KR101853088B1

KR101853088B1 - 성형 금속 용기 및 그 제작 방법

Info

Publication number: KR101853088B1
Application number: KR1020137006999A
Authority: KR
Inventors: 로버트 이 딕; 앤소니 제이 페두사; 개리 엘 메이어스
Original assignee: 알코아 유에스에이 코포레이션
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2018-04-27
Also published as: ES2879442T3; EP2605873B1; MY175342A; EA025944B1; WO2012024671A3; RS62162B1; US20170341128A1; BR112013004004B1; KR20180050415A; EA201390258A1; AU2011291482A1; NZ606434A; US10464707B2; CN103068498B; US20120043294A1; AU2011291482B2; CN103068498A; ZA201300968B; EP3851223B1; WO2012024671A2

Abstract

종래 기술의 성형 금속 용기보다 적은 금속을 포함하지만 충분한 축방향 하중을 처리할 수 있고, 또한 주름, 좌굴, 붕괴 또는 기타 물리적 결함이 없는 상태로 축경을 포함하는 성형 공정을 받을 수 있는 성형 금속 용기가 개시된다. 가변 두께의 측벽을 갖는 금속 용기를 성형하는 공정이 또한 개시되는데, 가변 두께를 갖는 측벽의 일부는 다이 또는 다이들을 이용하여 성형된다.

Description

성형 금속 용기 및 그 제작 방법{SHAPED METAL CONTAINER AND METHOD FOR MAKING SAME}

본 출원은 2010년 8월 20일에 출원된 "성형 알루미늄 용기 및 그 제조 방법"이라는 명칭의 미국 가특허출원 제 61/375,746 호를 우선권 주장하는 것으로서, 이 미국 가특허출원은 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 원용되었다.

본 발명은 금속 용기 및 금속 용기를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

금속 용기 산업에서, 실질적으로 동일하게 성형 음료 용기는 대량 생산된다. 다이는 용기의 상부를 축경(necking)하기 위해 사용되어 왔다.

일부의 실시형태에서, 성형 알루미늄 용기는 상부 축경부(top necked portion) 및 저부 축경부(bottom necked portion)를 포함하는 측벽을 갖는다. 일부의 실시형태에서, 저부 축경부에서 측벽의 두께는 적어도 0.001 인치만큼 변화한다. 일부의 실시형태에서, 상부 축경부에서 측벽의 두께는 적어도 0.001 인치만큼 변화한다. 다른 실시형태들에서, 상부 또는 저부 부분의 어느 하나 또는 양자에서 측벽 두께는 적어도 0.0015" 또는 0.002"만큼 변화한다. 일부의 실시형태에서, 측벽 두께는 0.0015", 0.002", 0.0025", 0.003" 또는 0.004" 이하만큼 변화한다.

일부의 실시형태에서, 성형 알루미늄 용기는 제 1 축경 다이(necking die)의 작업면(working surface)이 측벽의 제 1 섹션에 접촉하여 측벽의 제 1 섹션의 직경을 단일 다이 스트로크에서 적어도 3%만큼 감소시키도록 제 1 축경 다이에 의해 측벽의 하측 부분(lower portion)을 축경하는 단계로서, 측벽의 제 1 섹션의 두께는 측벽의 높이를 따라 적어도 0.001 인치만큼 변화하는 단계; 및 제 2 축경 다이의 작업면이 측벽의 제 2 섹션에 접촉하여 측벽의 제 2 섹션의 직경을 단일 스트로크에서 적어도 2%만큼 감소시키도록 제 2 축경 다이에 의해 측벽의 상측 부분(upper portion)을 축경하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된다. 일부의 실시형태에서, 측벽의 제 2 섹션의 두께는 측벽의 높이를 따라 적어도 0.001 인치만큼 변화한다. 다른 실시형태들에서, 상부 또는 저부 부분의 어느 하나 또는 양자에서 측벽 두께는 적어도 0.0015" 또는 0.002"만큼 변화한다. 일부의 실시형태에서, 측벽 두께는 0.0015", 0.002", 0.003" 또는 0.004" 이하만큼 변화한다. 일부의 실시형태에서, 하측 부분 및/또는 상측 부분은 일련의 축경 다이들에 의해 축경된다. 일련의 축경 다이들은 2개 이상의 축경 다이를 포함할 수 있다. 하나의 실시형태에서, 하측 부분은 2개의 축경 다이에 의해 축경된다. 하나의 실시형태에서, 하측 부분을 축경하기 위한 제 1 다이는 용기의 직경을 약 6%만큼 감소시키고, 용기의 하측 부분을 축경하기 위한 제 2 다이는 용기의 직경을 추가로 원래 직경의 4%만큼 감소시킨다. 일부의 실시형태에서, 단일 축경 다이는 용기의 직경을 2%, 3%, 4%, 5%, 9%, 12% 또는 그 이상만큼 감소시킬 수 있다.

일부의 실시형태에서, 이 공정은 측벽의 상측 부분을 축경하기 전에 측벽의 중간 부분의 직경을 확장하는 단계를 더 포함한다. 일부의 실시형태에서, 중간 부분의 두께는 적어도 0.001 인치만큼 변화한다. 일부의 실시형태에서, 최대 두께 부분은 용기의 상부 또는 그 부근에 있다. 일부의 실시형태에서, 가장 얇은 또는 얇은 부분은 용기의 상부 또는 그 부근에 있을 수 있다.

일부의 실시형태에서, 제 1 및 제 2 축경 다이들은 금속 보틀 스톡에 사용하기 위해 구성되고, 축경 표면 및 릴리프를 포함한다. 축경 표면은 각각 내경을 갖는 랜드 부분(land portion), 네크 반경 부분(neck radius portion) 및 숄더 반경 부분(shoulder radius portion)을 포함한다. 랜드 부분은 네크 반경 부분과 릴리프 사이에 있다. 랜드의 내경은 다이의 최소 직경이다. 네크 반경 부분 및 숄더 반경 부분의 내경은 랜드의 내경보다 크다. 릴리프는 릴리프 표면을 포함하고, 여기서 릴리프 표면의 내경은 랜드 부분의 내경보다 적어도 약 0.01 인치 더 크고, 릴리프 표면의 내경은 측벽과 릴리프 표면 사이의 마찰 접촉을 감소시키기는 하지만 제거하지는 않도록 하는 한편 측벽을 축경할 때 축경 성능을 유지하도록 최대 직경보다 크지 않다. 일부의 실시형태에서, 릴리프 표면의 직경은 랜드 부분의 내경보다 약 0.0075 ~ 약 0.035 인치 더 크다. 다른 실시형태들에서, 릴리프 표면의 직경은 랜드 부분의 내경보다 약 0.01, 0.02 또는 0.03 인치 더 크다. 일부의 실시형태에서, 랜드 부분의 길이는 약 0.02" ~ 약 0.08" 이다. 다른 실시형태들에서, 랜드의 길이는 약 0.03" ~ 약 0.07"이다. 또 다른 실시형태들에서, 랜드 부분의 길이는 약 0.04" ~ 약 0.06"이다. 하나의 실시형태에서, 랜드 부분의 길이는 약 0.04"이다. 일부의 실시형태에서, 축경 다이는, 금속 보틀 스톡을 축경할 때, 랜드 전체 및 릴리프가 측벽에 대해 축방향으로 이동하도록, 그리고 릴리프의 적어도 일부가 측벽의 상부 너머로 이동하도록 치수 설정된다.

일부의 실시형태에서, 랜드는 약 8 마이크로인치 ~ 약 32 마이크로인치 범위의 표면 마감(Ra)을 갖는다. 일부의 실시형태에서, 릴리프는 약 8 마이크로인치 ~ 약 32 마이크로인치, 약 2 마이크로인치 ~ 약 6 마이크로인치, 또는 약 2 마이크로인치 ~ 32 마이크로인치 범위의 표면 마감(Ra)을 갖는다. 일부의 실시형태에서, 네크 반경 부분과 숄더 반경 부분은 약 2 마이크로인치 ~ 약 6 마이크로인치 범위의 표면 마감(Ra)을 갖는다.

일부의 실시형태에서, 금속 용기를 제조하기 위한 확장 다이는 측벽의 중간 부분의 직경을 확장한다. 금속 용기를 제조하기 위한 확장 다이는 작업면과 언더컷 부분을 포함하고, 작업면은 폐쇄된 저부를 갖는 금속 용기의 직경을 확장하도록 구성된다. 작업면은 점진적으로 확장되는 부분과 랜드 부분을 포함한다. 랜드 부분은 점진적으로 확장되는 부분과 언더컷 부분 사이에 있다. 랜드 부분의 외경은 다이의 최대 직경이다. 일부의 실시형태에서, 랜드 부분의 길이는 적어도 0.12"이다. 일부의 실시형태에서, 랜드 부분의 길이는 약 0.01" ~ 약 0.12"이다. 일부의 실시형태에서, 랜드 부분의 길이는 약 0.02" ~ 약 0.08"이다. 다른 실시형태들에서, 랜드의 길이는 약 0.03" ~ 약 0.07"이다. 또 다른 실시형태들에서, 랜드 부분의 길이는 약 0.04" ~ 약 0.06"이다. 하나의 실시형태에서, 랜드 부분의 길이는 약 0.04"이다. 언더컷 부분은 외경을 갖는 언더컷 표면을 포함한다. 언더컷 표면과 금속 용기 사이의 마찰 접촉을 감소시키기는 하지만 제거하지는 않도록, 언더컷 표면의 외경은 랜드 부분의 외경보다 적어도 약 0.01 인치 더 작고, 최소 직경 이상이다. 언더컷 표면의 외경은 확장 중에 발생할 수 있는 붕괴, 파단, 주름 및 모든 다른 물리적 결합을 최소화하도록 치수 설정된다. 작업면은, 알루미늄 용기 내에 삽입될 때, 랜드 부분 전체 및 언더컷 부분의 적어도 일부가 알루미늄 용기 내에 진입하여 측벽의 중간 부분의 직경을 확장하게 하도록 치수 설정된다.

일부의 실시형태에서, 확장 다이의 작업면의 선두 부분은 원래의 직경 부분으로부터 확장된 직경 부분으로의 용기 내의 천이부를 형성하기 위한 형상을 갖는다. 일부의 실시형태에서, 천이부는 계단형 또는 점진형이다. 일부의 실시형태에서, 확장 다이의 랜드 부분은 작업면에 의해 가공된 용기 스톡의 확장된 직경을 제공하기 위한 치수를 갖는다.

일부의 실시형태에서, 확장 다이의 작업면의 적어도 일 부분은 약 8 마이크로인치 ~ 32 마이크로인치의 표면 거칠기 평균(Ra)을 갖는다. 일부의 실시형태에서, 언더컷 부분의 적어도 일부는 약 8 마이크로인치 ~ 32 마이크로인치의 표면 거칠기 평균(Ra)을 갖는다. 일부의 실시형태에서, 확장 다이의 랜드 부분의 외경은 랜드의 길이를 따라 실질적으로 일정하다.

일부의 실시형태에서, 측벽의 중간 부분의 직경은 일련의 확장 다이들에 의해 확장된다.

일부의 실시형태에서, 용기의 상부는 폐쇄체를 수용하도록 치수 설정된다. 일부의 실시형태에서, 폐쇄체는 용기의 상부의 개구를 덮는다. 일부의 실시형태에서, 폐쇄체는 러그(lug), 크라운, 롤-온 필퍼 프루프(roll-on pilfer proof) 폐쇄체 또는 나사산을 갖는 폐쇄체 중의 하나를 포함한다.

일부의 실시형태에서, 분리 가능한 주구(pour spout)를 갖는 캔 단부는 용기의 상부를 포위한다.

금속 용기를 형성하기 위한 공정은, 측벽을 갖는 용기를 제공하는 단계로서, 측벽은 두께와 높이를 갖고, 두께는 측벽의 높이를 따라 적어도 0.0010 인치만큼 변화하는 단계, 및 축경 다이의 작업면이 측벽의 섹션에 접촉하여 단일 스트로크에서 적어도 2%만큼 측벽의 섹션의 직경을 감소시키도록, 축경 다이에 의해 용기를 축경하는 단계로서, 측벽의 섹션의 두께가 축경 전후에 측벽의 높이를 따라 적어도 0.0010 인치만큼 변화하는 단계를 포함한다.

일부의 실시형태에서, 금속 용기를 형성하는 공정에 사용되는 축경 다이는 축경 표면 및 릴리프를 포함하고, 축경 표면은 각각 내경을 갖는 랜드 부분, 네크 반경 부분 및 숄더 반경 부분을 포함하고;

랜드 부분은 네크 반경 부분과 릴리프 사이에 있고, 랜드의 내경은 다이의 최소 직경이고, 네크 반경 부분과 숄더 반경 부분의 내경은 랜드의 내경보다 크고;

릴리프는, (a) 릴리프 표면을 포함하고, (b) 릴리프 표면의 내경이 랜드 부분의 내경보다 적어도 약 0.01 인치 더 크고, (c) 금속 용기와 릴리프 표면 사이의 마찰 접촉을 감소시키기는 하지만 제거하지는 않도록 하는 한편 금속 용기의 축경 시에 축경 성능을 유지하도록 릴리프 표면의 내경이 최대 직경 이하이고; 축경 다이는 금속 용기의 축경 시에 랜드 전체 및 릴리프가 용기에 대해 축방향으로 이동하도록 그리고 릴리프의 적어도 일부가 용기의 상부 너머로 이동하도록 치수 설정된다.

일부의 실시형태에서, 금속 용기 형성 공정은 측벽 부분의 직경을 확장하는 단계를 더 포함한다.

일부의 실시형태에서, 금속 용기 형성 공정은 일련의 축경 다이들에 의해 용기를 축경하는 단계를 더 포함한다.

일부의 실시형태에서, 금속 용기 형성 공정은 일련의 확장 다이들에 의해 측벽의 부분의 직경을 확장하는 단계를 더 포함한다.

일부의 실시형태에서, 확장 다이의 적어도 하나는, 점진적으로 확장되는 부분 및 랜드 부분을 포함하는 작업면, 및 언더컷 부분을 포함하고; 랜드 부분은 점진적으로 확장되는 부분과 언더컷 부분 사이에 있고, 랜드 부분의 외경은 다이의 최대 직경이고; 언더컷 부분은, (a) 언더컷 표면, 및 (b) 언더컷 표면의 외경을 포함하고, 언더컷 표면의 외경은, (i) 랜드 부분의 외경보다 적어도 약 0.01 인치 작고, 그리고 (ii) 언더컷 표면과 알루미늄 용기 사이의 마찰 접촉을 감소시키기는 하지만 제거하지는 않도록 최소 직경 이상이고; 작업면은, 알루미늄 용기 내로의 삽입 시에, 랜드 부분 전체 및 언더컷 부분의 적어도 일부가 알루미늄 용기 내에 진입하여 측벽의 중간 부분의 직경을 확장하게 하도록 치수 설정된다.

일부의 실시형태에서, 금속 용기를 형성하기 위한 공정은, 측벽을 갖는 용기를 제공하는 단계로서, 측벽은 두께 및 높이를 갖고, 두께가 적어도 0.001 인치만큼 측벽의 높이를 따라 변화하는 단계, 및 확장 다이의 작업면이 측벽의 섹션에 접촉하여 단일 스트로크에서 적어도 2%만큼 측벽의 섹션의 직경을 확장시키도록, 확장 다이에 의해 용기의 직경을 확장시키는 단계로서, 측벽의 두께가 확장의 전후에 측벽의 높이를 따라 적어도 0.001 인치만큼 변화하는 단계를 포함한다. 일부의 실시형태에서, 이 공정은 용기를 축경하는 단계를 더 포함한다. 일부의 실시형태에서, 이 공정은 일련의 확장 다이들에 의해 용기의 직경을 확장하는 단계를 더 포함한다. 일부의 실시형태에서, 확장 다이는, 점진적으로 확장되는 부분 및 랜드 부분을 포함하는 작업면, 및 언더컷 부분을 포함하고; 랜드 부분은 점진적으로 확장되는 부분 및 언더컷 부분 사이에 있고, 랜드 부분의 외경은 다이의 최대 직경이고; 언더컷 부분은, (a) 언더컷 표면 및 (b) 언더컷 표면의 외경을 포함하고, 언더컷 표면의 외경은, (i) 랜드 부분의 외경보다 적어도 약 0.01 인치 더 작고, (ii) 언더컷 표면과 알루미늄 용기 사이에 마찰 접촉을 감소시키지만 제거하지는 않도록 최소 직경 이상이고; 작업면은, 금속 용기 내로의 삽입 시에, 랜드 부분 전체 및 언더컷 부분의 적어도 일부가 금속 용기 내에 진입하여 측벽의 적어도 일부의 직경을 확장하게 하도록 치수 설정된다.

이하의 상세한 설명은 예로서 제공된 것으로서 그것에만 본 발명이 제한되지 않고, 첨부한 도면들과 관련하여 최상으로 인식될 것이고, 도면에서 동일한 도면부호는 동일한 요소 및 부품을 표시한다.

도 1은 본 발명에 따른 53 mm 직경의 캔 본체를 위한 14 단계의 다이 축경 과정의 시각적 표현이다;
도 2는 본 발명에 따른 초기의 축경 다이의 하나의 실시형태의 측단면도이다;
도 2a는 보틀 스톡이 축경 표면과 접촉하는 위치로부터 측정되는, 도 2에 도시되는 접촉 각도의 확대도이다;
도 3은 본 발명에 따른 폴리싱된 축경 표면의 하나의 실시형태의 표면 매핑(mapping)을 도시한다;
도 4는 본 발명에 따른 폴리싱되지 않은 축경 표면의 하나의 실시형태의 표면 매핑을 도시한다;
도 5는 본 발명에 따른 중간 축경 다이의 하나의 실시형태의 측단면도이다;
도 6은 본 발명에 따른 최종 축경 다이의 하나의 실시형태의 측단면도이다;
도 7은 본 발명에 따른 14 단계의 축경 시스템에서 각 축경 다이의 숄더 축경 표면을 위한 측단면도이다;
도 8은 알루미늄 보틀을 부분적으로 폴리싱되지 않은 축경 다이 내로 축경하기 위해 요구되는 축경 힘 및 보틀을 폴리싱된 축경 다이 내로 축경하기 위해 요구되는 힘의 그래프로서, y축은 힘(파운드; lbs)을 나타내고, x축은 보틀이 축경 다이 내에 삽입되는 거리(인치)를 나타낸다;
도 9는 본 발명의 하나의 실시형태에 따라 2.087" 직경의 용기를 2.247" 직경의 용기로 확장하기 위해 사용되는 확장 다이의 하나의 실시형태의 사시도이다;
도 10은 A-A선을 보여주는 도 9의 확장 다이의 평면도이다;
도 11은 A-A선을 따른 도 9 및 도 10의 확장 다이의 단면도이다;
도 12는 본 발명의 하나의 실시형태에 따라 2.247" 직경의 용기를 2.363" 직경의 용기로 확장하기 위해 사용되는 확장 다이의 단면도이다;
도 13은 2.363" 직경의 용기를 2.479" 직경의 용기로 확장하기 위해 사용될 수 있는 확장 다이의 단면도이다;
도 14는 2.479" 직경의 용기를 2.595" 직경의 용기로 확장하기 위해 사용될 수 있는 확장 다이의 단면도이다;
도 15는 낮은 프로파일의 형상을 설정하기 위해 사용될 수 있는 다이의 단면도이다;
도 16은 각 용기가 본 발명의 하나의 실시형태에 따라 2.087" 직경의 용기를 2.595" 직경의 용기로 확장하는 하나의 단계를 나타내는 5개의 용기의 측면도이다;
도 17은 도 16의 5개의 용기의 평면도이다;
도 18은 도 16의 5개의 용기의 저면도이다;
도 19는 변화하는 두께의 측벽을 갖는 금속 용기의 단면도이다;
도 20은 도 19에 도시된 금속 용기의 측벽의 하측 부분을 축경하는 축경 다이의 단면도이다;
도 21은 도 20의 축경 다이의 단면도를 도시한다;
도 21a는 도 20 및 21에 도시된 축경 다이의 노즈의 부분 단면도이다;
도 22는 도 20, 21 및 21a의 축경 다이와 관련되어 사용되는 녹아웃의 단면도를 도시한다;
도 23은 도 19에 도시된 금속 용기의 측벽의 중간 부분을 확장하는 확장 다이의 단면도이다;
도 24는 도 23의 확장 다이의 단면도를 도시한다;
도 25는 하측 부분이 축경되고, 중간 부분이 확장된 후의 금속 용기를 도시한다;
도 26은 도 19에 도시된 금속 용기의 측벽의 상측 부분을 축경하기 위해 사용될 수 있는 축경 다이의 단면도를 도시한다;
도 27은 도 19에 도시된 금속 용기의 측벽의 상측 부분을 축경하기 위해 사용될 수 있는 축경 다이의 단면도를 도시한다; 그리고
도 28은 도 27의 축경 다이와 관련하여 사용되는 녹아웃의 단면도를 도시한다.

본 명세서를 위해, 상부, 저부, 하측, 상측, 아래, 위, 등과 같은 용어들은 제조 또는 성형의 단계 또는 공정 중에 금속 용기의 배향에 무관하게 평평한 표면 상에 지지되는 완성된 금속 용기의 위치에 관련되는 것이다. 완성된 금속 용기는 최종 소비자에 의해 사용되기 전에 추가의 성형 단계를 받지 않을 금속 용기이다. 일부의 실시형태에서, 용기의 상부는 개구를 갖는다.

"보틀 스톡(bottle stock)"이라는 용어가 본 명세서의 전체를 통해 사용된다. 그러나, 본 명세서에 개시된 모든 공정, 제품, 장치는 음료 캔, 컵, 에어로졸 캔 및 식품 용기를 포함하는 모든 금속 용기에 적용할 수 있다. 인용부호 또는 "인치"는 인치를 표시한다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 축경 시스템에 의한 각 축경 단계 후의 보틀 스톡을 도시하고, 본 발명의 축경 시스템은 종래의 축경 시스템에 의해 이전에 가능했던 것보다 적극적인 축경 감소 기구 및 후벽 및 얇은 벽 부분을 통한, 즉 적어도 0.001 인치만큼 두께가 변화하는 측벽을 갖는 용기의 축경 능력을 제공하고, 축경 다이는 단일 스트로크에서 후벽 부분으로부터 얇은 벽 부분으로 이동한다. 도 1은 제 1 축경된 보틀 스톡(1)을 제조하기 위한 초기의 축경 다이로부터 최종의 축경된 보틀 스톡(14)을 제조하기 위한 최종 축경 다이까지의 축경 과정을 도시한다. 도 1이 14단계를 포함하는 축경 시스템을 도시하고 있으나, 축경 단계의 수는 보틀 스톡의 재료, 보틀 스톡의 측벽의 두께(들), 보틀 스톡의 초기 직경, 보틀의 최종 직경, 네크의 프로파일의 원하는 형상, 및 축경 힘에 따라 달라질 수 있으므로, 이하의 기재는 이 14단계에 제한되지 않는다. 그러므로, 축경 과정이 보틀 스톡의 붕괴나 기타 물리적인 결함 없이 축경을 제공하는 한, 임의의 개수의 축경 다이들이 검토되고, 또 본 발명의 범위 내에 속한다.

도 2는 적어도 부분적으로 거칠기를 구비한 축경 표면(10) 및 이 축경 표면(10)에 이어지는 거칠기를 구비한 릴리프(20)를 포함하는 축경 다이의 단면도를 도시한다. 하나의 실시형태에서, 부분적으로 거칠기를 구비한 축경 표면(10)은 숄더 또는 본체 반경 부분(11), 네크 반경 부분(12), 및 랜드 부분(13)을 포함한다.

일부의 실시형태에서, 축경 다이는 부분적으로 거칠기를 구비한 축경 표면(10)을 포함하고, 이것은 축경 표면 및 이 보틀을 축경하기 위해 요구되는 힘(이하, "축경 힘(necking force)"이라 함)을 감소시키는 방식으로 축경되는 보틀 스톡 사이의 표면 접촉을 감소시킨다. 예상 밖으로, 거칠기를 구비한 표면을 갖는 축경 표면(10)이 거칠기를 구비하지 않는 표면보다 축경될 보틀 스톡에 대해 작은 저항을 제공한다는 것이 구명되었다. 매끈한, 거칠기를 구비하지 않는, 고도로 폴리싱된 표면이 낮은 저항을 가질 것이므로 낮은 축경 힘을 요구할 것이라는 종래의 예상과는 반대로, 비교적 낮은, 즉 약 6 마이크로인치 미만의 Ra 값을 구비하는 표면은 축경될 보틀과의 더 큰 표면 접촉을 가지므로, 더 큰 저항을 발생하고, 또 더 큰 축경 힘을 요구한다. 본 발명의 일부의 실시형태에서, 증가된 표면 거칠기(더 높은 Ra 값)는 축경 표면과 축경될 보틀 사이의 표면 접촉을 감소시키므로, 요구되는 축경 힘을 감소시킨다.

보틀 스톡을 축경하기 위해 요구되는 축경 힘을 감소시키면, 축경 다이들은 종래의 축경 다이들에서 이전에 가능했던 것보다 큰 백분율 감소를 가질 수 있다. 이것은 또한 다이가 금속 측벽의 변화하는 두께를 통해 축경할 수 있도록 도와 준다.

하나의 실시형태에서, 거칠기를 구비한 축경 표면이 상당히 관찰할 수 있는 방식으로 보틀 스톡의 표면(코팅) 마감의 심미적 특징을 불리하게 파괴시키지 않는 한, 거칠기를 구비한 표면은 8 마이크로인치 이상 ~ 32 마이크로인치 이하의 범위의 표면 거칠기 평균(Ra)을 갖는다. 하나의 실시형태에서, 거칠기를 구비하지 않은 표면은 2 마이크로인치 ~ 6 마이크로인치 범위의 표면 거칠기 평균(Ra) 마감을 갖는다. 도 3은 ADE/위상 시프트 해석 및 MapVue EX - 표면 매핑 소프트웨어에 의해 생성되는 축경 다이의 거칠기를 구비하지 않은 랜드 부분(13)의 하나의 실시형태의 표면 매핑을 도시한다. 이 실시예에서, 표면 거칠기(Ra) 값은 약 4.89 마이크로인치였다. 도 4는 ADE/위상 시프트 해석 및 MapVue EX - 표면 매핑 소프트웨어에 의해 생성되는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 축경 다이의 거칠기를 구비한 랜드 부분(13)의 하나의 실시형태의 표면 매핑을 도시한다. 이 실시예에서, 표면 거칠기(Ra) 값은 약 25.7 마이크로인치였다.

도 2를 참조하면, 하나의 실시형태에서, 부분적으로 거칠기를 구비한 축경 표면(10)은 거칠기를 구비한 랜드 부분(13), 거칠기를 구비하지 않는 네크 반경 부분(12), 및 거칠기를 구비하지 않는 숄더 반경 부분(11)을 포함한다. 다른 실시형태에서, 적어도 부분적으로 거칠기를 구비한 축경 표면(10)은 완전히 거칠기를 구비할 수 있다. 도 2a를 참조하면, 축경 표면(10)에 대한 보틀 스톡(50)의 접촉각은 32 미만일 수 있고, 이 접촉각은 54(랜드에 대해 수직하게 연장하는 직선)와 51(보틀 스톡에 의한 축경 표면과의 접촉 점에 접하는 평면으로부터 수직방향으로 연장하는 직선) 사이에 포함되는 각도이다. 일부의 실시형태에서, 작업면 및/또는 릴리프는 완전히 거칠기를 구비하지 않을 수 있다. 일부의 실시형태에서, 작업면 및/또는 릴리프는 거친 에지(edges)들을 제거하여 약 8 ~ 10 마이크로인치, 또는 약 8 ~ 16 마이크로인치 또는 약 8 ~ 32 마이크로인치의 표면 마감을 얻도록 고경도 선삭(hard turned)되고, 가볍게 폴리싱된다.

녹아웃(도시되지 않음)과 관련하여 도 2의 거칠기를 구비한 랜드 부분(13)은 축경 중에 보틀 스톡의 상측 부분을 보틀의 네크로 형성하기 위한 작업면을 제공한다. 녹아웃(도시되지 않음)은 축경 중에 용기 또는 보틀 스톡의 내측에 끼워맞춤되어, 용기가 축경 후 다이로부터 제거되도록 도와준다. 하나의 실시형태에서, 거칠기를 구비한 랜드(13)는 축경 다이의 중심선에 평행한 다이 벽의 네크 반경 부분(12)의 접점으로부터 연장한다. 거칠기를 구비한 랜드 부분(13)은 0.5" 미만, 또는 약 0.0625" 정도의 거리(Y1)만큼 축경 방향을 따라(y축을 따라) 연장할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 랜드 부분의 길이는 약 0.02" ~ 약 0.08" 사이이다. 일부의 실시형태에서, 랜드 부분의 길이는 약 0.03" ~ 약 0.07" 사이이다. 일부의 실시형태에서, 랜드 부분의 길이는 약 0.04" ~ 약 0.06" 사이이다. 일부의 실시형태에서, 랜드 부분의 길이는 약 0.04"이다.

본 발명의 일부의 실시형태의 다른 양태는 축경 표면(10)에 이어지는 축경 다이의 벽 내에 위치되는 릴리프(20)이다. 릴리프(20)의 치수는, 일단 보틀 스톡이 랜드(13)를 통해 축경된 후 녹아웃되면, 보틀 스톡과 축경 다이의 마찰 접촉을 감소시키기는 하지만 제거하지는 않도록 설정된다. 그러므로, 일부의 실시형태에서, 릴리프(20)는 부분적으로 거칠기를 구비한 축경 표면(10)과 협동하여 축경 다이 벽과 축경될 보틀 스톡 사이의 마찰 접촉의 감소에 기여하고, 감소된 마찰 접촉은 축경 성능을 유지하지만, 이 감소된 마찰 접촉은 붕괴, 좌굴, 파단, 주름 및 다른 물리적 결함의 발생을 감소시키고, 보틀 스톡의 스트리핑(stripping)을 개선한다.

하나의 실시형태에서, 릴리프(20)는 랜드(13)의 베이스(13a)로부터 측정된 적어도 0.005 인치의 치수(X2)만큼 축경 다이 벽 내로 연장하고, 다른 실시형태들에서, 적어도 0.010 인치 또는 0.015 인치만큼 연장한다. 일부의 실시형태에서, 릴리프는 0.025" 이하만큼 다이 벽 내로 연장한다. 릴리프(20)는 붕괴, 좌굴, 파단, 주름 및 다른 물리적 결함들의 발생을 감소시키지만 축경 성능을 유지하도록 보틀 스톡과 축경 다이 벽 사이의 마찰 맞물림을 감소시키기는 하지만 제거하지는 않도록 축경 다이 내에 진입하는 보틀 스톡의 상부 부분의 전체 길이의 축경 방향을 따라 (y축을 따라) 연장할 수 있다. 하나의 실시형태에서, 릴리프(20)는 거칠기를 구비한 표면이다. 랜드로부터 릴리프까지의 천이부는, 금속 보틀 스톡이 손상되지 않고 양 방향으로 랜드 상에서 이동할 수 있도록 날카로운 모서리가 없는 상태로 융합되어 있다.

본 발명의 일부의 실시형태에서, 축경 시스템의 축경 다이들 중 적어도 하나가 보틀 스톡의 직경의 적극적인 감소를 제공할 수 있는 축경 시스템이 제공된다. 도 2는 예비 다이를 도시하고 있으나, 숄더 반경(11), 네크 반경(12), 랜드(13) 및 릴리프(20)에 관한 상기 논의는 동일하게 적용할 수 있고, 또 축경 시스템의 각 축경 다이에 존재할 수 있다. 연속적인 다이들 중 적어도 하나의 축경 표면의 형상은 감소를 증대시키기 위해 제공되고, 여기서 "감소(reduction)"라는 용어는 보틀 스톡의 초기 직경으로부터 최종 직경까지의 보틀 스톡의 직경을 감소시키는 것에 대응한다.

하나의 실시형태에서, 예비 다이는 단일 축경 스트로크에서 5%를 초과하는만큼 또는 단일 축경 스트로크에서 9%를 초과하는만큼 축경될 용기의 직경을 감소시켰다. 축경 시스템의 다이들에 의해 달성할 수 있는 감소의 수준은 축경 표면의 표면 마감, 축경 힘, 보틀 스톡의 재료, 요구되는 네크의 프로파일, 및 측벽 두께(들)에 부분적으로 의존한다. 하나의 실시형태에서, 예비 축경 다이는 9%를 초과하는 감소를 제공하고, 여기서 초기의 축경 다이는 약 0.0085 인치 이상의 상측 측벽 두께 및 약 34 ~ 37 ksi 범위의 포스트 베이크(post bake) 항복 강도를 갖는 알루미늄 협회 3104 합금으로 구성되는 알루미늄 시트로부터 알루미늄 보틀 축경된 패키지를 생산하도록 구성된다. 일부의 실시형태에서, 상측 측벽 두께는 단지 몇 가지 예컨대 0.0085, 0.0080, 0.0075, 0.0070, 0.0060, 0.0050 인치일 수 있다. 일부의 실시형태에서, 저부의 축경부들에서 측벽의 두께는 적어도 0.0010 인치만큼 변화한다. 일부의 실시형태에서, 상부의 축경부들에서 측벽의 두께는 적어도 0.0010 인치만큼 변화한다. 다른 실시형태들에서, 상부 또는 저부 부분들에서의 측벽 두께 중의 어느 하나 또는 양자는 적어도 0.0015" 또는 0.002"만큼 변화한다. 일부의 실시형태에서, 측벽 두께는 0.0015", 0.002", 0.0025", 0.003" 또는 0.004" 이하만큼 변화한다.

도 5는 본 발명에 따른 중간 다이의 하나의 실시형태를 도시한 것으로서, 이 중단 축경 다이는 초기의 축경 다이에 의해 축경된 후에 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 예비 축경 다이에 비교하여, 도 5에 도시된 중간 축경 다이는 덜 적극적인 감소를 제공한다. 하나의 실시형태에서, 다수의 중간 축경 다이들의 각각은 4% ~ 7% 범위의 감소를 제공한다. 중간 축경 다이들의 개수는 보틀 스톡의 초기 직경, 요구되는 최종 직경, 네크 프로파일, 측벽 두께 및 측벽 두께의 변동성에 의존한다.

도 6은 본 발명에 따른 최종 축경 다이의 하나의 실시형태를 도시한다. 최종 축경 다이는 보틀 스톡이 중간 축경 다이들에 의해 축경된 후에 사용된다. 최종 축경 다이는 완성된 제품의 네크 치수를 얻는 축경 표면을 갖는다. 하나의 실시형태에서, 최종 축경 다이는 4% 미만의 감소를 제공한다. 하나의 실시형태에서, 최종 축경 다이는 1.9%의 감소를 가질 수도 있다.

하나의 실시형태에서, 다수의 축경 다이들이 9%를 초과하는 감소를 갖는 하나의 예비 축경 다이, 4.1% ~ 6.1% 범위의 감소를 갖는 12개의 중간 다이들, 및 1.9%의 감소를 갖는 최종 축경 다이를 포함하는 축경 시스템이 제공된다.

본 발명의 하나의 실시형태에서, 디스크 또는 작은 괴와 같은 알루미늄 블랭크를 제공하는 단계; 블랭크를 알루미늄 보틀 스톡으로 성형하는 단계; 및 알루미늄 보틀 스톡을 축경하는 단계를 포함하는 단계들을 포함하는, 전술한 축경 시스템을 이용하는 금속 용기를 축경하는 방법이 제공되고, 축경은 적어도 부분적으로 거칠기를 구비한 축경 표면을 갖는 적어도 하나의 축경 다이를 포함한다.

본 발명의 일부의 실시형태들은 감소된 수의 다이들 및 녹아웃들을 포함하는 축경 시스템을 제공하고, 그러므로 보틀의 제작에서 축경 작업을 위한 공구에 관련된 기계 비용을 유리하게 감소시킨다.

축경 다이 단계들의 수를 감소시킴으로써, 본 발명은 보틀의 제작에 관련되는 시간을 유리하게 감소시킨다.

위에서 본 발명은 개괄적으로 설명되었으나, 이하의 실시예들은 본 발명을 더욱 설명하고, 본 발명으로부터 유발되는 이점들을 입증하기 위해 제공된다. 본 발명은 개시되는 구체적인 실시예들에 한정되는 것을 의도하지 않는다.

실시예

아래의 표 1은 14 단계의 다이 축경 스케쥴에 의해 제공되는 감소를 보여주는 것으로서, 이 예비 축경 다이의 형상은 약 0.0085 인치 이상의 상측 측벽 시트의 두께 및 약 34 ~ 37 ksi 범위의 포스트 베이크 항복 강도를 갖는 알루미늄 보틀 스톡으로부터 알루미늄 보틀 축경된 패키지를 형성하도록 구성되었다. 알루미늄 조성은 알루미늄 협회(AA) 3104이다. 표 1에 나타난 바와 같이, 이 보틀 스톡은 벽의 붕괴와 같은 실패 없이 약 2.0870"의 초기 직경으로부터 1.025"의 최종 직경까지 축경된다.

[표 1]

표 1에 나타낸 바와 같이, 이 축경 시스템은 약 9%의 감소를 제공하는 제 1 축경 다이, 약 4.1 ~ 6.1% 범위의 감소를 갖는 중간 다이들, 및 1.9%의 감소를 갖는 최종 축경 다이를 포함한다. 도 7은 표 1에 제시되는 14 단계의 축경 시스템의 각 축경 다이의 숄더 축경 표면을 위한 측단면을 나타낸다. 이 실시예에서, 축경될 보틀 스톡의 부분은 실질적으로 균일한 두께이다.

도 8은 기준선(100)에 의해 표시되는 바와 같이 본 발명에 따른 거칠기를 구비한 랜드를 갖는 축경 다이 내에 보틀을 축경하기 위해 요구되는 힘 및 기준선(105)에 의해 표시되는 바와 같이 거칠기를 구비하지 않는 축경 다이 내에 알루미늄 용기를 축경하기 위해 요구되는 힘을 도시한 것으로서, 거칠기를 구비하지 않는 축경 다이는 비교 실시예를 나타낸다. 거칠기를 구비한 랜드를 갖는 축경 다이와 비교 다이의 형상은 도 2에 도시된 축경 다이와 유사하다. 축경되는 보틀은 약 0.0085 인치의 상측 측벽 시트의 두께, 약 34 ~ 37 ksi의 포스트 베이크 항복 강도, 및 알루미늄 협회 3104인 알루미늄 조성을 가졌다.

도 8을 참조하면, 축경될 보틀이 기준선(105)에 의해 표시된 거칠기를 구비하지 않는 축경 표면(10)에 비해 기준선(100) 상의 데이터 점(110)에 의해 도시되는 바와 같은 거칠기를 구비한 랜드와 접촉하는 점에서 시작하여 상당한 축경 힘의 감소가 실현된다.

이하 확장 다이를 고려하면, 하나의 확장 다이를 사용하는 것에 대조적으로 증가하는 직경의 다수의 확장 다이들을 사용하는 경질의 합금으로 구성되는 용기의 점진형 확장에 의해, 용기의 직경은 파단, 링클링, 좌굴 또는 용기를 구성하는 금속의 손상이 없이 최대 약 40%에 이르기까지 확장될 수 있다. 더욱 연질의 합금으로 구성되는 용기의 확장 시에는, 하나의 확장 다이를 이용하여 25%만큼 용기를 확장하는 것이 가능하다. 용기의 상당한 손상이 없이 원하는 직경까지 용기를 확장하기 위해 사용되는 확장 다이의 수는 원하는 확장의 정도, 용기의 재료, 용기의 재료의 경도, 및 용기의 측벽의 두께에 의존한다. 예컨대, 원하는 확장의 정도가 크면 클수록, 요구되는 확장 다이들의 수는 많아진다. 유사하게, 용기를 구성하는 금속이 경질을 갖는 경우, 더 연질의 금속으로 구성되는 용기를 동일한 정도로 확장하는 것에 비해 더 많은 수의 확장 다이들이 요구될 것이다. 또한, 측벽이 얇으면 얇을수록, 더 많은 수의 확장 다이들이 요구될 것이다. 일련의 확장 다이들을 사용하는 점진형 확장은 25% 정도의 용기의 직경의 증대를 제공할 수 있고, 금속이 확장 중에 상당히 손상되지 않는 한 더 큰 확장이 고려된다. 일부의 실시형태에서, 용기의 직경은 8%를 초과하여 확장된다. 다른 실시형태들에서, 용기의 직경은 8% 미만, 10%를 초과, 15%를 초과, 20%를 초과, 25%를 초과, 또는 40%를 초과하여 확장된다. 다른 백분율의 확장이 고려되고, 이것은 본 발명의 일부의 실시형태의 범위 내에 속한다.

더욱, 코팅된 용기의 확장 시, 점진형 확장은 코팅의 완전성을 유지하기 위해 도움이 될 것이다. 대안적으로, 용기는 코팅 전에 확장될 수 있다.

용기의 원래의 직경(X) 이상의 직경으로 본 발명의 일부의 실시형태들에 따라 형성되는 확장된 용기의 축경은, 용기의 측벽이 확장 후에 원주 방향의 장력 상태에 있으므로 녹아웃의 사용이 요구되지 않는다. 본 발명의 일부의 실시형태에서, 녹아웃은 용기의 축경 시에 사용될 수 있다.

도 9 ~ 16을 참조하면, 일부의 실시형태에서, 확장 다이는 58 ~ 60 Rc 경화되고 32 마감의 A2 공구 강으로 구성되지만 임의의 적절한 용기 성형 다이 재료가 사용될 수 있다. 일부의 실시형태에서, 확장 다이(500)는 점진적으로 확장하는 부분(150), 랜드 부분(200), 및 언더컷 부분(350)을 갖는 작업면(100)을 포함한다. 도시된 실시형태에서 작업면(100)의 초기 부분(300)은 용기(700)의 측벽(800)의 직경을 점진적으로 변화(transitioning)시키기 위한 형상을 갖는다. 점진적 확장 부분(150)은, 용기(700)의 개방 단부 내에 삽입되었을 때, 용기가 작업면(100)을 따라 이동함에 따라 점진적인 방식으로 용기의 직경을 반경 방향으로 확장하도록 용기의 측벽(800)에 작용하는 치수 및 형상을 갖는다. 일부의 실시형태에서, 확장 다이(500)는 녹아웃이나 유사한 구조를 필요로 함이 없이 적절한 확장 및 형성 작업을 제공한다. 일부의 실시형태에서, 녹아웃이 사용될 수 있다.

랜드 부분(200)은 확장 다이(500)에 의해 형성되는 용기의 최종 직경을 설정하기 위한 치수 및 형상을 갖는다. 하나의 실시형태에서, 랜드 부분(200)은 0.12" 이상의 거리만큼 연장할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 랜드는 0.010", 0.020", 0.04", 0.05", 0.08" 또는 0.10" 이상 또는 이하만큼 연장할 수 있다. 언더컷 부분(350)은 랜드 부분(200)에 연속된다. 랜드 부분(13)으로부터 언더컷 부분(350)까지의 천이부는 융합(blended)되어 있다. 언더컷 부분(350)은, 금속이 확장함에 따라 금속의 제어를 유지할 수 있도록 그리고 용기가 진원으로부터 벗어나게 되는 것을 최소화할 수 있도록, 다이가 확장 스트로크의 저부에 있을 때, 용기의 개구를 적어도 초과하여 연장한다.

작업면(100)은 거칠기를 구비하지 않는 표면이거나 거칠기를 구비한 표면일 수 있다. 하나의 실시형태에서, 거칠기를 구비하지 않는 표면은 2 마이크로인치 ~ 6 마이크로인치 범위의 표면 거칠기 평균(Ra) 마감을 갖는다. 하나의 실시형태에서, 작업면(100)은, 거칠기를 구비한 작업면(100)이 용기의 내면을 따라 배치되는 제품의 측 코팅을 상당히 열화시키지 않는 한, 8 마이크로인치 이상 ~ 32 마이크로인치 이하의 범위의 표면 거칠기 평균(Ra)을 갖는 거칠기를 구비한 표면일 수 있다.

일부의 실시형태에서, 랜드 부분(200)의 직후의 확장 다이의 표면은 용기가 작업면(100)의 점진적인 확장 부분(150)과 랜드 부분(200)을 통해 가공됨에 따라, 용기(700)와 확장 다이(500) 사이의 마찰 접촉을 감소시키기는 하지만 제거하지는 하도록, 언더컷 부분(350)으로 원활하게 천이된다. 감소된 마찰 접촉은 붕괴, 좌굴, 파단, 주름 및 다른 물리적 결함들의 발생을 최소화하고, 또 확장 공정 중에 용기(700)의 스트리핑을 개선한다. 일부의 실시형태에서, 언더컷 부분(350)은 8 마이크로인치 이상 ~ 32 마이크로인치 이하의 표면 거칠기 평균(Ra)을 갖는 거칠기를 구비한 표면이다. 일부의 실시형태에서, 언더컷 부분(350)은 적어도 0.005 인치의 치수(L)만큼 확장 다이 내로 연장할 수 있고, 다른 실시형태들에서, 적어도 0.015 인치 또는 0.025"만큼 연장할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 언더컷 부분은 0.025" 이하로 다이 벽 내로 연장한다.

확장 다이(500)를 포함하는 용기를 제작하기 위한 다이 시스템이 제공된다. 다이 시스템은 용기의 직경을 증대시키도록 구성되는 작업면(100)을 갖는 적어도 하나의 제 1 확장 다이(500) 및 적어도 하나의 점진적 확장 다이를 포함하고, 일련의 점진적 확장 다이들에서 각 연속적인 다이는 이전의 확장 다이로부터의 용기의 직경에서 증대되는 확장 정도를 제공하도록 구성되는 작업면을 갖는다. 하나의 실시형태에서, 다이 시스템은 하나 이상의 축경 다이들을 포함할 수 있다.

위에서 본 발명은 개괄적으로 설명되었으나, 이하의 실시예는 본 발명을 더욱 설명하고, 본 발명으로부터 유발되는 이점들을 입증하기 위해 제공된다. 본 발명은 개시되는 구체적인 실시예에 한정되는 것을 의도하지 않는다.

하나의 실시예에서, 도 11 ~ 14에 도시된 4개의 확장 다이들은 도 16 ~ 18에 도시된 바와 같이, 약 2.087" ~ 약 2.595"의 직경까지 용기(700)의 내경을 증대시키기 위해 사용된다. 도 9 ~ 11에 도시된 확장 다이(500)는 2.087" 직경의 용기를 2.247" 직경의 용기로 확장하기 위해 사용될 수 있다. 도 12에 도시된 확장 다이는 2.247" 직경의 용기를 2.363" 직경의 용기로 확장하기 위해 사용될 수 있다. 도 13에 도시된 확장 다이는 2.363" 직경의 용기를 2.479" 직경의 용기로 확장하기 위해 사용될 수 있다. 도 14에 도시된 확장 다이는 2.479" 직경의 용기를 2.595" 직경의 용기로 확장하기 위해 사용될 수 있다. 용기의 직경이 증대됨에 따라 용기는 더욱 짧아지는 것에 주목해야 한다.

하나의 실시형태에서, 도 16 ~ 18의 용기는 H19의 경질을 갖는 3104 알루미늄 합금으로 구성된다. 측벽 두께는 약 0.0088"이다. 본 발명의 일부의 실시형태들을 사용하면, 직경에서 8%를 초과하는 10%를 초과하는, 15%를 초과하는, 20%를 초과하는 이들 용기를 확장하는 것을 포함하는 다양한 양으로 얇은 벽의(약 0.0041" 이하), 경질(H19, H39)의 인발 및 아이언 가공된(ironed) 알루미늄 캔을 확장하는 것이 가능하다는 것이 주목되어야 한다.

하나의 실시예에서, 도 19는 약 0.006" ~ 약 0.008" 사이에서 변화하는 두께를 구비하는 측벽(192)을 갖는 용기(190)을 도시한다. 용기(190)는 이 실시예에서 알루미늄이지만, 예컨대 강과 같은 임의의 금속으로 구성될 수 있다.

도 20은 측벽(192)의 하측 부분(194)을 축경하는 축경 다이(196)를 도시한다. 녹아웃(220)뿐만 아니라 저부 축경부(198)도 또한 도시되어 있다.

도 21 및 도 21a는 용기(190)의 저부 축경부(198)를 형성하기 위해 사용되는 일련의 2개의 축경 다이들을 나타내는 도 20에 도시된 축경 다이(196)를 도시한다. 도 21 및 21a의 다음에 도시된 표는 제 1 및 제 2 다이 사이에서 변화하는 치수를 도시한 것이고, 이 제 1 및 제 2 다이는 용기(190)의 (도 20 및 25에 도시된) 저부 축경부(198)를 형성하기 위해 사용되는 일련의 2개의 다이들을 포함한다. 랜드(199)를 포함하는 축경 다이(196)의 작업면(197)의 부분은 약 12 마이크로인치의 Ra 값을 갖는 거칠기를 구비한 표면을 갖는다. 거칠기를 구비하지 않은 작업면(197)의 Ra 값은 약 8 ~ 10 마이크로인치의 Ra 값을 가졌다.

도 22는 도 20, 21 및 21a에 도시된 축경 다이들과 협동하여 사용되는 2개의 녹아웃을 나타내는 녹아웃(220)을 도시한다. 도 22의 다음에 도시된 표는 제 1 및 제 2 녹아웃(220) 사이에서 변화하는 치수를 도시한 것이고, 이 제 1 및 제 2 녹아웃은 용기(190)의 저부 축경부(198)를 형성하기 위한 일련의 2개의 다이들과 함께 사용된다.

아래의 표는 측벽(192)의 하측 부분(194)을 축경하는 각 축경 단계의 전후의 용기(190)의 치수를 보여준다.

치수는 인치로 나타낸다. "간격(gap)"은 축경 다이들(196)의 랜드(199)의 내경과 녹아웃(220)들의 외경 사이의 반경방향 거리이다. "추정된 금속 두께"는 축경 다이에 의해 형성되는 금속의 최대 두께이다. 전술한 바와 같이, 이 실시예에서 형성되는 용기의 측벽(192)의 금속 두께는 형성되는 측벽(192)의 부분에서 약 0.002"만큼 변화하고, 즉 축경 다이들(196)는 약 0.002"만큼 두께에서 변화하는 금속 상에서 이동한다. 축경 다이들(196) 및 수반되는 녹아웃(220)들은 축경 공정에서 통과하는 가장 얇은 금속뿐만 아니라 최대 두께 금속을 수용하도록 설계된다. 이 실시예에서, 측벽(192)에서 최대 두께 금속은 용기(190)의 상부에 인접한다. 이 정보는 또한 본 명세서의 이후에 게시된 표에도 적용된다.

도 23 및 24는 2개의 축경 단계 이후에 용기(190)의 측벽(192)의 중간 부분(236)의 직경을 확장하기 위해 사용되는 확장 다이(230)를 도시한다. 이 실시예에서, 2개의 축경 단계 후에 2개의 확장 단계가 이어졌다. 도 24의 하측에 도시된 표는 제 1 및 제 2 확장 다이(230)들 사이에서 변화하는 치수들을 보여주고, 제 1 및 제 2 확장 다이는 일련의 2개의 확장 다이들을 포함한다. 이 실시예에서 확장 다이(230)들 중 거칠기를 구비한 것은 없었다.

아래의 표에서, "본체 반경" 및 "네크 반경"은 확장 다이들의 반경을 말한다.

도 25는 도 20, 21 및 21a에 도시된 2개의 축경 다이들에 의한 축경 후 및 도 23 및 24에 도시된 2개의 확장 다이들에 의한 확장 후의 용기를 도시한다. 얇은 벽 부분(234) 및 두꺼운 벽 부분(232)이 도시되어 있다. 얇은 벽과 두꺼운 벽 사이의 천이부는 짧거나 긴 점진형일 수 있다. 확장 단계 이전의 축경 단계는 용기(190) 내에 핀치(pinch; 242)를 형성한다.

도 26은 용기(190)의 상측 부분(240) 내에서 상부 축경부(262)를 형성하는 축경 다이(260)를 도시한다. 도면의 축적 때문에, 축경 다이에서 랜드 및 릴리프는 도시되지 않는다. 상부 축경부(262)는 일련의 다수의 상이한 축경 다이들에 의해 다수의 축경 스테이션들에서 축경되었다. 추가의 축경 스테이션들 및 다이들이 보틀이나 기타 원하는 형상을 얻기 위해 사용될 수 있다. 스테이션(1~5)에서 사용되는 5개의 다이들을 나타내는 다이가 도 27에 도시되어 있다. 상부 축경부를 제작하기 위해 사용되는 5개의 다이들의 각각 사이에서 변화하는 치수는 도 27의 하측의 "프로파일 T"로 표시된 표에 도시되어 있다. 이 일련의 5개의 다이들 중 거칠기를 구비한 것은 없었다. 도 28은 도 27에 도시된 축경 다이들과 협동하여 사용되는 녹아웃들을 나타내는 녹아웃(280)을 도시한다. 도 28의 다음의 표는 녹아웃(280)들 사이에서 변화하는 치수들을 기록한 것이다. 이 실시예에서, 축경 전의 용기의 상부의 외경은 약 53mm(2.087 인치)였다.

이상에서 현재의 바람직한 실시형태들을 설명하였으나, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위 내에서 다르게 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

이상에서 본 발명의 구체적인 실시형태들이 상세히 설명되었으나, 이들 세부에 대한 다양한 개조 및 대안이 상기 개시의 전체적인 사상에 비추어 개발될 수 있다는 것이 본 기술분야의 당업자에 의해 이해될 것이다. 따라서, 개시된 구체적인 구조들은 설명을 위한 것일 뿐이고, 첨부된 청구항들의 전체 범위 및 그것의 임의의 그리고 전체의 등가들로서 주어지는 본 발명의 범위를 제한하는 것을 의미하지 않는다.

Claims

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금속 용기를 형성하기 위한 공정에 있어서,
측벽을 갖는 용기를 제공하는 단계로서, 상기 측벽은 두께, 가장 얇은 부분 및 높이를 갖고, 상기 두께는 상기 측벽의 높이를 따라 적어도 0.001 인치만큼 변화하는, 상기 용기를 제공하는 단계, 및
축경 다이의 작업면이 상기 측벽의 섹션에 접촉하여 상기 측벽의 섹션의 직경을 단일 스트로크에서 적어도 2%만큼 저감시키도록, 상기 축경 다이로 상기 용기를 축경시키는 단계를 포함하고,
축경된 측벽의 섹션의 두께는 축경 전후에 상기 축경 다이에 직접 접촉하는 위치에서, 상기 측벽의 높이를 따라 적어도 0.001 인치만큼 변화하며,
상기 축경된 측벽의 섹션은 상기 측벽의 가장 얇은 부분을 포함하는
금속 용기 형성 공정.
제 10 항에 있어서,
상기 축경 다이는 축경 표면 및 릴리프를 포함하고,
상기 축경 표면은 각각 내경을 갖는 랜드 부분, 네크 반경 부분 및 숄더 반경 부분을 포함하고,
상기 랜드 부분은 상기 네크 반경 부분과 상기 릴리프 사이에 있고, 상기 랜드 부분의 내경은 상기 다이의 최소 직경이고,
상기 네크 반경 부분 및 상기 숄더 반경 부분의 내경은 상기 랜드 부분의 내경보다 크고,
상기 릴리프는,
(a) 릴리프 표면을 포함하고,
(b) 상기 릴리프 표면의 내경이 상기 랜드 부분의 내경보다 적어도 0.01 인치 더 크고,
(c) 상기 금속 용기와 상기 릴리프 표면 사이의 마찰 접촉을 감소시키기는 하지만 제거하지는 않도록 하는 한편 상기 금속 용기의 축경 시에 축경 성능을 유지하도록, 상기 릴리프 표면의 내경이 최대 직경 이하이고,
상기 축경 다이는, 상기 금속 용기의 축경 시에, 상기 랜드 부분 전체 및 상기 릴리프가 상기 용기에 대해 축방향으로 이동하도록, 그리고 상기 릴리프의 적어도 일부가 상기 용기의 상부 너머로 이동하도록 치수 설정되는
금속 용기 형성 공정.
제 10 항에 있어서,
상기 용기를 축경하는 단계 전 또는 후에, 상기 측벽의 일부의 직경을 확장하는 단계를 더 포함하는
금속 용기 형성 공정.
제 10 항에 있어서,
상기 용기를 축경하는 단계는 일련의 축경 다이들에 의해 수행되는
금속 용기 형성 공정.
제 10 항에 있어서,
상기 용기를 축경하는 단계 전 또는 후에, 일련의 확장 다이들에 의해 상기 측벽의 일부의 직경을 확장하는 단계를 더 포함하는
금속 용기 형성 공정.
제 12 항에 있어서,
상기 측벽의 일부가 확장 다이에 의해 확장되고,
상기 확장 다이는,
점진적으로 확장되는 부분 및 랜드 부분을 포함하는 작업면, 및
언더컷 부분을 포함하고,
상기 랜드 부분은 상기 점진적으로 확장되는 부분과 상기 언더컷 부분 사이에 있고, 상기 랜드 부분의 외경은 상기 다이의 최대 직경이고,
상기 언더컷 부분은,
(a) 언더컷 표면, 및
(b) 상기 언더컷 표면의 외경을 포함하고,
상기 언더컷 표면의 외경은,
(i) 상기 랜드 부분의 외경보다 적어도 0.01 인치 더 작고,
(ii) 상기 언더컷 표면과 상기 금속 용기 사이의 마찰 접촉을 감소시키기는 하지만 제거하지는 않도록 최소 직경 이상이고,
상기 작업면은, 상기 금속 용기 내로의 삽입 시에, 상기 랜드 부분 전체 및 상기 언더컷 부분의 적어도 일부가 상기 금속 용기 내에 진입하여 상기 측벽의 적어도 일부의 직경을 확장하게 하도록 치수 설정되는
금속 용기 형성 공정.
금속 용기를 형성하기 위한 공정에 있어서,
측벽을 갖는 용기를 제공하는 단계로서, 상기 측벽은 0.005 인치 내지 0.0085 인치의 변경 가능한 두께, 가장 얇은 부분 및 높이를 갖고, 상기 두께는 상기 측벽의 높이를 따라 적어도 0.001 인치 내지 0.004 인치 이하만큼 변화하는, 상기 용기를 제공하는 단계, 및
축경 다이의 작업면이 상기 측벽의 섹션에 접촉하여 상기 측벽의 섹션의 직경을 단일 스트로크에서 적어도 2%만큼 저감시키도록, 상기 축경 다이로 상기 용기를 축경시키는 단계를 포함하고,
축경된 측벽의 섹션의 두께는 축경 전후에 상기 축경 다이에 직접 접촉하는 위치에서, 상기 측벽의 높이를 따라 적어도 0.001 인치 내지 0.004 인치 이하만큼 변화하며,
상기 축경된 측벽의 섹션은 상기 측벽의 가장 얇은 부분을 포함하는
금속 용기 형성 공정.
제 16 항에 있어서,
상기 용기를 축경하는 단계 전 또는 후에, 상기 측벽의 일부의 직경을 확장시키는 단계를 더 포함하는
금속 용기 형성 공정.
제 17 항에 있어서,
상기 용기의 직경을 확장하는 단계는 일련의 확장 다이들에 의해 수행되는
금속 용기 형성 공정.
제 18 항에 있어서,
상기 확장 다이는,
점진적으로 확장되는 부분 및 랜드 부분을 포함하는 작업면, 및
언더컷 부분을 포함하고,
상기 랜드 부분은 상기 점진적으로 확장되는 부분과 상기 언더컷 부분 사이에 있고, 상기 랜드 부분의 외경은 상기 다이의 최대 직경이고,
상기 언더컷 부분은,
(a) 언더컷 표면, 및
(b) 상기 언더컷 표면의 외경을 포함하고,
상기 언더컷 표면의 외경은,
(i) 상기 랜드 부분의 외경보다 적어도 0.01 인치 더 작고,
(ii) 상기 언더컷 표면과 상기 금속 용기 사이의 마찰 접촉을 감소시키지만 제거하지는 않도록 최소 직경 이상이고,
상기 작업면은, 상기 금속 용기 내로 삽입 시에, 상기 랜드 부분 전체 및 상기 언더컷 부분의 적어도 일부가 상기 금속 용기 내에 진입하여 상기 측벽의 적어도 일부의 직경을 확장하게 하도록 치수 설정되는
금속 용기 형성 공정.