MX2012011886A - Fabricacion de latas. - Google Patents

Abstract

Se dan a conocer un método y un aparato que son adecuados para su uso en la fabricación de recipientes de metal de dos piezas. En particular, se da a conocer una prensa que fabrica secciones de copa a partir de hoja de metal usando una combinación de operaciones de embutición y estirado. Las copas resultantes de la prensa tienen la ventaja de tener un espesor de base que es más delgado en relación con el calibre inicial de la hoja de metal.

Description

FABRICACIÓN DE LATAS CAMPO TÉCNICO Esta invención se refiere a la producción de copas de metal y en particular (aunque sin limitación) a copas de metal adecuadas para la producción de recipientes de metal de "dos piezas" .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El documento US 4095544 (NATIONAL STEEL CORPORATION) 20/06/1978 detalla los procedimientos convencionales Draw & Wall Ironing (DWI, embutición, y planchado de paredes) y Draw & Re-Draw (DRD, embutición-reembutición) para fabricar secciones de copa para su uso para fabricar recipientes de metal de dos piezas. [Obsérvese que en los Estados Unidos de América, en cambio, DWI se denomina normalmente como D&I . ] El término "dos piezas" se refiere a i) la sección de copa y ii) el cierre que posteriormente se sujetaría al extremo abierto de la sección de copa para formar el recipiente.

En un procedimiento DWI (D&I) (tal como se ilustra en las figuras 6 a 10 del documento US 4.095.544), una pieza en bruto (normalmente) circular plana estampada a partir de un rollo de hoja de metal se embute mediante una matriz de embutición, bajo la acción de un punzón, para formar una copa de primera fase de poca profundidad. Esta fase de embutición inicial no da como resultado ningún adelgazamiento intencionado de la pieza en bruto. A continuación, la copa, que normalmente está montada en la cara de extremo de un punzón o vastago ajustado, se empuja a través de una o más matrices de planchado de paredes anulares con el fin de efectuar una reducción del espesor de la pared lateral de la copa que da como resultado, de ese modo, una elongación de la pared lateral de la copa. Por sí mismo, el procedimiento de planchado no dará como resultado ningún cambio del diámetro nominal de la copa de primera fase.

La figura 1 muestra la distribución de metal en un cuerpo de recipiente resultado de un procedimiento DWI (D&I) convencional. La figura 1 es solo ilustrativa, y no se pretende que esté precisamente a escala. Se indican tres zonas en la figura 1: • la zona 1 representa el material de la base no planchado. Ésta conserva aproximadamente el mismo espesor que el calibre inicial de la pieza en bruto, es decir, no se ve afectada por las operaciones de fabricación independientes de un procedimiento DWI convencional. • la zona 2 representa la sección media planchada de la pared lateral . Su espesor (y de ese modo la cantidad de planchado requerida) se determina por el rendimiento requerido del cuerpo de recipiente. • la zona 3 representa la sección superior planchada de la pared lateral. Normalmente en la fabricación de latas, esta sección superior planchada es aproximadamente del 50 al 75% del espesor del calibre inicial.

En un procedimiento DRD (tal como se ilustra en las figuras 1 a 5 del documento US 4.095.544), se usa la misma técnica de embutición para formar la copa de primera fase. Sin embargo, en lugar de emplear un procedimiento de planchado, la copa de primera fase se somete a continuación a una o más operaciones de reembutición que actúan para reducir progresivamente el diámetro de la copa y de ese modo alargar la pared lateral de la copa. Por sí mismas, la mayoría de las operaciones de reembutición convencionales no tienen como objetivo dar como resultado ningún cambio del espesor del material de copa. Sin embargo, tomando el ejemplo de los cuerpos de recipiente fabricados a partir de un procedimiento DRD típico, en la práctica normalmente hay cierto regruesamiento en la parte superior del cuerpo de recipiente terminado (del orden del 10% o más) . Este regruesamiento es un efecto natural del procedimiento de reembutición y se explica por el efecto de compresión en el material cuando se reembute a partir de una copa de gran diámetro a una de diámetro más pequeño .

Obsérvese que existen procedimientos DRD alternativos conocidos que consiguen una reducción de espesor en la pared lateral de la copa a través del uso de matrices de embutición de radios pequeños o compuestos para adelgazar la pared lateral estirando en las fases de embutición y reembutición.

Alternativamente, puede usarse una combinación de planchado y reembutición en la copa de primera fase, que de ese modo reduce tanto el diámetro de la copa como el espesor de pared lateral. Por ejemplo, en el campo de la fabricación de recipientes de metal de dos piezas (latas) , el cuerpo de recipiente normalmente se fabrica mediante embutición de una pieza en bruto para formar una copa de primera fase y se somete la copa a varias operaciones de reembutición hasta llegar a un cuerpo de recipiente del diámetro nominal deseado, seguido a continuación de planchado de la pared lateral para proporcionar el espesor y la altura de pared lateral deseados.

Sin embargo, los procedimientos DWI (D&I) y DRD empleados a gran escala comercial tienen una limitación seria porque no actúan para reducir el espesor (y por tanto el peso) del material en la base de la copa. En particular, la embutición no da como resultado una reducción del espesor del objeto que está embutiéndose, y el planchado solo actúa en las paredes laterales de la copa. Esencialmente, para los procedimientos DWI (D&I) y DRD conocidos para la fabricación de copas para recipientes de dos piezas, el espesor de la base no cambia sustancialmente respecto al del calibre inicial de la pieza en bruto. El resultado es que el espesor de la base de esta lata es mayor de lo que se requiere para el rendimiento buscado.

La industria de envases de metal es muy competitiva, siendo la reducción de peso un objetivo principal porque reduce los costes de transporte y de materia prima. A modo de ejemplo, aproximadamente el 65% de los costes de fabricación de un recipiente alimentario de metal de dos piezas típico se deriva de los costes de materia prima.

Por tanto, existe la necesidad de un aligeramiento mejorado de secciones de copa de metal de manera rentable. Obsérvese que en este documento, los términos "sección de copa" y "copa" se usan de manera intercambiable.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Por consiguiente, en un primer aspecto de la invención (definido en la reivindicación 1) se proporciona un método para la fabricación de una copa de metal a partir de una hoja de metal, comprendiendo el método las siguientes operaciones: i. una operación de embutición que comprende embutir la hoja de metal para formar una copa que tiene una pared lateral y una base solidaria; ii. una operación de estirado realizada en la copa, comprendiendo la operación sujetar una zona anular en la base de la copa para definir una parte encerrada, y deformar y estirar al menos parte de la base que se encuentra dentro de la parte encerrada para de ese modo aumentar el área superficial y reducir el espesor de la base, estando la sujeción anular adaptada para restringir o evitar el flujo de metal desde la zona sujeta hacia la parte encerrada durante esta operación de estirado; realizándose las operaciones de embutición y estirado en una prensa común.

En un segundo aspecto de la invención (definido en la reivindicación 5) se proporciona una prensa para la fabricación de una copa de metal a partir de una hoja de metal, comprendiendo la prensa.- i. medios para embutir la hoja de metal para formar una copa que tiene una pared lateral y una base solidaria; ii. un elemento de sujeción para sujetar la copa embutida durante una operación de estirado, estando el elemento de sujeción adaptado para sujetar una zona anular en la base de la copa embutida para definir una parte encerrada; iii. una herramienta de estirado adaptada para deformar y estirar al menos parte de la base que se encuentra dentro de la parte encerrada en la operación de estirado para de ese modo aumentar el área superficial y reducir el espesor de la base, estando el elemento de sujeción adaptado además para restringir o evitar el flujo de metal desde la zona sujeta hacia la parte encerrada durante la operación de estirado.

El método y el aparato de los diferentes aspectos de la invención tienen la ventaja (respecto a los procedimientos/aparatos conocidos) de conseguir la fabricación de una copa que tiene una base que es más delgada que el calibre inicial de la hoja de metal, sin requerir pérdida o desperdicio de metal. Esto se consigue mediante el uso de una única prensa, simplificando de ese modo el procedimiento de fabricación. Cuando se aplica a la fabricación de recipientes de dos piezas, la invención permite obtener ahorros de coste del orden de varios dólares por cada 1.000 recipientes en relación con las técnicas de fabricación existentes.

Para garantizar que la parte encerrada (y por tanto la base de la copa) se estira y adelgaza durante la operación de estirado, la base de la copa embutida se sujeta suficientemente para restringir o evitar el flujo de metal desde la zona sujeta hacia la parte encerrada durante la operación de estirado. Si las cargas de sujeción son insuficientes, el material de la zona sujeta (o de fuera de la zona sujeta) simplemente se retiraría al interior de la parte encerrada, en lugar de experimentar adelgazamiento la parte encerrada (y la base de la copa) . Se ha encontrado que el estirado y el adelgazamiento de la lata todavía se producen cuando se permite que una cantidad limitada de flujo de material de la zona sujeta (o de fuera de la zona sujeta) hacia la parte encerrada, es decir, cuando se restringe el flujo de metal en lugar de evitarlo completamente.

El método y el aparato de la invención son particularmente adecuados para su uso en la fabricación de recipientes de metal, usándose la copa resultante final para el cuerpo de recipiente. La copa resultante final puede conformarse para dar un recipiente cerrado mediante la sujeción de un cierre al extremo abierto de la copa. Por ejemplo, puede soldarse un extremo de lata de metal al extremo abierto de la copa resultante final. Sin embargo, normalmente la copa resultante del método de la invención estaría sujeta a uno cualquiera o a una combinación de una operación de reembutición y una operación de planchado. La operación de reembutición puede comprender una o más fases, teniendo cada fase el efecto de inducir una reducción sucesiva del diámetro de la copa. La operación de planchado tendría el beneficio de aumentar la altura de la pared lateral de la copa producida por el método y el aparato de la invención. Preferiblemente, la operación de estirado comprende deformar y estirar al menos parte de la base que se encuentra dentro de la parte encerrada para formar un perfil abombado. En el campo de los recipientes de metal para bebidas carbonatadas, es habitual que la base del cuerpo de recipiente esté abombada hacia dentro para resistir la presión generada por el producto. El "abombamiento" previsto por el método y el aparato de la invención puede servir como la zona abombada hacia dentro de un cuerpo de recipiente de bebida. Sin embargo, es probable que la copa experimente una operación de reconformado posterior para dotar a la base abombada de la copa de un perfil final deseado necesario para resistir la presión interna de la lata.

El método de la invención es adecuado para su uso en copas que son tanto redondas como no redondas en planta. Sin embargo, funciona mejor en copas redondas.

Otro modo de minimizar la cantidad de material en la base de secciones de copa producidas usando procedimientos DWI y DRD convencionales sería usar material de partida de calibre más delgado. Sin embargo, el coste de la hojalata por tonelada aumenta cuanto menor es su calibre. Este aumento se explica por los costes adicionales de laminar, limpiar y estañar el acero más delgado. Cuando se tiene en cuenta también el uso de material durante la fabricación de un recipiente de dos piezas, la variación en el coste global neto de fabricar el recipiente frente al calibre inicial del material se parece al gráfico mostrada en la figura 2. Este gráfico demuestra que desde una perspectiva de coste, la elección del material de calibre más delgado necesariamente no reduce los costes. Básicamente, existe un calibre de material más barato para cualquier recipiente de un espesor de pared lateral dado. El gráfico también muestra el efecto de reducir el espesor de las secciones superior y media del recipiente para bajar la curva de costes. La figura 3 muestra el mismo gráfico basándose en datos reales para hojalata suministrada en el Reino Unido del tipo que se usa normalmente en la fabricación de latas. Para el material ilustrado en la figura 3, 0,285 ram representa el espesor óptimo en términos de coste, aumentando, el uso de material de calibre más delgado, los costes globales netos de producción de latas. El gráfico de la figura 3 muestra el aumento en porcentaje del coste global por cada 1.000 latas cuando se produce una desviación respecto al espesor de calibre inicial óptimo de 0,285 mm.

La copa resultante final de la invención tiene los beneficios de una base más delgada (y por tanto más ligera) .

La lata de "hoja de metal" incluye un corte de pieza en bruto a partir de una gran extensión de hoja de metal.

Por "sujeción anular" o sujeción de una "zona anular" se entiende que la base de la copa embutida se sujete o bien de manera continua o a intervalos separados de manera anular.

El elemento de sujeción puede tener la forma de un manguito anular continuo; alternativamente, puede ser un conjunto de elementos de sujeción individuales distribuidos de manera anular para actuar contra la hoja de metal.

El método y aparato de la invención no se limitan a un metal en particular. Son particularmente adecuados para su uso con cualquier metal que se use habitualmente en los procedimientos DWI (D&I) y DRD . Asimismo, no hay limitación al uso final de la copa que resulta del método y el aparato de la invención. Sin limitación, las copas pueden usarse en la fabricación de cualquier tipo de recipiente, ya sea para comida, bebida o cualquier otra cosa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es una vista en alzado lateral de un cuerpo de recipiente de la técnica anterior resultado de un procedimiento DWI convencional. Muestra la distribución de material en la base y en las zonas de pared lateral del cuerpo de recipiente.

La figura 2 es un gráfico que muestra en términos generales cómo el coste global neto de fabricación de un recipiente de metal de dos piezas típico varía con el calibre inicial de la chapa. El gráfico muestra cómo reducir el espesor de la zona de pared lateral (por ejemplo, mediante planchado) tiene el efecto de bajar el coste global neto.

La figura 3 es un gráfico correspondiente a la figura 2, pero basado en datos de precio reales de hojalata suministrada en el Reino Unido.

En los siguientes dibujos se ilustran realizaciones de la invención, con referencia a la descripción adjunta: La figura 4 es una sección transversal a través de una prensa de la invención que muestra una pieza en bruto de hoja de metal antes de las operaciones de embutición y estirado.

La figura 5 es una sección transversal a través de la prensa de la figura 4, pero tras la operación de embutición para embutir la pieza en bruto de hoja de metal para formar una copa que tiene una pared lateral y una base solidaria.

La figura 6 es una sección transversal a través de la prensa de las figuras 4 y 5, pero tras la operación de estirado para deformar y estirar la base de la copa embutida.

MODO(S) DE LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN OPERACIÓN DE EMBUTICIÓN La figura 4 muestra una prensa 10 de embutición y estirado combinados. Una pieza 5 en bruto de hoja de metal se "sujeta de manera deslizante" en posición entre las superficies opuestas de un cojinete 11 de embutición y una cara de extremo de una matriz 12 de embutición. Un punzón 13 de embutición se sitúa por encima de la superficie superior de la pieza 5 en bruto de hoja de metal. Dentro del orificio definidos por la matriz 12 de embutición hay un punzón 14 de estirado que está radialmente hacia dentro de y rodeado por el elemento 15 anular de sujeción.

Una vez que la pieza 5 en bruto se "sujeta de manera deslizante" entre el cojinete 11 de embutición y la matriz 12 de embutición, el punzón 13 de embutición se mueve axialmente hacia abajo (a lo largo del eje 16) hasta que la zona 17 anular periférica de la cara de extremo del punzón entra en contacto con una zona correspondiente en la pieza 5 en bruto (véase la figura 5) . El punzón 13 de embutición es empujado hacia abajo a través del orificio de la matriz 12 de embutición para embutir progresivamente la pieza 5 en bruto inicialmente plana para formar una copa 30 que tiene una pared 31 lateral y una base 32 solidaria.

Por "sujeción de manera deslizante" se entiende que la carga de sujeción durante la embutición se selecciona para permitir que la hoja 5 de metal se deslice, en relación con los medios de sujeción que se usen (en este caso un "cojinete 11 de embutición ") , en respuesta a la acción de deformación del punzón 13 de embutición / matriz 12 de embutición en la hoja de metal. Una intención de esta sujeción de manera deslizante es evitar o restringir el arrugamiento del material durante la embutición.

OPERACIÓN DE ESTIRADO Una vez que el punzón 13 de embutición alcanza el final de su carrera, el elemento 15 anular de sujeción se mueve axialmente hacia arriba hasta que una zona 33 anular en la base 32 de la copa embutida se sujeta entre el elemento de sujeción anular y la zona 17 anular periférica de la cara de extremo del punzón 13 de embutición (véase la figura 5) . El material de la base de la copa encerado por esta sujeción anular se denomina "parte 34 encerrada" .

El punzón 14 de estirado se mueve entonces axialmente hacia arriba (a lo largo del eje 16) para entrar en contacto con la parte 34 encerrada (véase la figura 6) . El punzón 14 de estirado es empujado hacia arriba al interior del hueco 18 definido dentro de la cara de extremo del punzón 13 de embutición para deformar y estirar progresivamente el material de la parte 34 encerrada de la copa 30 para formar un perfil 35 abombado (véase la figura 6) . La carga de sujeción aplicada entre el elemento 15 anular de sujeción y la zona 17 anular periférica de la cara de extremo del punzón 13 de embutición es suficiente para restringir o evitar el flujo de metal desde la zona 33 anular sujeta hacia la parte 34 encerrada durante esta operación de estirado. Para mejorar el efecto de agarre, la cara de extremo del elemento 15 anular de sujeción puede tener una textura (no mostrada en las figuras) para de ese modo permitir el uso de una carga de sujeción reducida en comparación con el uso de un elemento de sujeción anular que tenga una cara de extremo pulida lisa.

Tal como se muestra en la figura 6, la copa resultado de la operación de estirado realizada en la prensa 10 tiene un espesor reducido en su base en relación con el calibre inicial de la pieza 5 en bruto de hoja de metal. Tal como se indicó anteriormente en la descripción general de la invención, esta copa puede usarse como cuerpo de recipiente, pero generalmente estaría sujeta a una cualquiera o a una combinación de operaciones de reembutición y planchado para optimizar el diámetro y el espesor de pared lateral de la copa. Tal como se ha indicado asimismo en la descripción general de la invención, la zona 35 abombada puede ser particularmente beneficiosa para los recipientes previstos para productos a presión, tales como bebidas carbonatadas.

Claims (9)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES i. Método para la fabricación de una copa de metal a partir de una hoja de metal, comprendiendo el método las siguientes operaciones:

1. una operación de embutición que comprende embutir la hoja de metal para formar una copa que tiene una pared lateral y una base solidaria; ii. una operación de estirado realizada en la copa, comprendiendo la operación sujetar una zona anular en la base de la copa para definir una parte encerrada, y deformar y estirar al menos parte de la base que se encuentra dentro de la parte encerrada para de ese modo aumentar el área superficial y reducir el espesor de la base, estando la sujeción anular adaptada para restringir o evitar el flujo de metal desde la zona sujeta hacia la parte encerrada durante esta operación de estirado; realizándose las operaciones de embutición y estirado en una prensa común.

2. Método según la reivindicación 1, en el que la operación de embutición comprende situar la hoja de metal entre un punzón de embutición y una matriz de embutición, y mover uno cualquiera o ambos del punzón de embutición y la matriz de embutición hacia el otro de tal manera que el punzón de embutición se extiende a través de la matriz de embutición para embutir de ese modo la hoja de metal para formar la copa, comprendiendo la sujeción anular durante la operación de estirado sujetar la zona anular en la base de la copa entre el punzón de embutición y un elemento de sujeción dispuesto en el lado opuesto de la copa al punzón de embutición.

3. Método según la reivindicación 2, en el que la operación de estirado comprende usar un punzón de estirado dispuesto en el lado opuesto de la copa al punzón de embutición y mover uno cualquiera o ambos del punzón de estirado y la copa sujeta hacia el otro para deformar y estirar al menos parte de la base que se encuentra dentro de la parte encerrada.

4. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que la operación de estirado comprende deformar y estirar al menos parte de la base que se encuentra dentro de la parte encerrada para formar un perfil abombado.

5. Un prensa para la fabricación de una copa de metal a partir de una hoja de metal, comprendiendo la prensa: i. medios para embutir la hoja de metal para formar una copa que tiene una pared lateral y una base solidaria; ii. un elemento de sujeción para sujetar la copa embutida durante una operación de estirado, estando el elemento de sujeción adaptado para sujetar una zona anular en la base de la copa embutida para definir una parte encerrada; iii. una herramienta de estirado adaptada para deformar y estirar al menos parte de la base que se encuentra dentro de la parte encerrada en la operación de estirado para de ese modo aumentar el área superficial y reducir el espesor de la base, estando el elemento de sujeción adaptado además para restringir o evitar el flujo de metal desde la zona sujeta hacia la parte encerrada durante la operación de estirado.

6. Prensa según la reivindicación 5, en la que los medios para embutir la hoja de metal comprende un punzón de embutición y una matriz de embutición, pudiendo moverse uno cualquiera o ambos del punzón de embutición y la matriz de embutición hacia el otro de tal manera que el punzón de embutición puede extenderse a través de la matriz de embutición para embutir la hoja de metal para formar la copa, estando el elemento de sujeción dispuesto en el lado opuesto de la copa al punzón de embutición de tal manera que en uso durante la operación de estirado el elemento de sujeción sujeta la zona anular de la base entre el elemento de sujeción y el punzón de embutición.

7. Prensa según la reivindicación 6, en la que la herramienta de estirado comprende un punzón de estirado dispuesto en el lado opuesto de la copa al punzón de embutición, pudiendo moverse uno cualquiera o ambos del punzón de estirado y la combinación de punzón de embutición y elemento de sujeción hacia el otro de tal manera que en uso el punzón de estirado deforma y estira al menos parte de la base que se encuentra dentro de la parte encerrada.

8. Prensa según cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7, en la que el punzón de embutición está dotada de un hueco u orificio para permitir que la herramienta de estirado se extienda total o parcialmente dentro del hueco u. orificio durante la operación de estirado.

9. Método o prensa tal como se describe el presente documento, con referencia a los dibujos adjuntos.