KR100815770B1 - 스트리핑성을 개선한 스틸 2피스 디앤아이 캔 제조법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스틸 소재를 디앤아이(D&I, Drawing and Ironing) 가공법에 의해 2피스 캔을 성형함에 있어서 캔 가공에서 작업의 연속성을 향상하는데 문제가 되는 스트리핑성을 개선한 캔의 제조법에 관한 것으로, 드로잉, 리드로잉, 1∼3단계의 아이어닝, 트리밍, 도밍, 캔 표면 및 내면의 세정, 넥킹 그리고 플랜징 공정으로 이루어진 디앤아이(D&I) 캔 제조방법에 있어서,

상기 아이어닝 공정중 3단계에서의 두께 감소율을 15~25% 부여하여 성형하는 것을 특징으로 하는 스트리핑성을 개선한 스틸 2피스 디앤아이(D&I) 캔 제조법을 제공한다.

디앤아이, 2피스, 캔, 스트리핑, 아이어닝

Description

스트리핑성을 개선한 스틸 2피스 디앤아이 캔 제조법{Manufacturing of steel 2-piece Drawing and Ironing Can with better strippability}

도 1은 본 발명의 스틸 디앤아이(D&I) 캔 성형시 스트리핑 로드(load)에 미치는 아이어닝가공 3단계에서의 두께 감소율의 영향을 나타낸 그래프.

본 발명은 스트리핑성을 개선한 스틸 2피스 디앤아이 캔의 제조법에 관한 것으로, 특히 스틸 소재를 디앤아이(D&I, Drawing and Ironing) 가공법에 의해 2피스 캔을 성형함에 있어서 캔 가공에서 작업의 연속성을 향상하는데 문제가 되는 스트리핑성을 개선한 캔의 제조법에 관한 것이다.

최근 다양한 음료 및 식품의 개발에 따라 이들을 저장하기 위한 캔과 병 등의 용기도 소재 및 형태가 다양하게 변화하고 있다. 캔으로 가공되는 소재는 주로 사용되는 스틸을 비롯하여 알루미늄이 주종을 이루고 있으며, 나머지 유리와 플라 스틱은 병으로 그리고 종이는 펙으로 제조하여 사용되고 있다.

이들 용기중 주로 사용되는 철강재 스틸은 다른 소재에 비하여 가격이 낮으며 캔 형태로 가공된 용기는 내용물에 대한 안정성 즉 내식성이 우수할 뿐만 아니라 운반의 편리성을 가지고 있기 때문에 가장 널리 사용되고 있다.

캔의 형태로 사용되는 알루미늄 소재의 경우는 철강재에 비하여 소재 비용이 매우 높기 때문에 가격의 안정성 측면에서 불리하다고 할 수 있고 내용물을 저장하는데 제한적이다. 즉 알루미늄 캔은 염분을 포함하는 내용물을 저장하는 경우에 염분에 의해 국부적인 부식특성을 나타내므로 식품용에는 사용할 수 없으므로 주로 음료 등의 저장에만 사용된다.

그러나 스틸은 캔의 형태로 가공하여 사용되고 있으므로 운반의 편리성 뿐만 아니라 소재 자체의 강도가 높으므로 외부의 충격에 대한 파손 염려가 거의 없다. 또한 내용물을 안정하게 보관하는 특징으로 빛과 가스의 투과가 전혀 없으며 염분을 포함한 내용물에 대한 내식성이 우수하므로 가장 넓게 그리고 안정하게 음료 및 식품을 저장할 수 있는 소재라고 할 수 있으며 향후에도 식생활의 변화에 따라 용도가 점차 확대될 전망이다.

일반적으로 스틸캔을 제조하는 방법은 형태적으로 캔을 구성하는 개체수에 따라 2피스 캔과 3피스 캔으로 구분된다. 2피스 캔은 2개의 개체로 구성됨을 의미하며 캔 바닥과 몸통이 일체로 되어 있으며 뚜껑이 있는 두개의 개체로 구성되며, 3피스 캔은 3개의 개체로 구성되므로 용접에 의해 형성된 몸통 그리고 바닥과 뚜껑으로 구성된다. 이와 같이 캔을 구성하는 개체수는 캔을 가공하는 공정의 차이에 따라 다르게 되며 2피스 캔은 디앤아이(D&I, drawing and Ironing) 공정에 의해 캔의 몸통을 제조하게 되고, 3피스 캔은 용접에 의해 몸통을 제조하는 것이 큰 차이점이다.

특히 디앤아이(D&I) 2피스 캔은 3피스 캔과는 다르게 가공공정에서 산업적으로 비교적 단순한 공정에 의해 고속생산이 가능하며 제조공정에서 발생하는 환경 오염물질의 방출이 적으며 캔 표면의 색상을 고려한 디자인이 일체형이므로 외관이 우수하며, 특히 내용물과 접촉하기 용이한 용접부가 없기 때문에 내용물을 장기간 보관할 수 있는 특징이 있으므로 최근에는 3피스 캔 보다 2피스 캔의 적용이 확대되고 있다.

이러한 디앤아이(D&I) 2피스 캔의 가공공정은 크게 드로잉(drawing), 리드로잉(redrawing), 아이어닝(ironing), 트리밍(trimming), 도밍(doming), 캔 표면 및 내면의 세정, 넥킹(necking) 그리고 플랜징(flanging) 공정으로 구분할 수 있다.

이들 공정중 드로잉 공정은 소재로부터 원형 브랭크(blank)를 절단하고 일정한 크기의 컵 형태로 가공하는 단계이며, 리드로잉 공정에서는 컵의 직경을 최종 캔의 직경으로 가공하게 되며, 아이어닝공정에서는 펀치와 금형을 이용하여 직경의 변화가 없이 리드로잉 공정에서 얻어진 컵 벽부위의 두께를 단계적으로 감소하여 캔의 높이를 형성하는 공정이다. 또, 트리밍공정에서는 불균일한 캔의 상단부를 일정한 높이가 되도록 절단하게 되며, 도밍(doming)공정은 캔의 바닥부에 일정한 형태를 부여하도록 가공하는 공정이다. 그 다음으로 화학적인 방법에 의해 캔의 내면과 표면을 세정하고, 캔의 외면에는 인쇄(decorating)를 내면에는 내용물과의 접촉 을 방지하기 위하여 도료를 분사(lacquering)하고 건조하게 되며 다시 기계적인 공정으로 뚜껑을 체결할 수 있도록 직경을 감소하는 넥킹(necking)과 직경을 다시 확대하는 플랜징(flanging) 공정을 거치게 된다. 이들 공정은 고속이며 연속적으로 진행하므로 공정 중에서 발생하는 문제를 최소로 하는 것이 필요하게 되며 그 중에서 실제 캔의 형태를 제조하는 아이어닝 공정에서의 연속성을 확보하는 것이 가장 중요하다고 할 수 있다.

그러나 2피스 디앤아이(D&I) 캔 가공은 고속조건에서 연속으로 가공하기 때문에 소재요인 이외에도 설비요인에 의해 캔의 품질이 양호하지 못한 경우에 연속 작업성을 확보하기 곤란하며 생산성 저하에 주요 요인으로 작용하게 된다. 연속작업성에 영향을 미치는 캔 품질 중에서 빈번하게 문제가 되는 결함은 롤백(roll back)현상이다. 롤백현상은 캔을 펀치로부터 분리(stripping)하는 과정에서 분리가 잘 안 되는 경우에 캔의 상단부에서 되말림이 발생하여 주름과 같은 형상이 원주방향으로 형성되는 현상을 나타내며 롤백이 많이 형성될수록 캔의 분리가 어렵다는 것을 의미한다.

즉, 스트리핑성은 롤백 발생량 측정에 의해 현상적으로 판단할 수 있으며 이를 정량적으로 평가하는 방법은 캔을 분리하는데 소요되는 스트리핑 로드(load)를 측정하여 평가할 수도 있다. 디앤아이공정과 같은 캔 가공 공정에서는 가공된 캔은 연속적으로 이동하고 다음 공정에서 원활이 진행되도록 캔이 가공되어야 하지만 이이어닝공정에서 롤백이 발생량이 많은 경우에는 캔 상단부에 형성된 주름으로 인하여 형상이 일정하지 않으므로 다음 공정인 트리밍공정에서 연속작업을 진행하기에 곤란한 문제를 일으키게 된다. 따라서 아이어닝공정에는 롤백의 발생을 감소하는 것이 바람직하며 이를 위해서는 캔을 펀치로부터 용이하게 분리하도록 스트리핑성을 개선하는 것이 매우 중요하다.

이와 같이 2피스 캔은 3피스 캔에 비하여 가공에 있어 고속이며 연속적이므로 경제적이며 내용물에 대한 우수한 품질 특성을 보이고 있음에도 불구하고, 최근에는 스틸 2피스 캔에 대해 더욱 이점을 더하기 위하여 아이어닝 가공조건을 고속화하거나 생산성과 직접적인 관계가 있는 작업의 연속성을 향상하기 위하여 성형공정을 최적화하고자 하는 노력이 진행되고 있다. 그러나 캔의 가공공정에서 아이어닝 공정은 주로 기계적인 성형방법이므로 가공조건에 따라 작업 연속성에 지장을 주는 장애가 되는 요인이 많다고 할 수 있다. 즉, 아이어닝공정에서 캔은 펀치와 금형사이를 통과하면서 두께의 감소를 반복하는 공정이므로 가공된 캔을 펀치로부터 용이하게 분리하여야 연속성을 확보할 수 있게 된다. 캔이 펀치로부터 분리되는 특성을 스트리핑성(strippability)이라고 하며, 이를 향상하기 위하여 아이어닝 조건의 최적화가 매우 중요하다.

한편, 통상 스틸2피스 캔을 가공하는 디앤아이(D&I) 가공법은 아이어닝공정에서 주로 3단계의 두께감소에 의해 진행하고 성형조건은 캔의 높이에 따라 아이어닝공정에서 두께의 감소단계를 각각 다르게 한다. 이는 캔 높이 방향으로의 두께 분포를 다르게 하기 위함이며 주로 3단계로 두께를 감소하는 경우 1 또는 2단계 보다 3단계에서의 두께 감소비가 높게 설정되어 있다. 즉 3단계에서의 두께 감소율은 35%~45%로서 비교적 높은 수준이며 스트리핑에 문제가 되어왔다. 캔 벽 부위의 두 께는 높이 방향으로 다른 분포를 하고 있으며 캔 상단부의 두께는 뚜껑을 체결하기 위하여 가공하는 넥킹 및 플랜징이 유리하도록 대체로 캔의 중심부의 두께 보다 두껍게 되어 있다.

즉, 상업적으로 사용되고 있는 대표적인 캔인 경우에 중심부의 두께는 0.08~0.10mm인 반면에 상단부의 두께는 0.140~0.155mm정도이다. 이러한 두께분포는 펀치의 형상을 변화시켜서 얻게 된다. 이와 같은 캔을 가공하는데 사용되는 펀치의 형상은 직경이 일정하지 않고 캔의 상단부에 해당하는 부위의 직경이 중심부에 해당하는 직경 보다 작게 설계된 경사면을 갖는 펀치를 사용하게 되며 가공 중에 상단부에서는 두께 감소가 진행하지 않도록 하고 중심부에서만 두께 감소가 일어나도록 하여 얻는다.

실제 가공조건을 고려해 보면 아이어닝공정에서 1,2단계는 컵의 벽 두께를 감소하도록 하되 위에서 설명한 경사면 이전까지 높이를 형성하도록 가공하게 되며 3단계에서 경사면을 통과하도록 하여 상단부의 두께가 두껍게 가공되도록 한다. 따라서 1,2단계에서는 경사면 이전까지 캔 높이가 형성될 수 있도록 하여야 하며 3단계에서는 최종적으로 캔 높이를 만족할 수 있는 충분한 두께 감소와 경사면을 가지도록 설정되어 있다.

그러나 3단계에서의 두께 감소율은 캔 가공 중에 형성되고 캔에 잔류되는 응력 즉, 펀치를 감싸 안으려는 힘에 영향을 미치게 되므로 이의 조절에 의해 캔이 분리되는 특성인 스트리핑성의 개선 가능성을 검토할 필요가 있다.

종래에 상업적으로 적용하는 스트리핑성을 개선하는 방법으로는 스트리핑성 의 개선 즉 롤백을 감소하기 위하여 소재의 강도를 낮추거나 캔 가공 후 펀치의 내부에 고압의 공기를 불어 넣어 스트리핑성을 개선하고 있다. 또는 아이어닝 후단에 있는 버니싱공정을 통과하여 개선하기도 한다. 그러나 소재의 강도를 낮추는 경우 소재의 두께를 상대적으로 증가하여야 하므로 캔을 가볍게 하고자 하는 경량화의 달성이 어렵게 되며, 고압의 공기를 이용하는 경우 일부 캔을 펀치로부터 분리하는 스트리핑성에는 유리하게 작용은 하지만 이때의 압력은 캔과 펀치와의 접촉면에서의 저항력 이상으로 훨씬 높아야 하며 이러한 경우 캔 바닥(dome)을 형성하는 공정에서 바닥부에도 변형이 가해져서 목적으로 하는 형상을 얻을 수 없으며 결국 캔의 안정성인 내압강도를 확보하기 어려우므로 실제적으로 용이한 스트리핑성을 확보하기에는 곤란한 문제점이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 스틸 소재를 디앤아이(D&I)가공법에 의해 2피스 캔을 성형함에 있어서 아이어닝 가공조건을 적절히 제어하여 가공작업의 연속성을 향상하는데 문제가 되는 스트리핑성을 개선할 수 있는 스틸 2피스 디앤아이 캔 제조법을 제공하는데 그목적이 있다.

상기의 목적을 달설하기 위한 본 발명은 드로잉, 리드로잉, 1∼3단계의 아이어닝, 트리밍, 도밍, 캔 표면 및 내면의 세정, 넥킹 그리고 플랜징 공정으로 이루 어진 디앤아이(D&I) 캔 제조방법에 있어서,

상기 아이어닝 공정중 3단계에서의 두께 감소율을 15~25% 부여하여 성형하는 것을 특징으로 하는 스트리핑성을 개선한 스틸 2피스 디앤아이(D&I) 캔 제조법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 디앤아이(D&I) 2피스 캔 성형공정에서 우수한 스트리핑성을 얻기 위하여 기존의 방법과는 다르게 3단계 아이어닝 공정에서의 두께 감소율을 15~25%범위로 제어하여 캔과 펀치 사이에서 작용하는 힘을 작게 하는 효과를 이용, 연속작업성에 영향을 가장 크게 미치는 스트리핑성을 향상하는데 특징이 있다.

디앤아이(D&I) 2피스 캔 가공방법은 통상 3단계의 아이어닝을 연속적으로 실시하여 두께를 감소하게 되며 각 단계에서의 두께 감소율은 약 20~40% 범위이며 초기 소재로부터 최종 캔 두께까지는 약 45~70%의 두께 감소가 일어난다. 따라서 가공단계별로 변형에 의해 형성된 변형량은 증가하게 되며 축적된 변형량은 캔이 펀치를 원주방향으로 감싸 안으려는 힘(hugging force)으로 작용하게 되고 이로 말미암아 캔은 펀치로부터 분리하기에 어렵게 된다. 성형된 캔은 펀치로부터 분리하는 과정에서 캔의 상단부에 주름이 발생하게 되고 이를 롤백(roll back)이라고 하는데 이는 캔이 펀치를 감싸 안으려는 힘이 증가할 수록 발생이 용이하므로 스트리핑성은 저하함을 의미한다. 즉 디앤아이(D&I) 캔 성형과 같이 고속, 연속가공조건에서는 스트리핑성이 우수하여야 하며 이를 위해서는 롤백의 감소가 필수적이이라고 할 수 있다. 그러나 이러한 현상은 경량 캔을 성형하기 위하여 소재의 강도를 증가하며 두께를 감소하는 경우에 더욱 뚜렷하게 나타나고 있으며 아이이어닝 이후 공정에서의 연속 작업성을 저하시키는 문제점이 되어 왔다. 본 발명은 이와 같이 캔이 분리되는 특성을 개선하는 것을 목적으로 하고 있으며 이를 달성하기 위하여 아이어닝중 3단계에서의 가공조건을 적절히 하여 그 효과를 얻을 수 있었다.

3단계 아이어닝에서는 캔이 높이를 확보하는 동시에 두께분포를 부여하는 공정이므로 적절한 두께 감소율이 설정되지 못하는 경우에는 목표로 하는 캔 높이와 두께분포를 확보하기에 곤란하다. 앞에서 설명한 바와 같이 아이어어닝 공정은 펀치를 싸고 있는 원형의 컵이 컵의 벽 부위의 두께 보다 간격이 작은 금형사이로 캔을 통과하여 두께를 감소시키는 공정이므로 가공이 진행하는 동안 캔은 펀치와 접촉하지만 가공이 완료된 후에는 분리하여야 하며 용이하게 분리될 수록 스트리핑성이 양호하게 된다. 그러나 캔이 아이어닝에서 가공되는 변형 형태를 보면 캔의 원주 방향으로 크기 변화는 없는 상태에서 두께 감소에 의한 높이를 증가시키는 변형방법이므로 변형에 의해 형성된 응력의 일부는 캔의 안쪽방향 즉 펀치를 감싸 안으려는 힘(hugging force 또는 hoop stress) 즉, 잔류응력으로 작용하게 된다.

또한 가공 중에 분사되는 냉각유는 펀치의 표면 또는 캔의 안쪽면 사이에 존재하게 되므로 캔을 펀치로 분리하기 위해서는 냉각유의 유막에 의한 접촉저항력 보다 높은 힘이 필요하다. 따라서 펀치로부터 캔을 분리하는데 필요한 힘은 캔의 가공에 의한 잔류응력과 유막에 의한 접촉저항력의 합 보다 높은 힘이 필요하게 된다. 실제 캔 성형에서 캔을 펀치로부터 분리하기 위하여 두 가지의 방법을 동시에 사용하며 펀치 내부에 고압의 공기를 분사하는 방법과 캔의 상단부를 스트리퍼 핑거 (stripper finger)에 의한 기계적인 추출방법이 있다. 고압의 공기 분사방법은 펀치의 내부에 압력을 가하여 캔의 바닥부에 작용하게 하여 스트리핑을 돕는 방법이며 스트리퍼 핑거를 이용한 방법은 캔 가공 후 펀치가 후진하는 공정에서 손가락 모양의 구조를 하는 스트리퍼 핑거가 캔의 상단부에 접촉하도록 하여 물리적으로 분리하는 방법이다. 위의 방법은 동시에 사용되지만 스트리퍼 핑거 방법이 주로 적용하게 되며 고압 공기의 분사방법은 보조 역할을 하게 된다. 따라서 캔과 펀치사이에 작용하는 힘이 증가할 수록 분리가 어렵게 되며 스트리퍼 핑거와의 접촉에 의해 캔의 상단부에서 되말림에 의한 주름이 발생하게 되며, 즉 롤백의 발생이 적을 수록 스트리핑성이 양호하다고 할 수 있다.

다음은 본 발명의 한정 이유에 대해 설명한다.

캔의 스트리핑성 즉, 스트리핑 로드에 미치는 3단계 두께 감소율의 영향을 나타낸 도 1에서 알수 있듯이 두께 감소율이 증가할수록 스트리핑 로드가 증가하는 경향을 보인다. 이러한 이유는 캔의 높이 증가에 따라 펀치와의 접촉면적이 증가하므로 마찰저항도 증가하여 캔을 분리하는데 높은 힘이 필요하기 때문이다. 두께 감소율이 15% 미만에서는 스트리핑 로드가 비교적 낮은 수준이지만 캔 높이가 기본적을 요구되는 캔 높이보다 절대적으로 작게 형성되어(short can) 상업적으로 요구되는 조건을 얻기에 곤란하였으며, 캔 벽부와 상단부에서의 적절한 두께 분포를 얻을 수 없기 때문에 다음 공정인 넥킹 및 플랜징 가공을 하기에 곤란한 조건을 보였다. 따라서 3단계에서의 두께 감소율의 하한 범위를 15%로 제한하였다. 한편 두께 감소 율이 25%초과인 경우에는 스트리핑 로드가 크게 증가하여 스트리핑성이 저하되는 경향을 보이고 있으며 아울러 캔의 높이가 과다(long can)하게 형성되는 경향을 나타내었다. 캔의 과다한 높이는 트리밍한 후의 높이는 일정하지만 캔 상단부 즉, 두꺼운 두께를 형성하는 부위가 트리밍에 의해 절단되므로 넥킹 및 플랜징 가공을 하기에 어렵게 되는 문제점이 있으며, 스트리핑 로드의 증가에 따라 캔의 상단부에서의 롤백의 발생이 심하게 되므로 트리밍 공정에서 연속적인 작업을 할 수 없을 뿐만 아니라 절단이 된 캔의 경우에도 주름부위에서 불균일하게 절단면이 형성되므로 파단의 요인이 되었다. 따라서 본 발명에서는 캔의 두께 분포 및 스트리핑성이 우수한 특성을 보이는 조건으로 3단계에서의 두께 감소율을 25%이하로 한정하였다. 이는 종래의 두께 감소비가 35%~45%임을 감안하면 크게차이가 있으며 단위 공정에서의 두께감소비가 작으므로 금형의 수명을 연장하는 효과와 스트리핑성이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.

따라서 본 발명에서는 스트리핑성이 우수한 스틸 2피스 디앤아이(D&I) 캔 제조 조건을 설정함에 있어 상업적으로 적용이 가능한 캔 높이를 형성하는 조건과 스트리핑성이 우수한 특성을 동시에 만족하는 조건으로 아이어닝 공정중에서 3단계의 두께 감소율을 15~25%로 한정하였다.

다음은 석도강판을 이용하여 스트리핑성이 우수한 스틸 2피스 캔 제조법에 있어서 아이어닝에서의 3단계 두께변화에 대한 스트리핑성 즉, 스트리핑 로드의 변화에 미치는 영향을 실시예로서 상세히 설명한다.

[실시예]

본 발명을 위하여 사용한 강판은 통상 상업용으로 적용하는 소재로서 두께가 0.26mm이고 강판의 양면에 주석의 부착량이 2.8gr/m²인 전기도금 주석강판이며, 표면의 주석은 합금화(강판과 주석과의 화학적 결합)를 실시하지 않은 순수한 주석으로서 가공 중에 윤활작용을 하도록 하였으며, 이 강판은 상업적으로 D&I 캔을 가공하기 위하여 사용되는 소재와 동일한 특성을 가진다. 2피스 캔의 가공은 상업설비와 동일한 능력을 가지는 파일럿 설비를 이용하여 연속적으로 캔을 가공하였으며 스트리핑성을 평가하기 위하여 연속작업 중에 캔을 분리하는 데 소요되는 힘(stripping load)을 측정하여 비교하였다. 스트리핑성은 캔이 펀치로부터 용이하게 분리되는 정도를 나타내므로 캔을 분리하는 데 소요되는 힘을 측정하여 직접적으로 평가가 가능하고, 소요되는 힘이 작을 수록 스트리핑성이 양호함을 의미한다.

종래에 사용한 스트리핑성 평가는 평가는 롤백의 발생량을 측정하여 평가하였으나 이는 정량적으로 평가가 곤란하였으므로 본 발명에서는 스트리핑에 필요한 힘을 측정하는 장치를 설계 제작하여 아이어닝 설비에 직접 설치하고 연속작업 중에도 측정이 가능하도록 하였다. 한편 아이어닝 공정에서의 두께 감소율은 아이어닝 이전 캔의 두께와 아이어닝 이후 캔에 대하여 두께의 변화로부터 산출하였다.

드로잉(drawing) 조건		아이어닝(ironing) 조건
블랭크직경(Db)	132mm	펀치직경	65.8mm
펀치직경(Dp)	88.9mm	리드로우비	1.35
드로우비(Db/Dp)	1.51	캔 두께	0.125~0.135mm
속도(스트로크/분)	125~175	캔 높이	102.7mm
블랭크압력(PSI)	40~100	가공속도	265개/분

표1은 스틸 디앤아이(D&I) 2피스 캔의 가공조건을 나타낸 것으로 드로잉 공정에서 원형의 컵을 가공하기 위한 블랭크(blank)의 크기는 132mm이고 펀치의 직경은 88.9mm 이며 가공속도는 분당 125~175개로 상업설비와 동일하게 하였다. 목표로 하는 최종 캔의 크기는 직경이 66mm이고 높이는 102mm이며, 캔 벽부위의 두께는 0.125~0.135mm또, 상단부의 두께는 0.150~0.155mm로 하여 캔의 높이 방향으로 두께 차이를 주어 넥킹 및 플랜징이 용이하도록 하였으며 상업적으로 적용이 가능한 캔 조건을 만족하였다. 캔의 벽 부위에서의 전체 두께의 감소율은 초기 소재에 비하여 52~48% 정도 이다. 캔의 가공속도는 분당 265개로 가공하여 상업 생산과 동일한 조건이다. 한편 캔 가공에 필요한 가공유는 상업적으로 사용하는 종류를 이용하였으며 일정한 온도 및 분사량을 적용하여 이들의 편차에 의한 스트리핑성에 미치는 영향을 최소화 하도록 하였다.

또한 본 발명은 스트리핑성을 개선하는 것을 목적으로 아이어닝 공정중에서 3단계에서의 두께 감소율을 최적화하는 기술을 이용하였으므로 도 1에서 처럼 3단계에서의 두께 감소율을 10~35% 범위로 하여 이의 변화에 대한 스트리핑 로드의 영향를 조사하였으며 스트리핑 로드가 최소인 경우에 스트리핑성이 우수한 조건으로 평가하였다. 앞에서 설명한 바와 같이 3단계에서의 두께 감소율은 목표로 하는 캔의 높이를 형성할 수 있도록 적절한 감소율을 부여하여야 한다. 즉, 두께 감소율이 너무 낮은 경우(본 발명에서는 15%보다 낮은 경우)에는 캔의 절대 높이가 낮게 되는 문제와 두께분포 측면에서도 벽 부위 보다 두꺼운 상단부의 두께를 형성할 수 없게 되므로 넥킹 및 플랜지 가공을 할 수 없는 문제가 된다. 한편 두께감소율이 지나치게 높은 경우(본 발명에서는 25%보다 높은 경우)에는 벽 부위에서의 두께 감소율이 증가하여 캔의 높이가 너무 길게 형성되므로 다음 공정인 트리밍 공정으로 원활하게 이송되지 못하는 문제점이 될 수 있다. 또한 캔의 스트리핑은 펀치와 캔 내면과의 접촉되는 면적의 크기에 영향을 받게 되며 캔의 높이가 길수록 접촉면이 증가하게 되므로 스트리핑이 어렵게 되는 문제가 있다.

따라서 3단계에서의 두께 감소율은 2단계에서 가공된 캔을 최종목표로 하는 캔 높이를 형성하면서 캔의 두께가 벽부와 상단부에서 차이가 있도록 설정되어야 하지만 두께 감소율이 증가할수록 캔을 분리하는 특성인 스트리핑성이 저하되므로 이를 적절하게 설정하는 것이 중요한 기술이다. 따라서 본 발명에서는 상기 조건을 만족하는 3단계의 두께 감소율을 설정하는 기술을 특징으로 하고 있으며 이를 평가하기 위하여 가공조건별 캔의 높이를 측정하고, 각각의 조건에 스트리핑에 필요한 로드를 측정하여 캔이 용이하게 분리되는 조건을 설정하였다.

도 1은 디앤아이(D&I) 캔 성형에서 스트리핑성 즉, 스트리핑 로드(load)에 미치는 3단계에서의 두께 감소율의 영향을 보이고 있다. 전체적으로 두께 감소율이 증가할 수록 스트리핑 로드가 증가하는 경향을 보이고 있으며, 이는 감소율의 증가에 따라 캔의 높이가 증가하게 되므로 캔의 내면과 펀치와의 접촉면의 증가에 의해 접촉저항이 증가하여 캔을 분리하기 어렵기 때문으로 설명될 수 있다. 한편 도 1에서 보듯이 두께 감소율이 매우 낮은 15% 미만인 경우 캔 높이가 절대적으로 작게 형성되어 상업적으로 요구되는 조건을 얻기에 곤란하였으며, 캔 벽부와 상단부 에서의 적절한 두께 분포를 얻을 수 없기 때문에 다음 공정인 넥킹 및 플랜징 가공을 하기에 곤란한 조건을 보였다. 또한 두께감소율이 25%이상인 경우에는 스트리핑 로드가 상대적으로 크게 증가하는 경향을 보이는 점으로 미루어 스트리핑성이 저하하는 조건임을 나타내고 있다. 또한 25%보다 많은 두께 감소율을 적용하는 경우 캔의 높이가 과다하게 형성되는 경향을 나타내었다. 캔의 과다한 높이는 다음과 같은 캔 품질에서의 문제점이 있다. 즉, 캔의 두께분포는 아이어닝 공정을 마친 후 트리밍에 의해 일정한 높이로 절단한 후에 형성되는 두께 분포를 의미하며 절단 후 상단부의 두께는 넥킹과 플랜징 가공을 위해서는 상단부로부터 약 10~15mm까지 두꺼운 분포를 가져야 한다. 그러나 두께 감소율이 과다하게 높은 경우에는 캔의 높이가 훨씬 길게 되므로 트리밍한 후의 높이는 일정하지만 캔 상단부 즉, 두꺼운 두께를 형성하는 부위가 트리밍에 의해 절단되므로 넥킹 및 플랜징 가공을 하기에 어렵게 되는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명을 통하여 3단계의 두께 감소율 범위가 15~25%인 경우에 상업적으로 적용할 수 있는 캔의 높이를 얻을 수 있었으며 스트리핑 로드가 최소조건 즉, 스트리핑성이 우수한 가공조건임을 알 수 있었다.

본 발명은 철강재를 이용하여 음료 및 식품을 보관하는 용기를 상업적으로 가공하는 디앤아이(D&I) 캔 성형에 있어서 아이어닝공정중 3단계에서의 두께 감소율을 적절히 제어하여 스트리핑성이 우수한 캔을 제조할 수 있으며, 기존의 설비를 이용 하여 캔의 품질 및 연속 작업성을 향상시키는 효과가 기대되고 향후 고강도 극박 강판을 이용하여 경량 디앤아이(D&I) 캔을 성형하는 기술에 적용이 가능하다.

Claims (1)

1. 드로잉, 리드로잉, 1∼3단계의 아이어닝, 트리밍, 도밍, 캔 표면 및 내면의 세정, 넥킹 그리고 플랜징 공정으로 이루어진 디앤아이(D&I) 캔 제조방법에 있어서,

   상기 아이어닝 공정중 3단계에서의 두께 감소율을 15~25% 부여하여 성형하는 것을 특징으로 하는 스트리핑성을 개선한 스틸 2피스 디앤아이(D&I) 캔 제조법.

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