KR102028816B1 - 고 재활용 함량을 갖는 3ｘｘｘ 합금들을 사용하여 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 고속 블로 성형 프로세스 - Google Patents

고 재활용 함량을 갖는 3ｘｘｘ 합금들을 사용하여 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 고속 블로 성형 프로세스 Download PDF

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Abstract

고 재활용 함량을 가진 3xxx 캔 바디 스톡 합금들을 사용하여 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 고속 블로 성형 프로세스 및 상기 프로세스에 의해 만들어진 물품들이 본 출원에서 제공된다. 본 출원에서 설명된 바와 같이 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스는 3xxx 시리즈 알루미늄 합금의 시트로부터 디스크를 블랭킹하는 것; 디스크를 드로잉, 재드로잉, 아이어닝, 및 도밍함으로써 병 프리폼을 형성하는 것; 프리폼을 주형 공동에 위치시키는 것; 프리폼에 축방향 하중을 인가하는 것; 및 프리폼이 확대되어 주형 공동을 채울 때까지 충분한 압력으로 프리폼의 내부에 불활성 가스를 주입하는 것의 순차적 단계들을 포함한다.

Description

고 재활용 함량을 갖는 3ＸＸＸ 합금들을 사용하여 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 고속 블로 성형 프로세스
관련 출원에 대한 상호-참조
본 출원은, 2015년 5월 26일에 출원된, 미국 가 특허 출원 번호 제62/166,212호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 본 출원에 전체가 참조로서 통합된다.
분야
본 개시는 고 재활용 함량을 가진 3xxx 캔 바디 스톡 합금(can body stock alloy) 들을 사용하여 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 고속 블로 성형 프로세스(high-speed blow forming process)를 제공한다.
금속 캔들은 음료용으로 잘 알려져 있으며 널리 사용된다. 종래의 음료 캔 바디들은 일반적으로 단순한 직립 원통형 측벽들을 갖는다. 그러나, 미학적, 소비자 요청 및/또는 제품 식별의 이유들로, 금속 음료 컨테이너의 측벽 및/또는 최하부에 보다 복잡하고 상이한 형태를 부여하고, 특히 보통의 원통형 캔 형태보다 병(bottle)의 형태를 가진 금속 컨테이너를 제공하는 것이 때때로 요구된다.
프리폼(preform)들로부터 금속 컨테이너들을 압공 성형(pressure forming)하는 방법들은 예를 들면, 미국 특허 번호 제8,683,837호에서 설명된 바와 같이 이 기술분야에서 알려져 있다. 그러나, 고 재활용 함량을 가진 금속을 사용하여 알루미늄 컨테이너들을 빠르게 생산하기 위한 요구가 있다.
본 출원에서 설명된 방법들은 고 재활용 함량을 가진 종래의 3xxx 캔 바디 스톡 합금들을 사용하여 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 효율적인, 고속 블로-성형 프로세스를 제공한다. 예를 들면, 상기 방법들은 50 wt.% 내지 100 wt.%만큼 고 재활용 함량을 가진 합금들에 기반하여 실행될 수 있다.
본 문서에서 사용된 바와 같이, 용어들("발명", "상기 발명", "이러한 발명" 및 "본 발명")은 이러한 특허 출원 및 이하에서의 청구항들의 모든 요지를 광범위하게 나타내도록 의도된다. 이들 용어들을 포함한 서술들은 본 출원에서 설명된 요지를 제한하지 않는 것으로 또는 이하의 특허 청구항들의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명에서 다루어지는 구현예들은 이러한 요약이 아닌, 청구항들에 의해 정의된다. 이러한 요약은 본 발명의 다양한 양상들의 하이-레벨 개요이며 이하에서의 상세한 설명 섹션에서 추가로 설명되는 개념들 중 일부를 소개한다. 본 요약은 청구된 요지의 주요 또는 필수적 특징들을 식별하도록 의도되지 않으며, 청구된 요지의 범위를 결정하기 위해 별개로 사용되도록 의도되지 않는다. 요지는 전체 명세서, 임의의 또는 모든 도면들 및 각각의 청구항의 적절한 부분들에 대한 참조에 의해 이해되어야 한다.
본 개시는 전체적으로 또는 부분적으로 어닐링된 알루미늄 합금 드로우-앤-아이언(D&I : draw-and-iron) 프리폼들의 고온 및 저온 3xxx 시리즈 알루미늄 블로 성형(blow forming)을 위한 방법들을 제공한다. 프리폼은 통상적으로 폐쇄 단부와 마주하는 개방 단부 및 전체적으로 원통형의 벽을 갖는 중공 워크피스(hollow workpiece)이다. D&I 프리폼은 D&I 프로세스에 의해 만들어진 프리폼이다.
본 출원에서 설명된 방법들에서 사용된 프리폼들은 통상적으로 약 2.5 인치 (in) 내지 약 3.0 in의 직경, 약 10.0 in 내지 약 12.5 in의 높이, 약 0.006 in 내지 약 0.020 in의 벽 두께, 및 약 0.400 in 내지 약 1.00 in의 돔(dome) 깊이를 갖는다.
본 출원에서 설명된 방법들에서 사용된 프리폼들은 그 응용에 따라 코팅되거나 또는 코팅되지 않을 수 있다. 예를 들면, 종래의 캔 코팅 시스템이 프리폼들 상에 적용될 수 있다. 종래의 캔 코팅 시스템은 내부 분무, 잉크 및 오버-바니시(over-varnish)를 포함한다.
본 개시는 주위 온도(즉, 약 18℃ 내지 약 25℃ 사이)로부터 약 300℃까지의 범위에 이르는 온도에서 알루미늄 성형을 위한 방법들을 제공하며 원래의 프리폼 직경보다 최대 40% 더 큰 직경으로 프리폼을 확대하기 위한 방법들을 제공한다. 본 개시는 단일 세그먼트 스플릿 주형(single segment split mold)의 사용으로, 최대 420 psi(30 바)까지 작동하는 저-압력 성형 공정을 위한 방법들을 제공한다.
본 출원에서 개시된 방법들은 그것들이 D&I 프로세스에 의해 만들어진 프리폼들을 확대시키기 위해 블로-성형을 사용하기 때문에 상업적으로 가치가 있다. 상기 D&I 프로세스는 대안적인 IE(impact extrusion) 프로세스보다 효율적이다. 상기 D&I 프로세스는 IE 프로세스보다 상당히 더 높은 생산 속도로 실행되는 것이 가능하며, 이것은 D&I 프로세스가 고속, 고-볼륨 생산 공장을 위한 경제적인 옵션이 되게 한다. 게다가, 상기 D&I 프로세스는 고 재활용 함량을 가진 합금들에 대하여 실행될 수 있다. 요구되는 많은 양의 변형 때문에, IE 프로세스는 고-순도 1xxx 시리즈 알루미늄 합금들의 사용을 요구하며, 이것은 재활용에 친화적이지 않다. 따라서, 적어도 이들 종래의 방법들에서는 알루미늄 병들이 IE(impact extrusion) 프로세스에 의해 제조되기 때문에, 개시된 방법들은 종래의 방법들에 비해 유리하다.
본 출원에서 설명된 블로-성형 방법들은 음각 주형(negative mold)에 맞도록 알루미늄 프리폼을 확대시키기 위해 고압 가스를 사용한다. 개시된 방법들은 또한, 블로 성형에서 사용되는 가스 대신에 액체를 사용하는, 하이드로포밍(hydroforming)을 이용하는 제품 라인에 적용될 수 있다.
일부 실시예에서, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스는 3xxx 시리즈 알루미늄 합금의 시트로부터 디스크를 블랭킹(blanking)하고; 컵을 드로잉(drawing), 재드로잉(redrawing), 아이어닝(ironing), 및 도밍(doming)함으로써 병 프리폼(bottle preform)을 성형하고; 상기 프리폼을 주형 공동에 위치시키고; 상기 프리폼에 축방향 하중을 인가하며; 상기 프리폼이 확대되어 상기 주형 공동을 채울 때까지 충분한 압력으로 상기 프리폼의 내부에 불활성 가스를 주입하는 순차적인 단계들을 포함한다. 선택적으로, 상기 시트는 약 0.0150 in 내지 약 0.0250 in의 범위에서의 두께를 갖는다. 선택적으로, 상기 디스크는 약 6.0 in 내지 약 9.5 in의 범위에서의 직경을 갖는다.
일부 실시예에서, 상기 프리폼은 상기 불활성 가스를 주입하기 이전에 성형 온도까지 가열된다. 몇몇 경우들에서, 상기 성형 온도는 약 200℃ 내지 약 300℃이다. 몇몇 경우들에서, 상기 성형 온도는 약 250℃ 내지 약 255℃, 또는 공칭 250℃이다. 상기 프로세스가 상기 프리폼을 성형 온도로 가열하는 것을 포함할 때, 상기 가열은 상기 프리폼이 축방향 하중하에 있는 동안 실행될 수 있다. 즉, 상기 가열은 상기 축방향 하중이 인가되는 동안 실행될 수 있다. 상기 축방향 하중은 상기 프리폼이 축 방향으로 확대되는 것을 방지하지만, 그러나 상기 축방향 하중은 상기 프리폼을 압축(즉, 그것의 길이를 감소)시키지 않는다.
상기 불활성 가스는 사전 설정된 축방향 하중에 도달된 후 주입된다. 일부 실시예에서, 상기 사전 설정된 축방향 하중은 약 100 내지 250 lb/ft2의 범위에 있다. 프리폼이 확대됨에 따라, 상기 축방향 하중은 감소하며, 따라서 상기 주입된 가스는 제어된 비율로 상기 프리폼에 압력을 인가한다.
일부 실시예에서, 상기 프리폼은 그것이 주형 공동에 배치되기 전에 어닐링될 수 있다. 몇몇 경우들에서, 상기 어닐링 온도는 약 100℃에서 약 400℃까지이다. 몇몇 경우들에서, 상기 어닐링 온도는 약 300℃에서 약 400℃까지이다.
또한 본 출원에서 개시된 임의의 방법에 의해 만들어진 알루미늄 병들이 본 개시의 범위 내에 포함된다.
본 출원에서 개시된 방법들의 유연성으로부터 알루미늄 병 시장에서 정교한 설계들의 생성이 허용되며, 이는 다른 알루미늄 성형 방법들, 예를 들면, 기계적 성형으로는 어려울 것이다.
도 1은 본 출원에서 설명된 방법들에 따른 주형 공동의 도시이다.
도 2는 본 출원에서 설명된 방법들에 따른 블로 성형 프로세스의 개략도이다.
도 3은 고속 블로-성형 프로세스 동안 주형을 채우기 위한 확대 시 D&I 프리폼의 성형 파라미터들의 그래프이다.
본 출원에서 설명된 방법들은 최대 100% 재활용 함량을 갖는 종래의 3xxx 캔 바디 스톡 합금들로부터 형상화된 알루미늄 병들을 제공한다. 몇몇 경우들에서, 상기 방법들은 D&I 프로세스에 의한 벽, 폐쇄 단부, 및 개방 단부를 갖는 프리폼을 제조하는 단계 및 고속 블로 성형에 의해 프리폼을 형상화된 컨테이너(shaped container)로 확대시키는 단계를 포함한다.
예로서, 디스크는 알루미늄 시트로 블랭킹되나 이에 한정되지 않는다. 블랭킹은 펀칭 또는 절단과 같은, 이 기술분야에 알려진 임의의 방법에 의해 형성될 수 있다. 일 구현예에서, 외곽 절단 툴(outer cutting tool)은 약 0.0150 in에서 약 0.0250 in의 범위에 이르는(예로서, 0.0150 in 내지 0.0200 in, 0.0180 in 내지 0.0200 in, 0.0180 in 내지 0.0250 in, 또는 0.0200 내지 0.0250 in) 두께를 가진 3xxx 시리즈 알루미늄 시트를 절단하여 디스크를 만들고, 디스크는 컵으로 즉시 드로잉(draw)된다. 디스크는 내부 컵 성형 툴로 컵으로 드로잉될 수 있다. 절단 및 드로잉은 이중 동작 프레스(double action press)에 의해 실행되며, 여기에서 제 1 동작은 디스크 절단을 수행하며 제 2 동작은 연속 모션에서 컵 성형을 수행한다. 큰 포맷의 알루미늄 병들을 포함한, 알루미늄 병들을 위한 충분한 재료를 제공하기 위해, 절단된(cut-out) 디스크는 약 6.0 in에서 약 10.0 in의 범위에 이르는(예로서, 6.0 in, 6.2 in, 6.5 in, 6.7 in, 7.0 in, 7.2 in, 7.5 in, 7.7 in, 8.0 in, 8.2 in, 8.5 in, 8.7 in, 9.0 in, 9.2 in, 9.5 in, 9.7 in, 또는 10.0 in) 직경을 가질 수 있다.
성형된 컵은 그것의 크기를 보다 작은 직경으로 감소시키기 위한 추가 동작을 요구하는 매우 큰 직경을 갖게 되어 후속 동작들이 용이해진다. 이것은 재드로우 프로세스(redraw process)에 의해 달성된다. 본 출원에서 설명된 방법들을 위한 적절한 재드로우 프로세스는, 예를 들면, 더 높은 컵 벽을 형성하기 위해 컵의 직경을 감소시키고 재료를 변위시키도록 유사한 컵 성형 툴들을 사용하여 컵 베이스의 내부로부터 컵이 드로잉되는 직접 재드로우 프로세스(direct redraw process)를 포함한다. 본 출원에서 설명된 방법들에서의 사용을 위한 또 다른 적절한 재드로우 프로세스는 컵이 컵의 최하부(bottom)로부터 드로잉되며 더 높은 컵 벽을 형성하기 위해 금속이 반대 방향으로 접히는 역 재드로우 프로세스(reverse redraw process)이다. 본 출원에서 개시된 방법들은 이들 프리폼 재드로우 프로세스들 중 어느 하나를 포함할 수 있지만, 이들 재드로우 프로세스들에 제한되지 않는다. 기계 요건들, 제한들, 및 프로세스 요건들에 의존하여, 다수의 재드로우 프로세스들 또는 재드로우 프로세스들의 조합들이 있을 수 있다.
일단 컵이 최종 병 프리폼 직경까지 드로잉되면, 아이어닝 툴(ironing tool)은 최종 프리폼 벽 두께 및 길이를 달성하기 위해 컵을 신장시키며 얇게 만들 것이다. D&I 프로세스의 마지막 단계에서, 도밍 동작(doming operation)이 수행되며, 여기에서 프리폼의 최하부, 즉 돔 프로파일(dome profile)이 성형된다. 본 출원에서 설명된 블로 성형 프로세스에서의 사용을 위해, 최종 프리폼은 약 2.0 in에서 약 3.5 in의 범위에 이르는(예로서, 2.0 in 내지 3.0 in, 또는 2.5 in 내지 3.5 in) 직경을 가질 수 있으며 약 10.0 in 내지 약 12.5 in(예로서, 10.0 in, 10.5 in, 11.0 in, 11.5 in, 12.0 in, 또는 12.5 in)만큼 높을 수 있다. 프리폼 벽은 약 0.006 in에서 약 0.020 in의 범위에 이르는(예로서, 0.006 in, 0.007 in, 0.008 in, 0.009 in, 0.010 in, 0.012 in, 0.014 in, 0.016 in, 0.018 in, 또는 0.020 in) 두께를 갖는다. 몇몇 경우들에서, 프리폼은 약 0.010 in 내지 약 0.020 in(예로서, 0.012 in, 0.014 in, 0.016 in, 또는 0.018 in)의 고정 벽 두께를 가질 수 있다. 다른 경우들에서, 병 프리폼은 최상부(top)에서 약 0.010 in 내지 약 0.020 in(예로서, 0.010 in, 0.012 in, 0.014 in, 0.016 in, 0.018 in, 또는 0.020 in)의 보다 두꺼운 부분 및 중간부에서 약 0.006 in 내지 약 0.012 in(예로서, 0.006 in, 0.007 in, 0.008 in, 0.009 in, 0.010 in, 또는 0.012 in)의 보다 얇은 부분을 갖는 가변 벽 두께를 가질 수 있다. 프리폼 돔(preform dome)은 약 0.400 in 내지 약 1.00 in(예로서, 0.400 in, 0.500 in, 0.600 in, 0.700 in, 0.800 in, 0.900 in, 또는 1.00 in)의 깊이를 갖는다.
프리폼 성형 프로세스 동안, 프리폼은 약 1분에서 약 3시간의 범위에 이르는(예로서, 1분 내지 1시간, 1분 내지 30분, 5분 내지 20분, 1시간 내지 3시간, 2시간 내지 3시간, 또는 1시간 내지 2시간) 지속 기간 동안 약 100℃에서 약 400℃까지(예로서, 100℃ 내지 300℃, 100℃ 내지 200℃, 200℃ 내지 400℃, 200℃ 내지 300℃, 또는 300℃ 내지 400℃)의 범위에 있는 온도로 선택적 어닐링 동작을 겪을 수 있다. 어닐링 프로세스는 금속 성형성을 개선하기 위해 수행될 수 있다. 특정한 경우들에서, 어닐링 프로세스는 약 1시간 내지 약 3시간까지의 범위에 이르는 지속 기간을 가질 수 있다. 다른 경우들에서, 어닐링 프로세스는 약 1분에서 약 30분까지의 범위에 이를 수 있다. 어닐링 동작은 알루미늄 시트 생성 동안 또는 하나 이상의 프리폼 생성 단계들 동안 부가될 수 있다. 어닐링 프로세스는 프리폼의 특정 부분에 국소적으로 적용될 수 있다. 예를 들면, 어닐링 프로세스는 병의 목 부분, 병의 바디 부분, 병의 베이스 부분, 또는 그것의 임의의 조합에 적용될 수 있다. 어닐링 프로세스는 또한 그것이 프리폼으로 가공되기 전에 알루미늄 시트의 선택적 부분들에 적용될 수 있다. 결과적으로, 기계적 속성들의 구배가 프리폼들의 측벽의 높이를 따라 유도된다. 대안적으로, 어닐링 단계는 네킹(necking) 및 형상화 진행 동작들에서 중간 단계로서 적용될 수 있다.
일부 실시예에서, 방법들은 고 재활용 함량을 가진 종래의 3xxx 캔 바디 스톡 합금들의 D&I 프리폼들을 형상화하기 위한 고속 블로 성형 프로세스들을 제공한다. 재활용 함량은 합금의 100 wt.%까지의 양으로 존재할 수 있다. 몇몇 경우들에서, 재활용 함량은 합금의 50 wt.%에서 100 wt.%까지(예로서, 50 wt.%, 55 wt.%, 60 wt.%, 65 wt.%, 70 wt.%, 75 wt.%, 80 wt.%, 85 wt.%, 90 wt.%, 95 wt.%, 또는 100 wt.%) 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 표준 AA3104 캔 바디 스톡 합금들이 사용된다. 본 출원에서 개시된 방법들에서 사용될 수 있는 다른 비-제한적 합금들은 AA3003, AA3004, AA3105, 및 AA3204이다.
비-제한적 일 실시예에서, 프리폼은 선택적으로 블로-성형 이전에 박스 퍼니스(box furnace)에서 어닐링된다. 선택적 어닐링 후, 프리폼은 블로 성형을 위해 주형 공동(mold cavity)에 위치된다. 주형 공동은 통상적으로 장축(long axis)을 갖는다. 프리폼은 또한 장축을 가지며 주형 공동 내에서 실질적으로 동축에 배치된다. 선택적으로, 주형 공동은, 성형된 컨테이너의 제거를 위해 분리 가능한, 스플릿 주형(split mold), 즉 주형 공동의 주변 주위에서 둘 이상의 짝을 이루는(mating) 세그먼트들로 구성된 주형의 부분이다. 스플릿 주형으로, 정의된 형상은 공동(cavity)의 장축에 대해 비대칭일 수 있다.
일 실시예에서, 고속 블로 성형 프로세스는 대기의 또는 가열된 주형 공동을 사용한다. 가열된 주형 공동의 경우에, 제어된 온도 구배가 사용될 수 있으며, 따라서 주형 공동의 온도는 프리폼의 최상부로부터 최하부로 약 5℃ 내지 10℃(예로서, 5℃, 6℃, 7℃, 8℃, 9℃, 또는 10℃)로 달라진다. 실제로, 주형 공동의 최상부 및 최하부는 약 200℃ 내지 300℃(예로서, 200℃, 220℃, 240℃, 260℃, 280℃, 또는 300℃)의 온도들로 가열되며, 최하부는 최상부보다 5℃ 내지 10℃ 더 높다. 일부 실시예에서, 주형 장치는 두 개의 절반부들을 가진 스플릿 주형(좌측 및 우측), 백킹 램(backing ram)(최하부), 및 프리폼 씰(preform seal)(최상부)을 포함한다. 주형 공동이 가열되는 것 이외에, 백킹 램 및 프리폼 씰이 또한 가열될 수 있다. 백킹 램 및 씰이 가열될 때, 백킹 램은 일반적으로 약 215℃ 내지 약 335℃(215℃, 225℃, 235℃, 245℃, 255℃, 265℃, 275℃, 285℃, 295℃, 305℃, 315℃, 325℃, 또는 335℃)의 온도로 가열되며, 프리폼 씰은 일반적으로 주형 공동의 상부 부분과 유사한 온도로, 예를 들면, 약 180℃ 내지 320℃(예로서, 180℃, 200℃, 220℃, 240℃, 260℃, 280℃, 300℃, 또는 320℃)로 가열된다. 도 1은 스플릿 주형(110)의 일 절반부 및 백킹 램(120)을 도시한 주형 공동의 개략도이다.
도 2는 블로-성형 프로세스의 개략도이다. 블로-성형 프로세스 동안, 주형 공동(210), 백킹 램(220), 및 프리폼 씰(230)은 도 2, 패널 A에 도시된 바와 같이 프리폼(240)을 둘러싼다. 백킹 램(220)은, 도 2, 패널 B에서 도시된 바와 같이, 프리폼(240)이 그것의 성형 온도까지 가열되는 동안 프리폼(240) 상에서 화살표(250)에 의해 표시된 축방향 하중을 위치시킨다. 축방향 하중은 통상적으로 100 lb/ft2 내지 250lb/ft2(예로서, 100 lb/ft2, 125 lb/ft2, 150 lb/ft2, 175 lb/ft2, 200 lb/ft2, 225 lb/ft2, 또는 250 lb/ft2)의 범위에 있다. 백킹 램(220)이 프리폼(240)에 하중을 가하지만, 프리폼의 상당한 압축, 또는 길이에서의 감소는 없다. 백킹 램(220)의 변위는 약 0 in 내지 약 0.050 in(예로서, 0.025 in 내지 0.05 in)이다. 백킹 램(220)은 주형 프로세스 동안 프리폼 돔과 접촉하게 되면 필수적으로 정지된다.
일단 성형 온도에 도달되면, 프리폼(240)은, 도 2, 패널 C 및 패널 D에서 도시된 바와 같이, 프리폼(240)이 확대되어 주형 공동(210)을 완전히 채울 때까지, 질소와 같은, 불활성 가스(260)로 가압된다. 블로 압력은 제어된 비율로 프리폼에 인가된다. 프리폼(240)이 확대됨에 따라, 축방향 하중은 감소된다.
비-제한적 일 실시예에서, 250℃의 프리폼 공칭 온도(nominal temperature)에 대해, 주형 공동의 상부 부분은 250℃까지 가열되며 주형 공동의 최하부 부분은 255℃까지 가열된다. 씰은 250℃까지 가열되며 백킹 램은 275℃까지 가열된다. 성형 프로세스 동안, 4개의 부분들(즉, 주형의 두 개의 절반부들, 백킹 램, 및 씰)은 프리폼을 둘러싼다. 약 200 lb/foot의 축방향 하중은 프리폼이 그것의 성형 온도로 가열되는 동안 프리폼에 위치된다. 성형 온도에 도달되면, 프리폼은 주형 공동이 채워질 때까지 질소로 가압된다.
선택적으로, 블로 성형 방법은 주위 온도들에서, 즉 주형 장치를 가열하지 않고, 실행될 수 있다. 주위 온도 조건들, 예를 들면 23℃ 하에서 성형할 때, 프리폼은 일단 사전 설정된 축방향 하중에 도달되면 불활성 가스로 즉시 가압된다. 가압률은 대략 1초이며 압력은 블로 성형 프리폼이 주형 공동을 완전히 채울 때까지 유지된다.
스플릿 주형 확대는 원래 직경보다 최대 40%(예로서, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 또는 40%) 더 크게 직경이 증가한다. 성형 온도는 주위 온도, 예를 들면 약 23℃에서 약 300℃의 범위에 이른다(예로서, 23℃ 내지 100℃, 23℃ 내지 200℃, 100℃ 내지 300℃, 또는 200℃ 내지 300℃).
도 3은 D&I 프리폼이 고속 블로 성형 프로세스에서 직선 벽 주형까지 확대되는 시간 동안 성형 파라미터들에서의 변화를 도시한 그래프이다. 완전히 성형된 병은 40% 확대(2.933 in 의 최종 직경으로)를 갖는다. 이러한 병은 프리폼의 최상부에서 최하부까지 5℃ 온도 구배로 250℃의 공칭 온도에서 성형되었으며, 즉 프리폼의 최상부에서 온도는 250℃였으며 프리폼의 최하부에서의 온도는 255℃였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 직선 벽 컨테이너를 만들기 위한 전체 성형 프로세스는 대략 5초 걸렸다.
본 출원에서 설명된, 형상화된 알루미늄 컨테이너들은 소프트 드링크들, 물, 맥주, 와인, 에너지 음료들, 및 다른 음료들을 포함한 음료들을 위해 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 인용된 모든 특허들, 공보들 및 요약들은 본 출원에서 전체적으로 참조로서 통합된다. 앞서 말한 것은 단지 본 발명의 바람직한 구현예들에 관한 것이며 다수의 수정들 또는 변경들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 그 안에서 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 알루미늄 컨테이너들을 형상화(shaping)하기 위한 프로세스로서,
    3xxx 시리즈 알루미늄 합금의 시트로부터 디스크를 블랭킹하는 단계(blanking);
    상기 디스크를 드로잉(drawing), 재드로잉(redrawing), 아이어닝(ironing), 및 도밍(doming)함으로써 병 프리폼(bottle preform)을 성형하는 단계;
    상기 병 프리폼을 주형 공동에 위치시키는 단계;
    백킹 램을 사용하여 상기 병 프리폼에 축방향 하중을 인가하는 단계로서, 상기 축방향 하중의 인가는 상기 병 프리폼의 길이를 감소시키지 않으며, 백킹 램은 축 방향 하중을 인가하는 동안 본질적으로 정지되어 0 in 내지 0.050 in의 변위를 겪는, 인가 단계;
    상기 병 프리폼이 확대되어 상기 주형 공동을 채울 때까지의 압력으로 상기 병 프리폼의 내부로 불활성 가스를 주입하는 단계를 순차적으로 포함하는, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시트는 0.0150 in에서 0.0250 in의 범위에 이르는 두께를 갖는, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 시트는 0.0180 in에서 0.025 in의 범위에 이르는 두께를 갖는, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 시트는 0.0200 in에서 0.025 in의 범위에 이르는 두께를 갖는, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스크는 6.0 in에서 10.00 in의 범위에 이르는 직경을 갖는, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 디스크는 6.0 in에서 7.0 in의 범위에 이르는 직경을 갖는, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 디스크는 8.0 in에서 9.50 in의 범위에 이르는 직경을 갖는, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불활성 가스를 주입하기 전에 상기 병 프리폼을 성형 온도까지 가열하는 단계를 더 포함하는, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 성형 온도는 200℃ 내지 300℃인, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 성형 온도는 250℃ 내지 255℃인, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 병 프리폼은 최상부 및 최하부를 가지며, 상기 성형 온도는 상기 병 프리폼의 최상부에서 최하부까지의 온도 구배를 포함하고, 상기 병 프리폼의 최하부에서의 상기 성형 온도는 상기 병 프리폼의 최상부에서의 상기 성형 온도보다 5℃ 내지 10℃ 더 높은, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 가열하는 단계는 상기 축방향 하중이 인가되는 동안 실행되는, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  13. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 사전 설정된 축방향 하중에 도달된 후 주입되는, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  14. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3xxx 합금은 AA3104, AA3003, AA3004, 및 AA3105로 이루어진 군으로부터 선택되는, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  15. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3xxx 합금은 적어도 50 wt.% 재활용 재료를 포함하는, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  16. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주형 공동에 상기 병 프리폼을 위치시키기 전에 상기 병 프리폼을 전체적으로 또는 부분적으로 어닐링하는 단계를 더 포함하는, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 어닐링 온도는 100℃ 내지 400℃인, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 어닐링 온도는 300℃ 내지 400℃인, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  19. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 병 프리폼은:
    2.5 in 내지 3.0 in의 직경;
    10.0 in 내지 12.5 in의 높이;
    0.006 in 내지 0.020 in의 벽 두께; 및
    0.400 in에서 1.00 in까지의 돔(dome)의 깊이를 갖는, 알루미늄 컨테이너들을 형상화하기 위한 프로세스.
  20. 삭제
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