(1) Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1 und insbesondere ein Verfahren zum
Ziehen einer einen organischen Überzug (Film) aufweisenden
Metallfolie. Insbesondere betrifft die Erfindung ein
Verfahren zur stabilen Herstellung von gezogenen Dosen und
insbesondere von gezogenen/nachgezogenen Dosen ohne Bildung von
Quetschungen (pinching), Lackhaaren (enamel hair) oder
Filmhaaren (film hair) zum Zeitpunkt des Ziehens und ohne
Beschädigung der gezogenen Behälter oder ohne Verschleiß der
Werkzeuge, wobei aber die Herstellbarkeit und Formbarkeit in
hervorragender Weise erhalten bleiben.
(2) Beschreibung des Stands der Technik
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Nahtlose Dosenzylinder mit Böden werden auf dem Gebiet der
Dosenherstellung seit langem erzeugt, indem man ein
Metallblech und insbesondere ein Metallblech mit einem organischen
Überzug einem Ziehvorgang oder einem Zieh/Nachziehvorgang
unterwirft.
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US-3 986 382 beschreibt ein Ziehverfahren, bei dem ein
scheibenartiges Metallblech oder ein aus einem Metallblech
gebildeter flacher Becher von einem ringförmigen Halteelement
und einem Ziehwerkzeug gehalten wird, und ein Ziehstempel und
das Ziehwerkzeug, die miteinander in Eingriff stehen, relativ
zueinander bewegt werden, wobei der Ziehstempel so angeordnet
ist, daß er sich konzentrisch zum Halteelement und zum
Ziehwerkzeug in das Halteelement hinein und aus diesem heraus
bewegt, wodurch das Blech oder der Becher einem Ziehvorgang
unter Bildung eines gezogenen Bechers unterworfen wird, dessen
Duchmesser kleiner als der des Blechs oder des flachen
Bechers ist.
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Gezogene Dosen oder gezogene/nachgezogene Dosen werden
hergestellt, indem man ein Metallblech mit einem organischen
Filmüberzug unter Verwendung eines ringförmigen Halteelements
(häufig als Rohlinghalter bezeichnet) und eines Ziehwerkzeugs
festhält und indem man das Ziehwerkzeug und einen
Ziehstempel, die miteinander in Eingriff stehen, relativ zueinander
bewegt, wobei der Ziehstempel so angeordnet ist, daß er sich
konzentrisch zum Halteelement und zum Nachziehwerkzeug
innerhalb des Halteelements bewegt, wodurch das Metallblech mit
einem organischen Überzug zu einem Becher gezogen wird.
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Bei der Zieh/Nachziehstufe wird ferner ein in einer
vorhergehenden Stufe gezogener Becher von einem ringförmigen
Halteelement, das in den Becher eingesetzt ist, und einem
Nachziehwerkzeug gehalten, und ein Nachziehstempel und das
Nachziehwerkzeug, die miteinander in Eingriff stehen, werden
relativ zueinander bewegt, wobei der Nachziehstempel
konzentrisch zum Halteelement und zum Nachziehwerkzeug innerhalb
des Halteelements angeordnet ist, wodurch man einen
tiefgezogenen Becher erhält, dessen Durchmesser kleiner als der
Durchmesser des in der vorhergehenden Stufe gezogenen Bechers
ist.
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In der Nachziehstufe wurde ferner ein Verfahren in die
Praxis eingeführt, bei dem der Kurvenradius des
Nachziehwerkzeugs in ausreichendem Maße verringert ist, um die
Rückspannung, die sich durch eine Kombination des Halteelements und
des Nachziehwerkzeugs ergibt, in ausreichendem Umfang zu
erhöhen, um die Dicke des Seitenwandbereichs eines fertigen
Bechers durch Biegedehnung zu vermindern (JP-A-258822/1989).
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Beim Ziehen des Metallblechs wird es im allgemeinen als
notwendig erachtet, den Becher so auszubilden, daß ein
Flansch verbleibt, wenn der Ziehvorgang unter der Bedingung
durchgeführt wird, daß eine vorbestimmte Rohling-Haltekraft
wirkt, um zu verhindern, daß der geformte Becher runzelig
ausgebildet ist, und um die Bildung von Dosen von
hervorragender Form und Genauigkeit der Abmessungen zu erreichen.
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Unter den Ziehbedingungen, bei denen ein Flansch im
geformten Becher verbleibt, sind jedoch die Hublänge des
Stempels sowie die Anzahl der Hubvorgänge des Stempels pro
Zeiteinheit, d. h. die Verformungsgeschwindigkeit, begrenzt.
Daher wird es als wünschenswert angesehen, keine Flansche
beizubehalten, sondern sie zwischen den Stempel und das
Werkzeug zu ziehen, um die Bildungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
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Der herkömmliche Ziehvorgang oder Nachziehvorgang wird so
durchgeführt, daß der Becher mit einer vorbestimmten Rohling-
Haltekraft, die zwischen dem ringförmigen Halteelement und
den Ziehwerkzeugen wirkt, gezogen wird, d. h. die Flansche
werden zwischen den Stempel und die Werkzeuge gezogen.
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Wenn ein Metallblech mit einem organischen Überzug zu
einem geflanschten Becher gezogen wird, findet jedoch ein
sogenanntes Kantenverschleißphänomen (Quetschung) am oberen
Ende des Bechers oder ein Phänomen (Filmhaare oder Lackhaare)
statt, bei dem der Überzug in Form eines Films oder Lacks im
Vergleich zu dem Zustand, bei dem man die Flansche bestehen
läßt, das Erscheinungsbild eines fadenartigen Ausschusses
annimmt, was zu Schädigungen führt. In extremen Fällen kann
ferner während des Ziehens der Dosenzylinder oder der
organische Überzug brechen. Außerdem unterliegen die verwendeten
Werkzeuge einem Abrieb und einer Schädigung und büßen einen
beträchtlichen Teil ihrer Lebensdauer ein.
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Wenn ein in der vorhergehenden Stufe gezogener Becher zu
einem Becher mit kleinerem Durchmesser nachgezogen wird,
müssen insbesondere die Flansche in die Ebene des Halteelements
zwischen dem Halteelement und dem Nachziehwerkzeug gezogen
werden. Andernfalls kommt es in erheblichem Umfang zur
vorgenannten Erscheinung.
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die
vorerwähnten Nachteile, mit denen das herkömmliche Ziehverfahren
oder Zieh-Nachziehverfahren behaftet ist, zu beseitigen und
ein Verfahren zum Ziehen eines mit einem organischen Überzug
versehenen Metallblechs zu einem geflanschten Becher
bereitzustellen, ohne daß es am oberen Becherbereich zu
Quetschungen, Filmhaaren oder Lackhaaren kommt, ohne daß während des
Ziehvorgangs der Dosenzylinder oder der organische Überzug
brechen und ohne daß es zu einem Verschleiß oder einer
Beschädigung der verwendeten Werkzeuge kommt, wobei aber ein
hervorragender Wirkungsgrad des Betriebs aufrechterhalten
wird.
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Es wird ein Ziehverfahren bereitgestellt, bei dem ein
scheibenartiges Metallblech mit einem organischen Überzug
oder ein aus einem Metallblech hergestellter Becher mit einem
organischen Überzug von einem ringformigen Halteelement und
einem Ziehwerkzeug gehalten wird und ein Ziehstempel und das
Ziehwerkzeug, die miteinander in Eingriff stehen, relativ
zueinander bewegt werden, wobei der Ziehstempel so angeordnet
ist, daß er sich konzentrisch zum Halteelement und zum
Ziehwerkzeug in das Halteelement hinein oder aus diesem heraus
bewegt, wobei das ringförmige Halteelement und/oder das
Ziehwerkzeug, das einen restlichen Flanschbereich geschoben hat,
so bewegt werden, daß der Schiebevorgang unmittelbar vor
Beendigung des Ziehvorgangs in der Ziehstufe abgebrochen
wird, und wobei der Flanschbereich gezogen wird, während das
rückwärtige Ende des Flanschbereichs freigegeben wird, indem
man einen Spalt zwischen dem ringförmigen Halteelement und
dem Ziehwerkzeug aufrechterhält, der mindestens der Dicke des
bearbeiteten Blechs unmittelbar vor Beendigung des
Ziehvorgangs entspricht.
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Es ist ferner erwünscht, die restlichen Flansche zu
ziehen, indem man die Untergrenze einer durchschnittlichen Länge
der restlichen Flansche (FILs), wenn deren rückwartiges Ende
freigegeben wird, in einem Bereich hält, der die folgende
Gleichung (1) erfüllt
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Rd < FILs - H/2 - Tf (1)
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worin Tf die Dicke des Blechs des restlichen
Flanschbereichs bedeutet, Rd den Kurvenradius des Ziehwerkzeugs
bedeutet und H die Höhe der Kante (Höhe eines Bergs minus Höhe
eines Tals) bedeutet.
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Gemäß einem bekannten Verfahren wird ein Becher aus einem
scheibenartigen Metallblech mit einem organischen Überzug
gezogen, indem man das scheibenartige Metallblech unter
Verwendung eines ringförmigen Halteelements und eines Ziehwerkzeugs
zieht und einen Ziehstempel und das Ziehwerkzeug, die
miteinander in Eingriff stehen, relativ zueinander bewegt, wobei
der Ziehstempel so angeordnet ist, daß er sich konzentrisch
mit dem Halteelement und dem Ziehwerkzeug in das Halteelement
hinein und aus diesem heraus bewegt. Nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren werden jedoch das ringförmige Halteelement
und/oder das Ziehwerkzeug, die den restlichen Flanschbereich
gehalten haben, so bewegt, daß der Haltevorgang unmittelbar
vor Beendigung der Ziehstufe abgebrochen wird. Dabei wird der
Flanschbereich gezogen, während das rückwärtige Ende des
Flanschbereichs freigesetzt wird.
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Bei der Ziehstufe unterliegt das Metallblech einem
plastischen Fließen in der Weise, daß es in axialer Richtung
gestreckt und in radialer Richtung zusammengezogen wird, wobei
auf diese Weise ein Becher mit Boden gebildet wird. Das
Metallblech, das nicht festgehalten wird, unterliegt
notwendigerweise aufgrund der Druckkraft in radialer Richtung einer
Faltenbildung. Um dies zu verhindern, muß der flache Bereich,
d. h. der Flanschbereich des Metallblechs, der dem
Ziehvorgang unterliegt, festgehalten werden. Dieser Vorgang wird
vorgenommen, indem man das Metallblech unter Verwendung des
ringförmigen Halteelements und des Ziehwerkzeugs hält, um
eine vorbestimmte Druckkraft oder die Rohling-Haltekraft auf
den Flanschbereich auszuüben. Dieses Prinzip gilt auch für
den Fall eines Metallblechs mit einem organischen Überzug.
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Wird jedoch das Metallblech zu einem flanschlosen Becher
gezogen, wobei der restliche Flanschbereich vom ringförmigen
Halteelement und dem Ziehwerkzeug gehalten wird, so
entwickeln sich am oberen Ende des Bechers Quetschungen,
Filmhaare oder Lackhaare. In extremen Fällen kann daher der
Dosenzylinder oder der organische Überzug während des
Ziehvorgangs brechen und außerdem können die verwendeten Werkzeuge
verschlissen oder beschädigt werden. Dies ist darauf
zurückzuführen, daß in einer gewerblich verwendeten, zum Ziehen
eingesetzten Preßvorrichtung die Rohling-Haltekraft auf eine
vorbestimmte Belastung eingestellt ist. Jedoch nimmt in einem
Stadium unmittelbar vor Beendigung des Ziehvorgangs die
Fläche des restlichen Flanschbereiches, die in Kontakt mit dem
ringförmigen Halteelement und dem Ziehwerkzeug ist, drastisch
ab, und der Wert des Nenners, der den Druck wiedergibt,
sinkt. Daher wird der auf den restlichen Flanschbereich
ausgeübte Druck sehr groß. Es wird angenommen, daß sich die
vorerwähnten Defekte aufgrund dieses unnormalen Druckanstiegs
entwickeln. Insbesondere im Fall eines Metallblechs mit einem
organischen Überzug besteht der Bereich, der in Kontakt mit
dem ringförmigen Halteelement und dem Ziehwerkzeug kommt, aus
einem Harz, dessen Festigkeit geringer als die des Metalls
ist. Demgemäß ergibt sich eine geringe Verteilung der
Beanspruchung, so daß die vorerwähnten Defekte noch deutlicher
auftreten.
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Erfindungsgemäß werden das ringförmige Halteelement
und/oder das Ziehwerkzeug, die den restlichen Flanschbereich
gehalten haben, positiv bewegt, so daß der Haltevorgang
unmittelbar vor Beendigung der Ziehstufe abgebrochen wird, was
es ermöglicht, den Flanschbereich zu ziehen, während das
rückwärtige Ende des Flanschbereiches von der Haltekraft
befreit wird, so daß es möglich ist, den vorerwähnten
unnormalen Druckanstieg zu verhindern. Erfindungsgemäß kann somit
ein Metallblech mit einem organischen Überzug zu einem
flanschlosen Becher gezogen werden, ohne daß Quetschungen,
Filmhaare oder Lackhaare am oberen Ende des Bechers
entstehen, ohne daß während des Ziehvorgangs der Dosenzylinder oder
der organische Überzug brechen und ohne daß die verwendeten
Werkzeuge verschlissen oder beschädigt werden, wobei aber ein
hervorragender Betriebswirkungsgrad aufrechterhalten wird.
Demgemäß kann die Produktion von gezogenen Behältern
verstärkt werden.
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Als weiteres Mittel zur Unterdrückung eines unnormalen
Druckanstiegs unmittelbar vor Beendigung der Ziehstufe kann
eine Verringerung der Belastung vorgesehen werden, die
zwischen dem ringförmigen Halteelement und dem Ziehwerkzeug, die
den restlichen Flanschbereich halten, angelegt wird. Eine
derartige Maßnahme macht jedoch den Preßmechanismus der
Ziehvorrichtung komplexer und ist nicht praxisgerecht.
Erfindungsgemäß werden das ringförmige Halteelement und das
Ziehwerkzeug so angeordnet, daß sie sich einander nähern und
voneinander wegbewegen, d. h. das ringförmige Halteelement und
das Ziehwerkzeug werden unmittelbar vor Beendigung der
Ziehstufe voneinander getrennt und das rückwärtige Ende des
restlichen Flanschbereiches wird freigesetzt, um einen unnormalen
Druckanstieg zu verhindern. Außerdem kann der Abstand
zwischen dem ringförmigen Halteelement und dem Ziehwerkzeug
unmittelbar vor Beendigung der Ziehstufe leicht eingestellt
werden, indem man die Zeitgebungseinstellung des
Kurbelmechanismus in der Preßvorrichtung verändert.
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Erfindungsgemäß soll der restliche Flansch gezogen werden,
während die Spalte (Abstand: C) zwischen dem ringförmigen
Halteelement und dem Ziehwerkzeug unmittelbar vor Beendigung
der Ziehstufe mindestens auf der Dicke (T) des zu
bearbeitenden Blechs gehalten wird. Ferner soll die Untergrenze der
durchschnittlichen Länge der restlichen Flansche (FILs) zu
dem Zeitpunkt, wenn das rückwärtige Ende davon freigegeben
wird, so gewählt werden, daß die vorerwähnte Gleichung (1)
erfüllt ist. Dadurch wird verhindert, daß der Talbereich der
Flansche den Werkzeugradius überlappt, was es ermöglicht, den
Ziehvorgang glatt durchzuführen.
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Dies bedeutet, daß die Spalte C natürlicherweise größer.
als die Dicke des bearbeiteten Blechs ist, wobei es sich bei
der Obergrenze dieser Größe um den Krümmungsradius Rd des
Ziehwerkzeugs plus einen gewissen Spielraum (α) handeln kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Fig. 1 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des
erfindungsgemäßen Ziehverfahrens, wobei (A) eine seitliche
Querschnittansicht des Ziehvorgangs ist, die Darstellung (B) eine
seitliche Querschnittansicht unmittelbar vor Beendigung des
Ziehvorgangs beim herkömmlichen Verfahren zeigt und die
Darstellung (C) eine seitliche Querschnittansicht unmittelbar
vor Beendigung des Ziehvorgangs beim erfindungsgemäßen
Verfahren zeigt.
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Fig. 2 zeigt den zeitlichen Ablauf eines Kurbelmechanismus
in einer erfindungsgemäß verwendeten Preßvorrichtung; und
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Fig. 3 zeigt eine Querschnittansicht eines mit einem
Überzug versehenen Metallblechs, das erfindungsgemäß
vorteilhafterweise verwendet wird.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Ziehverfahren
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In Fig. 1, die das erfindungsgemäße Ziehverfahren
erläutert, ist die Darstellung (A) eine seitliche
Querschnittansicht des Zustands während der Durchführung des Ziehvorgangs,
die Darstellung (B) eine seitliche Querschnittansicht
unmittelbar vor Beendigung des Ziehvorgangs gemäß einem
herkömmlichen Verfahren und die Darstellung (C) eine seitliche
Querschnittansicht
unmittelbar vor Beendigung des Ziehvorgangs
beim erfindungsgemäßen Verfahren.
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In Fig. 1 sind ein ringförmiges Halteelement 1 und ein
Ziehwerkzeug 2 so angeordnet, daß sie sich einander nähern
und sich voneinander wegbewegen. Ein Ziehstempel 3 ist
vorgesehen, der sich in das Halteelement 1 und das Ziehwerkzeug 2
konzentrisch zum Halteelement und zum Ziehwerkwerkzeug hinein
und heraus bewegt. In dieser Ausführungsform bleibt das
Ziehwerkzeug 2 fixiert. An dessen oberem Bereich sind eine
Flanschhaltefläche 4 und ein Bearbeitungsbereich (Eckbereich)
5 zum Ziehen ausgebildet, die am oberen und inneren
Umfangsbereich einen Kurvenradius Rd aufweisen. Das Halteelement 1
und der Ziehstempel 3 sind mit einem Kurbelmechanismus einer
Preßvorrichtung (nicht abgebildet) verbunden. Das
Halteelement 1 übt eine Rohling-Haltelast 6 auf ein Metallblech 10
mit einem organischen Überzug oder auf den Flansch auf der
Haltefläche 4 des Ziehwerkzeugs aus. Der Ziehstempel 3 übt
eine Ziehlast 7 auf das Metallblech 10 mit einem organischen
Überzug im Innern des Arbeitsbereichs 5 des Ziehwerkzeugs
aus.
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Gemäß Fig. 1(A), wo der Ziehvorgang durchgeführt wird,
senkt sich der Stempel bei Anlegen der Rohling-Haltelast auf
das Halteelement 1, und das Metallbiech 10 mit einem
organischen Überzug wird zu einem Becher verformt, der eine
Seitenwand 11, eine Bodenwand 12 und einen restlichen Flansch 13,
der an das obere Ende der Seitenwand angrenzt, aufweist.
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Gemäß dem herkömmlichen Verfahren von Fig. 1(B), wo der
Zustand unmittelbar vor Beendigung des Ziehvorgangs gezeigt
ist, setzt der Stempel 3 seine Abwärtsbewegung bei angelegter
Rohling-Haltekraft 6 auf das Halteelement 1 fort, um einen
flanschlosen Becher zu bilden. Daher wird ein in unnormaler
Weise erhöhter Druck auf das rückwärtige Ende des restlichen
Flanschbereichs ausgeübt, was zum Auftreten von Störungen,
wie Quetschungen, Filmhaaren oder Lackhaaren führt.
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Gemäß der Darstellung in Fig. 1(0) des erfindungsgemäßen
Verfahrens, wo der Zustand unmittelbar vor Beendigung des
Ziehvorgangs gezeigt ist, bewegt sich das ringförmige
Halteelement 1 unmittelbar vor Beendigung des Ziehvorgangs nach
oben, so daß das rückwärtige Ende 14 des restlichen
Flanschbereichs von der Rohling-Haltekraft befreit wird. Dadurch
wird verhindert, daß ein unnormal großer Druck auf das
rückwärtige Ende 14 ausgeübt wird. Der restliche Flanschbereich
wird glatt zwischen das Ziehwerkzeug 2 und den Ziehstempel 3
gezogen, was es ermöglicht, einen gezogenen Becher
herzustellen, der frei von den vorerwähnten Defekten ist.
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Fig. 2 zeigt den zeitlichen Ablauf des Kurbelmechanismus
der erfindungsgemäß verwendeten Preßvorrichtung, wobei die
Abszisse den Winkel der Kurbel und die Ordinate die
Stempelverschiebung zeigen. Die Kurve A stellt die zeitliche
Steuerung des Stempels und die Kurve B die zeitliche Steuerung des
Halteelements dar. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das
Halteelement sich nach oben bewegt, bevor der Hub des Stempels die
tiefste Position erreicht, was es ermöglicht, daß der
restliche Flanschbereich von der Rohling-Haltekraft befreit wird.
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Erfindungsgemäß wird der restliche Flansch unmittelbar vor
Beendigung des Ziehvorgangs von der Rohling-Haltekraft des
Halteelements und des Ziehwerkzeugs befreit. Die Untergrenze
wird konkreter durch die Gleichung (1) beschrieben. Im
allgemeinen ist es bevorzugt, daß der Flanschbereich an einer
Stelle von der Rohling-Haltekraft befreit wird, die in einem
Bereich von 65 bis 98% und insbesondere von 80 bis 95% der
wirksamen Hublänge des Ziehvorgangs liegt. Dies bedeutet, daß
dann, wenn der Flanschbereich zu rasch von der
Rohling-Haltekraft befreit wird, eine Tendenz zur Bildung von Falten am
oberen Ende des geformten Bechers besteht. Wird andererseits
der Flanschbereich zu spät von der Rohling-Haltekraft
befreit, besteht die Tendenz zur Bildung von Lackhaaren oder
Filmhaaren.
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Die Spalte (Abstand: C) zwischen dem ringförmigen
Halteelement und dem Ziehwerkzeug unmittelbar vor Beendigung des
Ziehvorgangs soll in einem Bereich liegen, der die folgende
Gleichung (2) erfüllt
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T ≤ C ≤ T + Rd + α (2)
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worin T die Dicke des bearbeiteten Blechs bedeutet, Rd
den Kurvenradius des Ziehwerkzeugs bedeutet und α eine vom
bearbeiteten Blech abhängige Konstante ist.
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In der Gleichung (2) ist Rd ein Term, der in Beziehung zur
Grenze der Faltenbildung beim Ziehen des restlichen Flansches
steht. Die Spalte C kann bei Erhöhung von Rd vergrößert
werden.
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Das erfindungsgemäße Ziehverfahren kann selbstverständlich
sowohl auf die eine Stufe eines Ziehverfahrens als auch auf
beliebige Stufen des Zieh/Nachziehverfahrens, bei dem der
Ziehvorgang in einer Mehrzahl von Stufen durchgeführt wird,
angepaßt werden.
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Nachstehend wird ein Beispiel eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Herstellung eines gezogenen Behälters
beschrieben. Zunächst wird in einer Stanzstufe das Metallblech mit
einem organischen Überzug scheibenförmig ausgestanzt.
Anschließend wird in einer Vorziehstufe die Scheibe zu einem
flachen Becher mit einem Boden von großem Durchmesser und
niedriger Seitenwand gezogen. Sodann wird in einer
Nachziehstufe der flache, gezogene Becher mit einem Boden von großem
Durchmesser und niedriger Seitenwand gemäß dem in Fig. 1 von
JP-A-258822/1989 dargestellten Verfahren nachgezogen, wodurch
man einen nachgezogenen Flanschbecher erhält, der einen Boden
mit im Vergleich zum flachen, gezogenen Becher kleineren
Durchmesser und einer Seitenwand, die höher als die
Seitenwand des gezogenen, flachen Bechers ist, aufweist.
Selbstverständlich ist es möglich, den Nachziehvorgang in zwei oder
mehr Stufen durchzuführen.
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Das Ziehverhältnis in der Ziehstufe, d. h. der durch die
Gleichung (3) definierte Wert
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Ziehverhältnis = Rohlingdurchmesser / Durchmesser der gezogenen Dose (3)
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soll im allgemeinen im Bereich von 1,2 bis 1,9 und
insbesondere von 1,3 bis 1,8 pro Ziehstufe und im Bereich von
2,0 bis 4,0 und insbesondere im Bereich von 2,0 bis 3,5 für
eine tiefgezogene Dose insgesamt liegen.
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Bei der Durchführung des Ziehvorgangs oder des
Nachziehvorgangs sollen das Metallblech oder der Becher, die einen
organischen Überzug aufweisen, mit verschiedenen
Gleitmitteln, wie flüssigem Paraffin, synthetischem Paraffin,
Speiseöl, hydriertem Speiseöl, Palmöl, verschiedenen natürlichen
Wachsen oder Polyethylenwachs, überzogen werden. Das
Gleitmittel wird üblicherweise in einer Menge von 0,1 bis 10
mg/dm² und insbesondere in einer Menge von 0,2 bis 5 mg/dm²
aufgebracht, obgleich dieser Wert je nach Art des
Gleitmittels variieren kann. Das Gleitmittel wird durch
Sprühbeschichtung in geschmolzener Form auf die Oberfläche
aufgebracht.
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Der Ziehvorgang kann bei Raumtemperatur durchgeführt
werden, wobei es aber wünschenswert ist, diesen Vorgang bei
einer Temperatur von 20 bis 95ºC und insbesondere von 20 bis
90ºC durchzuführen.
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Bei der Durchführung des Ziehvorgangs kann die Dicke der
Seitenwand des Bechers durch Biegen gemäß JP-A-258822/1989
oder durch Abstrecken in einem geringen Umfang vermindert
werden.
Metallblech mit einen organischen Überzug
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Erfindungsgemäß können eine Vielzahl von
oberflächenbehandelten Stahlblechen und Leichtmetallblechen, wie Aluminium
und dergl., als Metallblech eingesetzt werden.
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Beim oberflächenbehandelten Stahlblech kann es sich um ein
Blech handeln, das erhalten worden ist, indem man ein
kaltgewalztes Stahlblech tempert, es einem sekundären
Kaltwalzvorgang unterwirft und anschließend einer oder mehreren Arten
von Oberflächenbehandlungen, wie Verzinken, Verzinnen,
Vernickeln, elektrolytische Chromsäurebehandlung und
Chromsäurebehandlung, unterwirft. Ein bevorzugtes
oberflächenbehandeltes Stahlblech ist ein elektrolytisch mit Chromsäure
behandeltes Stahlblech mit einer Metallchromschicht von 10 bis 200
mg/m² und einer Chromoxidschicht von 1 bis 50 mg/m²
(berechnet als metallisches Chrom), wobei sich dieses Blech
durch eine hervorragende Haftung des Überzugs in Kombination
mit einer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit auszeichnet.
Ein weiteres Beispiel für ein oberflächenbehandeltes
Stahlblech ist ein Hartzinnblech mit einem Verzinnungsanteil von
0,5 bis 11,2 g/m². Es ist erwünscht, daß das Zinnblech einer
Behandlung mit Chromsäure oder mit Chromsäure/Phosphorsäure
unterzogen wird, so daß die Chrommenge 1 bis 30 mg/m²,
berechnet als metallisches Chrom, beträgt. Als weiteres
Beispiel
läßt sich ein mit Aluminium beschichtetes Stahlblech
verwenden, das mit Aluminium plattiert ist oder auf das
Aluminium aufgepreßt ist.
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Als Leichtmetallbleche lassen sich Bleche aus
Aluminiumlegierungen sowie sogenannte Reinaluminiumbleche verwenden. Ein
Blech aus einer Aluminiumlegierung mit hervorragender
Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit weist folgende
Zusammensetzung auf: 0,2 bis 1,5 Gew.-% Mangan, 0,8 bis 5 Gew.-%
Magnesium, 0,25 bis 0,3 Gew.-% Zink, 0,15 bis 0,25 Gew.-%
Kupfer und Rest Aluminium. Gegebenenfalls können die
Leichtmetallbleche ebenfalls einer Behandlung mit Chromsäure oder
Chromsäure/Phosphorsäure unterzogen werden, wobei die
Chrommenge 20 bis 300 mg/m², berechnet als Chrommetall, beträgt.
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Die Rohlingdicke (tB) des Metallblechs kann je nach Art
des Metalls, dem Verwendungszweck des Behälters oder dessen
Größe variieren, soll aber im allgemeinen 0,10 bis 0,50 mm
betragen. Dabei soll die Dicke im Fall eines
oberflächenbehandelten Stahlblechs im Bereich von 0,10 bis 0,30 mm und im
Fall eines Leichtmetallblechs im Bereich von 0,15 bis 0,40 mm
liegen.
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Erfindungsgemäß wird ein Schutzüberzug aus einem
organischen Harz auf das Metallblech vor Durchführung des
Ziehvorgangs aufgebracht. Der Ziehvorgang und die gleichmäßige
Dickenverringerung der Seitenwand werden ohne wesentliche
Schädigung des Schutzüberzugs durchgeführt. Der Schutzüberzug
wird durch Auftragen einer Beschichtung oder durch Laminieren
mit einer thermoplastischen Harzfolie gebildet.
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Es können beliebige Schutzüberzüge aus hitzehärtenden und
thermoplastischen Harzen verwendet werden. Beispiele hierfür
sind ein modifizierter Epoxyüberzug, wie ein Phenol-Epoxy-
Überzug, ein Amino-Epoxy-Überzug und dergl.; ein Vinylüberzug
oder ein modifizierter Vinylüberzug, wie ein Überzug aus
einem Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymeren, einem partiell
verseiften Produkt eines
Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymeren, einem
Vinylchlorid-Vinylacetat-Maleinsäureanhydrid-Copolymeren, einem epoxymodifizierten, epoxyaminomodifizierten
oder epoxyphenolmodifizierten Vinylüberzug; einem Überzug vom
Acrylharztyp; oder einem Überzug vom Typ eines synthetischen
Kautschuks, wie einem Copolymeren vom Styrol-Butadien-Typ und
dergl. Diese Überzüge können allein oder in Kombination aus
zwei oder mehr Arten eingesetzt werden.
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Diese Überzüge werden in Form einer Lösung in einem
organischen Lösungsmittel z. B. einer Glasur oder eines Lacks,
oder in Form einer wäßrigen Dispersion oder einer wäßrigen
Lösung auf den Metallrohling beispielsweise durch
Walzenbeschichtung, Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung,
elektrostatische Beschichtung oder elektrophoretische Beschichtung
aufgebracht. Wenn das Harz eine hitzehärtende Beschaffenheit
aufweist, wird der Überzug je nach Bedarf thermisch
behandelt. Im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit und
Bearbeitbarkeit ist es wünschenswert, daß der Schutzüberzug
üblicherweise eine Dicke (in trockenem Zustand) von 2 bis 30 um
und insbesondere von 3 bis 20 um aufweist. Um die Ziehbarkeit
und Nachziehbarkeit zu verbessern, kann der Überzug ferner
verschiedene Gleitmittel enthalten.
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Beispiele für eine thermoplastische Harzfolie, die durch
Lamination aufgebracht werden kann, sind Harzfolien vom
Olefintyp, z. B. aus Polyethylen, Polypropylen, einem
Ethylen-Propylen-Copolymeren, einem
Ethylen-Vinylacetat-oopolymeren, einem Ethylen-Acrylester-Copolymeren oder einem
lonomeren, ein Polyesterfilm, z. B. aus Polyethylenterephthalat,
Polybutylenterephthalat, einem
Ethylenterephthalat/isophthalat-Copolymeren, einem
Ethylen/Butylenterephthalat/isophthalat-Copolymeren, einem
Ethylenterephthalat/isophthalat/Adipat-Copolymeren und dergl.; eine Polyamidfolie, wie
Nylon 6, Nylon 6,6, Nylon 11, Nylon 12 und dergl.; eine
Polyvinylchloridfolie; und eine Polyvinylidenchloridfolie. Diese
Folien können gereckt oder biaxial gereckt worden sein. Die
Dicke soll im allgemeinen im Bereich von 3 bis 50 um und
insbesondere von 5 bis 40 um liegen. Die Folie wird auf das
Metallblech durch ein thermisches Schmelzhaftverfahren,
trockenes Laminieren oder ein
Extrusionsbeschichtungsverfahren aufgebracht. Wenn die Haftung (thermische Schmelzhaftung)
zwischen der Folie und dem Metallblech gering ist, kann
dazwischen beispielsweise ein Haftmittel vom Urethantyp, ein
Haftmittel vom Epoxytyp, ein Haftmittel vom Typ eines
säuremodifizierten
Olefinharzes oder ein Haftmittel vom
Copolymertyp aufgebracht werden. Der erfindungsgemäß verwendete
Überzug oder die Folie können einen anorganischen Füllstoff
(Pigment) enthalten, um das Metallblech zu verbergen oder um
die Übertragung der Rohling-Haltekraft auf das Metallblech
während des Zieh/Nachziehvorgangs zu unterstützen.
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Beispiele für den anorganischen Füllstoff sind
anorganische weiße Pigmente, z. B. ein Rutiltyp, oder ein Titandioxid
vom Anatas-Typ, Zinkweiß, Glanzweiß oder dergl.; ein weißer
Körper, wie Barit, gefälltes Baritsulfat, Calciumcarbonat,
Gips, gefälltes Siliciumdioxid, Aerosil, Talkum, gebrannter
oder ungebrannter Ton, Bariumcarbonat, Aluminiumoxidweiß,
synthetischer oder natürlicher Glimmer, synthetisches
Calciumsilicat oder Magnesiumcarbonat; ein schwarzes Pigment, wie
Ruß oder Magnetit; ein rotes Pigment, wie rotes Eisenoxid;
ein gelbes Pigment, wie Siennaerde; und ein blaues Pigment,
wie Ultramarinblau oder Kobaltblau. Diese Füllstoffe können
in einer Menge von 10 bis 50 Gew.-% und insbesondere von 10
bis 300 Gew.-%, bezogen auf das Harz, zugemischt werden.
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Fig. 3 zeigt ein Metallblech mit einem Überzug, das
erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise eingesetzt wird. Dabei sind
Grundierüberzüge 22a, 22b, z. B.
Chromsäurebehandlungsüberzüge, auf beiden Oberflächen eines Metallsubstrats 21
ausgebildet. Auf der Seite, die zur inneren Oberfläche der Dose
wird, ist über dem Grundierüberzug 22a ein innerer Überzug
23, der beispielsweise aus einer thermoplastischen Harzfolie
besteht, aufgebracht. Ferner ist auf der Seite, die zur
Außenseite der Dose wird, über dem Grundierüberzug 22b ein
Außenüberzug aufgebracht, der aus einem weißen Überzug 24 und
einem durchsichtigen Lack 25 besteht.
Beispiele
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der folgenden
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Beispiel 1
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Eine Folie aus Polyethylenterephthalat (PET) mit einer
Dicke von 20 um, einer Glasübergangstemperatur von 70ºC und
einem Schmelzpunkt von 255ºC wurde thermisch auf beide
Oberflächen eines zinnfreien Stahlblechs (TFS) mit einer
Rohlingdicke
von 0,18 mm und einem Reinheitsgrad von DR-9
aufgebracht, um ein Metallblech mit einem Überzug zu bilden.
Dieses Blech wurde sodann auf beiden Oberflächen mit einem
Gleitmittel überzogen und unter folgenden Bedingungen einer
Zieharbeit unterzogen.
Ziehbedingungen
A. Zieharbeit
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(1) Erwärmungstemperatur des mit einem Überzug versehenen
Metallblechs: 80ºC
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(2) Rohlingdurchmesser: 187 mm
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(3) Ziehverhältnis: 1,50
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(4) Ziehwerkzeug: Fixiertes Werkzeug mit einem
Kurvenradius von 1,5 mm
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(5) Ringförmiges Halteelement: Typ mit der Möglichkeit zur
Freigabe der Haltekraft
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(6) Spalte C zwischen dem ringförmigen Halteelement und
dem Ziehwerkzeug unmittelbar vor Beendigung des Formvorgangs:
0,4 mm
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(7) Durchschnittliche Länge FILs der restlichen Flansche
bei Aussetzen der Rohling-Haltekraft: 4 mm
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(8) Rohling-Haltekraft des ringformigen Halteelements bis
zum Aussetzen dieser Kraft: 3000 kg
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(9) Mechanismus zum Aussetzen der Rohling-Haltekraft: Der
zeitliche Ablauf des Kurbelmechanismus ist modifiziert.
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(10) Anzahl der Umdrehungen: 200 Hübe pro Minute
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Die Zieharbeit konnte ohne Entwicklung von Quetschungen
oder Filmhaaren am oberen Ende des gezogenen Bechers und ohne
Entwicklung von Runzeln an einem Bereich, der der Länge des
restlichen Flansches entspricht, durchgeführt werden. Ferner
wurde ein in vorteilhafter Weise gezogener Becher ohne
Beschädigung des Zylinders oder ohne Beschädigung des
organischen Überzugs erhalten, der während der Ziehstufe seine
Behältereigenschaften behielt.
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Anschließend wurden die primären bis tertiären
Nachziehvorgänge unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
B. Nachzieharbeit
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Primäres Nachziehverhältnis: 1,29
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Sekundäres Nachziehverhältnis: 1,24
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Tertiäres Nachziehverhältnis: 1,20
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Kurvenradius des Nachziehwerkzeugs: 0,41 mm
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Kurvenradius des Eckhaltebereichs: 1,0 mm
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Rohling-Haltelast: 6000 kg
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Der auf diese Weise erhaltene gezogene/nachgezogene Becher
wies folgende Eigenschaften auf:
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Becherdurchmesser: 66 mm
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Becherhöhe: 140 mm
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Grad der Verringerung der Seitenwanddicke: -18%
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Anschließend wurden auf herkömmliche Weise die
Kuppelbildung, Zurichtung, Entwachsung, Halsbildung und
Flanschbearbeitung durchgeführt, wodurch man Dosenzylinder für
zweiteilige Dosen erhielt.
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Der Anteil an freiliegendem Metall wurde gemessen, um
etwaige Schädigungen des organischen Schutzüberzugs auf dem
fertigen Dosenzylinder festzustellen. Der
Glasurbewertungswert in diesem Fall lag unter 0,1 mA an dem Behälter
insgesamt, was einen guten Wert darstellt. Am organischen
Schutzüberzug wurde insbesondere am oberen Bereich des Behälters
überhaupt kein unnormaler Zustand festgestellt. Die Behälter
wurden kalt mit einem mit künstlichem CO&sub2; versetzten Getränk
oder einem Colagetränk gefüllt, mit einem Doppelfalz
verschlossen und 3 Monate bei 37ºC aufbewahrt, um eine Korrosion
an den Innenflächen der Behälter festzustellen und zu
bewerten. Es traten jedoch keine Schwierigkeiten und keine
unnormalen Zustände im Hinblick auf die Korrosion der Grenzflächen
auf.
Vergleichsbeispiel 1
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Der Ziehvorgang wurde auf die gleiche Weise wie in
Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß der Ziehvorgang
ohne Freigeben des ringförmigen Halteelements unmittelbar vor
Beendigung des Ziehvorgangs durchgeführt wurde; vielmehr
wurde das ringförmige Halteelement so lange auf das
Ziehwerkzeug gedrückt, bis der Ziehvorgang des Bechers beendet war.
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Dabei kam es zu einer Quetschung des restlichen
Flanschbereichs und einer Bildung von Filmhaaren am gesamten Umfang
des Becherendes, was im Beispiel 1 nicht beobachtet wurde.
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Daher ist es praktisch unmöglich, die Dose gleichmäßig
auszuformen. Die starken Quetschungen und die Filmhaare
führten zu einem Bruch des Zylinders, und in extremen Fällen
wurden häufig die Werkzeuge beschädigt.
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Daher konnte kein Becher erhalten werden, der der
anschließenden Nachziehstufe zugeführt werden konnte.
Vergleichsbeispiel 2
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Der Ziehvorgang wurde unter den gleichen Bedingungen wie
in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die
Einstellung der Spalte C zwischen dem ringförmigen Halteelement
und dem Ziehwerkzeug unmittelbar vor Beendigung der
Formgebung auf die Hälfte (0,09 mm) der Rohlingdicke eingestellt
wurde. Jedoch kam es in zahlreichen Fällen zu Quetschungen
und häufig zu einem Bruch des Zylinders. Es war unmöglich,
eine gleichmäßige Formgebung durchzuführen.
Vergleichsbeispiel 3
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Der Ziehvorgang wurde unter den gleichen Bedingungen wie
in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die
Einstellung der Spalte C zwischen dem ringförmigen Halteelement
und dem Ziehwerkzeug auf das 6-fache (1,08 mm) des Rohlings
unmittelbar vor Beendigung der Formgebung eingestellt wurde.
Jedoch kam es auf dem gesamten restlichen Flanschbereich zu
Runzeln, und der Zylinder brach.
Beispiel 2
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Der Ziehvorgang wurde unter den gleichen Bedingungen wie
in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß ein Rohling
mit einer Dicke von 0,26 mm verwendet wurde, die Spalte C
zwischen dem ringförmigen Halteelement und dem Ziehwerkzeug
unmittelbar vor Beendigung der Formgebung auf 0,6 mm
eingestellt wurde und eine durchschnittliche Länge FILs der
restlichen Flansche von 6 mm zum Zeitpunkt des Aussetzens der
Rohling-Haltekraft gewählt wurde. Der Ziehvorgang konnte ohne
Erzeugung von Quetschungen oder Filmhaaren durchgeführt
werden.
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Ferner konnte ein Becher gebildet werden, der am oberen
Ende des Bechers fast runzelfrei war.