KR100875021B1

KR100875021B1 - 금속 용기를 압력-램-성형하는 방법

Info

Publication number: KR100875021B1
Application number: KR1020037014289A
Authority: KR
Inventors: 햄스트라피터; 마케벤스튜어트; 공케빈; 모울톤제임스디.; 말로리로버트더블유.
Original assignee: 노벨리스 인코퍼레이티드
Priority date: 2001-05-01
Filing date: 2002-05-01
Publication date: 2008-12-19
Also published as: KR20040022214A; RU2004120252A; JP2004314180A

Abstract

본 발명은 병 형상 또는 다른 형상을 구비하는 금속 용기를 성형하는 방법에 관한 것으로, 프리폼을 소망 형상으로 성형하는 다이 공동(10)의 벽에 대해 팽창시키기 위해 폐쇄 단부를 갖는 중공의 금속 프리폼에 내부 유체 압력을 가하고, 팽창이 개시되기 전 또는 후 중 어느 한쪽에서 그러나 팽창이 완료되기전에 프리폼의 폐쇄 단부를 변위시키고 변형시키기 위해 펀치(12)를 다이 공동(10)내로 전진시키는 것에 의해 용기를 성형하고, 압력을 가하는 단계는 다이 공동내의 프리폼에 독립적으로 제어가능한 양의 내부 및 외부의 유체 압력을 동시에 가하고 변형율을 제어하도록 그 내부 및 외부 압력 사이의 압력차를 변경시키는 것에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.

Description

금속 용기 등을 압력-램-성형하는 방법{METHOD OF PRESSURE-RAM-FORMING METAL CONTAINERS AND THE LIKE}

본 발명은 다이 공동에서 중공의 금속 프리폼 또는 소재를 팽창시키도록 내부 유체 압력을 이용하여, 금속 용기 등을 성형하는 방법에 관한 것이다. 중요한 특정 관점으로, 본 발명은, 예를 들어 비대칭 특징의 병 형상과 같은 소정 형상을 갖는 알루미늄 용기 또는 다른 금속 용기를 성형하는 방법에 관한 것이다.

금속 캔은 음료수용으로 널리 사용된다. 현재 사용되는 음료수 캔 몸체는, 원-피스의 "인발되고 철판을 입힌" 몸체이거나 또는 (하부에서 뿐만 아니라 상부에서 분리된 폐쇄 부재를 갖는) 양단부에서 개구된 몸체이든지 간에, 일반적으로 단순하고 직립한 원통형상 측벽을 갖는다. 때때로 미학적, 소비자의 요청 및/또는 제품 표시의 이유때문에 금속 음료수 용기의 측벽에 다양하고 더욱 복잡한 형상을 부여하거나, 특히 일반적인 원통형 캔 형상과 다른 병 형상을 갖는 금속 용기를 제공하는 것이 바람직하다. 그러나, 종래의 캔 제조 작업으로는 이러한 형상을 얻을 수가 없다.

상술한 목적을 위해, 소재를 병 형상 또는 다른 복잡한 형상으로 성형하는 편리하고 효과적인 방법이 제공된다. 또한, 이것은 다양한 설계를 얻을 수 있고 방사상으로 대칭이 아닌 윤곽된 용기 형상을 성형할 수 있는 방법을 제공하도록 이용할 수 있다.
미국특허 제 3,040,684 호에서는 다이 공동과 유압을 이용하여 프리폼에서 도어 손잡이 형성 장치가 기술된다. 프리폼은 다이 공동내에 위치되고, 유압 유체로 채워져 밀봉된다. 그때 다이는 폐쇄되고 프리폼의 벽이 다이 공동의 형상과 일치되도록 하부 램을 상향으로 이동시킨다. 이 방법에서 유체의 체적은 변화되지 않고 램의 이동에 의해 프리폼이 팽창된다.
미국특허 제 4,362,037 호에서는 분할 다이가 사용되는 또 다른 도어 손잡이 형성 장치가 기술된다. 프리폼은 부분적으로 형성된 도어 손잡이를 포함하고 손잡이의 외부 원형면은 하부 다이상에 위치된다. 상부 다이는 손잡이의 최종 형상을 획정하는 측벽 부분을 구비하는 공동을 갖는다. 이 상부 다이는 하부 다이상에 놓여진 프리폼을 하향으로 압축시킨다. 그때 유체는 프리폼 내부로 유입되고 이에 의해 프리폼은 다이 공동의 형상으로 된다.
미국특허 제 6,182,487 호에서는 고정 다이와 이동 다이를 포함하는 분할 다이를 이용하여 금속 용기를 제조하는 방법이 기술된다. 실린더는 하부가 셀에 용접되도록 형성되면서 이동 다이에 장착된 하부 단부에 위치되고 실린더의 개방 단부는 고정 다이에 부착된다. 실린더는 고정 다이를 통해 가압되고 이동 다이는 용기를 성형하기 위해 고정 다이상에 근접된다.

본 발명은 공동내부로 이동가능한 펀치를 공동의 일단부에 위치시킨 상태로, 형상 및 측방향 크기(lateral dimension)를 획정하는 다이 벽에 의해 측방향으로 폐쇄된 다이 공동내에 폐쇄 단부를 갖는 중공의 금속 프리폼을 배치시키는 단계, 상기 프리폼의 폐쇄 단부는 펀치와 인접하여 대면하는 관계로 위치되고 프리폼의 적어도 한 부분은 초기에 다이 벽으로부터 내측으로 이격되고; 프리폼을 다이 벽과 실질적으로 완전히 접촉되도록 외측으로 팽창시키기 위해서 상기 프리폼에 내부 유체 압력을 가하여, 이에 의해 프리폼에 상기 소정 형상 및 측방향 크기를 부여하는 단계, 상기 유체 압력은, 상기 프리폼의 폐쇄 단부상에서, 공동의 상기 일단부로 향하여 힘을 가하고; 및 프리폼이 팽창하기 전후 중 어느 한쪽에서 그러나 프리폼의 팽창이 완료되기 전에, 유체 압력에 의해 가해진 힘의 방향과 대향하는 방향으로 프리폼의 폐쇄 단부를 변위시키고 맞물리기 위해 펀치를 공동 내부로 이동시키는 단계와 프리폼의 폐쇄 단부를 변형시키는 단계를 포함하는 소정 형상 및 측방향 크기의 금속 용기를 성형하는 방법을 제공한다. 펀치는 프리폼을 변위시키고 변형시키기 위해 펀치에 충분한 힘을 가할 수 있는 램에 의해 이동된다. 이 방법은 용기가 인가된 내부 유체 압력과 램에 의한 펀치의 이동에 의해 성형되기 때문에 PRF(pressure-ram-forming) 방법으로 본 명세서에 때때로 언급된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 펀치는 윤곽이 형성된 표면을 구비하고, 프리폼의 폐쇄 단부는 윤곽이 형성된 표면을 따르도록 변형된다. 예를 들면, 펀치는 반구형(domed)으로된 윤곽을 구비하고, 프리폼의 폐쇄 단부는 반구형의 윤곽으로 변형된다.

용기가 형성되는 상기 소정 형상은, 넥부와 상기 넥부보다 측방향 크기가 더 큰 본체부를 포함하는 병 형상이고, 다이 공동은 장축을 가지며, 상기 프리폼은 장축을 가지고 공동내에 실질적으로 동축방향으로 배치되며, 펀치는 공동의 장축을 따라 이동가능하다.

바람직하게는, 다이 벽은 성형된 용기를 제거하기 위해 분리가능한 분할 다이를 포함한다. 분할 다이를 사용하면 소정 형상은 공동의 장축에 대해 비대칭일 수 있다.

펀치는 유체 압력에 의해 프리폼의 축방향의 늘어짐을 제한하기 위해, 유체 압력의 적용전에 초기에 프리폼 폐쇄 단부와 접촉되거나 또는 가깝게 위치되는 것이 바람직하다. 펀치의 이동은 프리폼의 팽창되는 하부 부분이 다이 벽과 접촉된 후 개시될 수 있다.

병 형상의 용기 등을 성형하는 프리폼은 그 폐쇄 단부와 대향되는 개방 단부를 구비하는 일반적으로 초기에 원통형상인 연신된 소재(workpiece)인 것이 바람직하다. 특히 본 발명의 실시예에서, 프리폼은 병 형상의 넥부와 지름이 실질적으로 동일할 수 있고, 단일 압력 성형 공정으로 소정 형상으로 팽창될 수 있는 충분한 성형성을 가질 수 있다. 만일 이러한 성형성이 부족하면, 상기 소재를 전술한 다이 공동보다 더 작은 다이 공동내에 위치시키고, 소정 형상 및 측방향 크기보다 작은 중간 크기 및 형상으로 소재를 팽창시키기 위해 공동내의 소재에 내부 유체 압력을 가하는 예비 단계가 상술한 PRF 방법전에 실행될 수 있다.

대안적으로, 만일 연신되고 초기에 원통형상인 소재가 병 형상의 넥부보다 지름이 초기에 더 크면, 병 형상의 용기를 성형하는 방법은 PRF 방법의 실행 후, 감소된 지름의 넥부를 성형하기 위해 개방 단부에 인접하는 소재에 스핀 성형 공정을 가하는 추가 단계를 포함한다.

대안적으로, 프리폼 넥 영역의 지름은 다이 넥킹 공정을 이용하여 감소된다. 이 다이 넥킹 공정은 팽창 단계전에 적용될 수 있다.

프리폼은 알루미늄 프리폼일 수 있고("알루미늄"의 용어는 알루미늄을 기반으로한 합금 뿐만 아니라 순수한 알루미늄 금속에 관한 것으로 사용됨), 약 0.25mm 내지 약 1.5mm 범위의 두께를 갖는 재결정 또는 회복(recover)된 미세구조를 가지는 알루미늄 시트로부터 제조될 수 있다. 프리폼은 시트에 인발-재인발(draw-redraw) 공정 또는 후방 압출(backing extrusion)을 가하는 것에 의해 단부가 폐쇄된 실린더로 제조될 수 있다.

프리폼에 내부 유체 압력을 가하는 단계 동안, 프리폼 내의 유체 압력은 (ⅰ) 프리폼이 팽창을 시작하기 전에 제 1 최고점으로 상승하는 단계, (ⅱ) 팽창이 시작될때 최소값으로 하강하는 단계, (ⅲ) 프리폼이 다이 벽과 완전하게 접촉되지 않지만 프리폼이 연장된 상태가 될때까지, 팽창이 진행됨에 따라 점차적으로 중간값까지 상승하는 단계, 및 (ⅳ) 프리폼 팽창이 완료되는 동안 중간값으로부터 상승하는 단계를 연속적으로 발생시킨다. 이러한 일련의 압력 단계와 관련하여 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시예에서 프리폼의 폐쇄 단부를 변형시키고 변위시키기 위한 펀치의 초기 이동은 단계 (ⅲ)의 끝에서 실질적으로 시작된다.

전형적으로, 내부 유체 압력이 가해지면, 프리폼의 폐쇄 단부는, 프리폼이 다이 벽과 접촉함에 따라 확대된 반구체의 형상을 구비하고; 펀치의 초기 이동은 프리폼 폐쇄 단부가 이러한 형상을 가질 때에 실질적으로 시작된다.

또한 본 발명에 따르면, 프리폼에 내부 유체 압력을 가하는 단계는 공동내의 프리폼에 내부 및 외부의 양의 유체 압력을 동시에 가하는 단계를 포함하고, 내부의 양의 유체 압력은 외부의 양(positive)의 유체 압력보다 더 높다. 내부 및 외부 압력은 각각 두 개의 독립적으로 제어가능한 압력 시스템에 의해 제공된다. 프리폼의 변형율(strain rate)은 프리폼에 내부의 양의 유체 압력과 외부의 양의 유체 압력 사이의 차이를 변경시키도록 동시에 가해지는 내부 및 외부의 양의 유체 압력을 독립적으로 제어하는 것에 의해 제어된다. 이러한 방법으로, 초과 변형율에 관련된 문제를 피할 수 있고 용기 벽에 미세구조 손상을 일으키는 정수압 응력(hydrostatic stress)의 감소와 같은 이점이 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 프리폼에 온도 구배(temperature gradient)를 유발시키기 위해, 프리폼의 팽창동안 열을 가하는 것이 효과적이다라는 것을 발견하였다. 펀치에 가열기를 설치하는 것에 의해, 온도 구배는 프리폼의 하부로부터 위로 생성된다. 프리폼의 상부로부터 아래로 온도 구배를 유발시키는 개별 가열기가 다이 상부에 설치될 수 있다. 추가 가열기는 다이 공동의 측벽에 포함될 수 있다. 프리폼의 팽창동안 온도 구배의 부가는 초기 팽창 시작점을 정의하고 향상된 성형성을 제공하는데 기여한다.

또한 팽창 국면의 시작전에 프리폼의 하부와 접촉하는 펀치를 구비하거나 팽창 국면을 통해 펀치에 의해 축방향 하중을 가할 수 있는 이점이 있다. 이러한 방법에서 펀치가 팽창 국면을 통해 프리폼의 폐쇄 단부에 축방향 하중을 가하면, 프리폼 폐쇄 단부의 변위(displacement) 및 변형은 팽창 국면의 완료까지 실행되지 않는다.

본 발명의 특징 및 이점은 하기 도면을 수반하는 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 도시하는 실시예에서 본 발명의 방법을 실행하는 기구를 도시하는 개략 사시도,

도 2A 및 도 2B는 본 발명의 방법의 제 1 실시예를 순차적 단계로 실행하는 도 1의 유사도,

도 3은 본 발명의 방법에서 내부 유체 압력으로 프리폼하는 단계와 펀치를 이동시키는 단계 사이에서, 유체 매체와 같은 공기를 이용하여, 시간 관계에 따른 내부 압력 및 램 변위의 그래프를 도시하는 도면,

도 4A, 4B, 4C 및 4D는 본 발명의 방법의 제 2 실시예를 순차적 단계로 실행하는 도 1의 유사도,

도 5A 및 도 5B는 본 발명의 제 3 실시예를 순차적 단계로 실행하는 도 1의 유사도 및 스핀-형성 단계의 단순 개략 사시도,

도 6A, 6B, 6C 및 6D는 본 발명의 방법의 연속 단계를 컴퓨터로 산출한 개략 사시도,

도 7은 다이 공동 내에서 프리폼에 독립적으로 제어가능한 내부 및 외부 유체 정압을 동시에 적용하고 외부 정압의 부재하에서 그들 사이의 내부 정압 변경(도 3과 같이)을 비교한 특징을 도시하는 (임의 시간 유닛을 이용하는) 시간에 따른 압력 변화 그래프,

도 8은 도 7과 비교되는 두개의 다른 압력 조건하에서 한 특정 위치(요소)에 대한 변형을 도시하는, 제한 요소 분석으로부터 유도되는, 시간에 따른 변형 변화의 그래프,

도 9는 내부 및 외부 유체 정압이 다이 공동내의 프리폼에 동시에 적용될때 성형 공정에서 이용할 수 있는 특정 제어 기구부에 따른 도 7의 유사도,

도 10은 가열된 펀치를 이용하여 팽창하는 프리폼의 개략도;

도 11은 프리폼의 팽창동안 펀치상의 하중, 내부 압력 및 펀치의 변위를 도시하는 그래프 및

도 12는 평탄 디스크로부터 프리폼의 제조 단계를 도시하는 사시도이다.

본 발명은 수력(내부 유체 압력) 및 펀치 성형, 즉 PRF 방법의 조합을 이용하여 축대칭(용기의 기하학적 축에 대해 방사상으로 대칭되는)을 필요로 하지 않는 윤곽 형상을 가지는 알루미늄 용기를 성형하는 방법에 관해 기술될 것이다.

PRF 제조 공정은 두 개의 다른 단계, 즉 프리폼의 제조 단계 및 프리폼을 최종 용기로 형성하는 후속 단계를 갖는다. 이 방법에서는 성형 경로를 완성하기 위한 몇몇 옵션을 가지며, 사용되는 알루미늄 시트의 성형성에 의해 적절한 선택이 이루어진다.

프리폼은 재결정 또는 회복된 미세구조를 갖고 0.25mm 내지 1.5mm 범위의 게이지를 갖는 알루미늄 시트로 제조된다. 프리폼은 예를 들어 인발-재인발(draw-redraw) 방법에 의해 또는 후방 압출(back-extrusion)에 의해 제조될 수 있는 폐쇄 단부 실린더이다. 프리폼의 지름은 소망 용기 제품의 최소 및 최대 지름사이이다. 나사산(thread)은 후속 성형 공정전에 프리폼상에 형성될 수 있다. 프리폼의 폐쇄 단부의 윤곽은 최종 제품의 하부 윤곽의 성형을 돕도록 설계될 수 있다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 방법에서 사용되는 기구 조립체는 수직축방향으로 병 형상을 획정하는 윤곽으로 형성된 공동(11)을 갖는 분할 다이(10), 용기의 하부에 대한 소정의 외형을 갖는(예를 들면, 도시된 실시예에서, 성형된 용기의 하부에 돔 형상을 부여하기 위해 볼록한 돔 외형을 갖는) 펀치(12) 및 펀치에 부착된 램(14)을 포함한다. 도 1에서, 분할 다이는 두 개의 절반부 중 하나만을 도시하고 있고, 나머지는 도시된 절반부의 거울상이며; 명백하게 알 수 있듯이 두 개의 절반부는 다이 공동(11)의 벽에 의해 획정된 병 형상의 기하학적 축을 포함하는 평면내에서 합쳐진다.

(공동의 병 형상의 넥부와 대응하는) 다이 공동의 상부 개방 단부(11a)에서 다이 공동(11)의 최소 지름은 틈새(clearance)를 참작하여 공동내에 위치되는 프리폼의 외부 지름과 동일하다(도 2A 참조). 프리폼은 초기에 펀치(12) 약간 상부에 위치되고 내부 가압(pressurization)하도록 개방 단부(11a)에서 개략적으로 도시되는 압력 조정기(pressure fitting)(16)를 가진다. 가압은 예를 들어, 프리폼의 상부 개방 단부에 형성된 나사산을 결합시키는 것에 의해 또는 프리폼의 개방 단부내로 튜브를 삽입하는 것에 의해 얻어질 수 있고, 분할 다이 또는 어떤 다른 압력 조정기에 의해 밀봉되어져 얻어질 수 있다.

가압 단계는 프리폼의 벽이 공동을 형성하는 다이 벽에 대해 거의 완전히 가압될 때까지 프리폼을 공동내에 팽창시키기 위해서 충분한 압력하에서 물 또는 공기와 같은 유체를 중공 프리폼의 내부에 도입시키는 단계를 포함하고, 이에 의해 팽창된 프리폼에 공동의 형상 및 측방향 크기를 부여한다. 일반적으로 말해서, 사용된 유체는 프리폼 벽의 압력을 질량, 플럭스, 체적 또는 압력에 의해 제어할 수 있는 압축성 또는 비압축성 유체이다. 유체를 선택할 때는 성형 작업에서 사용되는 온도 조건을 고려할 필요가 있고; 만일 물이 유체이면, 예를 들어, 온도가 100℃ 미만이어야 하며, 만일 고온이 요구되면, 유체는 성형 작업의 온도에서 끓지 않는 액체 또는 공기와 같은 가스이어야 한다.

가압 단계의 결과, 다이 벽에 형성된 양각(relief) 특징은 생성된 용기의 표면상에서 역거울상 형태로 재현된다. 비록 생성된 용기의 이러한 특징, 또는 전체 형상이 축대칭이 아닐지라도, 용기는 분할 다이의 사용 때문에 어려움 없이 공구로부터 제거된다.

도 2A 및 도 2B에 도시된 본 발명의 특별한 실시예에서, 프리폼(18)은 형성되어진 병 형상의 넥부의 외부 지름과 동등한 외부 지름을 가지며, 폐쇄 하부 단부(20)와 개방 상부 단부(22)를 갖는 중공의 원통형상 알루미늄 소재이고, PRF 공정에 의해 형성되는 변형은 (온도 및 변형율에 따른) 프리폼의 성형성에 의해 설정된 경계내에 존재한다. 이러한 성형성 특성을 가지는 프리폼에서, 다이 공동(11)의 형상은 최종 제품의 요구에 따라 정확히 제조되고 제품은 단일 PRF 공정으로 제조될 수 있다. 램(14)의 이동 및 내부 가압율(pressurization rate)은 성형 공정의 변형을 최소화시키고 소망 용기 형상을 생성한다. 넥부 및 측벽 특징은 내부 압력에 기인한 프리폼의 팽창으로 초기 형성되고, 하부 형상은 램 및 펀치(12)의 이동, 프리폼 폐쇄 단부(20)와 대면하는 펀치 표면의 윤곽에 의해 주로 형성된다.

내부 유체 압력 적용의 적절한 동기화 및 램과 펀치의 작용(다이 공동으로 이동)은 본 발명의 실시에 있어서 중요하다. 도 3은 플럭스에 의해 제어되고, 공기 압력으로 도 2A 및 도 2B의 성형 공정을 나타내는 컴퓨터로 생성된 시뮬레이션된 데이터(유한 요소 분석 출력의 결과)의 그래프를 도시한다. 특히, 그래프는 압력과 램 타임 이력을 나타낸다. 도 3에서 명백해지는 바와 같이, 프리폼내의 유체 압력은 (ⅰ) 프리폼이 팽창을 시작하기 전에 제 1 최고점(24)으로 상승하는 단계, (ⅱ) 팽창이 시작될 때 최소값(26)까지 하강하는 단계, (ⅲ) 비록 다이 벽과 완전하게 접촉되지 않지만 프리폼이 연장된 상태가 될 때까지 팽창이 진행됨에 따라 점차적으로 중간값(28)까지 상승하는 단계, 및 (ⅳ) 프리폼 팽창이 완료되는 동안 중간값으로부터 ("30"에서) 더욱 신속히 상승하는 단계를 연속적으로 발생시킨다. 이러한 연속적인 압력 단계를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에서 프리폼의 폐쇄 단부를 변형시키고 변위시키기 위한 펀치의 초기 이동은 실질적으로 단계 (ⅲ)의 끝에서 발생한다("32"에서). 시간, 압력 및 램 변위의 단위는 그래프상에 나타낸다. 도 3에서 나타낸 (컴퓨터로 생성된 시뮬레이션에서) 프리폼상의 작용 효과는 도 3의 x-축상에 나타낸 0.0초, 0.096초, 0.134초 및 0.21초에 대하여 도 6A, 6B, 6C 및 6D에서 도시된다.

중공의 프리폼에 내부 유체 압력을 초기 도입하는 곳에서, 펀치(12)는 공급된 내부 압력의 영향하에서 프리폼의 축방향 확장을 제한하기 위해서, 밀접하게 근접한(예를 들면, 접촉) 관계로 (도시된 바와 같이, 공구의 축방향에서의 수직 방향을 가정하여)프리폼의 폐쇄 단부 아래에 배치된다. 프리폼의 팽창이 완전하게 이루어지지 않을때, 램(14)은 펀치를 상향으로 이동시키도록 작동하여, 프리폼의 폐쇄 단부의 금속을 상향 이동시키고 내부 압력에 의해 프리폼의 측방향 팽창이 이루어질 때 폐쇄된 단부를 펀치 표면의 윤곽으로 변형시킨다. 폐쇄된 프리폼 단부의 상향 이동은 다이에 대해 프리폼을 상향 이동시킬 수 없으며 램이 펀치를 상향으로 구동시키기 시작할때 이미 발생된 프리폼 팽창의 크기때문에 프리폼의 측벽은 (램의 너무 이른 상향 작용에 의해 발생되는 것처럼)구부려진다.

본 발명의 방법의 제 2 실시예는 도 4A 내지 도 4D에서 도시된다. 이 실시예에서, 도 2A 및 도 2B의 실시예처럼, 원통형상 프리폼(38)은 최종 제품의 최소 지름(넥부)과 동등한 초기 외부 지름을 가진다. 그러나, 이 실시예에서 PRF 작용의 성형 변형은 프리폼의 성형성 제한을 초과하는 것으로 가정한다. 이러한 경우, 두 개의 연속적인 압력 성형 작용이 필요하다. 제 1 작용(도 4A 및 도 4B)은 램을 필요로 하지 않고 단순 분할 다이(40)내의 프리폼이 내부 가압에 의해 더 큰 지름 소재(38a)까지 팽창한다. 제 2 작용은 PRF 방법(도 4C 및 도 4D)이고, 소재가 다이(40)에서 초기 팽창할 때 시작하고, 병 형상 공동(44)을 갖는 분할 다이(42) 및 즉, 내부 압력 및 램의 이동 모두를 이용하는 램(48)에 의해 구동되는 펀치(46)를 채용하고, 펀치 작용에 의해 초기 생성되는 병의 윤곽 및 측벽 형상의 모든 특징을 포함하는 소망 최종 병 형상을 생성한다.

제 3 실시예는 도 5A 및 도 5B에서 도시된다. 이 실시예에서, 프리폼(50)은 최종 병 형상 용기의 소망 최소 외부 지름(보통 넥부 지름)보다 더 큰 초기 외부 지름으로 제조된다. 이러한 프리폼의 선택은 프리폼 작용의 성형 한계를 고려한 결과이거나 또는 PRF 작용에서 변형을 감소시키기 위해 선택될 수 있다. 그 결과, 최종 제품의 제조는 프리폼의 직경 확장 및 압축 모두를 포함하고 따라서 PRF 장치 단독으로 이루어질 수 없다. 단일 PRF 작용(도 5A, 분할 다이(52) 및 램-구동 펀치(54) 사용)은 (도 2A 및 도 2B의 실시예에서와 같이) 벽 및 하부 형상을 형성하도록 이용되고 스핀 성형 또는 다른 네킹(necking) 작용은 용기의 넥부 형상을 구비하도록 요구된다. 도 5B에 도시되는 바와 같이, 이는 스핀 형성 디스크(56)의 복수의 직렬 세트와 병 넥부(60)의 형상을 구비하도록 테이퍼된 맨드릴(58)을 이용하는 2001년 5월 1일자로 출원된 공동 계류중인 미국특허출원 제 09/846,169 호에 개시된 형태의 스핀 성형 방법을 사용할 수 있다.

상술한 PRF 방법의 실행에서, PRF 변형은 클 수 있다. 따라서 합금 조성물은 소망 제품 및 강화된 성형성의 조합을 제공하도록 선택되거나 조절된다. 만일 더 나은 성형성이 요구되면, 온도의 증가가 더 나은 성형성을 부여하기 때문에 성형 온도를 후술하는 바와 같이 조절할 수 있고; 따라서, PRF 작용은 상승된 온도로 처리될 필요가 있고 및/또는 프리폼은 그의 성형성을 증가시키기 위해 회복 어닐링이 필요할 수 있다.

본 발명은 PET 용기의 블로우-성형(blow-forming), 특히 외부 펀치-성형 요소가 추가된 공지된 압력-성형 작용과는 다르다. PET 병-성형용으로 사용될때 내부 펀치는 요구되지 않는다. 현재, 본 발명으로 얻어질 수 있는 지름 범위와 형상을 구비한 알루미늄 용기를 생성하기 위한 방법은 출원인에게 알려져 있지 않다. 또한, 대칭 형상(예를 들어, 용기의 측면상에 나선형 리브(spiral rib) 또는 하부상의 다리부(feet))을 생성하는 방법도 공지되어 있지 않다.

또한 본 발명의 방법은 스틸과 같은 또 다른 재료로 용기의 형상을 구비하도록 이용될 수 있다.

점선이 다이 공동(11)의 수직 형상을 나타내고, 내부 압력의 초기화 이후의 다양한 시점에서 반구형의 윤곽이 형성된 펀치(12)의 (밀리미터로의)이동이 점선의 우측면상의 스케일에 의해 나타나는 도 6A-6D를 고려할때 프리폼(18)의 폐쇄 단부(20)를 (도 2A 및 2B에서처럼)이동시키고 변형시키기 위해 램-구동 펀치(12)를 다이 공동(11)내로 이동시키는 중요성을 도 3을 참조하여 추가 설명할 수 있다.

램은 알루미늄 병의 성형에서 두 개의 필수적인 기능을 가진다. 램은 축방향의 인장 변형을 제한하고 용기 하부의 형상을 형성한다. 초기에 램-구동 펀치(12)는 프리폼(18) 하부에 밀접하게 인접하거나 또는 접촉되어 유지된다(도 6A). 이것은 내부 가압의 결과 발생할 수 있는 프리폼 측벽의 축방향 늘어짐을 최소화시킨다. 따라서, 내부 압력이 증가할 때, 프리폼의 측면 벽은 현저한 늘어짐 없이 다이 내부와 접촉하도록 팽창할 것이다. 전형적으로, 프리폼의 중심 영역이 첫번째로 팽창될 것이고, 이 팽창된 영역은 프리폼의 길이를 따라 상향 및 하향으로 성장할 것이다. 조만간 어떤 지점에서 프리폼의 하부는 반구체의 형상으로 되고, 반구체의 반경은 대략 다이 공동의 반경과 동일하다(도 6B). 이 지점에서 또는 이 지점 전에서 램은 펀치(12)를 상향으로 구동시키도록 작동한다(도 6C). 램의 노즈부 형상(예를 들면, 펀치 표면 윤곽)은 용기 하부의 형상을 완전히 형성한다. 내부 유체 압력이 (도 6B, 6C 및 6D의 병 숄더부와 넥부를 비교하여)다이 공동 벽에대해 프리폼의 몰딩을 완성하면, 내부 압력과 조합되는, 램의 이동은 파손될 수 있는 인장 변형의 초과없이 소망 윤곽을 생성하는 방식으로 프리폼의 하부가 펀치 표면의 윤곽으로 강제된다(도 6D). 램의 상향 이동은 프리폼의 반구형상 영역에 압축력을 가하고, 가압 작용에 의한 일반적인 변형을 감소시키며, 재료에 펀치 노즈부의 윤곽을 채우도록 재료를 방사상 외측으로 공급하는데 도움을 준다.

만일 램 이동이 너무 일찍 적용되면, 내부 가압율에 비해, 축방향의 압축력 때문에 프리폼은 구부려지고 접혀진다. 만일 너무 늦으면, 재료가 축방향으로 변형이 초과되어 성형에 실패하게 된다. 따라서, 성공적인 성형 작용을 위해서는 내부 가압율과 램 및 펀치 노즈부의 이동이 협력되어야 한다. 필요한 시간은 공정의 FEA(finite element analysis)에 의해 얻어진다. 도 3은 FEA의 결과를 기반으로 한다.

따라서 본 발명은, 도 3에서, 마치 양의 (즉, 초 대기압) 유체 압력이 다이 공동내의 프리폼의 외부에 적용되지 않는 것처럼, 기술되어 있다. 이러한 경우에, 공동내의 프리폼상의 외부 압력은 실질적으로 대기압일 수 있다. 프리폼이 팽창될때, 공동내의 공기는 적절한 배기구 또는 다이 공동과 다이 외부사이를 연통할 목적으로 제공되는 통로를 통해 (프리폼의 외부와 다이 벽사이에 체적의 점진적인 감소에 의해) 빠져나간다.

도시한 것에 의해 알루미늄 용기를 특히 참조하여 설명하면, 이는 양의 외부 압력이 적용되지 않는 FEA에 의해 도시되고, 일단 프리폼이 (유동)소성적으로 변형되기 시작하면, 압력-램-형성 작용의 처리 온도(예를 들면, 약 300℃)에서 알루미늄 합금의 낮거나 또는 영인 가공 경화율 때문에, 프리폼에서 변형율이 매우 높게 되고 제어를 할 수 없게 된다.

즉 다시 말하면, 이러한 온도에서 알루미늄 합금의 가공 경화율은 영이고 연성(즉, 성형 한계)은 감소하며 변형율은 증가한다. 따라서, 소망 최종 형상을 갖는 용기 제품 제조 능력은 성형 작용의 변형율이 증가되고 알루미늄의 연성이 감소될때 더 감소된다.

본 발명의 또 다른 중요한 특징에 따라, 양의 유체 압력은 다이 공동내의 프리폼 외부에 가해지고, 동시에 프리폼의 내부에 양의 유체 압력이 가해진다. 이러한 외부 및 내부의 양의 유체 압력은 두개의 독립적으로 제어되는 가압 시스템에 의해 각각 제공된다. 외부의 양의 유체 압력은 다이와 팽창된 프리폼 사이의 체적에서 양의 압력을 유지시키기 위해, 독립적으로 제어가능한 양의 유체 압력의 공급원을 상술한 배기구 또는 통로에 연결시키는 것에 의해 편리하게 공급할 수 있다.

도 7 및 도 8은 양의 외부 압력을 제어하거나 제어하지 않고 용기를 압력-램-성형하는데 있어서 시간 대 압력 및 시간 대 변형을 비교한 것이다(본 명세서의 용어 "변형"은 외력에 의해 본체에서 생성된 단위 길이당 신장을 말한다). 도 7의 선(101)은 프리폼에 작용되는 외부의 양의 유체 압력이 없는 경우에 대하여 도 3에서 "압력"으로 표시된 선과 대응하고; 도 8의 선(103)은 FEA에 의해 결정된 한 특정 위치(요소)에 대한 변형율의 결과를 나타낸다. 의심할 여지없이, 다이 벽과 접촉하도록 프리폼을 팽창시키기 위해 매우 높은 변형율과 매우 짧은 시간을 부여한 경우에는 변형이 거의 순간적이다. 대조적으로, 도 7의 선(105,107,109)은 내부 및 외부 압력 모두가 제어될때, 즉, 독립적으로 제어되는 외부 및 내부의 양의 유체 압력이 다이 공동내의 프리폼에 동시에 가해질 때, 각각 내부의 양의 유체 압력, 외부의 양의 유체 압력 및 그 두 압력 사이의 차이를 나타내고; 내부 압력은 프리폼 팽창에 필요한 양의 내부-외부 압력 차이가 존재하도록 외부 압력보다 더 크다. 도 8에서 선(111)은 선(105,107,109)에 의해 나타나는 독립적으로 제어되는 내부-외부 압력 조건에 대한 후프 변형(hoop strain)(프리폼이 팽창될때 프리폼의 원주 둘레의 수평면에서 생성되는 변형)을 나타내고; 선(111)으로 도시된 후프 변형은 선(103)의 값과 동일한 최종 값에 도달하지만 더 긴 시간이 필요하고 따라서 변형율이 더 작다. 도 8의 선(115)은 축방향 변형(프리폼이 늘어날 때 수직 방향으로 생성되는 변형)을 나타낸다.

다이 공동내의 프리폼상에 작용하는 독립적으로 제어가능한 내부 및 외부의 양의 유체 압력을 동시에 제공하고, 이러한 내부 및 외부 압력의 차이를 변경시키는 것에 의해, 매우 높고 제어가 불가능한 변형율을 피하도록 제어하여 성형 작용을 완전하게 유지시킨다. 프리폼의 연성은, 작용의 성형 제한은 두가지 이유때문에 증가한다. 첫째로, 성형 작용의 변형율의 감소는 알루미늄 합금의 고유 연성을 증가시킨다. 둘째로, 외부의 양의 압력의 부가는 팽창된 프리폼의 벽에서 등방향 응력을 감소시킨다(잠재적으로 음의 압력으로 만든다). 이는 금속에서 마이크로보이드(microvoid) 및 중간 금속 입자와 조합된 유해한 효과를 감소시킬 수 있다. 본 명세서의 용어 "등방향 응력"은 x, y 및 z방향의 세 수직 응력의 산술적인 평균값이다.

상기 기술된 본 발명의 특징은 성형 작용의 변형율을 제어하고 성형동안 금속에서 등방향 응력을 감소시키는 것에 의해, 병형상과 같은 알루미늄 용기를 성공적으로 제조하도록 압력-램-셩형 작용의 능력을 강화시킨다.

압력 차이의 선택은 프리폼이 제조되는 금속 재료의 특성을 기반으로 한다. 특히, 금속의 가공 경화율 및 항복 응력이 고려되어야 한다. 프리폼을 소성적(즉, 비탄성적으로)으로 유동시키기 위해서, 압력 차이는 프리폼내의 유효(Mises) 응력이 항복 응력을 초과하여야 한다. 만일 양의 가공 경화율이 존재하면, 항복 응력의 초과로 고정되게 가해진 (압력으로부터의)유효 응력은 가해진 유효 응력의 레벨과 같은 응력 레벨로 금속을 변형시킨다. 그 지점에서 변형율은 영에 접근한다. 가공 경화율이 매우 낮거나 또는 영인 경우에, 금속은 몰드(다이)의 벽과 접촉하거나 또는 파손이 발생되는 것 중 어느 하나가 될때까지 높은 변형율에서 변형된다. PRF 공정에 대해 예상되는 상승 온도에서, 알루미늄 합금의 가공-경화율은 낮거나 제로로 된다.

내부 및 외부 압력 모두를 공급하도록 사용하기에 적합한 가스의 예로는, 제한하지 않고, 질소, 공기 및 아르곤 및 이러한 가스의 어떤 화합물을 포함한다.

프리폼 벽의 어떤 지점에서의 소성 변형율은, 어떤 적정 지점에서, 압력 차이에 따른 순간적인 유효 응력에 따른다. 외부 압력의 선택은 유효 응력 및 이것에 의한 프리폼 벽의 변형율을 얻고 제어하기 위한 전체 원리로 내부 압력에 따른다.

도 9는 성형 공정에서 이용할 수 있는 다른 제어 메카니즘을 도시한다. 유한 요소의 시뮬레이션은 공정을 최적화하도록 사용된다. 도 9에서, 선(120)은 프리폼상에 작용하는 내부 압력(Pin)을 나타내고, 선(122)은 프리폼상에 작용하는 외부 압력(Pout)을 나타내고, 선(124)은 압력차(Pdiff=Pin-Pout)를 나타낸다. 이 도면은 한 제어 방법에 따른 압력 변화를 도시한다. 이러한 경우, 내부 공동에서의 유체 질량은 일정하게 유지되고 외부 공동(프리폼의 외부)에서의 압력은 선형적으로 감소한다. 또한 시뮬레이션에서 재료 특성에 따른 변형율이 포함된다. 이 후자의 제어 메카니즘은 더 단순한 공정이므로 현재 바람직하다.

도 10은 프리폼에 열이 가해지고 프리폼에서 온도 변화가 감소되는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 것이다. 도 10에서 도시되는 바와 같이, 펀치(12)는 프리폼(18)의 하부와 접촉되고 펀치(12)는 가열 요소(19)를 포함한다. 이는 내부 압력이 증가될때 프리폼의 팽창이 하부로부터 상향이도록 프리폼을 하부로부터 상향으로 가열한다.

도 11은 팽창 공정을 설명하는 그래프를 도시한다. 그래프의 한 선은 시간에 따른 램/펀치의 이동을 도시하고 다른 하나의 선은 시간에 따른 램/펀치상에서 하중의 변화를 도시한다.

지점 A에서 램은 약 22.7㎏의 압축 하중으로 프리-로드(pre-load)되고 지점 B에서 프리폼은 내부적으로 가압되고 1.14MPa의 레벨로 유지된다. 도시된 방법에서, 램의 위치는 68kg의 압축 램 하중을 유지시키기 위해 지점 B와 지점 C사이에서 단계적으로 된다. 램 하중이 램 위치(지점 C와 D)로 증가된 후 더 이상 신속히 감소되지 않으면, 램의 램핑(ramping)은 약 25mm의 이동 및 약 454kg의 하중(지점 E)으로 지속된다. 지점 D로부터 지점 E로 램을 램핑하는 동안, 용기의 하부 형상은 지점 E에서 용기 성형이 완료되도록 프리폼의 팽창과 동시에 성형된다.

도 11의 그래프는 단계적인 방법을 도시하지만, 하나의 스무드한 작용, 예를 들면, 컴퓨터로 제어 방법을 이용하는 것에 의해 용기내로 프리폼을 팽창시키고 성형하는 것이 가능하다. 이러한 방법의 이점은 감소된 온도 변화 때문에 발생되며, 램과 펀치가 상향으로 이동할 때 하부로부터 상부로 점차 팽창된다. 이러한 기술은 프리폼의 전체 길이에서 팽창이 동시적으로 발생되는 상술한 방법과 비교할 때 감소되고 향상된 성형성을 이끌어 냄을 알 수 있다.

도 10에서는 펀치(12)내에서만 가열 요소가 도시되지만, 성형을 돕기 위한 다른 가열 영역을 제공하는 것이 가능하다. 예를 들면, 프리폼의 상부 둘레에서 다른 분리 히터 뿐만 아니라 다이 공동의 측면 벽내에서 다른 분리 가열 요소가 존재할 수 있다. 이러한 각각의 영역에서 독립적으로 온도를 조절하는 것에 의해, 다양한 용기 설계에서 최적의 팽창 변화가 전개된다.

도 12는 평탄한 디스크로부터 프리폼을 제조하는 전형적인 순서를 도시한다. 표준 인발/재인발 기술은 얇게 폐쇄된 단부 실린더(71) 내로 첫째로 인발되고 그때 더 작은 지름과 더 긴 측벽을 갖는 제 2 실린더(72)로 재인발되는 알루미늄 시트(70)와 함께 사용된다. 실린더(72)는 실린더(74)를 성형하도록 재인발되는 실린더(73)를 성형하기 위해 재인발된다. 실린더(74)는 길고 가느다란 형상을 구비한다.

본 발명은 상술한 방법 및 실시예에 제한되지 않지만 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위내에서 또 다른 방법으로 실행될 수 있음이 숙지되어야 한다.

Claims

소정 형상 및 크기의 금속 용기를 성형하는 방법에 있어서,

(a) 프리폼의 적어도 일부를 다이 벽으로부터 초기에 내측으로 이격시킨 상태로, 폐쇄 단부를 갖는 중공의 금속 프리폼을 상기 형상 및 크기를 획정하는 상기 다이 벽을 갖는 다이 공동내에 배치시키는 단계,

(b) 상기 프리폼에 내부 유체 압력을 가하여 상기 프리폼을 외측으로 팽창시키고 상기 다이 벽과 완전히 접촉시킴으로써 상기 프리폼에 상기 소정 형상 및 크기를 부여하는 단계,

상기 공동 내부로 이동가능한 펀치가 상기 공동의 일단부에 위치된 상태에서 상기 다이 공동은 폐쇄 단부를 갖는 상기 중공 금속 프리폼을 측면으로 둘러싸는 크기를 갖고, 상기 프리폼의 폐쇄 단부가 상기 펀치와 근접하여 대면하여 위치하는 상태에서 상기 프리폼은 상기 공동 내에 위치하고, 상기 내부 유체 압력이 상기 프리폼에 인가되어 상기 프리폼을 외측으로 팽창시키고 유체 압력 힘을 상기 폐쇄 단부에 작용시키며, 상기 프리폼이 팽창을 시작하기 전 또는 후에 그러나 상기 프리폼의 팽창이 완료되기 전에

(c) 상기 프리폼이 외측으로 팽창하여 상기 다이 벽과 완전히 접촉하는 동안 상기 공동의 일단부 내로 상기 펀치를 이동시켜 상기 유체 압력에 의해 작용하는 힘의 방향과 반대방향으로 상기 프리폼의 폐쇄 단부를 맞물림 및 변위시켜 상기 프리폼의 폐쇄 단부를 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 다이 공동내의 프리폼에 양의 외부 유체 압력 및 상기 양의 외부 유체 압력보다 더 큰 양의 내부 유체 압력을 가함으로써 상기 내부 유체 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 프리폼에 상기 내부 유체 압력을 가하기 전에, 상기 프리폼에 온도 구배를 일으키기 위해 상기 다이 공동내의 프리폼에 열을 가하는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형방법.
제 1 항에 있어서,

상기 프리폼은 팽창가능한 폐쇄 단부와 그 폐쇄 단부에 대향하는 개방 단부를 구비하는, 초기 원통형상인 연신된 소재인 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 펀치는 상기 프리폼의 팽창 개시 후에, 그러나 상기 단계 (b)에서 상기 프리폼의 팽창이 완료되기 전에 상기 공동 내로 이동되는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 프리폼의 팽창 시작 전에 상기 펀치는 이동하여 상기 프리폼의 폐쇄 단부와 접촉하고, 상기 접촉은 상기 프리폼이 팽창하는 동안 계속 유지되는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 펀치는 윤곽이 형성된 표면을 구비하고, 상기 프리폼의 폐쇄 단부는 상기 윤곽이 형성된 표면을 따르도록 변형되는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 소정 형상은 넥부와 상기 넥부보다 측방향 크기가 더 큰 본체부를 포함하는 병 형상이고, 상기 다이 공동은 장축을 가지며, 상기 프리폼은 장축을 갖고 상기 단계 (a)에서 상기 공동과 동축방향으로 배치되며, 상기 펀치는 상기 공동의 장축을 따라 이동가능한 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 펀치는 반구형의 윤곽을 가지며, 상기 단계 (c)는 상기 프리폼의 폐쇄 단부를 상기 반구형의 윤곽으로 변형시키는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 다이 벽은 상기 단계 (c) 후에 성형된 용기를 제거하기 위해 분리가능한 분할 다이를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 8 항, 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

상기 소정 형상은 상기 공동의 장축에 대해 비대칭인 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 유체 압력에 의해 프리폼의 축방향의 늘어짐을 제한하기 위해, 상기 펀치는 상기 단계 (b)가 시작되는 초기에 위치되는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 프리폼은 상기 폐쇄 단부에 대향하는 개방 단부를 구비하는, 초기 원통형상인 연신된 소재이고 상기 병 형상의 상기 넥부의 지름과 동일한 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 소재는 단일 압력 성형 공정으로 상기 소정 형상으로 팽창될 수 있는 충분한 성형성을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 단계 (a), (b) 및 (c)를 실행하기 전에, 상기 소재를 상기 다이 공동보다 작은 다이 공동에 위치시키고, 상기 소재에 내부 유체 압력을 가하여 상기 소재를 상기 소정 형상 및 측방향 크기보다 작은 중간 크기 및 형상으로 팽창시키는 예비 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 프리폼은 상기 폐쇄 단부에 대향하는 개방 단부를 구비하는, 초기 원통형상인 연장된 소재이고 상기 병 형상의 상기 넥부보다 지름이 더 크며;

상기 단계(a), (b) 및 (c)를 실행한 후, 상기 개방 단부에 인접하는 소재에 스핀 성형 공정을 가하여 감소된 지름의 넥부를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 프리폼은 알루미늄 프리폼인 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 단계 (a)를 실행하기 전에, 0.25mm 내지 1.5mm 범위의 두께를 갖는 재결정 또는 회복된 미세구조를 갖는 알루미늄 시트로부터 상기 프리폼을 제조하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 시트에 인발-재인발 공정 또는 후방 압출을 실시함으로써 상기 프리폼은 폐쇄 단부를 갖는 실린더로서 제조되는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단계 (b) 동안, 상기 프리폼 내의 유체 압력은 (ⅰ) 상기 프리폼이 팽창을 시작하기 전에 제 1 최고점으로 상승하는 단계, (ⅱ) 팽창이 시작될 때 최소값으로 하강하는 단계, (ⅲ) 상기 프리폼이 상기 다이 벽과 완전하게 접촉되지 않지만 연장된 상태가 될 때까지 팽창이 진행됨에 따라 중간값까지 점점 상승하는 단계, 및 (ⅳ) 상기 프리폼 팽창이 완료되는 동안 중간값으로부터 상승하는 단계를 연속적으로 발생하고; 여기서 상기 프리폼의 폐쇄 단부를 변위 및 변형시키기 위한 상기 단계 (c)에서의 펀치의 초기 이동은 단계 (ⅲ)의 끝에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단계 (b) 동안, 상기 프리폼의 폐쇄 단부는 상기 단계 (b)에서 상기 프리폼의 상기 부분이 상기 다이 벽과 초기 접촉될 때 확대된 반구체의 형상을 띠고; 여기서 상기 프리폼의 폐쇄 단부를 변위 및 변형시키기 위한 상기 단계 (c)에서의 펀치의 초기 이동은 상기 프리폼 폐쇄 단부가 상기 형상을 가질 때에 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 프리폼에 동시에 가해지는 프리폼의 양의 내부 유체 압력과 양의 외부 유체 압력을 독립적으로 제어함으로써 상기 양의 내부 유체 압력과 상기 양의 외부 유체 압력 사이의 차이를 변경시켜, 상기 프리폼의 변형율을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 펀치 내의 가열 수단에 의해 상기 프리폼에 열을 가함으로써 상기 프리폼의 폐쇄 바닥부에서 시작되어 상향으로 연장되는 온도 구배를 일으키는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 다이내의 상기 프리폼 상부 둘레의 가열 수단에 의해 상기 프리폼에 열을 가함으로써 상기 프리폼의 상부에서 시작되어 하향으로 연장되는 온도 구배를 일으키는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.
제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,

상기 다이의 측벽내의 가열 수단에 의해 상기 프리폼에 열을 가하는 것을 특징으로 하는 금속 용기 성형 방법.