應(yīng)變場的地帶，形成圍繞該內(nèi)蓋部的增強件。
上述各目的之進(jìn)一步取得，是通過金屬蓋的增強方法，該蓋截面中有相當(dāng)?shù)募y理結(jié)構(gòu)，該金屬蓋設(shè)有弧形環(huán)，該增強方法包括在一個以上的方向上對蓋的彎曲環(huán)形圈作冷加工，形成有交叉變形的地帶，從而改變結(jié)構(gòu)的紋理及連貫性。
本發(fā)明制造的物件是一個金屬蓋，其中有一個內(nèi)蓋部，一個環(huán)繞該內(nèi)蓋部的一個外蓋部，由內(nèi)蓋部向外有間距，一個弧形環(huán)圍繞該內(nèi)蓋部，該環(huán)放在該內(nèi)外蓋部之間形成一體，該弧形環(huán)有一個有交叉應(yīng)變場的地帶。


圖1為按本發(fā)明第一實施方案制造的金屬蓋的透視圖;
圖2為圖1中金屬蓋的放大局部側(cè)剖視圖，顯示兩截頭圓錐形壓痕表面的斷面;
圖3為圖2中片環(huán)的局部放大剖視圖，基本與圖2相同，用虛線表示壓痕表面;
圖4為圖2視圖的重復(fù)視圖，以便于對本發(fā)明各特征進(jìn)行標(biāo)號和敘述;
圖5為圖2中片環(huán)的另一個重復(fù)視圖，目的是為便于對本發(fā)明進(jìn)行標(biāo)號和敘述;
圖6為對圖2的中片環(huán)的再一次重復(fù)視圖，以便對本發(fā)明標(biāo)號并作敘述;
圖7為圖1所示實施方案的放大側(cè)剖視圖，簡示金屬的紋理和尺寸，供本說明書說明數(shù)學(xué)計算用;
圖8為本發(fā)明一個實施方案的放大剖視圖，方案中有弧線形的冷加工;
圖9為抗彎強度相對于拱頂深度的曲線圖，A斜線代表雙壓痕金屬蓋，B斜線代表單壓痕曲線;
圖10為抗彎強度(磅/平方英寸)相對于冷加工量(平方英寸)的曲線圖，曲線C表示雙壓痕金屬蓋(本發(fā)明)，曲線D表示單壓痕。
參看附圖，尤其如圖1及2所示，一個容器蓋或金屬蓋10，有一個中心片或內(nèi)蓋部12，垂直于容器軸線14而放置，有一個圓周邊16，一個中片環(huán)或弧形環(huán)18，和中心片2成為一體，從圓周邊16向下彎，一個圓內(nèi)股或外蓋部20，和中片環(huán)18成為一體，從上面向下伸，一個彎曲連接部22，和內(nèi)股20成為一體，有內(nèi)圓弧23，一個圓外股24，和連接部22成為一體，從其上向上伸，并有一個外彎卷26，和外股24成一體，有外周緣28。
由于容器蓋10的互相結(jié)成一體的各部分都予定名并標(biāo)號，圖中在上述定名的部分的盡頭，和相鄰上述定名的部分連接處加虛線30分隔。
參看圖2及3，有中片環(huán)18的金屬蓋10其無壓痕厚度為32;中片環(huán)18有無壓痕弧形段34，包括無壓痕凸弧面36的全部。
截頭圓錐表面37及38在圖3-6中用虛線30表示。在圖3的實例中，兩個截頭圓錐壓痕表面的階面37及38有一個總的不壓痕弧形段39，大于中片環(huán)18的不壓痕弧形段34，然而并非所有的壓痕角組合都如此。
參看圖6，截頭圓錐壓痕表面37包含一個周邊部分或中片環(huán)18的不壓痕弧形段40，和周邊部分或中片12的不壓痕段41。
截頭圓錐壓痕表面38包含中片環(huán)18的周邊部分或不壓痕弧形段42，和內(nèi)股20的周邊部分或不壓痕段43。
參看圖1及2，金屬蓋10有中心片12，中片環(huán)18，內(nèi)股20，弧形連接部22，外股24，和外彎卷26，在全部上述定名部分外還有公開側(cè)或外側(cè)44和產(chǎn)品側(cè)或內(nèi)側(cè)45。
截頭圓錐表面37有相對于平行軸線48和容器軸線14的錐角46;截頭圓錐表面38有相對于平行軸線48及容器軸線14的錐角50。從圖2可見，錐角46及錐角50在蓋10的外側(cè)44和軸線14相交。
再參看圖3，中片環(huán)18加壓痕，達(dá)到壓痕余料52，壓痕余料為中片環(huán)18的截頭圓錐壓痕表面37，和凹弧面54之間的金屬厚度;中片環(huán)18作壓痕，取得壓痕余料56，即壓痕表面38和凹弧面54之間的金屬厚度。
參看圖2-4，特別是圖4，將蓋10的總無壓痕弧形段39加壓痕，成為表面37及38，有第一周邊部58，第二周邊部60，在所示實例中還有第三周邊部，即兩次冷加工部62?？梢岳斫猓瑑纱卫浼庸け砻娲_定兩次冷加工部之間和下面的金屬中的一個有交叉應(yīng)變場的地帶。
參看圖5，為作解說起見，首先產(chǎn)生截頭圓錐壓痕表面37，然而壓痕步驟的實際順序可根據(jù)選擇而定，于是在第一壓痕工序的冷加工的材料中，包括一個冷加工周邊區(qū)，或周邊部64，及兩次冷加工周邊部66，共同形成一個周邊區(qū)，或周邊部67。
第二冷加工工序中包括對一個周邊部68壓痕或冷加工，將周邊部66再成形或再壓痕，成為截頭圓錐形壓痕表面38的一部分，形成冷加工周邊區(qū)，即周邊部70，其中包括周邊部68和周邊部66。
因此，假如先產(chǎn)生截頭圓錐壓痕表面37，則將原為截頭圓錐壓痕表面37的一部分，和再成形成為截頭圓錐壓痕表面38的一部分的周邊66作兩次冷加工。
但是，由于錐角46及50的差值增大，周邊部67及70之間的搭接部分減小，兩次冷加工部66也減小。從圖2及5的觀察可了解，假如錐角46及50的差值有足夠的增大，在邊部67及70之間的一個圖中未示的部分無壓痕?？梢岳斫?，雖然各部可分別壓痕，雖然分開的距離增大時交叉區(qū)的面積減小，但相關(guān)的應(yīng)變場向外伸，并且也確然交叉。
本發(fā)明的試驗，包括將截頭圓錐壓痕表面37的錐角46從90度變到52度，或?qū)汉劢?2從零度變到38度，角度是從中心片12的外側(cè)44測量。
并且，試驗還包括將截頭圓錐壓痕表面38的錐角50從30度變到75度，或?qū)汉劢?4從60度變到15度，從外側(cè)44測量角度。
試驗使用的金屬(AA5182鋁合金)，厚度32為0.0113英寸(0.287mm);壓痕余料52及56在0.0045英寸(0.114mm)和0.0095英寸(0.241mm)之間變化。
試驗使用的殼78，或蓋10，不帶拉環(huán)開罐器76，用上述金屬坯料(0.0113英寸)在一臺壓機(jī)中一次完成;這些無壓痕的殼78的平均抗彎強度(用雷諾抗彎試驗儀測量)，每平方英寸為100.8磅(6.950巴)，標(biāo)準(zhǔn)偏差1.95磅每平方英寸(0.135巴)。
根據(jù)吳言(用上述殼)的說明制作的單壓痕，產(chǎn)生平均抗彎壓力112.3磅每平方英寸(7.74巴)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.85磅每平方英寸(0.127巴)。
雙截頭圓錐壓痕(用上述殼)，壓痕角72為10至17.5度之間，壓痕角74在25至60度之間，在10個容器的36次試驗中，各產(chǎn)生平均抗彎強度119.4磅每平方英寸(8.230巴)，平均標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.95磅每平方英寸(0.134磅)。
這樣，雙截頭圓錐壓痕容器的平均抗彎強度的增高，比不壓痕殼高18.6磅每平方英寸(1，28巴)，比按吳言教導(dǎo)的壓痕的殼提高7.1磅每平方英寸(0.490巴)。
這些結(jié)果還表明，與使用單壓痕相比，通過使用雙壓痕，可能取得抗彎強度的較大幅的增高，而減少冷加工材料。據(jù)知通過壓痕提高的抗彎強度，和冷加工量成正比。通過估計形成壓痕表面時移動金屬的截面積，可對這種冷加工進(jìn)行定量。
圖10為按上述在蓋10上加單壓痕(斜線D)或加雙壓痕(斜線C)時，抗彎強度作為金屬冷加工近似量的函數(shù)的最小二乘線性回歸計算結(jié)果的曲線。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，對于相等的冷加工量，用雙截頭圓錐壓痕，比用單壓痕可提高抗彎強度43%，這結(jié)果在置信水平為95%時是很有意義的。
對上述蓋的一個抽樣用相同壓痕角72進(jìn)行兩壓痕處理。這種蓋和用有相同壓痕角及最終壓痕余料52的單壓痕處理的相同蓋比較，抗彎強度并沒有增高。
上述結(jié)果表明，雙壓痕提高強度的機(jī)理，和先有技藝領(lǐng)域有不同的基礎(chǔ)，壓痕有一個以上的角度(即一個以上的方向)，在抗彎強度方面有疊加的有利效果。
本發(fā)明取得的另一個顯著提高強度的方面，可從中心片12的抗彎強度相對于拱頂深度的提高中看出。
已知增大圓頂深度可提高抗彎強度。但是，拱頂?shù)娜菰S深度受到拉環(huán)高過桶邊問題的限制。就是說，為使接環(huán)開罐件76不向上伸到容器其余部分上方，存在有拱頂最大容許深度。因此，給自動化帶來問題。
有兩個截頭圓錐壓痕表面的容器，抗彎強度增高和拱頂深度增大的比例，比吳言提出的冷加工容器提高26.7%。
這種關(guān)系在圖9中示出，該圖是按吳言教導(dǎo)處理的蓋、和用雙截頭圓錐壓痕處理的蓋的經(jīng)驗數(shù)據(jù)、用最小二乘線性回歸分析結(jié)果的曲線表示。這兩組數(shù)據(jù)的差值表明使用雙截頭圓錐壓痕的優(yōu)點，超過吳言理論取得的優(yōu)點的置信水平為97.5%。
當(dāng)蓋承受罐內(nèi)流體壓力時，中心片區(qū)的鼓突量的限制，也和拉環(huán)高于桶邊的問題相關(guān)。將蓋在典型金屬容器上二重卷封，在該容器中加壓，測量作為內(nèi)壓函數(shù)的拉環(huán)開罐件76的移動量，便可對鼓突定量。為避免運輸中存在的問題，最好盡量提高臨界鼓突量。
在對用5182鋁合金制造的有拉環(huán)開罐件76和其他開罐件的蓋進(jìn)行的試驗中，已發(fā)現(xiàn)雙截頭圓錐壓痕可取得比先有技術(shù)好的防止鼓突的能力。例如，假使選定0.100英寸為拉環(huán)的最大容許移動量，則發(fā)現(xiàn)按吳言的上述專利的說明處理的蓋，比用雙截頭圓錐壓痕處理的相同的蓋的表壓力低10磅/英寸2時便已超過這數(shù)值。
此外，用厚度分別為0.0100英寸和0.0104英寸的兩種5182金屬料坯制造，有拉環(huán)開罐件76和另一種開罐件，用標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)壓力機(jī)將開罐件安裝。一部分蓋用本發(fā)明的雙截頭圓錐壓痕處理，其一錐角為80°，即一壓痕角度為10°，另一錐角為52°，即壓痕角度38°，每個壓痕余料52及56約為0.0070英寸。另一部分蓋不用壓痕處理。用上述雙截頭圓錐壓痕處理的蓋的平均抗彎強度，比用相同度材料制造的蓋高15.6磅/英寸2g(標(biāo)準(zhǔn)偏差2.2磅/英寸2g)。用吳言的方法的單壓痕處理，抗彎強度比不壓痕蓋高5至7磅/英寸2g。
因此，雖然試驗還未足以使抗彎壓力的提高最佳化，但已取得的提高，加以標(biāo)準(zhǔn)偏差小，已足以說明本發(fā)明可顯著改善抗彎壓力，并且/或減小金屬厚度。
制造金屬飲料容器蓋最常用的材料，是美國制鋁業(yè)協(xié)會規(guī)范AA5XXX系列的鋁合金(X代表零至九的整數(shù))。這系列的合金的特點是都屬合金元素的固溶體(主要為鎂)，強度高于非合金鋁。AAXXX系列合金是高強度合金，有高加工硬化率。
最常用于制造拉延成形和烙邊的飲料容器的鋁合金是AA3XXX系列。這類合金含錳，主要依靠形成次生相沉淀粒子而增強。這系列的合金一般強度較低，但比AA5XXX系列成形性好，并一般有較低的加工硬化速率。
有許多種合金鋼用于制造拉延成形和烙邊的容器及蓋。鋼是固溶體，通過在鐵中加碳增強，有機(jī)械性廣的特點，決定于合金的成分和承受的熱處理和機(jī)械處理的類型。
上面的試驗結(jié)果既涉及固溶體又涉及沉淀增強合金，說明本發(fā)明適用于這些合金種類。
參看圖7，為更好了解涉及的各種數(shù)學(xué)關(guān)系，與截頭圓錐冷加工表面相對的角80或82是α＝2 Cos-1([Ro-h]/Ro)其中 Ro＝中片環(huán)不壓痕外圓弧半徑h＝冷加工最大深度，即弦高86或88雙截頭圓錐冷加工表面37及38的搭接角，即雙壓痕90為αd＝θ1-θ2+α1/2+α2/2
其中θ1＝小壓痕角72θ2＝大壓痕角74α1＝壓痕角72的對角α2＝壓痕角74的對角如α1及α2搭接，則和截頭圓錐壓痕表面37及38相對的總角92約為αt＝θ2-θ1+α2/2+α1/2蓋10的冷加工的不壓痕弧形段39的總長非常接近于L＝Roαt其中αt為與冷加工面相對的總角92的弧度。
單截頭圓錐冷加工表面37或38的截面積94或96為Af＝Ro2Cos-1([Ro-h]/Ro)-(Ro-h)2ROh-h2]]>其中反余弦角為弧度。
截面94及96的搭接區(qū)，即雙壓痕區(qū)98為Ad＝RoCos-1(Ro-ho/Ro)-(Ro-ho)2ROh-h2o]]>+[(RSin αd/2)][2tan(θ2/2-θ1/2)]其中ho＝Ro(1-Cosαd/2)，反余弦角為弧度。
從圖7可見，壓痕截面積94及96的總的或凈截面積100，等于截面94及96的和，減去搭接區(qū)面積98。
根據(jù)上面公式，給定壓痕余料52或56，當(dāng)壓痕角72及74相差僅15度時由兩截頭圓錐壓痕表面37及38產(chǎn)生的總不壓痕弧形段39，比單截頭圓錐壓痕表面37或38產(chǎn)生的總不壓痕弧形段39大23.9%。因此，即使壓痕角72及74的差別如此小，然而在一個單截頭圓錐壓痕中，可冷加工較多的材料。
更重要的是當(dāng)壓痕角72及74僅相差15°時，兩截頭圓錐壓痕表面37及38冷加工的總截面積100，比單截頭圓錐壓痕表面37或38產(chǎn)生的總截面積大33.9%。
最后見圖7，內(nèi)股20下彎角度為角102，角104示內(nèi)股20的被壓痕材料，角106示中心片12的被壓痕材料。
參看圖8，在本發(fā)明的第二理想方案中，在金屬蓋或容器蓋109的外側(cè)44上，形成弧形壓痕表面，即冷加工表面108?？捎靡粋€或多個壓痕工具，例如壓痕工具110，112及114，形成弧形壓痕表面108。應(yīng)注意本文所指的弧形壓痕，是用于壓在金屬蓋的弧形環(huán)部分上的壓模表面為弧形。
弧形壓痕表面108產(chǎn)生基本恒定的壓痕余料116?；⌒螇汉郾砻?08的總不壓痕弧形段118，包括中心片12的弧形不壓痕段或徑向部分120，內(nèi)股20的弧形不壓痕段或徑向部122，以及中片環(huán)18的弧形段或部分124。
弧形壓痕表面108包括總冷加工截面區(qū)126，這區(qū)中有中心片12的第一冷加工邊界部或第一邊緣區(qū)128，內(nèi)股20的第二冷加工邊界部或第二邊緣區(qū)130，和中片環(huán)18的第三冷加工邊界部或第三邊緣區(qū)132。
由弧形壓痕表面108移動的總冷加工截面積126，可用下式近似計算A＝1/2θt(Ro2-Rr2)其θt為與弧形壓痕相對的總角134，Rr為弧形壓痕表面108的半徑136。
使用上式計算，當(dāng)壓痕余料116和前一計算中的壓痕余料52及56相同時，弧形壓痕的總截面積，比單截頭圓錐壓痕表面37或38大61%，當(dāng)表面37及38有和前一計算相同的角距離時，則雙截圓錐壓痕表面37及38的總截面積大49%。
總之，圖1至7的第一實施方案提出用表面冷加工，形成第一及第二壓痕表面37及38。壓痕深度變化，從86及88處的最大深度，達(dá)到弦148及150和外側(cè)44的相交處的有徑向間距的位置138，140，142及144上的零深度。
從上可見，本發(fā)明的第一實施方案可使抗彎壓力增高很多，因而很大提高抗彎強度相對于拱頂高度的增高比率。
在第一實施方案中，其截頭圓錐壓痕表面37及38，在金屬蓋10上形成的總未壓痕弧形段39，大于單截頭圓錐壓痕表面37或38的由弦148或150界定的部分，這兩弦與內(nèi)側(cè)45有間隔，而和外側(cè)44的有徑向間距的位置138及140，或142及144相交。
最后，在本發(fā)明的第一實施方案中，壓痕余料52或56給定時，壓痕的截面積100，大于單截頭圓錐壓痕表面37或38的截面積94或96很多。
在將弧形環(huán)部分初步變形后，或在其同時，進(jìn)行第二變形與第一次變形大致搭接，或略有距離。舉例而言，上壓痕角可在0°至超過45°之間，下壓痕在50°以上到90°，都從水平面測量。兩壓痕面之間的搭接量或接觸量，可約在0至95%之間，最好約20到40%。
圖8的第二實施方案作一個弧形壓痕表面108冷加工，表面108的弧形段118大于單截頭圓錐壓痕表面37或38可取得的弧形段，有大致恒定的壓痕余料116，有大致恒定的冷作深度152，冷加工總截面積126，比單截頭圓錐壓痕表面37或38產(chǎn)生的截面積94或96大很多，總的冷加工截面積126，比兩個截頭圓錐壓痕表面37及38冷加工產(chǎn)生的總截面積100大。更重要的是弧形壓痕冷加工的弧形環(huán)部，形成寬的交叉應(yīng)變場。
圖8顯示的實施例的弧形壓痕的冷加工總截面積126，比介于不壓痕凸弧面36和弦148之間的截面積154大61%，弦148和不壓痕弧面36，在徑向上有間距的位置138及140上相交。
常用的方法是用壓坯機(jī)，從金屬薄板坯料上下料，切成基本形狀，形成坯殼78。然后將半成品坯殼78轉(zhuǎn)移到一個成形壓機(jī)中，形成開罐件和固定拉環(huán)開罐件76的鉚釘。
成形壓力機(jī)(conversionpress)是多工位壓力機(jī)。每一坯殼78逐步向下一工序前進(jìn)，每進(jìn)一步增加一次加工。如圖8所示，考慮在中片環(huán)18的總面積上，可進(jìn)行多達(dá)三次壓痕工序，總強度可大于僅有兩道壓痕工序的試驗結(jié)果。
蓋10的理想材料是鋁合金AA5182;雖然在本文所述的方法中，也可使用其他鋁合金，諸如AA3004和其他的如鋼之類的金屬。
最好該方法在向有側(cè)壁的容器上固定的蓋10上進(jìn)行，但是也同樣適合于容器的整體端部。
雖然前面的說明已揭示特定裝置，應(yīng)該理解，這些細(xì)節(jié)說明的目的，是揭示發(fā)明的原理，熟悉本行業(yè)者可認(rèn)識到對發(fā)明可作許多變化。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)以后附的權(quán)利要求書為定。
本發(fā)明可應(yīng)用于容器金屬蓋，尤其可應(yīng)用于諸如飲料容器的容器金屬蓋。
權(quán)利要求
1.一種金屬蓋，包括有一個內(nèi)蓋部，一個環(huán)繞該內(nèi)蓋部并向外間隔一定距離的外蓋部，一個弧形環(huán)圈圍該內(nèi)蓋部，該弧形環(huán)配置在該內(nèi)外蓋部之間，形成一體，該弧形環(huán)有交叉應(yīng)變場的地帶。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬蓋，其特征為交叉應(yīng)變場地帶由若干單獨的壓痕表面定界。
3.如權(quán)利要求2所述的金屬蓋，其特征為分隔的搭接壓痕表面形成一個兩次冷加工金屬區(qū)。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬蓋，其特征為該金屬是鋁合金。
5.一種金屬蓋，包括有下列各項一個內(nèi)蓋部;一個圈圍該內(nèi)蓋部并向外間隔一定距離的外蓋部;一個圈圍該內(nèi)蓋部的弧形環(huán)，在該內(nèi)外蓋部之間放置，與該內(nèi)外蓋部形成一體;該金屬蓋的一個第一冷加工周邊區(qū)，其中包含該弧形環(huán)的第一邊界部;該金屬蓋的一個第二冷加工周邊區(qū)，其中包含該弧形環(huán)的第二邊界部;該周邊區(qū)的其中一個包含兩次冷加工周邊部。
6.如權(quán)利要求5所述的金屬蓋，其特征為該冷加工周邊區(qū)之一包含有該蓋一個部分的周邊部。
7.如權(quán)利要求5所述的金屬蓋，其特征為該第一冷加工周邊區(qū)中有該內(nèi)蓋部的一個周邊部。
8.如權(quán)利要求5所述的金屬蓋，其特征為該第二冷加工周邊區(qū)有該第二蓋部的一個周邊部。
9.如權(quán)利要求5所述的金屬蓋，其特征為該蓋有第一及第二側(cè);該弧形環(huán)有在該蓋的該第二側(cè)上的一個凹弧面;該冷加工周邊區(qū)的一個，在該蓋的該第一側(cè)上。
10.如權(quán)利要求5所述的金屬蓋，其特征為該蓋有第一及第二側(cè);該弧形環(huán)有該蓋的該第二側(cè)上的一個凹弧面;該冷加工周邊區(qū)在該蓋的該第一側(cè)上。
11.如權(quán)利要求9所述的金屬蓋，其特征為該冷加工周邊區(qū)包含該蓋部之一的一個周邊部。
12.如權(quán)利要求11所述金屬蓋，其特征為第一冷加工周邊區(qū)，其中有一個大致為截頭圓錐形的表面，按第一壓痕角放置;該第二冷加工周邊區(qū)有一個大致為截頭圓錐形狀的表面，按第二壓痕角度放置。
13.一種制造增強金屬蓋的方法，包括將金屬蓋設(shè)置內(nèi)蓋部、圈圍該內(nèi)蓋部并向外有一定間隔的外蓋部、圍繞該內(nèi)蓋部的弧形環(huán)，將弧形環(huán)配置在該內(nèi)外蓋部之間并形成整體，在該弧形環(huán)中形成一個交叉應(yīng)變場的地帶，形成圈圍該內(nèi)蓋部的一個增強件。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征通過分別壓痕操作形成該成形工序中的地帶。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征為進(jìn)行分別的壓痕操作使壓痕搭接。
16.如權(quán)利要求13中所述的方法，其特征為金屬蓋用(美國)制鋁協(xié)會規(guī)范AA3XXX或AA5XXX系列金屬制成。
全文摘要
一種容器金屬蓋，包含一個中心片，一個有凸弧面的中片環(huán)，和一個內(nèi)股。金屬蓋設(shè)有靠壓痕形成的一條帶，以提高抗彎壓力。該帶為一交叉應(yīng)變場。壓痕作業(yè)將總未壓痕弧形段作冷加工，該弧段有中片環(huán)的一部分，可接需要包括中心片的一部分，和/或內(nèi)股的一部分。在一個實施方案中，壓痕產(chǎn)生兩個截頭圓錐壓痕表面。另一方案中壓痕產(chǎn)生弧形壓痕表面，有大致恒定的壓痕余料。
文檔編號B65D8/04GK1030727SQ88104568
公開日1989年2月1日 申請日期1988年7月18日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月20日
發(fā)明者羅伯特·D·卡倫納克, 斯坦利·E·迪爾金 申請人:鮑爾公司