ES2242019T3 - Metodo para conformar por presion y desplazamiento del piston recipientes de metal y similares. - Google Patents
Metodo para conformar por presion y desplazamiento del piston recipientes de metal y similares.Info
- Publication number
- ES2242019T3 ES2242019T3 ES02727081T ES02727081T ES2242019T3 ES 2242019 T3 ES2242019 T3 ES 2242019T3 ES 02727081 T ES02727081 T ES 02727081T ES 02727081 T ES02727081 T ES 02727081T ES 2242019 T3 ES2242019 T3 ES 2242019T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- preform
- mold
- cavity
- die
- fluid pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
- B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
- B21D26/033—Deforming tubular bodies
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
- B21D22/14—Spinning
- B21D22/16—Spinning over shaping mandrels or formers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
- B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
- B21D26/033—Deforming tubular bodies
- B21D26/041—Means for controlling fluid parameters, e.g. pressure or temperature
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
- B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
- B21D26/033—Deforming tubular bodies
- B21D26/047—Mould construction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
- B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
- B21D26/033—Deforming tubular bodies
- B21D26/049—Deforming bodies having a closed end
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D51/00—Making hollow objects
- B21D51/16—Making hollow objects characterised by the use of the objects
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D51/00—Making hollow objects
- B21D51/16—Making hollow objects characterised by the use of the objects
- B21D51/26—Making hollow objects characterised by the use of the objects cans or tins; Closing same in a permanent manner
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
- Blow-Moulding Or Thermoforming Of Plastics Or The Like (AREA)
- Containers Having Bodies Formed In One Piece (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Forging (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Un método para conformar un envase de metal o similar, de forma y dimensiones definidas, comprendiendo dicho método: (a) disponer una preforma (18) de metal hueca, que tiene un extremo (20) cerrado en una cavidad (11) de un molde que tiene una pared del molde que define dicha forma y dimensiones, estando al menos una porción de la preforma inicialmente espaciada hacia dentro desde la pared del molde, y (b) someter a la preforma (18) a presión fluida interna para expandir la preforma hacia fuera en contacto sustancialmente completo con la pared del molde, para impartir de ese modo dicha forma y dimensiones definidas a la preforma, caracterizado porque la cavidad (11) del molde se dimensiona para contener lateralmente una preforma (18) de metal hueca, que tiene un extremo (20) cerrado con un troquel (12) localizado en un extremo de la cavidad y trasladable dentro de la cavidad, estando localizada la preforma (18) dentro de la cavidad (11), con el extremo cerrado de la preforma posicionado enrelación próxima de cara al troquel (12), se aplica una presión fluida interna a la preforma para expandir la preforma hacia fuera y ejercer fuerza de presión fluida sobre el extremo cerrado y, (c) ya sea antes o después de la conformación previa (18) comience a expandirse, pero antes de que se termine la expansión de la preforma, el troquel (12) se traslada a un extremo de la cavidad para acoplar y desplazar el extremo (20) cerrado de la preforma en una dirección opuesta a la dirección de la fuerza ejercida por la presión fluida en el mismo, deformando el extremo cerrado de la preforma mientras que la preforma se expande hacia fuera en contacto sustancialmente completo con la pared del molde.
Description
Método para conformar por presión y
desplazamiento del pistón recipientes de metal y similares.
Esta invención se refiere a métodos para
conformar envases de metal o similares, que utilizan presión fluida
interna para expandir una preforma o pieza de trabajo metálica
ahuecada, contra una cavidad de un molde. En un aspecto específico
importante, la invención está dirigida a métodos para conformar
envases de aluminio o de otro metal, que tienen una forma
perfilada, por ejemplo tal como una forma de botella con
características asimétricas.
Las latas metálicas para bebidas son bien
conocidas y se usan ampliamente. Los cuerpos de latas de bebidas
actuales, ya sean cuerpos "estirados y planchados" de una sola
pieza, o cuerpos abiertos en ambos extremos (con un elemento de
cierre distinto en el fondo, así como también en la parte superior),
generalmente tienen paredes laterales cilíndricas verticales
simples. Algunas veces se desea, por razones estéticas, para atraer
al consumidor y/o identificar el producto, impartir una forma
diferente y más compleja a la pared lateral de un envase metálico
de bebida y, en particular, disponer de un envase de metal con la
forma de una botella en lugar de una forma de lata cilíndrica
normal. Las operaciones convencionales para producir latas, sin
embargo, no logran tales configuraciones.
Para estos y otros fines, sería ventajoso
proporcionar métodos eficaces y convenientes para conformar piezas
de trabajo en forma de botellas u otras formas complejas. Además,
sería útil disponer de tales procedimientos capaces de conformar
formas de envases perfiladas que no sean radialmente simétricas,
para ampliar la variedad de diseños que se pueden obtener.
En la patente de los Estados Unidos 3.040.684 se
describe un aparato para conformar tiradores de puertas a partir de
una preforma, usando una cavidad de un molde y presión hidráulica.
La preforma se coloca en una cavidad de un molde, se llena con
fluido hidráulico y se cierra herméticamente. El molde se cierra
después, y se mueve un pistón inferior hacia arriba forzando la
pared de la preforma en conformidad con la forma de la cavidad del
molde. En este procedimiento, el volumen de fluido no cambia, y la
expansión de la preforma se origina por el movimiento del
pistón.
Otro dispositivo para la conformación de un
tirador de puertas se describe en la patente de los Estados Unidos
4.362.037, en la que se usa un molde partido. La preforma comprende
un tirador de puerta parcialmente conformado, y la cara circular
externa del tirador se coloca sobre un molde inferior. Un molde
superior tiene una cavidad con porciones de paredes laterales que
definen la forma final del tirador. Este molde superior se presiona
hacia abajo sobre la preforma que descansa sobre el molde inferior.
Después, se fuerza internamente un fluido dentro de la preforma, con
lo cual la preforma se fuerza a la forma de la cavidad del
molde.
La patente los Estados Unidos 6.182.487 describe
un método para fabricar una vasija metálica, que usa un molde
partido que incluye un molde fijo y un molde móvil. Primero se
conforma un cilindro que tiene un fondo soldado a una cubierta, y
se coloca con el extremo inferior montado en el molde móvil al
tiempo que el extremo abierto del cilindro está unido al molde
fijo. El cilindro se presuriza a través del molde fijo, y el molde
móvil se cierra sobre el molde fijo para conformar la vasija.
La presente invención contempla ampliamente
proveer un método para conformar un envase de metal o similar, de
forma y dimensiones definidas, comprendiendo dicho método:
(a) disponer una preforma metálica ahuecada, que
tiene un extremo cerrado, en una cavidad de un molde que tiene una
pared del molde que define dicha forma y dimensiones, estando al
menos una porción de la preforma inicialmente espaciada hacia
adentro desde la pared del molde, y
(b) someter a la preforma a presión fluida
interna, para expandir la preforma hacia fuera en contacto
sustancialmente completo con la pared del molde, para impartir de
ese modo a la preforma dicha forma y dimensiones definidas,
caracterizado porque la cavidad del molde se
dimensiona para contener lateralmente una preforma de metal
ahuecada que tiene un extremo cerrado, con un troquel localizado en
un extremo de la cavidad y trasladable dentro de la cavidad, estando
localizada la preforma dentro de la cavidad, con el extremo cerrado
de la preforma posicionado en una relación próxima de cara al
troquel; se aplica una presión fluida interna a la preforma para
expandir la preforma hacia fuera y ejercer una fuerza de presión
fluida sobre el extremo cerrado y,
(c) ya sea antes o después de que la preforma
comience a expandirse, pero antes de que se complete la expansión de
la preforma, el troquel se traslada al extremo de la cavidad para
acoplar y desplazar el extremo cerrado de la preforma en una
dirección opuesta a la dirección de la fuerza ejercida por la
presión fluida sobre el mismo, deformando el extremo cerrado de la
preforma al tiempo que la preforma se expande hacia fuera en un
contacto sustancialmente completo con la pared del molde.
El traslado del troquel se ve afectado por un
pistón que es capaz de aplicar suficiente fuerza al troquel para
desplazar y deformar la preforma. Este método se denominará algunas
veces en este documento como un procedimiento (PRF) para formar por
pistón hidráulico a presión, debido a que el envase se conforma
tanto por la presión fluida interna aplicada como por la traslación
del troquel por el pistón.
Como una característica adicional de la
invención, el troquel tiene una superficie perfilada, y el extremo
cerrado de la preforma se deforma a fin de que se conforme a la
superficie perfilada. Por ejemplo, el troquel puede tener un perfil
abovedado, siendo el extremo cerrado de la preforma deformado en el
perfil abovedado.
La forma definida, en la cual se conforma el
envase, puede tener una forma de botella que incluye una porción de
gollete y una porción de cuerpo, más grande en dimensiones
laterales que la porción de gollete, teniendo la cavidad del molde
un eje largo, teniendo la preforma un eje largo y estando dispuesta
sustancialmente de forma coaxial dentro de la cavidad, y siendo el
troquel trasladable a lo largo del eje largo de la cavidad.
Ventajosamente y de forma preferible, la pared
del molde comprende un molde partido, separable para retirar el
envase formado. Con un molde partido, la forma definida puede ser
asimétrica alrededor del eje largo de la cavidad.
El troquel está posicionado inicialmente de forma
preferible próximo a o en contacto con el extremo cerrado de la
preforma, antes de la aplicación de la presión fluida, para limitar
el alargamiento axial de la preforma por la presión fluida. El
traslado del troquel se puede iniciar después de que la porción
inferior que se expande de la preforma haya entrado en contacto con
la pared del molde.
La preforma para formar un envase con forma de
botella o similar es preferiblemente una pieza de trabajo alargada,
e inicial y generalmente cilíndrica, que tiene un extremo abierto
opuesto a su extremo cerrado. En realizaciones particulares de la
invención, puede tener un diámetro sustancialmente igual a la
porción de gollete de la forma de botella, y puede tener suficiente
conformabilidad para ser expansible a la forma definida en una
única operación de conformación a presión. Si falta tal
conformabilidad, antes del método de PRF descrito anteriormente se
realizan las etapas preliminares de colocar la pieza de trabajo en
una cavidad del molde más pequeña que la cavidad del molde
mencionada primeramente, y de someter a la pieza de trabajo allí a
presión fluida interna para expandir la pieza de trabajo hasta un
tamaño intermedio y una forma más pequeña que la forma y las
dimensiones laterales definidas.
Alternativamente, si la pieza de trabajo alargada
e inicial y generalmente cilíndrica es más larga, en el diámetro
inicial, que la porción del gollete de la forma de botella, el
método para formar un envase en forma de botella puede incluir una
etapa adicional de someter la pieza de trabajo, contigua a su
extremo abierto, a una operación de conformación con movimiento de
rotación para formar una porción de gollete de diámetro reducido,
después de la ejecución del procedimiento de PRF.
Alternativamente, el diámetro del área de gollete
de la preforma se reduce usando un procedimiento de estrechamiento
del molde. Este procedimiento de estrechamiento del molde se podría
aplicar antes de la etapa de expansión.
La preforma puede ser una preforma de aluminio
(siendo el término "aluminio" usado aquí para referirse a
aleaciones a base de aluminio, así como metal de aluminio puro), y
se puede fabricar de lámina de aluminio que tiene un microestructura
recristalizada o recubierta con un calibre en un intervalo de
aproximadamente 0,25 a aproximadamente 1,5 mm. Se puede producir
como un cilindro de extremo cerrado sometiendo a la lámina a una
operación de estirado y reestirado, o extrusión hacia atrás.
Durante la etapa de someter a la preforma a
presión fluida interna, la presión fluida dentro de la preforma se
produce en etapas sucesivas de (i) elevación hasta un primer pico
antes de que comience la expansión de la preforma, (ii) caída hasta
un valor mínimo a medida que comienza la expansión, (iii) elevación
de forma gradual hasta un valor intermedio a medida que continúa la
expansión hasta que la preforma se extiende, aunque no en contacto
completo con la pared del molde, y (iv) elevación de la presión
intermedia durante la terminación de la expansión de la preforma.
Señalada con referencia a esta secuencia de etapas de presión, la
iniciación de traslación del troquel para desplazar y deformar el
extremo cerrado de la preforma, en una realización preferida de la
invención, ocurre sustancialmente al final de la etapa (iii).
Típicamente, cuando se aplica la presión fluida
interna, el extremo cerrado de la preforma asume una configuración
generalmente hemisférica y alargada, a medida que entra en contacto
con la pared del molde; y la iniciación de traslación del troquel
se produce sustancialmente en el momento en el que el extremo
cerrado de la preforma asume esta configuración.
También de acuerdo con la invención, la etapa de
someter a la preforma a presión fluida interna comprende
simultáneamente aplicar presión fluida positiva interna y presión
fluida positiva externa a la preforma en la cavidad, siendo la
presión fluida positiva interna mayor que la presión fluida
positiva externa. La presión externa e interna se proporcionan
respectivamente por dos sistemas de presión independientemente
controlables. El grado de deformación en la preforma se controla
controlando independientemente las presiones fluidas positivas
externa e interna a las cuales se somete simultáneamente la
preforma para variar el diferencial entre la presión fluida positiva
interna y la presión fluida positiva externa. De esta forma, se
evitan los problemas asociados con grados de deformación excesivos,
y se logran resultados beneficiosos adicionales, tales como la
reducción del esfuerzo hidrostático, que puede ocasionar daño
microestructural a la pared del envase.
Según todavía una característica adicional de la
invención, se ha encontrado que es ventajoso aplicar calor durante
la expansión de la preforma, tal como para inducir un gradiente de
temperatura en la preforma. Añadiendo calentadores al troquel, se
induce un gradiente de temperatura en la preforma desde el fondo
hacia arriba. Se pueden añadir distintos calentadores a la parte
superior del molde, que inducen un gradiente de temperatura en la
preforma desde la parte superior hacia abajo. Se pueden incluir
calentadores adicionales en las paredes laterales de la cavidad del
molde. La adición del gradiente de temperatura durante la expansión
de la preforma sirve para definir el punto de iniciación de la
expansión y proporciona conformabilidad mejorada.
Se ha encontrado también que es ventajoso
mantener el troquel en contacto con el fondo de la preforma antes
del comienzo de la fase de expansión, y aplicar alguna carga axial
por el troquel a través de la fase de expansión. Con este
procedimiento, en el que el troquel aplica alguna carga axial al
extremo cerrado de la preforma a través de la fase de expansión, el
desplazamiento y deformación del extremo cerrado de la preforma no
se realiza preferiblemente hasta la terminación de la fase de
expansión.
Otras características y ventajas de la invención
serán evidentes a partir de la descripción detallada expuesta más
adelante, junto con los dibujos que se acompañan.
La fig. 1 es una vista en perspectiva
simplificada y en cierto modo esquemática de herramientas para
realizar el método de la presente invención, en realizaciones
ilustrativas;
las figs. 2A y 2B son vistas similares a la fig.
1 de etapas secuenciales en la realización de una primera
realización del método de la invención;
la fig. 3 es una gráfica de la presión interna y
desplazamiento del pistón como funciones de tiempo, usando aire como
el medio fluido, que ilustra la relación de tiempo entre las etapas
de someter a la preforma a la presión fluida interna y de trasladar
el troquel en el método de la invención;
las figs. 4A, 4B, 4C y 4D son vistas similares a
la fig. 1 de etapas secuenciales en la ejecución de una segunda
realización del método de la invención;
las figs. 5A y 5B son, respectivamente, una vista
similar a la fig. 1 y una vista en perspectiva esquemática,
simplificada, de una etapa de conformación con movimiento de
rotación, que ilustra las etapas secuenciales en la ejecución de una
tercera realización de la invención;
las figs. 6A, 6B, 6C y 6D son vistas en alzado
esquemáticas, generadas por ordenador, de etapas sucesivas en el
método de la invención;
la fig. 7 es una gráfica de la variación de
presión a lo largo del tiempo (usando unidades de tiempo
arbitrarias), que ilustra la característica de aplicar
simultáneamente presiones fluidas positivas externa e interna,
controlables independientemente, a la preforma en la cavidad del
molde, y que compara la variación de presión interna (como en la
fig. 3) en ausencia de presión positiva externa;
la fig. 8 es una gráfica de la variación de
deformación a lo largo del tiempo, derivada del análisis del
elemento finito, que muestra la deformación para una posición
(elemento) particular bajo las dos condiciones de presión
diferentes, comparada en la fig. 7; y
la fig. 9 es una gráfica similar a la fig. 7 que
ilustra un mecanismo de control particular que se puede usar en el
proceso de conformación cuando las presiones fluidas positivas
externa e interna se aplican simultáneamente a la preforma en la
cavidad del molde;
la fig. 10 es una ilustración esquemática de una
preforma que se expande usando un troquel calentado;
la fig. 11 es una gráfica que muestra las cargas
en el troquel, presiones internas y desplazamientos del troquel
durante la expansión de una preforma; y
la fig. 12 es una vista en perspectiva que
muestra las etapas en la producción de una preforma a partir de un
disco plano.
La invención se describirá según se realiza en
los métodos de conformación de envases de aluminio que tienen una
forma perfilada que no necesita tener simetría en los ejes
(radialmente simétricos alrededor de un eje geométrico del envase),
que usa una combinación de hidroconformación (presión fluida
interna) y de conformación con troquel, es decir, un procedimiento
de PRF.
El proceso de fabricación de PRF tiene dos etapas
distintas: la fabricación de una preforma, y la posterior
conformación de la preforma en un envase final. Hay diversas
opciones para la trayectoria de conformación completa, y la
selección apropiada se determina por la conformabilidad de la
lámina de aluminio que se está usando.
La preforma se fabrica de lámina de aluminio que
tiene una microestructura recubierta o recristalizada y con un
calibre en el intervalo de 0,025 mm a 1,5 mm. La preforma es un
cilindro de extremo cerrado, que puede ser fabricada, por ejemplo,
por un proceso de estirado-reestirado (-reestirado)
o por extrusión hacia atrás. El diámetro de la preforma está en
cierto modo entre los diámetros mínimo y máximo del producto de
envase deseado. Se pueden formar hilos de rosca sobre la preforma,
antes de las operaciones de conformación subsiguientes. El perfil
del extremo cerrado de la preforma puede ser diseñado para ayudar a
la conformación del perfil del fondo del producto final.
Según se ilustra en la fig. 1, el conjunto de
herramientas para el método de la invención incluye un molde 10
partido, con una cavidad 11 perfilada que define una forma de
botella axialmente vertical, un troquel 12 que tiene el perfil
deseado para el fondo del envase (por ejemplo, en las realizaciones
ilustradas, un perfil abovedado de forma convexa, para impartir una
forma abovedada al fondo del envase formado), y un pistón 14 que
está unido al troquel. En la fig. 1, sólo se muestra una de las dos
mitades del troquel partido, siendo la otra una imagen especular de
la mitad del molde ilustrado; como será evidente, las dos mitades
se encuentran en un plano que contiene el eje geométrico de la
forma de botella definida por la pared de la cavidad 11 del
molde.
El diámetro mínimo de la cavidad 11 del molde, en
el extremo 11a abierto superior del mismo (el cual corresponde al
gollete de la forma de botella de la cavidad), es igual al diámetro
exterior de la preforma (véase la fig. 2A) a colocar en la cavidad,
con espacio libre para holgura. La preforma se posiciona al inicio
ligeramente por encima del troquel 12, y tiene elementos de ajuste
16 de presión, representados esquemáticamente en el extremo 11a
abierto, para permitir la presurización interna. La presurización
se puede lograr, por ejemplo, acoplando los hilos de rosca formados
en el extremo abierto superior de la preforma, o insertando un tubo
dentro del extremo abierto de la preforma y realizando un cierre
hermético por medio del molde partido o por cualquier otro medio de
ajuste de presión.
La etapa de presurización comprende introducir,
en el interior de la preforma hueca, un fluido tal como agua o aire
a presión suficiente para provocar que la preforma se expanda
dentro de la cavidad hasta que la pared de la preforma presione
substancialmente de forma total contra la pared del molde que define
la cavidad, impartiendo de ese modo la forma y dimensiones
laterales de la cavidad a la preforma expandida. Señalado
generalmente, el fluido empleado puede ser comprimible o no
comprimible, con cualquier masa, flujo, volumen o presión
controlados para controlar la presión a la cual se someten de ese
modo a las paredes de la preforma. Al seleccionar el fluido, es
necesario tener en cuenta las condiciones de temperatura que se van
a emplear en la operación de conformación; si el agua es el fluido,
por ejemplo, se requiere que la temperatura sea menor que 100ºC, y,
si se requiere una temperatura más alta, el fluido debería ser un
gas tal como aire, o un líquido que no hierva a la temperatura de
la operación de conformación.
Como resultado de la etapa de presurización, las
características detalladas de relieve conformadas en la pared del
molde se reproducen en la forma de imagen especular inversa sobre la
superficie del envase resultante. Incluso si tales características,
o la forma total, del envase producido no son axisimétricas, el
envase se retira de la herramienta sin dificultad, debido al uso de
un molde partido.
En la realización específica de la invención
ilustrada en las figs. 2A y 2B, la preforma 18 es una pieza de
trabajo de aluminio cilíndrica hueca, con un extremo 20 inferior
cerrado y un extremo 22 superior abierto, que tiene un diámetro
externo igual al diámetro externo del gollete de la forma de la
botella que se va a conformar, y las deformaciones de conformación
de la operación de PRF están dentro de los márgenes establecidos
por la conformabilidad de la preforma (que depende de la
temperatura y del grado de deformación). Con una preforma que tiene
esta propiedad de conformabilidad, la forma de la cavidad 11 del
molde se fabrica exactamente según se requiere para el producto
final, y el producto se puede fabricar en una única operación de
PRF. El movimiento del pistón 14 y el grado de presurización interna
son tales que se minimicen las deformaciones de la operación de
conformación, y que produzcan la forma deseada del envase. Las
características de la pared lateral y del gollete resultan
principalmente de la expansión de la preforma debido a la presión
interna, mientras que la forma del fondo se define principalmente
por el movimiento del pistón y del troquel 12, y por el perfil de
la superficie del troquel que mira al extremo 20 cerrado de la
preforma.
La sincronización apropiada de la aplicación de
la presión fluida interna y de la operación (traslado dentro de la
cavidad del molde) del pistón y del troquel son importantes en la
práctica de la invención. La fig. 3 muestra una representación
gráfica de datos simulados generados por ordenador (secuencia de
salidas de análisis de elementos finitos), que representa la
operación de conformación de las figs. 2A y 2B con presión de aire,
controlado por flujo. Específicamente, la gráfica ilustra el
historial de presión y tiempo de pistón involucrados. Como será
evidente de la fig. 3, la presión fluida dentro de la preforma
ocurre en las etapas sucesivas de (i) elevación hasta un primer
pico 24 antes de que empiece la expansión de la preforma, (ii) caída
hasta un valor 26 mínimo a medida que comienza la expansión, (iii)
elevación de forma gradual hasta un valor 28 intermedio a medida
que continúa la expansión hasta que la preforma está en extenso
contacto, aunque no completo, con la pared del molde, y (iv)
elevación de forma más rápida (en 30) a partir del valor intermedio
durante la terminación de la expansión de la preforma. Señalada con
referencia a esta secuencia de etapas de presión, la iniciación de
la traslación del troquel para desplazar y deformar el extremo
cerrado de la preforma, en realizaciones preferidas de la invención,
se produce (en 32) sustancialmente al final de la etapa (iii). En
la gráfica se indican el tiempo, la presión y las unidades de
desplazamiento de pistón. En las figs. 6A, 6B, 6C y 6D se muestra el
efecto de las operaciones representadas en la fig. 3 sobre la
preforma (en una simulación generada por ordenador), para tiempos
0,0, 0,096, 0,134 y 0,21 segundos, representados sobre el eje x de
la fig. 3.
Al comienzo de la introducción de la presión
fluida interna a la preforma hueca, el troquel 12 se dispone más
abajo del extremo cerrado de la preforma (suponiendo una
orientación axialmente vertical de la herramienta, según se
muestra), en relación de estrecha proximidad (por ejemplo,
tocándose) con él, a fin de limitar el estiramiento axial de la
preforma bajo la influencia de la presión interna suministrada.
Cuando la expansión de la preforma alcanza un grado sustancial
aunque no totalmente completo, se activa el pistón 14 para
trasladar con fuerza el troquel hacia arriba, desplazando hacia
arriba el metal del extremo cerrado de la preforma, y deformando el
extremo cerrado en el perfil de la superficie del troquel, a medida
que se completa la expansión lateral de la preforma por la presión
interna. El desplazamiento hacia arriba del extremo cerrado de la
preforma no puede desplazar a la preforma hacia arriba con relación
al molde, o provocar que la pared lateral de la preforma se deforme
(como pudiera ocurrir por la operación hacia arriba prematura del
pistón), debido a la extensión de expansión de la preforma que ya
ha ocurrido cuando el pistón comienza a accionar el troquel hacia
arriba.
En las Figs 4A-4D se ilustra una
segunda realización del método de la invención. En esta realización,
como en la de las Figs 2A y 2B, la preforma 38 cilíndrica tiene un
diámetro externo inicial igual al diámetro mínimo (gollete) del
producto final. Sin embargo, en esta realización se supone que las
deformaciones de conformación de la operación de PRF exceden los
límites de conformabilidad de la preforma. En este caso, se
requieren dos operaciones de conformación de presión secuenciales.
La primera (Figs 4A y 4B) no requiere un pistón, y simplemente
expande la preforma dentro de un molde 40 partido simple hasta una
pieza de trabajo 38a de mayor diámetro, por presurización interna.
La segunda es un procedimiento de PRF (Figs. 4C y 4D): se inicia con
la pieza de trabajo a medida que se expande inicialmente en el
molde 40 y, empleando un molde 42 partido con una cavidad 44 en
forma de botella, y un troquel 46 accionado por un pistón 48, es
decir, usando tanto la presión interna como el movimiento del
pistón, produce la forma final de botella deseada, que incluye todas
las características del perfil de la pared lateral y las
configuraciones del fondo, que se producen principalmente por la
acción del troquel 46.
En las Figs. 5A y 5B se muestra una tercera
realización. En esta realización, la preforma 50 se fabrica con un
diámetro externo inicial que es mayor que el diámetro externo
mínimo deseado (generalmente el diámetro del gollete) del envase
final con forma de botella. Esta elección de la preforma puede
resultar de las consideraciones de los límites de conformación de
la operación de conformación previa, o se puede elegir para reducir
las deformaciones en la operación de PRF. Por consiguiente, la
fabricación del producto final debe incluir tanto la expansión del
diámetro como la compresión de la preforma, y de este modo no se
puede lograr con el aparato de PRF solo. Se usa una operación de
PRF única (Fig 5A, que emplea un molde 52 partido y un troquel 54
accionado por pistón) para conformar los perfiles de la pared y del
fondo (como en la realización de las Figs. 2A y 2B), y se requiere
una conformación con movimiento de rotación u otra operación de
estrechamiento para formar el gollete del envase. Según se ilustra
en la Fig. 5B, es posible emplear un procedimiento de conformación
con movimiento de rotación del tipo expuesto en la solicitud de
patente de los Estados Unidos, en trámite junto con la presente, nº
de serie 09/846.169, presentada el 1 de mayo, 2001, que utiliza
conjunto dobles plurales de discos 56 de conformación con
movimiento de rotación, y un mandril 58 cónico para formar el
gollete 60 de la botella.
En la puesta en práctica del procedimiento de PRF
descrito anteriormente, las deformaciones de PRF pueden ser
considerables. Se selecciona o se ajusta apropiadamente la
composición de aleación para proporcionar una combinación de las
propiedades deseadas del producto y una conformabilidad mejorada. Si
se requiere todavía una mejor conformabilidad, la temperatura de
conformación se puede ajustar según se describe en lo sucesivo,
puesto que un aumento de la temperatura produce mejor
conformabilidad; por tanto, puede que sea necesario que la
operación u operaciones de PRF se realicen a temperaturas elevadas,
y/o que la preforma requiera un recocido de recuperación, para
incrementar su conformabilidad.
La presente invención difiere de las operaciones
de conformación a presión conocidas, tales como la conformación de
envases de PET mediante soplado, en particular, añadiendo un
componente de conformación por troquel externo. No se requiere un
troquel interno, como se usa algunas veces para la conformación de
botellas de PET. Actualmente, no hay forma conocida para que se
produzca un envase de aluminio, con un perfil que tiene una forma
dada, con el intervalo de diámetros que se puede lograr con la
presente invención. Adicionalmente, no hay actualmente forma
conocida para que se produzca un perfil asimétrico (por ejemplo,
patas sobre el fondo o refuerzos espirales en el lateral del
envase).
El método de la invención se podría usar también
para formar envases a partir de otros materiales, tales como
acero.
La importancia de desplazar el troquel 12
accionado por pistón dentro de la cavidad 11 del molde, para
desplazar y deformar el extremo 20 cerrado de la preforma 18 (como
en la fig. 2A y 2B), se puede explicar además haciendo referencia a
la fig. 3 (mencionada más arriba) según se considera junto con las
figs. 6A-6D, en las que la línea de puntos
representa el perfil vertical de la cavidad 11 del molde, y el
desplazamiento (en milímetros) del troquel 12 perfilado en bóveda, a
diversos tiempos después de la iniciación de la presión interna, se
representa por la escala en el lado derecho de esa línea de
puntos.
El pistón ofrece dos funciones esenciales en la
conformación de la botella de aluminio. Limita las deformaciones por
tracción axiales, y conforma la forma del fondo del envase.
Inicialmente, el troquel 12 accionado por pistón se mantiene en
estrecha proximidad a, o justo tocando, el fondo de la preforma 18
(fig. 6A). Esto sirve para minimizar el estiramiento axial de la
pared lateral de la preforma, que de otro modo ocurriría como
resultado de presurización interna. De ese modo, a medida que
aumenta la presión interna, la pared lateral de la preforma se
expandirá hasta entrar en contacto con el interior del molde, sin
alargamiento importante. Típicamente, la región central de la
preforma primero se expandirá, y esta región de expansión crecerá a
lo largo de la longitud de la preforma, tanto hacia arriba como
hacia abajo. En algún punto en el tiempo, el fondo de la preforma
se hace casi hemisférico en forma, con el radio del hemisferio
aproximadamente igual al de la cavidad del molde (fig. 6B). Es ahora
en este punto, o justo antes de este punto en el tiempo, que se
debe accionar el pistón 12 hacia arriba (fig. 6C). El perfil de la
punta del pistón (es decir, el perfil de la superficie del troquel)
define completamente el perfil del fondo del envase. A medida que la
presión fluida interna completa el moldeado de la preforma contra
la pared de la cavidad del molde (compárese el gollete y saliente
de la botella en las figs. 6B, 6C y 6D), el movimiento del pistón,
combinado con la presión interna, fuerza el fondo de la preforma
dentro de los perfiles de la superficie del troquel de manera que
produce el perfil deseado (fig. 6D) sin excesivas deformaciones por
tracción que podrían, concebiblemente, conducir a fallo. El
movimiento hacia arriba del pistón aplica fuerzas compresivas a la
región hemisférica de la preforma, reduce la deformación general
ocasionada por la operación de presurización, y ayuda en la
alimentación del material radialmente hacia fuera para llenar los
perfiles de la punta del troquel.
Si el movimiento del pistón se aplica demasiado
pronto, con relación a la velocidad de presurización interna, es
probable que la preforma se deforme y se pliegue debido a las
fuerzas axiales compresivas. Si se aplica demasiado tarde, el
material se verá sometido a una deformación excesiva en la
dirección axial, ocasionándole el fallo. De este modo, se requiere
la coordinación de la velocidad de presurización interna y el
movimiento del pistón y de la punta del troquel para una operación
de conformación satisfactoria. La secuencia necesaria se logra
mejor mediante análisis de elementos finitos (FEA) del proceso. La
fig. 3 se basa en los resultados del FEA.
De este modo, la invención se ha descrito y
ejemplificado hasta ahora en la fig. 3, como si no se aplicara
ninguna presión fluida positiva (es decir, superatmosférica) al
exterior de la preforma dentro de la cavidad del molde. En tal caso,
la presión externa sobre la preforma en la cavidad sería ser
presión atmosférica sustancialmente ambiente. A medida que la
preforma se expande, el aire en la cavidad sería extraído (por la
disminución progresiva del volumen entre el exterior de la preforma
y la pared del molde) a través de una abertura o conducto de escape
adecuado, dispuesto para ese fin y que comunica entre la cavidad
del molde y el exterior del molde.
Señalado con referencia específica a los envases
de aluminio, a título de ilustración, se ha mostrado mediante FEA
que, en ausencia de cualquier presión externa positiva aplicada,
una vez que la preforma comienza a deformarse plásticamente
(flujo), el grado de deformación en la preforma se hace muy alto y
es esencialmente incontrolable, debido a la baja o nula velocidad de
endurecimiento de trabajo de las aleaciones de aluminio en la
temperatura del proceso (por ejemplo, aproximadamente 300ºC) de la
operación de conformación por pistón a presión.
Es decir, a tales temperaturas la velocidad de
endurecimiento de trabajo de las aleaciones de aluminio es
esencialmente cero, y la ductilidad (es decir, límite de
conformación) decrece con el incremento del grado de deformación. De
este modo, la posibilidad de fabricar el producto de envase con
forma final deseada disminuye según aumenta el grado de deformación
de la operación de conformación y disminuye la ductilidad del
aluminio.
De acuerdo con una característica importante
adicional de la invención, se aplica presión fluida positiva al
exterior de la preforma en la cavidad del molde, simultáneamente
con la aplicación de presión fluida positiva al interior de la
preforma. Estas presiones fluidas positivas interna y externa se
proporcionan respectivamente por dos sistemas de presión
controlados independientemente. La presión fluida positiva externa
se puede suministrar convenientemente conectando una fuente
controlable independientemente de presión fluida positiva al
conducto o abertura de escape anteriormente mencionado, a fin de
mantener una presión positiva en el volumen entre el molde y la
preforma que se expande.
Las figs. 7 y 8 comparan la presión frente al
tiempo, y la deformación frente a los historiales de tiempo para la
conformación por pistón a presión de un envase con y sin control de
presión externa positiva (el término "deformación" se refiere
aquí al alargamiento por unidad de longitud producida en un cuerpo
por una fuerza externa). La línea 101 de la fig. 7 corresponde a la
línea denominada "Presión" en la fig. 3, para el caso en el
que no hay presión fluida positiva externa que actúe sobre la
preforma; la línea 103 de la fig. 8 representa la deformación que
resulta para una posición particular (elemento) según se determina
mediante FEA. Claramente, la deformación es casi instantánea en
este caso, que implica grados de deformación muy elevados y tiempos
muy cortos para expandir la preforma en contacto con la pared del
molde. Por el contrario, las líneas 105, 107 y 109 de la fig. 7,
respectivamente, representan presión fluida positiva interna,
presión fluida positiva externa, y el diferencial entre las dos,
cuando se controlan ambas presiones externa e interna, es decir,
cuando las presiones fluidas positivas interna y externa,
controladas independientemente, se aplican simultáneamente a la
preforma en la cavidad del molde; la presión interna es más alta que
la presión externa, de forma que hay un diferencial de presión
externa-interna positiva neta según se necesita
para efectuar la expansión de la preforma. La línea 111 en la fig. 8
representa una deformación circunferencial (deformación producida
en el plano horizontal alrededor de la circunferencia de la
preforma según se va expandiendo) para la condición de presión
externa-interna controlada independientemente,
representada por las líneas 105, 107 y 109; se observará que la
deformación circunferencial mostrada por la línea 111 alcanza el
mismo valor final que el de la línea 103 aunque durante un tiempo
mucho más largo y de este modo a un grado de deformación mucho más
bajo. La línea 115 en la fig. 8 representa la deformación axial
(deformación producida en la dirección vertical a medida que se
alarga la preforma).
Proporcionando simultáneamente presiones fluidas
positivas externa e interna controlables independientemente, que
actúan sobre la preforma en la cavidad del molde, y variando la
diferencia entre estas presiones externa e interna, la operación de
conformación permanece completamente controlada, evitando grados de
deformación muy altos e incontrolables. La ductilidad de la
preforma, y de este modo el límite de conformación de la operación,
aumenta por dos razones. Primera, la disminución del grado de
deformación de la operación de conformación aumenta la ductilidad
inherente de la aleación de aluminio. Segundo, la adición de la
presión positiva externa disminuye (y potencialmente pudiera llegar
a hacer negativa) el esfuerzo hidrostático en la pared de la
preforma que se expande. Esto podría reducir el efecto perjudicial
del daño asociado con microlagunas y partículas intermetálicas en
el metal. El término "esfuerzo hidrostático" se refiere aquí
al promedio aritmético de tres esfuerzos normales en las
direcciones x, y, z.
La característica de la invención así descrita
aumenta la capacidad de la operación de la conformación por pistón a
presión para fabricar con éxito envases de aluminio en forma de
botella y similares, permitiendo el control del grado de
deformación de la operación de conformación y disminuyendo el
esfuerzo hidrostático en el metal durante la conformación.
La selección del diferencial de presión se basa
en las propiedades de material del metal a partir del cual se
fabrica la preforma. Específicamente, se debe considerar el límite
elástico y el grado de endurecimiento por trabajo del metal. Para
que la preforma fluya plásticamente (es decir, inelásticamente), el
diferencial de presión debe ser tal que el esfuerzo efectivo
(Mises) en la preforma exceda el límite elástico. Si hay una grado
de endurecimiento por trabajo positivo, un esfuerzo efectivo
aplicado fijo (a partir de la presión), en exceso del límite
elástico, ocasionaría la deformación del metal a un nivel de
deformación igual a la deformación efectiva aplicada. En ese punto
el grado de deformación se acercaría a cero. En el caso de un grado
de endurecimiento por trabajo de cero o muy bajo, el metal se
deformaría a un elevado grado de deformación hasta que se ponga en
contacto con la pared del molde (molde) o hasta que ocurra fractura.
A las temperaturas elevadas anticipadas para el proceso de PRF, el
grado de endurecimiento por trabajo de las aleaciones de aluminio
es bajo hasta cero.
Ejemplos de gases adecuados para uso en el
suministro de presiones tanto externa como interna incluyen, sin
limitación, nitrógeno, aire y argón, y cualquiera de las
combinaciones de estos gases.
El grado de deformación plástica en cualquier
punto en la pared de la preforma, en cualquier punto en el tiempo,
depende sólo de la deformación efectiva instantánea, que a su vez
depende sólo del diferencial de presión. La selección de presión
externa depende de la presión interna, con el objetivo principal de
lograr y controlar la deformación efectiva, y de este modo el grado
de deformación, en la pared de la preforma.
La fig. 9 muestra un mecanismo de control
diferente que se puede usar en el proceso de conformación. Se han
usado simulaciones de elemento finito para optimizar el proceso. En
la fig. 9, la línea 120 representa la presión interna (Pin) que
actúa sobre la preforma, la línea 122 representa la presión externa
(Pout) que actúa sobre la preforma, y la línea 124 representa el
diferencial de presión (Pdiff = Pin - Pout). Esta figura muestra el
historial de presión a partir de un método de control. En este
caso, la masa fluida en la cavidad interna se mantiene constante, y
la presión en la cavidad externa (fuera de la preforma) disminuye
linealmente. Las propiedades del material dependientes del grado de
deformación se incluyen también en la simulación. Este último
mecanismo de control se prefiere actualmente debido a que da como
resultado un proceso más sencillo.
La fig. 10 se refiere a una realización adicional
de la invención en la que se aplica calentamiento a la preforma, lo
que induce un gradiente de temperatura a la preforma. Según se
muestra en la fig. 10, el troquel 12 entra en contacto con el fondo
de la preforma 18, y el troquel 12 contiene un elemento 19 de
calentamiento. Este elemento calienta a la preforma desde el fondo
hacia arriba, haciendo que la expansión de la preforma crezca desde
el fondo hacia arriba cuando se aumenta la presión interna.
La fig. 11 muestra gráficas que ilustran el
proceso de expansión. Una línea de la gráfica muestra los
desplazamientos del pistón/troquel al tiempo que la otra muestra
las variaciones en la carga sobre el pistón/troquel, ambas como una
función de tiempo. Una tercera línea muestra la presión interna en
la preforma.
En el punto A el pistón es cargado previamente
hasta una carga compresiva de aproximadamente 22,7 kg, y en el punto
B la preforma es presurizada internamente y se mantiene a un nivel
de 1,14 MPa. En el procedimiento ilustrado, la posición del pistón
resultaba escalonada entre los puntos B y C para mantener una carga
del pistón compresiva de 68 kg. Cuando la carga del pistón ya no
decrecía rápidamente después de un incremento en la posición del
pistón (punto C a D), el ascenso del pistón continuó hasta un
desplazamiento de aproximadamente 25 mm y una carga de
aproximadamente 454 kg (punto E). Durante el ascenso del pistón
desde el punto D hasta el punto E, el perfil del fondo del envase
se conformó simultáneamente con la expansión de la preforma, de
forma que el punto E representa la terminación de la conformación
del envase.
Mientras que el gráfico de la fig. 11 muestra un
procedimiento de varias etapas, es también posible expandir y
conformar la preforma dentro de un envase en una operación uniforme,
por ejemplo utilizando un control por ordenador del procedimiento.
La ventaja de este procedimiento es que, debido al gradiente de
temperatura inducido, la expansión transcurre gradualmente desde el
fondo hacia la parte superior, a medida que el pistón y el troquel
se desplazan hacia arriba. Se ha mostrado que esta técnica conduce
a la conformabilidad mejorada reducida cuando se compara con los
métodos descritos previamente en los que la expansión ocurre
esencialmente de forma simultánea a lo largo de la longitud
completa de la preforma.
Mientras que la fig. 10 muestra un elemento de
calentamiento sólo dentro del troquel 12, es posible proporcionar
diferentes zonas de calentamiento para ayudar en la conformación.
Por ejemplo, puede haber un calentador distinto adicional alrededor
de la parte superior de la preforma, así como elementos de
calentamiento distintos adicionales dentro de las paredes laterales
de la cavidad del molde. Manipulando independientemente las
temperaturas en cada una de estas áreas, los historiales de
expansión óptimos se desarrollan para diversos diseños de
envases.
La fig. 12 muestra una secuencia típica en la
fabricación de una preforma a partir de un disco plano. Se usa una
técnica de estirado/reestirado estándar, estirándose primero la
lámina 70 de aluminio en un cilindro 71 de extremo cerrado poco
profundo, el cual se reestira entonces en un segundo cilindro 72 de
diámetro más pequeño y pared lateral más larga. El cilindro 72 se
reestira entonces para conformar el cilindro 73, el cual se
reestira para conformar el cilindro 74. Se observará que el cilindro
74 tiene una configuración delgada larga.
Claims (28)
1. Un método para conformar un envase de metal o
similar, de forma y dimensiones definidas, comprendiendo dicho
método:
(a) disponer una preforma (18) de metal hueca,
que tiene un extremo (20) cerrado en una cavidad (11) de un molde
que tiene una pared del molde que define dicha forma y dimensiones,
estando al menos una porción de la preforma inicialmente espaciada
hacia dentro desde la pared del molde, y
(b) someter a la preforma (18) a presión fluida
interna para expandir la preforma hacia fuera en contacto
sustancialmente completo con la pared del molde, para impartir de
ese modo dicha forma y dimensiones definidas a la preforma,
caracterizado porque la cavidad (11) del
molde se dimensiona para contener lateralmente una preforma (18) de
metal hueca, que tiene un extremo (20) cerrado con un troquel (12)
localizado en un extremo de la cavidad y trasladable dentro de la
cavidad, estando localizada la preforma (18) dentro de la cavidad
(11), con el extremo cerrado de la preforma posicionado en relación
próxima de cara al troquel (12), se aplica una presión fluida
interna a la preforma para expandir la preforma hacia fuera y
ejercer fuerza de presión fluida sobre el extremo cerrado y,
(c) ya sea antes o después de la conformación
previa (18) comience a expandirse, pero antes de que se termine la
expansión de la preforma, el troquel (12) se traslada a un extremo
de la cavidad para acoplar y desplazar el extremo (20) cerrado de
la preforma en una dirección opuesta a la dirección de la fuerza
ejercida por la presión fluida en el mismo, deformando el extremo
cerrado de la preforma mientras que la preforma se expande hacia
fuera en contacto sustancialmente completo con la pared del
molde.
2. Un método según la reivindicación 1,
caracterizado porque la presión fluida interna se aplica
aplicando tanto presión fluida positiva interna como presión fluida
positiva externa a la preforma (18) dentro de la cavidad del molde,
siendo la presión fluida positiva interna mayor que la presión
fluida positiva externa.
3. Un método según la reivindicación 1,
caracterizado porque, antes de que se someta a la preforma
(18) a presión fluida interna, se aplica calor a la preforma dentro
de la cavidad del molde para inducir allí un gradiente de
temperatura.
4. Un método según la reivindicación 1,
caracterizado porque la preforma (18) es una pieza de
trabajo alargada e inicial y generalmente cilíndrica, que tiene un
extremo cerrado expansible y un extremo abierto opuesto a su extremo
cerrado.
5. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, caracterizado porque
el troquel (12) se traslada dentro de la cavidad (11) después de que
la preforma (18) comience a expandirse pero antes de que se
complete la expansión de la preforma en la etapa (b).
6. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, caracterizado porque
el troquel (12) se mueve en contacto con el extremo (20) cerrado de
la preforma (18) antes de que comience la expansión de la preforma,
y el contacto se mantiene durante toda la expansión de la
preforma.
7. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-6, caracterizado porque
dicho troquel (12) tiene una superficie perfilada, estando el
extremo (20) cerrado de la preforma deformado a fin de conformarse
a dicha superficie perfilada.
8. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-7, caracterizado porque
dicha forma definida es una forma de botella que incluye una porción
de gollete y una porción de cuerpo de mayor tamaño en dimensiones
laterales que la porción de gollete, teniendo dicha cavidad (11)
del molde un eje largo, teniendo dicha preforma (18) un eje largo y
estando dispuesto sustancialmente de forma coaxial con dicha
cavidad (11) en la etapa (a), y siendo dicho troquel (12)
trasladable a lo largo del eje largo de la cavidad (11).
9. Un método según la reivindicación 8,
caracterizado porque dicho troquel (12) tiene un perfil
abovedado, y en el que la etapa (c) deforma dicho extremo (20)
cerrado de dicha preforma (18) en dicho perfil abovedado.
10. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-9, caracterizado porque
dicha pared del molde comprende un molde (40) partido separable para
retirar el envase conformado tras la etapa (c).
11. Un método según las reivindicaciones 8, 9 ó
10, caracterizado porque dicha forma definida es asimétrica
alrededor de dicho eje largo de dicha cavidad.
12. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-11, caracterizado porque
dicho troquel (12) está inicialmente posicionado, al comienzo de la
etapa (b), para limitar el alargamiento axial de la preforma (18)
por dicha presión fluida.
13. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 8-12, caracterizado porque
dicha preforma (18) es una pieza de trabajo alargada e inicial y
generalmente cilíndrica que tiene un extremo abierto opuesto a dicho
extremo (20) cerrado, y es sustancialmente igual en diámetro a
dicha porción de gollete de dicha forma de botella.
14. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 8-13, caracterizado porque
dicha preforma (18) tiene suficiente conformabilidad para ser
expansible hasta dicha forma definida, en una única operación de
conformación a presión.
15. Un método según la reivindicación 13,
caracterizado por una etapa preliminar de colocar la pieza de
trabajo (38) en una cavidad del molde más pequeña que la primera
cavidad del molde mencionada, y someter a la pieza de trabajo en
ella a presión fluida interna para expandir la pieza de trabajo
hasta un tamaño (38a) intermedio y una forma más pequeña que dicha
forma y dimensiones laterales definidas, antes de realizar las
etapas (a), (b) y (c).
16. Un método según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha preforma (18) es una pieza de
trabajo alargada e inicial y generalmente cilíndrica que tiene un
extremo abierto opuesto a dicho extremo (20) cerrado y es de mayor
tamaño en diámetro que dicha porción de gollete de dicha forma de
botella; y que incluye una etapa adicional de sujetar la pieza de
trabajo, contigua a dicho extremo abierto, para una operación (56,
58) de conformación con movimiento de rotación para conformar una
porción (60) de gollete de diámetro reducido, después de la
ejecución de las etapas (a), (b) y (c).
17. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-16, caracterizado porque
dicha preforma (18) es una preforma de aluminio.
18. Un método según la reivindicación 17,
caracterizado por la etapa de fabricar la preforma (18) a
partir de lámina (70) de aluminio que tiene una microestructura
recubierta o recristalizada con un calibre en un intervalo de
alrededor de 0,25 hasta alrededor de 1,5 mm, antes de la ejecución
de la etapa (a).
19. Un método según la reivindicación 18,
caracterizado porque dicha preforma (18) se produce como un
cilindro (74) de extremo cerrado, sometiendo a dicha lámina a una
operación de estirado-reestirado o extrusión hacia
atrás.
20. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-19, caracterizado porque,
durante la etapa (b), la presión fluida dentro de la preforma (18)
ocurre en etapas sucesivas de (i) elevación hasta un primer pico
antes de que empiece la expansión de la preforma, (ii) caída hasta
un valor mínimo a media que comienza la expansión, (iii) elevación
de forma gradual hasta un valor intermedio a medida que continúa la
expansión, hasta que la preforma se extiende, aunque no en contacto
completo, con la pared del molde, y (iv) elevación a partir del
valor intermedio durante la terminación de la expansión de la
preforma; y en el que la iniciación de traslación del troquel (11)
en la etapa (c), para desplazar y deformar el extremo (20) cerrado
de la preforma (18), ocurre sustancialmente al final de la etapa
(iii).
21. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1-19, caracterizado porque,
durante la etapa (b), el extremo (20) cerrado de la preforma (18)
asume un configuración generalmente hemisférica y alargada a medida
que dicha porción de la preforma entra en contacto inicial con la
pared (11) del molde en la etapa (b); y en el que la iniciación de
la traslación del troquel (12) en la etapa (c), para desplazar y
deformar el extremo (20) cerrado de la preforma (18), ocurre
sustancialmente en el tiempo en el que el extremo (20) cerrado de
la preforma asume dicha configuración.
22. Un método según la reivindicación 2,
caracterizado por controlar independientemente las presiones
fluidos positivas externa e interna a las que se somete
simultáneamente la preforma (18) para variar el diferencial entre
dicha presión fluida positiva interna y dicha presión fluida
positiva externa, controlando de ese modo el grado de deformación
en la preforma (18).
23. Un método según la reivindicación 3,
caracterizado porque se aplica el calor a la preforma (18) a
través de medios de calentamiento en el troquel (12), para inducir
de ese modo un gradiente de temperatura en la preforma, que
comienza en el fondo cerrado y se extiende hacia arriba.
24. Un método según la reivindicación 3,
caracterizado porque se aplica calor a la preforma (18) por
medio de medios de calentamiento alrededor de la parte superior de
la preforma en el molde, para inducir de ese modo un gradiente de
temperatura en la preforma (18), que comienza en la parte superior
y se extiende hacia abajo.
25. Un método según la reivindicación 23 ó 24,
caracterizado porque se aplica calor a la preforma (18) a
través de medios de calentamiento en las paredes laterales del
molde (10).
26. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicha presión fluida se
proporciona por un fluido de presurización en forma de un gas.
27. Un método según la reivindicación 26, en el
que el fluido de presurización es gas, aire, argón o nitrógeno.
28. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la temperatura de la
operación de conformación es mayor que 100ºC.
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US84654601A | 2001-05-01 | 2001-05-01 | |
US846546 | 2001-05-01 | ||
US10/007,263 US20020162371A1 (en) | 2001-05-01 | 2001-11-08 | Method of pressure-ram-forming metal containers and the like |
US7263 | 2001-11-08 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2242019T3 true ES2242019T3 (es) | 2005-11-01 |
Family
ID=34632365
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES02727081T Expired - Lifetime ES2242019T3 (es) | 2001-05-01 | 2002-05-01 | Metodo para conformar por presion y desplazamiento del piston recipientes de metal y similares. |
Country Status (13)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20020162371A1 (es) |
EP (1) | EP1383618B8 (es) |
JP (1) | JP3776886B2 (es) |
CN (1) | CN1592661B (es) |
AT (1) | ATE300371T1 (es) |
BR (1) | BR0209389B1 (es) |
CA (1) | CA2445582C (es) |
DE (1) | DE60205237T2 (es) |
DK (1) | DK1383618T3 (es) |
ES (1) | ES2242019T3 (es) |
PL (1) | PL202631B1 (es) |
RU (1) | RU2296641C2 (es) |
WO (1) | WO2002087802A1 (es) |
Families Citing this family (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6802196B2 (en) * | 2001-05-01 | 2004-10-12 | Alcan International Limited | Methods of and apparatus for pressure-ram-forming metal containers and the like |
DE10309625B4 (de) * | 2003-03-04 | 2006-04-13 | Audi Ag | Verfahren zum Einbringen einer Nebenform in ein einen Hohlraum aufweisendes Formteil |
US7191032B2 (en) * | 2004-05-14 | 2007-03-13 | Novelis Inc. | Methods of and apparatus for forming hollow metal articles |
US20080061555A1 (en) * | 2005-02-16 | 2008-03-13 | Colin Knight | Flared cone fitting |
US7726165B2 (en) * | 2006-05-16 | 2010-06-01 | Alcoa Inc. | Manufacturing process to produce a necked container |
US7934410B2 (en) * | 2006-06-26 | 2011-05-03 | Alcoa Inc. | Expanding die and method of shaping containers |
JP4374394B1 (ja) * | 2008-07-04 | 2009-12-02 | 新日本製鐵株式会社 | ハイドロフォーム加工装置及びハイドロフォーム加工方法 |
US8903528B2 (en) * | 2008-10-16 | 2014-12-02 | The Coca-Cola Company | Remote control and management of a vessel forming production line |
US8726709B2 (en) * | 2008-10-16 | 2014-05-20 | The Coca-Cola Company | Method of shape forming vessels controlling rotational indexing |
US8627697B2 (en) * | 2008-10-16 | 2014-01-14 | The Coca-Cola Company | Method of performing non vessel shaping operations during vessel shaping |
US8381561B2 (en) * | 2008-10-16 | 2013-02-26 | The Coca-Cola Company | Vessel forming production line |
US8448487B2 (en) | 2008-10-16 | 2013-05-28 | The Coca-Cola Company | Vessel forming station |
US8726710B2 (en) * | 2008-10-16 | 2014-05-20 | The Coca-Cola Company | Method of coordinating vessel shape style and decoration style |
US9067254B2 (en) | 2008-10-16 | 2015-06-30 | The Coca-Cola Company | Method of configuring a production line to mass customize shaped vessels |
JP5669128B2 (ja) * | 2009-08-26 | 2015-02-12 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 転動疲労寿命に優れた機械部品の製造方法 |
US8360266B2 (en) * | 2009-11-13 | 2013-01-29 | The Coca-Cola Corporation | Shaped metal vessel |
US20110113732A1 (en) * | 2009-11-13 | 2011-05-19 | The Coca-Cola Company | Method of isolating column loading and mitigating deformation of shaped metal vessels |
US8683837B2 (en) * | 2010-01-12 | 2014-04-01 | Novelis Inc. | Methods of pressure forming metal containers and the like from preforms having wall thickness gradient |
MY175342A (en) | 2010-08-20 | 2020-06-19 | Alcoa Inc | Shaped metal container and method for making same |
CN102228926A (zh) * | 2011-05-05 | 2011-11-02 | 北京航空航天大学 | 一种双向加压管材充液成形方法 |
AU2012362127B2 (en) * | 2011-12-30 | 2017-08-31 | The Coca-Cola Company | System and method for forming a metal beverage container using blow molding |
CN102935453B (zh) * | 2012-11-12 | 2016-04-13 | 山西征宇喷灌有限公司 | 一种气压成型金属管道球型快速接头的方法 |
US9327338B2 (en) | 2012-12-20 | 2016-05-03 | Alcoa Inc. | Knockout for use while necking a metal container, die system for necking a metal container and method of necking a metal container |
BR112016021973B1 (pt) * | 2014-03-25 | 2021-03-23 | Montebello Technology Services Ltd. | Método para recozimento de uma pré-conformado de metal de um recipiente, métodos para moldagem por pressão de um recipiente de metal conformado, método para pré-aquecer uma pré-conformado de metal, e, pré-conformado de metal |
EP3240646B1 (en) | 2014-12-30 | 2024-07-17 | Montebello Technology Services Ltd. | Impact extrusion method and tooling |
AU2016267097B2 (en) | 2015-05-26 | 2019-02-21 | Novelis Inc. | High speed blow forming process to shape aluminum containers using 3XXX alloys with high recycle content |
CA2993609C (en) * | 2015-08-28 | 2023-09-12 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Forming device |
CN107757227A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-03-06 | 浙江荣盛达锡制品有限公司 | 铜胎珐琅的滑动挤压制备方法 |
RU2730335C1 (ru) * | 2019-06-21 | 2020-08-21 | Михаил Иванович Злыднев | Способ прессования изделий из композитных материалов методом воздушного формования с применением в качестве пуансона надувной камеры из жидкой резины |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3040684A (en) * | 1955-07-18 | 1962-06-26 | Hillgren Mfg Co | Apparatus for drawing door knobs |
US4362037A (en) * | 1980-10-24 | 1982-12-07 | Emhart Industries, Inc. | Hollow article internal pressure forming apparatus and method |
DE3716176A1 (de) * | 1987-05-14 | 1988-09-08 | Praezisions Werkzeuge Ag | Verfahren und vorrichtung zum umformen von hohlkoerpern sowie verwendung des verfahrens bzw. der vorrichtung und dosenkoerper |
CN1033760A (zh) * | 1987-12-25 | 1989-07-12 | 陶开土 | 内曲面密封高压液体成型方法 |
GB9114444D0 (en) * | 1991-07-04 | 1991-08-21 | Cmb Foodcan Plc | Apparatus and method for reshaping containers |
EP0740971A1 (en) * | 1995-05-04 | 1996-11-06 | Hoogovens Staal B.V. | Method of manufacturing a bottle-shaped metal container |
CA2233672C (en) * | 1995-10-02 | 2006-06-06 | Crown Cork & Seal Technologies Corporation | Systems and methods for making decorative shaped metal cans |
CN2275486Y (zh) * | 1996-09-29 | 1998-03-04 | 江阴市微型喷雾器总厂 | 制罐机用胀罐模具 |
US6182487B1 (en) * | 1998-02-18 | 2001-02-06 | Nippon Sanso Corporation | Metal vessel and a fabrication method for the same |
-
2001
- 2001-11-08 US US10/007,263 patent/US20020162371A1/en not_active Abandoned
-
2002
- 2002-05-01 DK DK02727081T patent/DK1383618T3/da active
- 2002-05-01 AT AT02727081T patent/ATE300371T1/de active
- 2002-05-01 RU RU2003134535/02A patent/RU2296641C2/ru active
- 2002-05-01 JP JP2002585135A patent/JP3776886B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2002-05-01 DE DE60205237T patent/DE60205237T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-05-01 CA CA002445582A patent/CA2445582C/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-05-01 PL PL367004A patent/PL202631B1/pl unknown
- 2002-05-01 ES ES02727081T patent/ES2242019T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2002-05-01 WO PCT/CA2002/000644 patent/WO2002087802A1/en active IP Right Grant
- 2002-05-01 BR BRPI0209389-8A patent/BR0209389B1/pt not_active IP Right Cessation
- 2002-05-01 CN CN028133846A patent/CN1592661B/zh not_active Expired - Lifetime
- 2002-05-01 EP EP02727081A patent/EP1383618B8/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL367004A1 (en) | 2005-02-07 |
CA2445582C (en) | 2007-08-28 |
EP1383618A1 (en) | 2004-01-28 |
RU2003134535A (ru) | 2005-05-10 |
CN1592661B (zh) | 2010-04-28 |
PL202631B1 (pl) | 2009-07-31 |
RU2296641C2 (ru) | 2007-04-10 |
JP2004524162A (ja) | 2004-08-12 |
DE60205237T2 (de) | 2006-05-24 |
BR0209389B1 (pt) | 2011-07-26 |
EP1383618B8 (en) | 2005-09-28 |
BR0209389A (pt) | 2004-07-06 |
ATE300371T1 (de) | 2005-08-15 |
JP3776886B2 (ja) | 2006-05-17 |
DE60205237D1 (de) | 2005-09-01 |
CN1592661A (zh) | 2005-03-09 |
DK1383618T3 (da) | 2005-11-21 |
US20020162371A1 (en) | 2002-11-07 |
CA2445582A1 (en) | 2002-11-07 |
WO2002087802A1 (en) | 2002-11-07 |
EP1383618B1 (en) | 2005-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2242019T3 (es) | Metodo para conformar por presion y desplazamiento del piston recipientes de metal y similares. | |
ES2483540T3 (es) | Métodos y aparato para formar artículos huecos de metal | |
ES2545506T3 (es) | Métodos de conformar bajo presión recipientes metálicos y similares a partir de preformas que tienen gradiente de espesor de pared | |
US6802196B2 (en) | Methods of and apparatus for pressure-ram-forming metal containers and the like | |
JP2004524162A5 (es) | ||
US10710139B2 (en) | Method for quick gas bulging forming of hot metal sheet | |
JP5437730B2 (ja) | 熱間バルジ成形装置、熱間バルジ成形方法、および熱間バルジ成形品 | |
JP5567310B2 (ja) | 偏平容器のブロー成形方法 | |
US20040194522A1 (en) | Method of pressure-ram-forming metal containers and the like | |
WO2015048775A1 (en) | Multiple blow molded metallic container sidewalls | |
KR100875021B1 (ko) | 금속 용기를 압력-램-성형하는 방법 | |
CA2555049A1 (en) | Method of pressure-ram-forming metal containers and the like |