用回收廢鋁製造衝擊擠壓容器的製造方法
2023-05-01 23:53:21
用回收廢鋁製造衝擊擠壓容器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一些新型鋁合金，用於在衝擊擠壓製造過程中產生呈一定形狀的容器及其他製品。在一個實施例中，回收廢鋁的混合物與相對較純的鋁結合使用以產生新型組合物，該組合物可在有利於環保的過程中成形和塑形。其他實施例還包括一些供衝擊抽取過程使用的毛坯材料的製造方法，該毛坯材料包含回收的鋁。
【專利說明】用回收廢鋁製造衝擊擠壓容器
[0001]相關專利申請對照參考
[0002]根據美國專利法35第119條規定，本申請權利要求的 優先權日:為2011年9月16日提交第61/535，807號美國臨時專利申請的日期，該臨時申請已全部併入此案以供參考。
【技術領域】
[0003]本發明通常涉及合金，包括從回收材料製造的合金以及以衝擊擠壓過程製造鋁質容器時所用的合金。具體而言，本發明涉及在以衝擊擠壓過程製造容器和其他製品時所用毛坯的製造過程中使用的方法、設備和合金組合。
【背景技術】
[0004]衝擊擠壓是一種製造具有獨特形狀的金屬容器和其他製品的過程。這些產品通常由含鋼、鎂、銅、鋁、錫或鉛的軟化金屬毛坯製成。該容器在封閉鑄模內由一個與衝頭接觸的冷毛坯形成。衝頭產生的衝力使該金屬毛坯在沿鑄模外圍和衝頭內圍發生形變。雛形形成後，該容器或其他器械被一個反向頂杆從衝頭上除去，然後再使用其他縮頸和成形工具將該器件形成所需的形狀。傳統的衝擊擠壓容器包括強度要求高的噴霧劑容器和其他氣壓容器，因而使用比傳統鋁製飲料容器較厚和較重的材料。由於這些容器對厚度和強度的要求，與常規的通常採用3104鋁金屬飲料容器相比，製造這些容器的成本可能會很高。由於其獨特的物理特性，常規的衝擊擠壓過程都使用幾乎純鋁或「原始」鋁，通常又稱為「 1070」或「1050」鋁，這種鋁由 至少約99.5%的純鋁組成。
[0005]由於用軟金屬例如鋁形成複雜形狀的過程非常複雜，為了使衝擊擠壓過程能起作用，必須具有關鍵的冶金特性。這包括但不限於使用純度非常高又很軟的，通常含至少約99%純度原始鋁的鋁合金。由於這一要求，將回收的材料，例如鋁合金3104、3105或3004廢鋁用於噴霧劑和飲料容器的衝擊擠壓過程一直是不可行的。
[0006]因此很有必要找到一種重量輕但強度高的鋁合金，用於形成衝擊擠壓容器及其他有用製品，並利用其他製造過程產生的廢鋁，以利於環境保護及節省寶貴的自然資源。
【發明內容】
[0007]因此，本發明涵蓋了用一種新穎的系統、裝置和各種方法，將廢鋁材料，例如3104、3004、3003、3013、3103和3105鋁與其他金屬材料結合，創造一種獨特和新型的鋁合金，這種鋁合金可用於衝擊擠壓過程以形成各種形狀的容器和其他製品。雖然在本文中一般被稱為「容器」，但應該理解為，本過程和合金組合可用於衝擊擠壓過程形成具有任何形狀的容器或其他製品。
[0008]所以，在本發明的一個實施例中呈現的是一個金屬毛坯雛形的新合金，在衝擊擠壓過程中形成一種金屬容器。在一個實施例中，該合金由一種回收的3105或3104鋁，和一種較純的1070鋁組成，形成一種新的回收合金。在一個實施例中，一種利用40%3104合金的回收鋁合金與一種1070合金混合，其組成包括下列成分:[0009]大約98.47%A1 ；
[0010]大約0.15%Si;
[0011]大約0.31%Fe;
[0012]大約0.09%Cu;
[0013]大約0.41%Μη;
[0014]大約0.49%Mg;
[0015]大約0.05%Ζη;
[0016]大約0.02%Cr;以及
[0017]大約0.01%Ti。
[0018]如下文諸表、權利要求書和詳細說明中所提供，本文提供和涵蓋了各種鋁合金組合。對於每種合金，每種成分即S1、Fe、Cu等的含量都可以大約有15%幅度的變動，以達到令人滿意的結果。而且，本領域技術人員都知道，本文中所述和用於衝擊擠壓過程的新型合金組合不一定完全或部分地由回收的成分和合金組成。相反，這種合金也可從以前從未用過，或以前從未投入生產或加工過程的庫存材料融合而成。
[0019]本發明的另一方面，即可以提供一種新穎的形成獨特合金的製造過程，而且該過程可包括但不限於將不同廢料 與其他純金屬混合，以產生一種特別適合於衝擊擠壓過程的獨特合金。
[0020]本發明的另一方面，包括將某些特殊工具如縮頸器和容器製造業中的其他裝置用於與衝擊擠壓過程結合的新型合金。本發明還進一步涵蓋了與新型合金組合相關的新穎製造技術。
[0021]本發明的另一方面，提供了一種具有獨特形狀的容器或其他製品，其由本文提供和敘述的一種或多種新的回收合金組成。雖然這些容器最適宜於噴霧劑容器和其他類型的壓力容器，但本文所述的組合和過程可用於製造任何形狀的金屬容器。
[0022]本發明的各種實施例中，提供了含有回收材料的輕質容器。至少可以實現以下優點之一:強度與重量比；破裂壓力；形變壓力；抗凹陷性；抗刮傷或磨損能力；及/或重量和金屬含量的減少。本發明還包括了一些其他優點。而且，本發明的一些方面和特點提供了具有較高抗退火性的容器，從而允許使用固化溫度較高的襯裡材料。在各種實施例中，包含了一種合金，可用於生產具有較高抗退火性的衝擊擠壓容器，從而改進了容器的性能，及使用要求較高固化溫度的塗料。還包括了為生產這類容器所作的容器設計和模具設計。
[0023]本發明的各種實施例中，包括一種鋁毛坯和對應的含有回收材料的衝擊擠壓容器。回收的材料可以是工業上使用過的，也可以是消費過的材料，它們的使用提高了總的產品和過程效率。已知廢料的很大一部分，例如制杯過程中產生的碎屑，比目前所用的基礎1070合金所含合金元素的成分更高。這些合金元素，不僅提供各種成本和環境優勢，同時還改變了鋁的冶金特性。例如，這些元素的加入擴大了凝固溫度範圍。因此在鑄造方面存在著挑戰。比如，隨著屈服強度上升和延展性下降，在軋帶方面也產生了問題。已知再結晶特性將改變，使得有必要在熱機械處理方面做出可能的改變，包括但不限於:軋制溫度、軋制變形量、退火溫度、退火過程，及/或退火時間。增強的最終抗張強度和屈服強度提高了衝擊毛坯時的負荷噸位。
[0024]此外，由於改變了冶金特性，本發明的毛坯表面粗糙度和潤滑也成為關鍵。擠壓機上與本發明毛坯相關的負荷噸位通常較高。在各種實施例中，由於本發明對材料強度的提高，使標準容器性能規格實現了重量和/或壁層明顯減輕減薄的特性。
[0025]因此，本發明的一個方面，包含一種用於在衝擊擠壓過程中從回收廢料製造毛坯的方法，其包括:
[0026]提供含有3104、3004、3003、3103、3013和3105鋁合金中至少一種的廢金屬。
[0027]將所述3104、3004、3003、3013、3103以及3104鋁合金中至少一種鋁合金與一種相對較純的鋁合金混合，以產生一種回收鋁合金；
[0028]將一種硼化鈦材料加入所述的回收鋁合金；
[0029]在加熱後用所述的回收鋁合金形成一種毛坯；
[0030]在衝擊擠壓過程中使含有所述回收鋁合金的毛坯變形為一種所需的形狀，以形成
一種呈一定形狀的容器。
[0031]此發明的概述並非本意也不應被理解為代表本公開書的全部深度和範圍。本公開書在發明概述和附圖以及本發明的詳細說明中以各種不同的詳細程度得以闡明，無論各種要素、組成部分等是否包括在此發明概述中，都無意限制本公開書的範圍。通過參閱詳細說明，尤其是結合附圖參閱，本公開書的其他方面將變得更加明顯。
[0032]通過參閱本文中本發明公開的內容，本發明的各種優點將變得顯而易見。上述各種實施例、目的和配置既非全部也非詳盡無遺。應了解，如果單獨或結合利用上文闡明或下文詳細說明的一種或多種特點，本發明還會有其他可能的實施例。而且，此發明的概述並非本意也不應被理解為代表本發明的全部深度和範圍。本發明在發明概述和附圖以及本發明的詳細說明中以各種不同的詳細程度得以闡明，無論各種要素、組成部分等是否包括在此發明概述中，都無意限制本發明的範圍。通過參閱詳細說明，尤其是結合附圖參閱時，本發明的其他方面將變得更為明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1顯示了一種從回收鋁材製造合金毛坯的方法；
[0034]圖2顯示了一種用於回收鋁材的衝擊擠壓方法；
[0035]圖3顯示了一種連續的退火過程；
[0036]圖4顯示了材料I和材料2的組成比較；
[0037]圖5顯示了一個衝頭和衝壓模；
[0038]圖6顯示了用材料I和材料2製成的容器對形變壓力的抗性；
[0039]圖7顯示了材料I和材料2的抗爆破壓力抗性；以及
[0040]圖8顯示了對應於樣品材料I和樣品材料2的容器重量。
【具體實施方式】
[0041]本發明具有顯著的優點，這些優點都是大量嘗試和努力的結果。儘管按照要求在提及所公開的特定 實施例時，使用了似乎是限制性的語言，但本 申請人:希望，本說明書及所附權利要求書與所公開的本發明之範圍和精神全面保持一致。為了使本發明最密切相關領域的技術人員能夠理解，參照構成本說明書一組成部分的附圖，本文敘述了本發明方法的一個首選實施例，該實施例說明了包括用於實施本發明的最佳模式。在詳細說明該示範性方法時，並未試圖說明所有可能體現本發明的各種形式和修改方案。因此，本文所述的實施例是說明性的，而且本領域技術人員知道，可在本發明之範圍和精神內以許多方式修改。
[0042]雖然以下文本提供了關於許多不同實施例的詳細說明，但應該理解，該詳細說明的法定範圍是由本公開書末尾權利要求書中的語言所定義的。該詳細說明應被理解為僅僅是示範性的，並非說明了每一個可能的實施例，雖然說明每一個可能的實施例並非不可能，但卻是不切實際的。許多供選擇的實施例可以利用當今的技術或本專利申請書提交日期之後開發的技術予以實施，後一技術仍將屬於本權利要求書的範圍。
[0043]關於本專利末尾權利要求書中所引用的任何術語，都使用單一詞義，並且全文一致，其目旨在詞義準確，不讓讀者困惑，並非有意將此術語在權利要求書中限制在此單一的詞義，無論是通過含蓄方式還是其他方式。最後，如果一個權利要求要素在定義中不列出「手段」一詞，並且一種功能不列出任何結構，這並不意味著其任何權利要求要素的範圍就應根據美國法典第35篇第112條第6段的應用來進行解釋。
[0044]如附表和文字敘述所示，各種鋁合金是以數字代號表示的，例如1070或3104。正如本領域技術人員所了解，鋁是由其最主要的對應合金元素表示的，通常是四位數字。這四位數字的第一個數字對應於一組鋁合金含有的同一主要合金元素，例如2XXX表示含銅，3XXX表示含錳，4XXX表示含矽等。因此，任何鋁合金的對應參照都是與整個鋁和容器製造業所採用的表示方式一致的。
[0045]現在參閱以下表格、附圖和照片，其中包涵了一種新型回收鋁合金，用於在衝擊擠壓過程中使用的金屬毛坯，以製造呈一定形狀的金屬容器和其他器具。在某些情況下，有些細節可能已從這些附圖、照片和圖表中省去，因為這些細節對理解本發明並非必需，或會使其他細節變得難以理解。當然。應該知道，本發明並不限於附圖所顯示的具體實施例。
[0046]在以下提供的許多圖表和實施例中，術語「ReAl」或「RE」等可用於表示某一特定的合金。因此，術語「ReAl」或「RE」僅僅是代表含有回收鋁的金屬的標識符。在某些情況下，本領域熟知的3104鋁合金是與另一種材料，通常是1070鋁合金，一起回收的。「ReAl 」後面的數字和百分比表示與1070鋁合金結合以形成用於衝擊擠壓過程的新合金的3104回收合金的百分比。例如，ReA1310430%或RE3104-30表示30%的3104合金與70%較純的1070鋁合金結合，以形成一種含有圖表中所示S1、Fe、Cn等冶金組分的新合金。其他圖表提及數字「3105」和某給定合金中合金的百分比，例如20%或40%。與3104合金類似，術語「3105」是本領域技術人員眾所周知的一種鋁合金，而20%或40%則反映了與一種相對較純的1070鋁合金混合以形成新型合金的合金的量，該新型合金用於製造容器如噴霧劑罐的金屬毛坯和衝擊擠壓過程。雖然在下面圖表中並未提供，但在該過程中使用3004廢料或不是廢料的3004鋁錠以產生新合金仍然是可行的。下面的表1指出了本文討論的各種不同組成的合金的一個實例。表中列出的所有數值均為近似值。
[0047]表1
[0048]
【權利要求】
1.一種用於在衝擊擠壓過程中形成金屬容器的鋁合金，所述鋁合金含有: 至少約97% (重)Al ； 至少約0.10% (重)Si ； 至少約0.25% (重)Fe ； 至少約0.05% (重)Cu ； 至少約0.07% (重)Mn ；以及 至少約0.05% (重)Mg。
2.權利要求1所述的鋁合金，其所述鋁合金是由至少一種回收的廢料和一種1070或1050合金混合而成，其所述至少一種回收的廢料合金選自3104合金、3004合金、3003合金、3013合金、3103合金和3105合金。
3.權利要求1所述的鋁合金，其所述鋁合金由大約10-60%的3105、3004、3003、3103、3013或3104鋁合金和0-90%的1070或1050合金混合而成。
4.權利要求1所述的鋁合金，其所述合金的組成如下:
約 98.5% (重)Al ；
約 0.15% (重) Si ；
約 0.31% (重)Fe ；
約 0.09% (重)Cu ；
約 0.41% (重)Mn ；
約 0.49% (重)Mg ；
約 0.05% (重)Zn ； 約0.02% (重)Cr ；以及 約 0.01% (重)Ti。
5.權利要求1所述的鋁合金，含有: 不高於約99.2% (重)Al ； 不高於約0.40% (重)Si ； 不高於約0.50% (重)Fe ； 不高於約0.20% (重)Cu ； 不高於約0.65% (重)Mn ；以及 不高於約0.75% (重)Mg。
6.權利要求1所述的鋁合金，其所述毛坯是在為減少所述鋁合金表面氧化而採用的間接加熱過程中，通過熔化一種回收和非回收鋁材的組合而形成。
7.權利要求1所述的鋁合金，進一步包括硼化鈦。
8.一種在衝擊擠壓製造過程中利用回收廢料從毛坯製造容器的過程，其包括: 提供含有3104、3004、3003、3103、3013和3105鋁合金中至少一種的廢金屬； 將所述3104、3004、3003、3013、3103以及3105鋁合金中至少一種鋁合金與一種相對較純的鋁合金混合，以產生一種回收鋁合金； 將一種硼化鈦材料加入所述的回收鋁合金； 在混合後用所述的回收鋁合金形成一種毛坯；以及 在衝擊擠壓過程中使含有所述回收鋁合金的毛坯變形為一種所需的形狀，以形成一種呈一定形狀的容器。
9.權利要求8所述的過程，其所述的混合過程包括在間接加熱過程中加熱所述的3104、3004、3003、3013、3103、3105以及所述相對較純的鋁合金。
10.權利要求8所述的過程，其所述毛坯的形成過程進一步包括從鑄造設備形成的平板形成各個毛坯，在連續退火過程中使所述毛坯退火，並噴丸處理所述毛坯以增加表面積。
11.一種利用回收的廢鋁材形成用於衝擊擠壓過程的金屬鋁毛坯的方法，包括下列步驟: 提供由含有至少約98.5% (重)鋁的合金組成的廢鋁材； 在所述廢鋁材中加入相對較純的鋁合金； 在一間接加熱爐中將所述相對較純的鋁合金與所述廢鋁材熔化，以形成一種新的回收合金； 在一鑄造機中鑄造所述新的回收合金，以形成具有預定厚度的鋁合金平板； 熱軋所述鋁合金平板以降低厚度並產生熱軋帶材； 在水溶液中驟冷所述 熱軋帶材以降低所述熱軋帶材的溫度並形成合金帶； 冷軋所述合金帶以進一步降低其預定厚度； 衝壓所述合金帶以形成回收鋁合金毛坯； 將所述回收鋁合金毛坯加熱至預定溫度然後冷卻，使所述回收鋁合金毛坯退火；以及 對所述回收鋁合金毛坯進行表面處理使其外表面變得粗糙，以增加表面積。
12.權利要求11所述的方法，進一步包括在所述新的回收合金中加入預定量的硼化鈦。
13.權利要求12所述的方法，其所述硼化鈦在所述熔化過程之後和所述鑄造過程之前加入所述新的回收合金。
14.權利要求11所述的方法，其所述的熔化過程是在至少一種側牆爐和轉爐內進行的，以避免對所述新的回收合金受到直接火焰衝擊。
15.權利要求11所述的方法，其所述鑄造過程是在輪帶式鑄造機和雙帶式鑄造機中至少一種鑄造機中進行的。
16.權利要求11所述的方法，其所述鋁合金平板的熱軋和冷軋是在兩個逆向轉動的軋輥之間進行的，所述兩個軋輥之間的間隙小於所述鋁合金平板厚度。
17.權利要求11所述的方法，其所述的衝壓過程包括將所述合金帶送入安裝在壓機上的模具。
18.權利要求11所述的方法，其所述表面處理包括下列方法中的至少一種:用鋁丸衝擊所述回收鋁合金毛坯及讓所述回收鋁合金毛坯在滾筒中翻滾。
19.權利要求11所述的方法，進一步包括在表面處理後潤滑所述回收鋁合金毛坯。
20.權利要求11所述的方法，進一步包括從所述回收鋁合金毛坯形成一種金屬容器。
【文檔編號】C22C21/00GK104011237SQ201280045120
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年9月14日 優先權日:2011年9月16日
【發明者】J.L.賽勒斯, S.梅蘭康, A.查蒂, S.M.普拉特克 申請人:鮑爾公司