PL202631B1 - Sposób formowania pod ciśnieniem pustego metalowego wyrobu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób formowania pod ciśnieniem pustego metalowego wyrobu.

W sposobie wedł ug wynalazku wykorzystuje się wewnę trzne ciś nienie pł ynu do rozszerzania pustej metalowej preformy lub półproduktu do ścianki wykroju matrycy. W szczególności wynalazek poleca się do formowania opakowań z aluminium lub z innych metali, mających kształt konturowy, na przykład kształt butelki o cechach asymetrycznych.

Puszki metalowe są dobrze znane i szeroko stosowane do napojów. Obecne korpusy puszek, czy to korpusy jednoczęściowe „ciągnione i prasowane”, czy też korpusy otwarte z obu stron (z oddzielnym członem zamykającym na spodzie i na wierzchu), zazwyczaj mają proste, pionowe, cylindryczne ścianki boczne. Czasami jednak pożądane jest, z powodów estetycznych, na życzenie konsumenta i/lub dla identyfikacji produktu, nadawać bardziej złożony kształt ściance bocznej metalowego opakowania do napojów, a w szczególności, zapewnić metalowe opakowanie raczej o kształcie butelki, niż zwykłej cylindrycznej puszki. Tradycyjne sposoby produkcji puszek nie umożliwiają uzyskania takiego kształtu.

Dla tych i innych celów, korzystne byłoby zapewnienie wygodnych i efektywnych sposobów formowania półproduktów w kształty butelek albo w inne skomplikowane kształty. Ponadto, przydatne byłoby zapewnienie procedur zdolnych do formowania konturowych kształtów pojemnika, które nie są promieniowo symetryczne, aby zwiększyć rozmaitość uzyskiwanych projektów.

W opisie patentowym US 3 040 684 ujawniono urządzenie do formowania z preformy klamek drzwiowych, z wykorzystaniem wykroju matrycy i ciśnienia hydraulicznego. Performę umieszcza się w wykroju matrycy, wypeł nia pł ynem hydraulicznym i uszczelnia. Matryca następnie zamyka się , a dolny suwak prasy przemieszcza ku górze wytł aczają c ścianki preformy odpowiednio do kształ tu wykroju matrycy. W tej procedurze objętość płynu nie zmienia się, a rozszerzanie preformy jest powodowane przez ruch suwaka prasy.

Inne urządzenie do formowania klamek jest ujawnione w opisie patentowym US 4 362 037, w którym wykorzystuje się matrycę dzieloną. Preforma obejmuje częściowo uformowaną klamkę drzwiową, której zewnętrzną okrągłą powierzchnię czołową umieszcza się na dolnej matrycy. Górna matryca ma zagłębienie o bocznych ściankach określających ostateczny kształt klamki. Ta górna matryca jest wciskana w dół na preformę spoczywającą na dolnej matrycy. Następnie do wnętrza preformy wtłacza się płyn, za pomocą którego preforma jest wytłaczana w kształcie wykroju matrycy.

W opisie patentowym US 6 182 487 został ujawniony sposób wytwarzania naczynia metalowego, z wykorzystaniem matrycy dzielonej zawierającej matrycę stałą i ruchomą. Najpierw formuje się cylinder mający dno przyspawane do tulei i umieszcza się go dolnym końcem osadzonym w matrycy ruchomej, podczas gdy otwarty koniec cylindra mocuje się w matrycy stałej. Cylinder jest naciskany przez matrycę stałą, a matryca ruchoma zamyka matrycę stałą, aby uformować naczynie.

Sposób formowania pod ciśnieniem pustego metalowego wyrobu o określonym kształcie i wymiarach, polegający na (a) umieszczeniu pustej metalowej preformy o zamkniętym końcu w zagłębieniu matrycy mającej ściankę o określonym wymienionym kształcie i wymiarach, przy czym co najmniej część preformy jest początkowo oddalona wewnątrz od ścianki matrycy, oraz na (b) poddaniu preformy działaniu wewnętrznego ciśnienia płynu, aby rozszerzyć preformę na zewnątrz do pełnego zetknięcia ze ścianką matrycy, nadając określony kształt i wymiary preformie, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zagłębienie matrycy ma takie wymiary, żeby bocznie objąć pustą metalową preformę o zamkniętym końcu ze stemplem umieszczonym w jednym końcu zagłębienia i przemieszczającym się do wnętrza zagłębienia, zaś zamknięty koniec preformy jest umieszczony wewnątrz zagłębienia matrycy w sąsiedztwie powierzchni czołowej stempla, a wewnętrzne ciśnienie płynu doprowadza się do preformy tak, żeby rozszerzyć ją na zewnątrz i wywrzeć ciśnienie płynu na zamknięty koniec, oraz (c) przed albo po rozpoczęciu rozszerzania preformy, ale przed zakończeniem jej rozszerzania, stempel przemieszcza się do jednego końca zagłębienia aż do zetknięcia się i przemieszczenia zamkniętego końca preformy w kierunku przeciwnym do kierunku siły wywieranej na niego przez ciśnienie płynu, deformując zamknięty koniec preformy podczas rozszerzania preformy na zewnątrz aż do pełnego zetknięcia ze ścianką matrycy.

Korzystnie, wewnętrzne ciśnienie płynu wytwarza się przez przykładanie podwyższonego wewnętrznego ciśnienia płynu i podwyższonego zewnętrznego ciśnienia płynu na preformę w zagłębieniu matrycy, przy czym podwyższone wewnętrzne ciśnienie płynu jest wyższe niż podwyższone zewnętrzne ciśnienie płynu.

PL 202 631 B1

Korzystnie, przed poddaniem preformy działaniu wewnętrznego ciśnienia płynu, do preformy doprowadza się ciepło wewnątrz zagłębienia matrycy, aby wywołać w niej gradient temperatury.

Korzystnie, płynem stosowanym do wytwarzania ciśnienia jest gaz.

Korzystnie, gazem jest azot, powietrze lub argon.

Korzystnie, formowanie przeprowadza się w temperaturze wyższej niż 100°C, a bardziej korzystnie w temperaturze około 300°C.

Korzystnie, preforma jest podłużnym i początkowo zwykle cylindrycznym półwyrobem z rozszerzalnym zamkniętym końcem i przeciwległym do niego otwartym końcem.

Korzystnie, stempel przesuwa się do zagłębienia po rozpoczęciu rozszerzania się preformy, ale przed całkowitym zakończeniem rozszerzania preformy w operacji (b).

Korzystnie, stempel przesuwa się do zetknięcia z zamkniętym końcem preformy przed rozpoczęciem rozszerzania preformy, a ten styk jest utrzymywany przez cały czas rozszerzania preformy.

Korzystnie, stempel ma powierzchnię kształtową, a zamknięty koniec preformy odkształca się tak, aby być zgodnym z tą kształtową powierzchnią.

Korzystnie, wymieniony określony kształt jest kształtem butelki zawierającej część szyjkową i część główną o większych wymiarach bocznych niż część szyjkowa, przy czym oś wzdłużna zagłębienia matrycy i oś wzdłużna preformy są usytuowane współosiowo w operacji (a), a stempel przemieszcza się wzdłuż osi wzdłużnej zagłębienia.

Korzystnie, stempel ma kształt kopuły, a w operacji (c) zamknięty koniec preformy odkształca się w wymieniony kształt kopuły.

Korzystnie, ścianka matrycy obejmuje dzieloną matrycę rozłączną do usuwania uformowanego pojemnika po operacji (c).

Korzystnie, określony kształt jest asymetryczny wokół osi wzdłużnej zagłębienia.

Korzystnie, stempel umieszcza się wstępnie, na początku operacji (b) tak, aby ograniczał osiowe wydłużanie preformy powodowane ciśnieniem płynu.

Korzystnie, preforma jest podłużnym i początkowo zwykle cylindrycznym półwyrobem z otwartym końcem i przeciwległym do niego zamkniętym końcem i ma średnicę równą średnicy części szyjkowej butelki.

Korzystnie, półwyrób ma wystarczającą odkształcalność, aby można go było rozszerzyć do określonego kształtu w czasie jednej operacji formowania pod ciśnieniem.

Korzystnie, we wstępnym etapie, przed przeprowadzeniem operacji (a), (b) i (c), umieszcza się półwyrób w mniejszym zagłębieniu matrycy niż wcześniej wspomniane zagłębienie matrycy i poddaje się półwyrób działaniu wewnętrznego ciśnienia płynu, aby rozszerzyć półwyrób do wielkości i kształtu pośredniego, mniejszego niż określony kształt i wymiary boczne.

Korzystnie, preforma jest podłużnym i początkowo zwykle cylindrycznym półwyrobem z otwartym końcem oraz przeciwległym do niego zamkniętym końcem i ma średnicę większą niż średnica części szyjkowej butelki, a po przeprowadzeniu operacji (a), (b) i (c), poddaje się półwyrób, w pobliżu jego otwartego końca, dodatkowo operacji zgniatania obrotowego, aby ukształtować część szyjkową o zmniejszonej ś rednicy.

Korzystnie, preforma jest aluminiowa.

Korzystnie, przed przeprowadzeniem operacji (a), preformę formuje się z arkusza aluminium o zrekrystalizowanej lub przywróconej mikrostrukturze, o gruboś ci od 0,25 do 1,5 mm.

Korzystnie, preformę formuje się w postaci cylindra z zamkniętym końcem, przez poddanie arkusza operacji wytłaczania lub wyciskania przeciwbieżnego.

Korzystnie, podczas operacji (b) występują kolejne fazy ciśnienia płynu wewnątrz preformy: faza (i) wzrost ciśnienia do pierwszej wartości szczytowej przed rozpoczęciem rozszerzania preformy, faza (ii) spadek ciśnienia do minimalnej wartości podczas rozpoczęcia rozszerzania, faza (iii) stopniowy wzrost ciśnienia do wartości pośredniej oznaczający rozszerzanie preformy ale bez pełnego zetknięcia ze ścianką matrycy, oraz faza (iv) wzrost ciśnienia od wartości pośredniej przy pełnym rozszerzeniu preformy, przy czym przy końcu fazy (iii) ciśnienia rozpoczyna się przemieszczanie stempla w operacji (c) aby przesunąć i odkształcić zamknięty koniec preformy.

Korzystnie, podczas operacji (b), kiedy zamknięty koniec preformy zetknie się wstępnie ze ścianką matrycy, przybiera podłużny i zwykle półkulisty kształt, a rozpoczęcie przemieszczania się stempla w operacji (c), aby przesunąć i odkształcić zamknięty koniec preformy, następuje w tym samym czasie, kiedy zamknięty koniec przybiera ten kształt.

PL 202 631 B1

Korzystnie, niezależnie reguluje się wewnętrzne i zewnętrzne podwyższone ciśnienie płynu, którym poddawana jest równocześnie preforma, aby zmieniać różnicę ciśnień między podwyższonym wewnętrznym ciśnieniem płynu, a podwyższonym zewnętrznym ciśnieniem płynu, sterując w ten sposób szybkością odkształcania w preformie.

Korzystnie, do preformy doprowadza się ciepło za pomocą elementów grzejnych umieszczonych w stemplu, przez co wywołuje się gradient temperatury w preformie rozchodzący się od zamkniętego dna ku górze.

Korzystnie, do preformy doprowadza się ciepło za pomocą elementów grzejnych umieszczonych wokół wierzchołka preformy w matrycy, przez co wywołuje się gradient temperatury w preformie rozchodzący się od wierzchołka ku dołowi.

Korzystnie, do preformy doprowadza się ciepło za pomocą elementów grzejnych umieszczonych w bocznych ściankach matrycy.

Sposób formowania pod ciśnieniem pustego metalowego wyrobu o określonym kształcie i wymiarach, polegający na umieszczeniu pustej, metalowej preformy o zamkniętym końcu w zagłębieniu matrycy mającej ściankę o wymienionym określonym kształcie i wymiarach, przy czym co najmniej część preformy jest początkowo oddalona wewnątrz od ścianki matrycy, oraz na poddaniu preformy działaniu ciśnienia wewnętrznego płynu, aby rozszerzyć preformę na zewnątrz do pełnego zetknięcia ze ścianką matrycy, nadając określony kształt i wymiary preformie, według odmiany wynalazku jest charakterystyczny tym, że zagłębienie matrycy ma takie wymiary, żeby objąć pustą metalową preformę o zamkniętym końcu, a wewnętrzne podwyższone ciśnienie płynu doprowadza się do preformy w zagłębieniu, ż eby rozszerzyć ją na zewną trz i wywrzeć nacisk ciś nienia pł ynu na zamknię ty koniec, przy czym jednocześnie doprowadza się do preformy w zagłębieniu zewnętrzne podwyższone ciśnienie płynu, zaś wewnętrzne podwyższone ciśnienie płynu jest wyższe niż zewnętrzne podwyższone ciśnienie płynu, a różnica między wewnętrznym a zewnętrznym ciśnieniem zmienia się aby sterować szybkością odkształcania w rozszerzaniu preformy.

Korzystnie, wewnętrzne i zewnętrzne podwyższone ciśnienie płynu są sterowane niezależnie.

Korzystnie, przed poddaniem preformy działaniu wewnętrznego ciśnienia płynu, do preformy doprowadza się ciepło wewnątrz zagłębienia matrycy, aby wywołać w niej gradient temperatury.

Korzystnie, płynem stosowanym do wytwarzania ciśnienia jest gaz.

Korzystnie, gazem jest azot, powietrze lub argon.

Korzystnie, formowanie przeprowadza się w temperaturze wyższej niż 100°C, a najkorzystniej, w temperaturze oko ł o 300°C.

Korzystnie, ścianka matrycy obejmuje dzieloną matrycę rozłączną do usuwania uformowanego wyrobu.

Korzystnie, wymieniony określony kształt jest kształtem butelki zawierającej część szyjkową i część główną o większych wymiarach bocznych niż część szyjkowa, przy czym oś wzdłużna zagłębienia matrycy i oś wzdłużna preformy są usytuowane współosiowo.

Korzystnie, preforma jest podłużnym i początkowo zwykle cylindrycznym półwyrobem z otwartym końcem i przeciwległym do niego zamkniętym końcem i ma średnicę równą średnicy części szyjkowej butelki.

Korzystnie, określony kształt jest asymetryczny wokół osi wzdłużnej zagłębienia.

Korzystnie, preforma ma wystarczającą odkształcalność, aby można ją było rozszerzyć do określonego kształtu w czasie jednej operacji formowania pod ciśnieniem.

Korzystnie, preforma jest aluminiowa.

Korzystnie, przed umieszczeniem w zagłębieniu matrycy, preformę formuje się z arkusza aluminium o zrekrystalizowanej lub przywróconej mikrostrukturze, o grubości od 0,25 do 1,5 mm.

Korzystnie, preformę formuje się w postaci cylindra z zamkniętym końcem, przez poddanie arkusza aluminium operacji wytłaczania lub wyciskania przeciwbieżnego.

Korzystnie, przed umieszczeniem preformy w zagłębieniu matrycy i doprowadzeniem wewnętrznego i zewnętrznego podwyższonego ciśnienie płynu, preformę formuje się do wielkości i kształtu pośredniego, mniejszego niż określony kształt i wymiary boczne, przez wstępne umieszczenie półwyrobu w mniejszym zagłębieniu matrycy niż zagłębienie o określonym kształcie i wymiarach bocznych oraz doprowadzenie wewnętrznego ciśnienia płynu do półwyrobu.

Korzystnie, preforma jest podłużnym i początkowo zwykle cylindrycznym półwyrobem z otwartym końcem oraz przeciwległym do niego zamkniętym końcem i ma średnicę większą niż średnica części szyjkowej butelki, a po uformowaniu kształtu butelki półwyrób poddaje się, w pobliżu jego

PL 202 631 B1 otwartego końca, dodatkowej operacji formowania obrotowego, aby ukształtować część szyjkową o zmniejszonej ś rednicy.

Korzystnie, podczas doprowadzania wewnętrznego i zewnętrznego podwyższonego ciśnienia płynu występują kolejne fazy ciśnienia płynu wewnątrz preformy: faza (i) wzrost ciśnienia do pierwszej wartości szczytowej przed rozpoczęciem rozszerzania preformy, faza (ii) spadek ciśnienia do minimalnej wartości podczas rozpoczęcia rozszerzania, faza (iii) stopniowy wzrost ciśnienia do wartości pośredniej oznaczający rozszerzanie preformy ale bez pełnego zetknięcia ze ścianką matrycy, oraz faza (iv) wzrost ciśnienia od wartości pośredniej przy pełnym rozszerzeniu preformy.

Przedmiot wynalazku, w korzystnych przykładach wykonania został przestawiony na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia oprzyrządowanie do realizacji sposobu według wynalazku, w uproszczonym i dość schematycznym widoku perspektywicznym; fig. 2A i 2B - kolejne etapy realizacji pierwszego przykładu wykonania sposobu według wynalazku, w widokach podobnych jak na fig. 1; fig. 3 - wykresy wewnętrznego ciśnienia i przemieszczania suwaka prasy, w funkcji czasu, przy wykorzystaniu powietrza jako medium płynnego, ilustrujące związek czasowy między operacjami poddawania preformy działaniu wewnętrznego ciśnienia płynu i przemieszczania stempla, w sposobie według wynalazku; fig. 4A, 4B, 4C i 4D - kolejne etapy realizacji drugiego przykładu wykonania sposobu według wynalazku, w widokach podobnych jak na fig. 1; fig. 5A i 5B - kolejne etapy realizacji trzeciego przykładu wykonania sposobu według wynalazku, przedstawiające czynności formowania obrotowego, w widokach podobnych jak na fig. 1; fig. 6A, 6B, 6C i 6D - kolejne etapy realizacji sposobu wedł ug wynalazku, w wytworzonych komputerowo schematycznych rzutach pionowych; fig. 7 - wykres zmian ciśnienia w czasie (w dowolnych jednostkach czasu) ilustrujący cechę równoczesnego doprowadzania niezależnie sterowanych, podwyższonych ciśnień wewnętrznego i zewnętrznego do preformy w zagłębieniu matrycy oraz porównanie zmian ciśnienia wewnętrznego (jak na fig. 3) pod nieobecność podwyższonego zewnętrznego ciśnienia; fig. 8 - wykres zmian odkształcenia w czasie, uzyskany z analizy elementu skończonego, pokazujący odkształcenia w jednym szczególnym położeniu (elementu), w dwóch różnych stanach ciśnienia porównanych na fig. 7; fig. 9 - wykres podobny jak na fig. 7, ilustrujący szczególny mechanizm sterowania, który może być wykorzystany w procesie formowania, kiedy wewnętrzne i zewnętrzne podwyższone ciśnienie płynu są jednocześnie doprowadzane do preformy w zagłębieniu matrycy; fig. 10 - schematyczną ilustracją rozszerzania preformy z wykorzystaniem ogrzewanego stempla; fig. 11 - wykres pokazujący obciążenia stempla, wewnętrzne ciśnienia oraz przemieszczenia tłoka podczas rozszerzania preformy, zaś fig. 12 przedstawia etapy wytwarzania preformy z płaskiego krążka, w widoku perspektywicznym.

Wynalazek zostanie teraz opisany, jako przykład realizacji sposobu formowania pojemników aluminiowych o konturowym kształcie, który nie musi być symetryczny osiowo (promieniowo symetryczny wokół osi geometrycznej pojemnika), przy zastosowaniu kombinacji hydroformowania (wewnętrzne ciśnienie płynu) i formowania stemplem, tj. procedury PRF.

Proces wytwarzania PRF ma dwie różne fazy, wytwarzania preformy i późniejsze formowanie preformy w ostateczny pojemnik. Jest kilka opcji sposobów formowania kompletnego, a wybór właściwego jest określany na podstawie zdolności do odkształceń plastycznych zastosowanego arkusza aluminium.

Preformę wykonuje się z arkusza aluminium o zrekrystalizowanej lub odzyskanej mikrostrukturze i grubości od 0,25 mm do 1,5 mm. Preforma jest cylindrem z zamkniętym końcem, który może być wykonany, np. w procesie wytłaczania lub wyciskania przeciwbieżnego. Średnica preformy mieści się między minimalną a maksymalną średnicą żądanego wyrobu pojemnika. Gwinty można wykonać na preformie przed późniejszymi operacjami formowania. Profil zamkniętego końca preformy można tak ukształtować, aby wspomagał formowanie profilu dna produktu finalnego.

Zestaw oprzyrządowania do realizacji sposobu według wynalazku, przedstawiony na fig. 1, zawiera dzieloną matrycę 10 z wyprofilowanym zagłębieniem 11 określającym osiowo pionowy kształt butelki, stempel 12 mający obrys żądany dla dna pojemnika (np. w pokazanym przykładzie wykonania, wypukły, kopulasty obrys do nadawania kopulastego kształtu dna formowanego pojemnika) oraz trzpień prasy 14, który jest przymocowany do stempla. Na fig. 1 jest pokazana tylko jedna z dwóch połówek matrycy dzielonej, druga połówka jest jej lustrzanym odbiciem połówki przedstawionej; jak się okaże, dwie połówki spotykają się w płaszczyźnie obejmującej oś geometryczną kształtu butelki, określonego przez zagłębienie matrycy 11.

Minimalna średnica zagłębienia matrycy 11, przy jej górnym otwartym końcu 11a (który odpowiada szyjce kształtu butelki zagłębienia) jest równa zewnętrznej średnicy preformy (patrz fig. 2A),

PL 202 631 B1 która ma być umieszczona w zagłębieniu, z poprawką na luz. Preforma jest wstępnie umieszczana nieco powyżej stempla 12 i ma przy otwartym końcu 11a schematycznie przedstawiony łącznik ciśnieniowy 16 umożliwiający utrzymywanie zwiększonego wewnętrznego ciśnienia. Utrzymywanie ciśnienia można osiągnąć, np. przez podłączenie do gwintu uformowanego w górnej części otwartego końca preformy, lub też przez wsunięcie rury do otwartego końca preformy i uszczelnienie za pomocą dzielonej matrycy lub za pomocą innego łącznika ciśnieniowego.

Etap poddawania działaniu ciśnienia pociąga za sobą wprowadzenie, do wnętrza pustej preformy, wody lub powietrza pod ciśnieniem wystarczającym, aby spowodować, że preforma rozszerzy się wewnątrz zagłębienia, dopóki ścianki preformy nie przylgną w pełni do ścianki matrycy ograniczającej zagłębienie, przekazując w ten sposób kształt i wymiary boczne zagłębienia do rozszerzonej preformy. Stwierdzono ogólnie, że zastosowany płyn może być ściśliwy lub nieściśliwy, o dowolnym masowym, przepływowym, objętościowym lub ciśnieniowym sterowaniu regulacji ciśnienia, którego działaniu poddawane są ścianki preformy. Przy wyborze płynu ważne jest wzięcie pod uwagę warunków temperaturowych wykorzystywanych w procesie formowania; jeżeli płynem jest np. woda, temperatura musi być mniejsza niż 100°C, a jeżeli żądana jest temperatura wyższa należy zastosować gaz, taki jak powietrze, lub ciecz, która nie wrze przy temperaturze operacji formowania.

Po etapie wywierania ciśnienia, szczegółowe cechy rzeźby uformowanej w ściance matrycy są odtwarzane w postaci odwrotnego lustrzanego odbicia na powierzchni powstałego pojemnika. Nawet, jeżeli takie cechy lub ogólny kształt wytwarzanego pojemnika nie są symetryczne osiowo, pojemnik daje się łatwo wyjąć z oprzyrządowania dzięki zastosowaniu matrycy dzielonej.

W niektórych przykładach wykonania wynalazku, przedstawionych na fig. 2A i 2B, preforma 18 jest półproduktem pustego aluminiowego cylindra o zamkniętym dolnym końcu 20 i otwartym górnym końcu 22, mającym zewnętrzną średnicę równą zewnętrznej średnicy szyjki formowanego kształtu butelki, zaś odkształcenia formowania w procesie PRF znajdują się w granicach ustalonych przez zdolność do odkształceń plastycznych preformy (które zależą od temperatury i szybkości odkształcania). Przy zastosowaniu preformy mającej takie właściwości odkształcalności, kształt zagłębienia matrycy 11 wykonuje się dokładnie zgodny z żądanym kształtem produktu finalnego, a produkt może być wytworzony podczas jednej operacji PRF. Ruch trzpienia prasy 14 i wielkość wewnętrznego ciśnienia są takie, żeby zminimalizować odkształcenia operacji formowania i wytworzyć żądany kształt pojemnika. Cechy szyjki i ścianki bocznej powstają głównie przez rozszerzenie preformy dzięki działaniu wewnętrznego ciśnienia, podczas gdy kształt dna jest określany głównie przez ruch prasy i stempla 12 oraz obrys powierzchni stempla skierowanej do zamkniętego końca 20 preformy.

Właściwa synchronizacja stosowania wewnętrznego ciśnienia płynu i działanie (przesuwanie do wewnątrz zagłębienia matrycy) prasy i stempla są ważne z punktu widzenia praktycznej strony wynalazku. Fig. 3 pokazuje wykres wykonany komputerowo symulowanych danych (sekwencję sygnałów wyjściowych analizy produktu finalnego), przedstawiający operację formowania fig. 2A i 2B, przy ciśnieniu powietrza sterowanym przepływem. W szczególności wykres przedstawia zależności czasowe ciśnienia i czasu działania prasy. Jak wynika z fig. 3 zmiany ciśnienia płynu wewnątrz preformy przebiegają w kolejnych fazach: faza (i) wzrost ciśnienia do pierwszej wartości szczytowej 24 przed rozpoczęciem rozszerzania preformy, faza (ii) spadek ciśnienia do minimalnej wartości 26 podczas rozpoczęcia rozszerzania, faza (iii) stopniowy wzrost ciśnienia do wartości pośredniej 28 oznaczający rozszerzanie preformy ale bez pełnego zetknięcia ze ścianką matrycy, oraz faza (iv) szybszy wzrost 30 ciśnienia od wartości pośredniej przy pełnym rozszerzeniu preformy. Ustalono, że odpowiednio do tej sekwencji etapów ciśnienia rozpoczyna się ruch stempla, aby przemieścić i odkształcić zamknięty koniec preformy, który w korzystnym przykładzie wykonania, ma miejsce w punkcie 32 na końcu fazy (iii). Jednostki czasu, ciśnienia i przesunięcia są pokazane na wykresie. Skutek operacji przedstawionych na fig. 3 (symulacja komputerowa) dokonanych na performie jest pokazany na fig. 6A, 6B, 6C i 6D dla czasów 0,0; 0,096; 0,134 oraz 0,21 sekundy, jak przedstawiono na osi x fig. 3.

Na początku wprowadzania wewnętrznego ciśnienia płynu do pustej preformy, stempel 12 jest umieszczony poniżej zamkniętego końca preformy (przyjmując osiową orientację pionową oprzyrządowania, jak pokazano) w bliskim sąsiedztwie (np. na styk) w stosunku do niego tak, aby ograniczyć osiowe rozciąganie preformy pod wpływem dostarczanego ciśnienia wewnętrznego. Kiedy rozszerzanie preformy osiągnie znaczący, choć nie pełny stopień, uruchamia się trzpień prasy 14 aby mocno przesunąć stempel ku górze, przemieścić metal zamkniętego końca preformy ku górze i odkształcić go odpowiednio do obrysu powierzchni stempla, kiedy już jest zakończone boczne rozszerzanie preformy pod wpływem ciśnienia wewnętrznego. Przemieszczenie zamkniętego końca preformy ku górze nie

PL 202 631 B1 może przesunąć preformy ku górze względem matrycy albo spowodować wybrzuszenia bocznej ścianki preformy (co może nastąpić przy zbyt wczesnym przemieszczeniu prasy), ze względu na stopień rozszerzenia preformy, który już nastąpił, kiedy prasa zaczęła napędzać stempel ku górze.

Figury 4A-4D przedstawiają drugi przykład wykonania wynalazku. W tym przykładzie, podobnie jak w tym z fig. 2A i 2B, cylindryczna preforma 38 ma początkowo zewnętrzną średnicę równą minimalnej średnicy (szyjki) produktu finalnego. Jednakże, w tym przykładzie wykonania przyjmuje się, że odkształcenia formowania w operacji PRF przekraczają granice odkształcalności preformy. W tym przypadku wymagane są dwie kolejne operacje formowania ciśnieniowego. Pierwsza (fig. 4A i 4B) nie wymaga prasy i po prostu rozszerza preformę wewnątrz dzielonej matrycy 40 do większej średnicy półproduktu 38a, za pomocą wewnętrznego ciśnienia. Druga jest procedurą PRF (fig. 4C i 4D), która rozpoczyna się od półproduktu wstępnie rozszerzonego w matrycy 40, z wykorzystaniem dzielonej matrycy 42 z zagłębieniem 44 w kształcie butelki i stempla 46, napędzanego przez trzpień prasy 48, tj. przy zastosowaniu zarówno wewnętrznego ciśnienia płynu jak i ruchu prasy, i wytwarza produkt finalny o żądanym kształcie butelki, włącznie z wszystkimi cechami profilu ścianki bocznej i konturów dna, które są wytworzone głównie przez działanie stempla 46.

Trzeci przykład wykonania jest przedstawiony na fig. 5A i 5B. W tym przykładzie preforma 50 jest wykonana z początkową średnicą zewnętrzną większą niż żądana minimalna średnica zewnętrzna (zazwyczaj średnica szyjki) pojemnika finalnego w kształcie butelki. Taki wybór preformy może wynikać z uwzględnienia granic formowania operacji formowania wstępnego lub może być wybrany w celu zmniejszenia naprężeń podczas operacji PRF. W konsekwencji, wytworzenie produktu finalnego musi zawierać zarówno rozszerzanie średnicowe, jak i ściskanie preformy, a zatem nie może być przeprowadzone tylko i wyłącznie przy użyciu urządzenia do operacji PRF. Pojedyncza operacja PRF (fig. 5A, z wykorzystaniem dzielonej matrycy 52 i napędzanego prasą stempla 54) jest zastosowana do formowania profili ścianek i dna (jak w przykładzie z fig. 2A i 2B), zaś do ukształtowania szyjki pojemnika jest wymagana operacja formowania wirowego lub inna operacja wytaczania szyjki. Jak przedstawiono na fig. 5B możliwe jest zastosowanie procedury kształtowania wirowego typu opisanego w zgłoszeniu patentowym US 09/846,169, data zgłoszenia 1 maja 2001, wykorzystującego wiele zestawów tarcz 56 kształtowania wirowego i stożkowych trzpieni 58 do kształtowania szyjki butelki 60.

W praktyce opisanej wyżej procedury PRF, odkształcenia PRF mogą być duże. Skład stopu jest odpowiednio dobrany lub regulowany, aby zapewnić połączenie żądanych właściwości produktu i lepszej odkształcalności. Jeżeli ciągle wymagana jest jeszcze większa odkształcalność można regulować temperaturę formowania, jak to zostanie niżej opisane, ponieważ zwiększenie temperatury może poprawić odkształcalność; stąd operacja(e) PRF mogą wymagać przeprowadzenia przy podwyższonych temperaturach i/lub preforma może wymagać regeneracyjnego wyżarzania, dla zwiększenia jej odkształcalności.

Prezentowany wynalazek różni się od znanych dotychczas operacji formowania pod ciśnieniem, takich jak formowanie przez wydmuchiwanie pojemników PET, w szczególności, różni się dodaniem zewnętrznego elementu stempla formującego. Wewnętrzny stempel, jaki niekiedy używany do formowania butelek PET, nie jest wymagany. W obecnym stanie wiedzy, nie jest znany żaden sposób wytwarzania pojemników aluminiowych o profilu kształtowym w takim zakresie średnic, jaki może być osiągnięty za pomocą prezentowanego wynalazku. Ponadto, nieznany jest sposób wytwarzania profili asymetrycznych (np. stopy na dnie lub spiralne żebra na boku pojemnika).

Sposób, według wynalazku, może również być zastosowany do kształtowania pojemników z innego materiału, na przykład ze stali.

Znaczenie przemieszczania napędzanego prasą stempla 12 do zagłębienia matrycy 11, celem przesunięcia i odkształcenia zamkniętego końca 20 preformy 18 (jak na fig. 2A i 2B), może być dalej wyjaśnione przez odwołanie do fig. 3 (wyżej wspomnianej) jako odniesione do fig. od 6A do 6D, gdzie linia punktowa przedstawia pionowy profil zagłębienia matrycy 11, zaś przesunięcie (w milimetrach) kopułowatego stempla 12, w różnych momentach, po wprowadzeniu ciśnienia wewnętrznego, jest przedstawione, za pomocą skali, po prawej stronie linii punktowej.

Prasa spełnia dwie podstawowe funkcje w formowaniu butelki aluminiowej. Ogranicza ona osiowe odkształcenia przy rozciąganiu i formuje kształt dna pojemnika. Początkowo, napędzany prasą stempel 12 jest utrzymywany w pobliżu lub styka się z dnem preformy 18 (fig. 6A). Służy to zminimalizowaniu osiowego rozciągania bocznej ścianki preformy, co w przeciwnym razie mogłoby nastąpić na skutek działania wewnętrznego ciśnienia. Tak więc, kiedy wewnętrzne ciśnienie wzrasta boczna ścianka prefromy rozszerza się do zetknięcia z wnętrzem matrycy bez znaczącego wydłużenia. Zazwyczaj,

PL 202 631 B1 środkowy obszar preformy rozszerza się jako pierwszy i ten obszar rozszerzania wzrasta wzdłuż długości preformy, zarówno w dół jak i w górę. W pewnym momencie dno preformy staje się prawie półkuliste, o promieniu prawie równym promieniowi zagłębienia matrycy (fig. 6B). Następuje to w tym samym momencie lub tuż przed tym, kiedy prasa musi zostać uruchomiona, aby napędzić stempel 12 ku górze, (fig. 6C). Profil głowicy prasy (tj. obrys powierzchni stempla) określa w całości profil dna pojemnika. Ponieważ wewnętrzne ciśnienie płynu uzupełnia dociskanie preformy do ścianki zagłębienia matrycy (porównaj zgrubienie butelki i szyjkę na fig. 6B, 6C i 6D), ruch prasy w połączeniu z wewnętrznym ciśnieniem płynu, wciska dno prefromy w kontury powierzchni stempla w taki sposób, że wytwarza żądany kontur (fig. 6D) bez nadmiernych odkształceń przy rozciąganiu, które mogłyby, ewentualnie, doprowadzić do uszkodzenia. Ruch prasy ku górze wywiera siły ściskające na półkulisty obszar preformy, zmniejsza ogólne odkształcenia, powodowane działaniem ciśnienia, i wspiera podawanie materiału promieniowo na zewnątrz tak, aby wypełnić kontury głowicy stempla.

Jeżeli ruch prasy nastąpi zbyt wcześnie, w stosunku do wielkości ciśnienia wewnętrznego, preforma może się wybrzuszyć i pofałdować z powodu osiowych sił ściskających. Jeżeli ruch nastąpi za późno, materiał zostanie poddany nadmiernym odkształceniom w kierunku osiowym, co spowoduje uszkodzenie. Dlatego też dla udanej operacji formowania potrzebna jest koordynacja wielkości ciśnienia wewnętrznego i ruchu głowicy stempla prasy. Niezbędna synchronizacja czasowa jest najlepiej osiągana za pomocą analizy elementów skończonych (FEA) procesu. Fig. 3 jest oparta na wynikach FEA.

Wynalazek został szeroko opisany, a zilustrowany na fig. 3, jak gdyby żadne zwiększone ciśnienie (tj. większe niż ciśnienie atmosferyczne) płynu nie było doprowadzane na zewnątrz preformy w zagłębieniu matrycy. W takim wypadku, zewnętrzne ciśnienie działające na preformę w zagłębieniu matrycy byłoby zasadniczo ciśnieniem atmosferycznym otoczenia. Kiedy preforma się rozszerza, powietrze jest wypychane z zagłębienia matrycy (przez stopniowe zmniejszanie się objętości między zewnętrzem preformy, a ścianką matrycy) przez odpowiedni otwór wylotowy lub kanał wykonany w tym celu i łączący zagłębienie matrycy ze stroną zewnętrzną.

Stwierdzono szczególnie w odniesieniu do pojemników aluminiowych, drogą ilustracji, co zostało pokazane za pomocą FEA, że przy nieobecności żadnego zwiększonego ciśnienia zewnętrznego, gdy tylko preforma zaczyna się odkształcać (płynąć) plastycznie szybkość odkształcania w preformie staje się bardzo duża i zasadniczo niekontrolowalna, z powodu niskiej albo zerowej szybkości twardnienia stopów aluminium przy temperaturze (np. około 300°C) operacji formowania ciśnieniowo-prasowego.

Można powiedzieć, że przy takich temperaturach szybkość twardnienia stopów aluminium jest zasadniczo zerowy, a plastyczność, (tzn. granica formowania) zmniejsza się wraz ze wzrostem szybkości odkształcania. Zatem, zdolność do wytworzenia żądanego finalnie ukształtowanego produktu pojemnika obniża się, ponieważ szybkość odkształcania operacji formowania wzrasta, a plastyczność aluminium maleje.

Zgodnie z kolejną istotną cechą wynalazku, zwiększone ciśnienie płynu doprowadza się na zewnątrz preformy do zagłębienia matrycy, jednocześnie z doprowadzaniem zwiększonego ciśnienia płynu do wnętrza preformy. Te zewnętrzne i wewnętrzne zwiększone ciśnienia doprowadza się przez dwa niezależnie sterowane układy ciśnieniowe, odpowiednio. Zewnętrzne zwiększone ciśnienie płynu może być konwencjonalnie dostarczane przez przyłączenie niezależnie sterowanego źródła zwiększonego ciśnienia płynu do wymienionych wyżej otworów wylotowych albo kanałów tak, aby utrzymywać zwiększone ciśnienie w objętości między matrycą, a rozszerzającą się preformą.

Figury 7 i 8 porównują ciśnienie w funkcji czasu oraz odkształcenie w funkcji czasu przy formowaniu ciśnieniowo-prasowym pojemników z albo bez sterowania zwiększonego ciśnienia zewnętrznego (termin „odkształcenie” odnosi się tutaj do wydłużenia na jednostkę długości wytworzonego w korpusie przez siłę zewnętrzną). Linia 101 z fig. 7 odpowiada linii opisanej „ciśnienie” na fig. 3, dla przypadku, kiedy nie ma zewnętrznego zwiększonego ciśnienia płynu działającego na preformę; linia 103 z fig. 8 przedstawia odkształcenie wynikowe dla jednego szczególnego ustawienia (elementu), jak wyznaczono za pomocą FEA. Wyraźne odkształcenie jest prawie natychmiastowe, w tym przypadku, oznaczając bardzo wysoką szybkość odkształcania i bardzo krótki czas na rozszerzenia preformy do zetknięcia ze ścianką matrycy. W przeciwieństwie do tego, linie 105, 107 i 109 na fig. 7 reprezentują, odpowiednio, wewnętrzne zwiększone ciśnienie płynu, zewnętrzne zwiększone ciśnienie płynu oraz różnicę między nimi, kiedy oba ciśnienia są sterowane, tj. kiedy zewnętrzne i wewnętrzne zwiększone ciśnienia płynu, niezależnie sterowane, są równocześnie doprowadzane do preformy w zagłębieniu matrycy; wewnętrzne ciśnienie jest wyższe niż zewnętrzne ciśnienie tak, żeby uzyskać netto dodatnią

PL 202 631 B1 różnicę ciśnień wewnętrzne-zewnętrzne, jaka jest potrzebna do efektu rozszerzenia preformy. Linia 111 na fig. 8 przedstawia odkształcenie obwodowe (odkształcenie wytwarzane w płaszczyźnie poziomej wokół obwodu preformy podczas jej rozszerzania) dla niezależnie sterowanych stanów ciśnienia wewnętrznego-zewnętrznego, przedstawionych za pomocą linii 105, 107 i 109; widoczne jest, że odkształcenia obwodowe pokazane przez linię 111 osiąga tę samą wartość końcową, co linia 103, ale w ciągu znacznie dłuższego czasu, a zatem z o wiele mniejszą szybkością odkształceń. Linia 115 z fig. 8 przedstawia osiowe odkształcenie (odkształcenie powstające w kierunku pionowym podczas wydłużania preformy).

Przez jednoczesne zapewnienie niezależnego sterowania zwiększonego ciśnienia wewnętrznego i zewnętrznego płynu na preformę w zagłębieniu matrycy, oraz zmieniającą się różnicę między tymi ciśnieniami, operacja formowania pozostaje całkowicie pod kontrolą, pozwalając uniknąć wysokiej i niekontrolowanej szybkości odkształcania. Plastyczność preformy, a zarazem granica formowania operacji, zwiększają się z dwóch powodów. Po pierwsze, zmniejszenie szybkości odkształcania operacji formowania zwiększa naturalną plastyczność stopu aluminium. Po drugie, dodanie zewnętrznego zwiększonego ciśnienia zmniejsza (i potencjalnie może uczynić ujemnym) naprężenie hydrostatyczne w ściance rozszerzającej się preformy. To może zmniejszyć szkodliwy efekt uszkodzenia związany z mikrokulkami i międzymetalicznymi cząstkami elementarnymi w metalu. Określenie „naprężenie hydrostatyczne” odnosi się tutaj do średniej arytmetycznej trzech prostopadłych naprężeń z kierunków x, y, z.

Cecha wynalazku tutaj opisana zwiększa zdolność operacji formowania ciśnieniowo-prasowego do pomyślnego wytwarzania pojemników aluminiowych w kształcie butelek i tym podobnych, przez umożliwienie sterowania szybkości odkształcania operacji formowania i przez zmniejszenie naprężeń hydrostatycznych w metalu podczas formowania.

Wybór różnicy ciśnień jest oparty na właściwościach materiału metalowego, z którego wykonywana jest preforma. W szczególności, granica plastyczności oraz szybkość twardnienia materiału muszą być wzięte pod uwagę. W celu umożliwienia plastycznego płynięcia preformy (tj. niesprężystego) różnica ciśnień musi być taka, żeby naprężenie rzeczywiste preformy przekraczało granicę plastyczności. Jeżeli szybkość twardnienia jest dodatnia, stałe doprowadzane naprężenia rzeczywiste (od ciśnienia) powyżej granicy plastyczności będzie powodowało, że metal odkształci się do poziomu naprężenia równego doprowadzonemu naprężeniu rzeczywistemu. W tym miejscu stopień odkształcania będzie zbliżony do zera. W przypadku bardzo niskiej lub zerowej szybkości twardnienia metal będzie odkształcał się z większą szybkością odkształcania aż do albo zetknięcia ze ściankami matrycy, albo wystąpienia pęknięcia. Przy podwyższonych temperaturach, przewidywanych w operacjach PRF, szybkość twardnienia stopów aluminium jest niska lub zerowa.

Przykładami gazów, odpowiednich do zastosowania zarówno do zapewnienia zewnętrznego, jak i wewnętrznego ciśnienia są: azot, powietrze i argon lub dowolna kombinacja tych gazów.

Szybkość odkształcania plastycznego w dowolnym miejscu ścianki preformy, w dowolnym czasie, zależy tylko od chwilowego naprężenia rzeczywistego, które z kolei zależy wyłącznie od różnicy ciśnień. Wybór zewnętrznego ciśnienia zależy od ciśnienia wewnętrznego, z ogólną zasadą, aby osiągnąć i sterować naprężeniem rzeczywistym, a tym samym szybkością odkształcania, w ściance preformy.

Figura 9 pokazuje różne mechanizmy sterowania, które mogą być wykorzystane w procesie formowania. Dla zoptymalizowania procesu użyto symulacji elementów skończonych. Na fig. 9 linia 120 reprezentuje ciśnienie wewnętrzne, działające na preformę, linia 122 reprezentuje ciśnienie zewnętrzne, działające na preformę, zaś linia 124 różnicę tych ciśnień. Ta figura rysunku pokazuje przebieg ciśnienia dla jednego sposobu regulacji. W tym przypadku, masa płynu wewnątrz zagłębienia jest utrzymywana na stałym poziomie, a ciśnienie na zewnątrz zagłębienia (na zewnątrz preformy) jest zwiększane liniowo. Właściwości materiału zależne od szybkości odkształcania również zostały uwzględnione w symulacji. Ten ostatni mechanizm regulacji jest obecnie preferowany, ponieważ daje w wyniku prostszy proces.

Figura 10 dotyczy kolejnego przykładu wykonania wynalazku, w którym dodano ogrzewanie preformy, które wywołuje gradient temperatury w preformie. Jak pokazano na fig. 10, stempel 12 styka się z dnem preformy 18 i zawiera element grzejny 19. Element ten podgrzewa preformę od dna ku górze powodując rozszerzenie prefomy wzrastające od dna ku górze, gdy zwiększa się ciśnienie wewnętrzne.

Figura 11 przedstawia wykres ilustrujący proces rozszerzania. Jedna z linii wykresu pokazuje przemieszczenie prasy/stempla, zaś druga pokazuje zmiany obciążenia na prasie/stemplu, obie są przedstawione w funkcji czasu. Trzecia linia obrazuje wewnętrzne ciśnienie w preformie.

PL 202 631 B1

W punkcie A prasa jest obciążona wstępnie do obciążenia ściskającego około 22,7 kg, a w punkcie B preforma jest pod działaniem wewnętrznego ciśnienia i utrzymuje się na poziomie 1,14 Mpa. W zilustrowanej procedurze ustalanie położenia prasy jest schodkowe między punktami B i C w celu utrzymania obciążenia ściskającego prasy na poziomie 68 kg. Kiedy obciążenie prasy już nie spada gwałtownie, po przyroście położenia prasy (od punktu C do D), jednostajny przesuw prasy jest kontynuowany do przesunięcia o około 25 mm i do osiągnięcia obciążenia około 454 kg (punkt E). Podczas przemieszczania od punktu D do punktu E profil dna pojemnika został uformowany równocześnie z rozszerzaniem preformy tak, że punkt E reprezentuje całkowite uformowanie pojemnika.

Podczas gdy wykres z fig. 11 przedstawia stopniową procedurę, możliwe jest również rozszerzenie i uformowanie preformy w pojemnik podczas jednej płynnej operacji, np. z wykorzystaniem komputerowego sterowania procedury. Zaletą takiej procedury jest to, że dzięki indukowanemu gradientowi temperatury, rozszerzanie postępuje stopniowo od dna do wierzchołka, kiedy prasa i stempel poruszają się ku górze. Okazuje się, że technika ta prowadzi do zmniejszenia lepszej odkształcalności, w porównaniu do poprzednio opisanych sposobów, w których rozszerzanie zachodzi zasadniczo równocześnie na całej długości preformy.

Podczas gdy fig. 10 ukazuje element grzejny wyłącznie w stemplu 12, możliwe jest zastosowanie różnych stref ogrzewania, dla usprawnienia formowania. Na przykład, można zastosować oddzielny element grzejny zarówno wokół wierzchołka preformy jak i oddzielny element grzejny wewnątrz ścianek bocznych zagłębienia matrycy. Przez niezależne sterowanie temperaturami w każdym z tych obszarów można uzyskać optymalny przebieg rozszerzania dla różnych kształtów pojemnika.

Figura 12 przedstawia typową sekwencję wytwarzania preformy z płaskiej tarczy. Zastosowana jest standardowa technika wciągania-przetłaczania, w której arkusz aluminiowy 70 jest najpierw wciągnięty do płytkiego, zamkniętego końca cylindra 71, który zostaje następnie przetłoczony w drugi cylinder 72 o mniejszej średnicy i dłuższych ściankach bocznych. Cylinder 72 zostaje następnie przetłoczony, aby uformować cylinder 73, który zostaje przetłoczony, aby uformować cylinder 74. Cylinder 74 ma kształt długi i smukły.

Zrozumiałe jest, że wynalazek nie ogranicza się do procedur i przykładów wykonania opisanych wyżej, lecz może być stosowany w inny sposób, nie odchodząc od zakresu przedmiotu wynalazku.

Claims (47)

1. Sposób formowania pod ciśnieniem pustego metalowego wyrobu o określonym kształcie i wymiarach, polegający na (a) umieszczeniu pustej metalowej preformy o zamkniętym końcu w zagłębieniu matrycy mającej ściankę o określonym wymienionym kształcie i wymiarach, przy czym co najmniej część preformy jest początkowo oddalona wewnątrz od ścianki matrycy, oraz na (b) poddaniu preformy działaniu ciśnienia wewnętrznego płynu, aby rozszerzyć preformę na zewnątrz do pełnego zetknięcia ze ścianką matrycy, przekazując określony kształt i wymiary preformie, znamienny tym, że zagłębienie matrycy ma takie wymiary, żeby bocznie objąć pustą metalową preformę o zamkniętym końcu ze stemplem umieszczonym w jednym końcu zagłębienia i przemieszczającym się do wnętrza zagłębienia, zaś zamknięty koniec preformy jest umieszczony wewnątrz zagłębienia matrycy w sąsiedztwie powierzchni czołowej stempla, a wewnętrzne ciśnienie płynu doprowadza się do preformy tak, żeby rozszerzyć ją na zewnątrz i wywrzeć nacisk ciśnienia płynu na zamknięty koniec, oraz (c) przed albo po rozpoczęciu rozszerzania preformy, ale przed zakończeniem jej rozszerzania, stempel przemieszcza się do jednego końca zagłębienia aż do zetknięcia się i przemieszczenia zamkniętego końca preformy w kierunku przeciwnym do kierunku siły wywieranej na niego przez ciśnienie płynu, deformując zamknięty koniec preformy podczas rozszerzania preformy na zewnątrz aż do pełnego zetknięcia ze ścianką matrycy.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzne ciśnienie płynu wytwarza się przez przykładanie podwyższonego wewnętrznego ciśnienia płynu i podwyższonego zewnętrznego ciśnienia płynu na preformę w zagłębieniu matrycy, przy czym podwyższone wewnętrzne ciśnienie płynu jest wyższe niż podwyższone zewnętrzne ciśnienie płynu.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed poddaniem preformy działaniu wewnętrznego ciśnienia płynu, do preformy doprowadza się ciepło wewnątrz zagłębienia matrycy, aby wywołać w niej gradient temperatury.

PL 202 631 B1

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że płynem stosowanym do wytwarzania ciśnienia jest gaz.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że gazem jest azot, powietrze lub argon.

6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że formowanie przeprowadza się w temperaturze wyższej niż 100°C.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że formowanie przeprowadza się w temperaturze około 300°C.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że preforma jest podłużnym i początkowo zwykle cylindrycznym półwyrobem z rozszerzalnym zamkniętym końcem i przeciwległym do niego otwartym końcem.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stempel przesuwa się do zagłębienia po rozpoczęciu rozszerzania się preformy, ale przed całkowitym zakończeniem rozszerzania preformy w operacji (b).

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stempel przesuwa się do zetknięcia z zamkniętym końcem preformy przed rozpoczęciem rozszerzania preformy, a ten styk jest utrzymywany przez cały czas rozszerzania preformy.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stempel ma powierzchnię kształtową, a zamknięty koniec preformy odkształca się tak, aby być zgodnym z tą kształtową powierzchnią.

12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wymieniony określony kształt jest kształtem butelki zawierającej część szyjkową i część główną o większych wymiarach bocznych niż część szyjkowa, przy czym oś wzdłużna zagłębienia matrycy i oś wzdłużna preformy są usytuowane współosiowo w operacji (a), a stempel przemieszcza się wzdłuż osi wzdłużnej zagłębienia.

13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że stempel ma kształt kopuły oraz, że w operacji (c) zamknięty koniec preformy odkształca się w wymieniony kształt kopuły.

14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ścianka matrycy obejmuje dzieloną matrycę rozłączną do usuwania uformowanego pojemnika po operacji (c).

15. Sposób według zastrz. 12 albo 13, albo 14, znamienny tym, że określony kształt jest asymetryczny wokół osi wzdłużnej zagłębienia.

16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stempel umieszcza się wstępnie, na początku operacji (b) tak, aby ograniczał osiowe wydłużanie preformy powodowane ciśnieniem płynu.

17. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że preforma jest podłużnym i początkowo zwykle cylindrycznym półwyrobem z otwartym końcem i przeciwległym do niego zamkniętym końcem i ma średnicę równą średnicy części szyjkowej butelki.

18. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że półwyrób ma wystarczającą odkształcalność, aby można go było rozszerzyć do określonego kształtu w czasie jednej operacji formowania pod ciśnieniem.

19. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że we wstępnym etapie, przed przeprowadzeniem operacji (a), (b) i (c), umieszcza się półwyrób w mniejszym zagłębieniu matrycy niż wcześniej wspomniane zagłębienie matrycy i poddaje się półwyrób działaniu wewnętrznego ciśnienia płynu, aby rozszerzyć półwyrób do wielkości i kształtu pośredniego, mniejszego niż określony kształt i wymiary boczne.

20. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że preforma jest podłużnym i początkowo zwykle cylindrycznym półwyrobem z otwartym końcem oraz przeciwległym do niego zamkniętym końcem i ma średnicę większą niż średnica części szyjkowej butelki, oraz, że po przeprowadzeniu operacji (a), (b) i (c), poddaje się półwyrób, w pobliżu jego otwartego końca, dodatkowo operacji zgniatania obrotowego, aby ukształtować część szyjkową o zmniejszonej średnicy.

21. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że preforma jest aluminiowa.

22. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że przed przeprowadzeniem operacji (a), preformę formuje się z arkusza aluminium o zrekrystalizowanej lub przywróconej mikrostrukturze, o grubości od 0,25 do 1,5 mm.

23. Sposób według zastrz. 22, znamienny tym, że preformę formuje się w postaci cylindra z zamkniętym końcem, przez poddanie arkusza operacji wytłaczania lub wyciskania przeciwbieżnego.

24. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas operacji (b) występują kolejne fazy ciśnienia płynu wewnątrz preformy: faza (i) wzrost ciśnienia do pierwszej wartości szczytowej przed rozpoczęciem rozszerzania preformy, faza (ii) spadek ciśnienia do minimalnej wartości podczas rozpoczęcia rozszerzania, faza (iii) stopniowy wzrost ciśnienia do wartości pośredniej oznaczający rozszerzanie preformy ale bez pełnego zetknięcia ze ścianką matrycy, oraz faza (iv) wzrost ciśnienia od

PL 202 631 B1 wartości pośredniej przy pełnym rozszerzeniu preformy; przy czym przy końcu fazy (iii) ciśnienia rozpoczyna się przemieszczanie stempla w operacji (c) aby przesunąć i odkształcić zamknięty koniec preformy.

25. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas operacji (b), kiedy zamknięty koniec preformy zetknie się wstępnie ze ścianką matrycy, przybiera podłużny i zwykle półkulisty kształt, a rozpoczęcie przemieszczania się stempla w operacji (c), aby przesunąć i odkształcić zamknięty koniec preformy, następuje w tym samym czasie, kiedy zamknięty koniec przybiera ten kształt.

26. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że niezależnie reguluje się wewnętrzne i zewnętrzne podwyższone ciśnienie płynu, którym poddawana jest równocześnie preforma, aby zmieniać różnicę ciśnień między podwyższonym wewnętrznym ciśnieniem płynu, a podwyższonym zewnętrznym ciśnieniem płynu, sterując w ten sposób szybkością odkształcania w preformie.

27. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że do preformy doprowadza się ciepło za pomocą elementów grzejnych umieszczonych w stemplu, przez co wywołuje się gradient temperatury w preformie rozchodzący się od zamkniętego dna ku górze.

28. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że do preformy doprowadza się ciepło za pomocą elementów grzejnych umieszczonych wokół wierzchołka preformy w matrycy, przez co wywołuje się gradient temperatury w preformie rozchodzący się od wierzchołka ku dołowi.

29. Sposób według zastrz. 27 albo 28, znamienny tym, że do preformy doprowadza się ciepło za pomocą elementów grzejnych umieszczonych w bocznych ściankach matrycy.

30. Sposób formowania pod ciśnieniem pustego metalowego wyrobu o określonym kształcie i wymiarach, polegający na umieszczeniu pustej metalowej preformy o zamkniętym końcu w zagłębieniu matrycy mającej ściankę o wymienionym określonym kształcie i wymiarach, przy czym co najmniej część preformy jest początkowo oddalona wewnątrz od ścianki matrycy, oraz na poddaniu preformy działaniu ciśnienia wewnętrznego płynu, aby rozszerzyć preformę na zewnątrz do pełnego zetknięcia ze ścianką matrycy, przekazując określony kształt i wymiary preformie, znamienny tym, że zagłębienie matrycy ma takie wymiary, żeby objąć pustą metalową preformę o zamkniętym końcu, a wewnętrzne podwyższone ciśnienie płynu doprowadza się do preformy w zagłębieniu, żeby rozszerzyć ją na zewnątrz i wywrzeć nacisk ciśnienia płynu na zamknięty koniec, przy czym jednocześnie doprowadza się do preformy w zagłębieniu zewnętrzne podwyższone ciśnienie płynu, zaś wewnętrzne podwyższone ciśnienie płynu jest wyższe niż zewnętrzne podwyższone ciśnienie płynu, a różnica między wewnętrznym a zewnętrznym ciśnieniem zmienia się aby sterować szybkością odkształcania w rozszerzaniu preformy.

31. Sposób według zastrz. 30, znamienny tym, że wewnętrzne i zewnętrzne podwyższone ciśnienie płynu są sterowane niezależnie.

32. Sposób według zastrz. 30, znamienny tym, że przed poddaniem preformy działaniu wewnętrznego ciśnienia płynu, do preformy doprowadza się ciepło wewnątrz zagłębienia matrycy, aby wywołać w niej gradient temperatury.

33. Sposób według zastrz. 30 albo 31, albo 32, znamienny tym, że płynem stosowanym do wytwarzania ciśnienia jest gaz.

34. Sposób według zastrz. 33, znamienny tym, że gazem jest azot, powietrze lub argon.

35. Sposób według zastrz. 33, znamienny tym, że formowanie przeprowadza się w temperaturze wyższej niż 100°C.

36. Sposób według zastrz. 35, znamienny tym, że formowanie przeprowadza się w temperaturze około 300°C.

37. Sposób według zastrz. 30, znamienny tym, ścianka matrycy obejmuje dzieloną matrycę rozłączną do usuwania uformowanego wyrobu.

38. Sposób według zastrz. 30, znamienny tym, że wymieniony określony kształt jest kształtem butelki zawierającej część szyjkową i część główną o większych wymiarach bocznych niż część szyjkowa, przy czym oś wzdłużna zagłębienia matrycy i oś wzdłużna preformy są usytuowane współosiowo.

39. Sposób według zastrz. 38, znamienny tym, że preforma jest podłużnym i początkowo zwykle cylindrycznym półwyrobem z otwartym końcem i przeciwległym do niego zamkniętym końcem i ma średnicę równą średnicy części szyjkowej butelki.

40. Sposób według zastrz. 37 albo 38, albo 39, znamienny tym, że określony kształt jest asymetryczny wokół osi wzdłużnej zagłębienia.

PL 202 631 B1

41. Sposób według zastrz. 30, znamienny tym, że preforma ma wystarczającą odkształcalność, aby można ją było rozszerzyć do określonego kształtu w czasie jednej operacji formowania pod ciśnieniem.

42. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że preforma jest aluminiowa.

43. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że przed umieszczeniem w zagłębieniu matrycy, preformę formuje się z arkusza aluminium o zrekrystalizowanej lub przywróconej mikrostrukturze, o gruboś ci od 0,25 do 1,5 mm.

44. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że preformę formuje się w postaci cylindra z zamkniętym koń cem, przez poddanie arkusza aluminium operacji wytłaczania lub wyciskania przeciwbieżnego.

45. Sposób według zastrz. 30, znamienny tym, że przed umieszczeniem preformy w zagłębieniu matrycy i doprowadzeniem wewnętrznego i zewnętrznego podwyższonego ciśnienia płynu, preformę formuje się do wielkości i kształtu pośredniego, mniejszego niż określony kształt i wymiary boczne, przez wstępne umieszczenie półwyrobu w mniejszym zagłębieniu matrycy niż zagłębienie o określonym kształcie i wymiarach bocznych oraz doprowadzenie wewnętrznego ciśnienia płynu do półwyrobu.

46. Sposób według zastrz. 30, znamienny tym, że preforma jest podłużnym i początkowo zwykle cylindrycznym półwyrobem z otwartym końcem oraz przeciwległym do niego zamkniętym końcem i ma średnicę większą niż średnica części szyjkowej butelki, oraz, że po uformowaniu kształtu butelki półwyrób poddaje się, w pobliżu jego otwartego końca, dodatkowo operacji formowania obrotowego, aby ukształtować część szyjkową o zmniejszonej średnicy.

47. Sposób według zastrz. 30, znamienny tym, że podczas doprowadzania wewnętrznego i zewnętrznego podwyższonego ciśnienia płynu występują kolejne fazy ciśnienia płynu wewnątrz preformy: faza (i) wzrost ciśnienia do pierwszej wartości szczytowej przed rozpoczęciem rozszerzania preformy, faza (ii) spadek ciśnienia do minimalnej wartości podczas rozpoczęcia rozszerzania, faza (iii) stopniowy wzrost ciśnienia do wartości pośredniej oznaczający rozszerzanie preformy ale bez pełnego zetknięcia ze ścianką matrycy, oraz faza (iv) wzrost ciśnienia od wartości pośredniej przy pełnym rozszerzeniu preformy.