KR102319586B1 - 캔 뚜껑의 성형 부분들의 제어된 박판화로 캔 뚜껑을 형성하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

캔 뚜껑 블랭크(S)는 초기에 컵 형상이며, 컵의 중앙 부분은, 주름 발생을 방지하는 외에, 자유 성형된 재료의 과잉 확장을 방지하고, 성형 프레스가 성형 스트로크의 저부에 도달함에 따라서 자유 성형된 재료의 최종 기하학적 형상을 한정하도록, 임의의 공작 기계와 제한된 접촉으로 자유 성형된 컵의 환상 부분이 롤업된다. 자유 성형은, 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크(114)의 컵을 형성하기 위한 연장 위치와 컵(106C)의 중앙 부분과 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크(124)의 클램핑된 부분 사이의 재료를 자유 성형하기 위한 후퇴 위치 사이에서 예비 패널 펀치(118)가 선택적으로 움직이도록 2중 작용 피스톤(123)을 사용하여 예비 패널 펀치(118)의 움직임을 제어하는 것에 의해 수행된다.

Description

캔 뚜껑의 성형 부분들의 제어된 박판화로 캔 뚜껑을 형성하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR FORMING A CAN END WITH CONTROLLED THINNING OF FORMED PORTIONS OF THE CAN END}

본 발명은 금속 캔 뚜껑들을 형성하기 위한 제조 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 캔 뚜껑의 성형 부분들이 제어된 박판화(controlled thinning)를 가지도록 금속 캔 뚜껑들을 형성하기 위한 제조 방법 및 장치에 관한 것이다. 제어되지 않으면, 박판화는 캔 뚜껑들 내에서 휘어짐 또는 비틀림 또는 심지어 균열을 유발하는 재료 내에서 불균일한 응력을 유발할 수 있다. 본 발명이 대체로 캔 및 다른 용기 뚜껑들 또는 마개들을 형성하는데 적용할 수 있지만, 본 발명이 특히 적용 가능하고 초기에 사용되는 음료용 캔들을 폐쇄하기 위한 뚜껑들을 형성하는 것을 참조하여 본 명세서에 설명될 것이다.

금속 음료용 캔 뚜껑들은 캔 뚜껑의 원주 또는 주변에 인접한 각 캔 뚜껑 주위에서 연장하는 보강 비드를 가지도록 디자인된다. 이러한 비드는 전형적으로 채널을 형성하도록 저부 벽에 의해 서로 연결되는 대체로 수직 연장 벽들을 포함한다. 저부 벽은 대체로 둥글거나 또는 다른 기하학적 프로파일들로 형성될 수 있다.

음료용 캔 본체와 캔 뚜껑들은 높은 내부 압력과 또한 운반 및 취급으로부터 유발되는 외력에 견디도록 충분히 강하여야만 한다. 아울러, 이것들은 최종 제품의 제조 비용과 중량을 감소시키도록 알루미늄 및 알루미늄 합금과 같은 극히 얇고 내구적인 재료로 제조되어야만 한다. 높은 강도와 경량의 외견상 양립 가능한 이러한 요구조건들은 상호 작용하는 수형 및 암형 공작 기계 조합들을 사용하여 박형 재료를 적극적으로 제작하는 것에 의해 달성될 수 있다. 불행하게, 적극적인 재료 제작(aggressive material working)은 캔 뚜껑들을 만드는 재료의 과잉 확장 또는 박판화로 인하여 캔 뚜껑들의 주어진 외형 또는 기하학적 형태 내에서 불일치로 이어질 수 있다. 형성 동안 유발되는 이러한 불일치는 캔 뚜껑들의 강도를 감소시키고 다른 특징들을 변경한다.

본 발명에서, 캔 뚜껑들의 성형 부분들에서 박판화를 제어하기 위한 기술들은 요구된 강도를 보이고 개선된 일관성을 가지는 얇은 원료(thin stock)로부터 캔 뚜껑들을 형성하기 위한 방법 및 장치에 예시된다.

본 발명의 교시에 따라서, 캔 뚜껑 블랭크(can end blank)는 초기에 컵 형상이며, 컵의 중앙 부분은, 주름 발생(wrinkling)을 방지하는 외에, 자유 성형된 재료(free formed material)의 과잉 확장을 방지하고, 성형 프레스가 성형 스트로크의 저부에 도달함에 따라서 자유 성형되는 재료의 최종 기하학적 형상을 한정하도록, 임의의 공작 기계(tooling)와 제한된 접촉으로 자유 성형된 컵의 환상 부분(annular portion)이 롤업된다(rolled up). 자유 성형은, 예비 패널 펀치(pre-panel punch)가 성형 프레스의 램 또는 펀치 조립체의 운동에 의해 좌우되는 공작 기계의 나머지의 운동에 관계없이 상부 펀치 조립체 내로 연장되거나 또는 상부 펀치 조립체 내로 후퇴될 수 있도록, 2중 작용 피스톤(dual action piston)에 의해 제어되는 예비 패널 펀치를 가지는 것에 의해 실시예에 따라서 달성될 수 있다. 캔 뚜껑 기하학적 형상은 펀치 조립체의 성형 스트로크의 맨 밑에 설정된다.

본 발명의 한 양태에 따라서, 캔 뚜껑은 성형 프레스에서 재료의 시트로부터 캔 뚜껑 블랭크를 초기에 절단하는 것에 의해 캔 뚜껑의 성형 부분들의 제어된 박판화가 형성된다. 캔 뚜껑 블랭크의 일부는 대체로 수평 배향으로 제1 공구와 제2 공구 사이에서 클램핑된다. 제4 공구는 연장 위치와 후퇴 위치 사이에서 움직이도록 성형 프레스의 다른 공구와 관계없이 제어된다. 연장 위치에 있은 제4 공구에 의해, 컵은 제4 공구로 캔 뚜껑 블랭크에서 형성되고, 제5 공구는 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크를 형성한다. 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 일부는 제6 공구와 제7 공구 사이에서 클램핑되고, 제4 공구는 후퇴된다. 컵의 외부면의 중앙 부분은, 컵의 중앙 부분과 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 클램핑된 부분 사이의 재료가 공구들 중 임의의 것과 제한된 접촉으로 자유 성형되도록, 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 클램핑된 부분이 아래로 움직임에 따라서, 움직이지 않는 컵의 중앙 부분을 홀딩하는 제8 공구와 접촉한다. 하부 선반(lower shelf)은 자유 성형된 재료의 과잉 확장을 방지하도록 제8 공구 상에 제공된다.

지금, 제4 공구에 2중 작용 피스톤을 연결하고, 제4 공구를 후퇴시키도록 피스톤의 제1 측부에 힘을 제공하고, 제4 공구를 연장시키도록 제1 측부 반대편의 피스톤의 제2 측부 상의 피스톤 제어 챔버에서 압력을 제어하는 것에 의해 제4 공구를 제어하는 것이 바람직하다.

하부 선반은 자유 성형된 재료가 성형 프레스의 성형 스트로크의 저부에서 적어도 하부 선반을 접촉하도록 제8 공구의 외부 부분을 일정 깊이로 오목하게 하는 것에 의해 형성될 수 있다. 적어도 성형 프레스의 성형 스트로크의 약 최종 0.002 내지 0.004 인치 동안 자유 성형된 재료가 하부 선반을 접촉하도록 제8 공구의 외부 부분을 오목하게 하는 것이 지금 바람직하다. 제3 공구, 제5 공구, 제7 공구 및 제8 공구는 성형 프레스의 성형 스트로크의 저부에서 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 자유 성형 부분의 최종 기하학적 형상을 한정한다.

방법은 성형 프레스 내에 자유 성형되는데 필요한 재료에 따라서 성형 프레스 내에서 제4 공구를 위치시키는 단계를 추가로 포함한다. 성형 프레스 내에서 제4 공구를 위치시키는 단계는 예를 들어 제4 공구와 성형 프레스의 피스톤 사이에서 연장하는 스페이서를 선택하는 것에 의해 성형 프레스의 2중 작용 피스톤에 대해 제4 공구를 이격시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 캔 뚜껑의 성형 부분들의 제어된 박판화로 캔 뚜껑의 일부를 자유 성형하기 위한 방법은 고정된 베이스와, 고정된 베이스에 대해 움직이는 상부 펀치 조립체를 가지는 성형 프레스를 제공하는 단계, 상부 스트로크 위치로부터 저부 스트로크 위치를 향하여 성형 프레스의 상부 펀치 조립체를 움직이는 단계, 및 성형 프레스의 상부 펀치 조립체에 대해 연장 위치와 후퇴 위치 사이에서 공구를 움직이도록 성형 프레스의 상부 펀치 조립체에서 상기 공구를 제어하는 단계를 포함한다. 상기 공구를 제어하는 단계는 상기 공구에 2중 작용 피스톤을 연결하는 단계, 상기 공구를 후퇴시키도록 상기 피스톤의 제1 측부 상에 힘을 제공하는 단계, 및 상기 공구를 연장시키도록 상기 제1 측부 반대편의 상기 피스톤의 제2 측부 상의 피스톤 제어 챔버에서의 압력을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 공구는 예비 패널 펀치를 포함할 수 있다. 방법은 자유 성형된 재료의 과잉 확장을 방지하도록 성형 프레스의 고정된 베이스에서 하부 선반을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 캔 뚜껑의 성형 부분들의 제어된 박판화로 캔 뚜껑을 형성하기 위한 방법은 성형 프레스에서 재료의 시트로부터 캔 뚜껑 블랭크를 절단하는 단계 및 대체로 수평 배향으로 상기 캔 뚜껑 블랭크의 주변을 클램핑하는 단계를 포함할 수 있다. 연장 위치와 후퇴 위치 사이에서 움직일 수 있는 예비 패널 펀치를 포함하는 공작 기계가 제공된다. 컵은 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크를 형성하도록 연장 위치에서 예비 패널 펀치를 포함하는 공작 기계로 캔 뚜껑 블랭크에서 형성된다. 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 주변 부분은 대체로 수형 배향으로 클램핑되고, 예비 패널 펀치는 후퇴 위치로 움직인다. 컵의 외부면의 중앙 부분은, 컵의 중앙 부분과 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 클램핑된 부분 사이의 재료가 성형 프레스의 임의의 공작 기계와 제한된 접촉으로 자유 성형되도록, 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 중앙 부분이 아래로 움직임에 따라서, 컵의 중앙 부분을 정지하게 홀딩하도록 패널 펀치와 접촉된다. 하부 선반은 자유 성형된 재료의 과잉 확장을 방지하도록 패널 펀치 상에 제공되고, 자유 성형된 재료의 최종 기하학적 형상은 성형 프레스가 성형 스트로크의 저부에 도달함에 따라서 형성된다.

본 출원의 발명의 여전히 다른 양태에 따라서, 캔 뚜껑의 성형 부분들의 박판화가 제어되도록 동작하며, 고정된 베이스와, 고정된 베이스에 대해 움직일 수 있는 상부 펀치 조립체를 가지는 성형 프레스에서 캔 뚜껑을 형성하기 위한 장치는 성형 프레스의 상부 펀치 조립체에 의해 운반되는 인발 펀치(draw punch)를 포함한다. 인발 패드(draw pad)는 성형 프레스의 고정된 베이스에서 움직임을 위해 지지되며, 인발 펀치와 인발 패드는 캔 뚜껑 블랭크의 주변 부분을 클램핑하기 위하여 서로 정렬된다. 예비 패널 펀치는 성형 프레스의 상부 펀치 조립체의 2중 작용 피스톤에 의해 운반된다. 다이 센터(die center)는 성형 프레스의 상부 펀치 조립체에 의해 운반되고, 연장 위치와 후퇴 위치 사이에서 다이 센터에 대해 움직이도록 제어되는 예비 패널 펀치를 둘러싸며, 연장 위치에서 예비 패널 펀치는, 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크를 형성하도록 캔 뚜껑 블랭크에서 컵을 형성하도록 인발 펀치와 인발 패드 사이에서 캔 뚜껑 블랭크가 클램핑됨에 따라서 캔 뚜껑 블랭크를 결합한다. 크라운 링(crown ring)은 성형 프레스의 고정된 베이스에서 움직임을 위해 지지되고, 캔 뚜껑의 크라운을 위한 외형을 한정하는 상부면을 가진다. 상부 펀치 조립체에 의해 운반되는 넉아웃(knockout)은, 고정된 베이스를 향하여 연장하는 컵의 외부면에 의해 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크가 넉아웃과 크라운 링 사이에 클램핑되도록, 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 주변 부분을 결합하기 위하여 크라운 링과 정렬된다. 패널 펀치는 고정된 베이스에 장착되고, 내부 성형 다이(inner form die)는 고정된 베이스에 가동 가능하게 장착되고 패널 펀치를 둘러싼다.

패널 펀치는, 컵의 중앙 부분과 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 클램핑된 부분 사이의 재료가 성형 프레스의 임의의 공작 기계와 제한된 접촉으로 자유 성형되도록, 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 클램핑된 부분이 아래로 움직임에 따라서, 컵의 중앙 부분을 정지하게 홀딩하도록 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 컵의 외부면의 중앙 부분을 접촉하도록 위치되고 크기화된다. 예비 패널 펀치는, 성형 프레스가 성형 스트로크의 저부에 도달함으로써, 다이 센터가 자유 성형된 재료의 최종 기하학적 형상을 부분적으로 한정하기 위해 예비 패널 펀치 너머로 연장하도록 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 형성 후에 후퇴된다.

장치는 자유 성형된 재료의 과잉 확장을 방지하도록 위치된 하부 선반을 추가로 포함하며, 하부 선반은 패널 펀치 상에 형성된다. 하부 선반은 패널 펀치의 오목한 외부 주변 부분을 포함할 수 있다. 예비 패널 펀치는 성형 프레스 내에 자유 성형되는데 필요한 재료의 양에 따라서 성형 프레스의 상부 펀치 조립체 내에 위치된다. 성형 프레스의 상부 펀치 조립체 내에서 예비 패널 펀치를 위치시키도록 예비 패널 펀치와 성형 프레스의 상부 펀치 조립체의 2중 작용 피스톤 사이에서 스페이서를 사용하는 것이 지금 바람직하다.

도 1은 성형 프레스가 고정된 베이스에 대해 대체로 상하로 움직이는 상부 펀치 조립체의 스트로크의 상부에 있는. 본 출원의 교시에 따라서 작업 가능한 성형 프레스를 도시하는 개략 단면도;
도 2는 재료의 시트로부터 캔 뚜껑 블랭크를 절단하도록 고정된 베이스를 향하여 움직이는 상부 펀치 조립체를 도시하는 개략 단면도;
도 3은 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크를 형성하도록 캔 뚜껑 블랭크 내로 컵을 형성하는 연장 위치에 있는 상부 펀치 조립체의 예비 패널 펀치를 도시하는 개략 단면도;
도 4는 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 예시적인 단면도;
도 5는 예비 패널이 후퇴 위치에 있는, 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 중앙 부분과 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크의 클램핑된 부분 사이의 재료의 자유 성형의 착수를 도시하는 개략 단면도;
도 6은 성형 프레스의 동작 동안 연장 위치와 후퇴 위치 사이에서 예비 패널 펀치를 움직이기 위한 2중 작용 피스톤의 예시적인 제어를 도시하는 도면;
도 7은 본 출원의 교시에 따라서 형성된 캔 뚜껑의 개략 단면도;
도 8은 상부 펀치 조립체가 캔 뚜껑의 기하학적 형상을 완성하도록 스트로크의 저부에 도달함에 따라서 성형 프레스를 도시하는 개략 단면도; 및
도 9 내지 도 16은 본 출원의 교시에 따라서 처리되는 블랭크에 의해 완성된 캔 뚜껑을 형성하도록 컵의 중앙 부분의 롤업(roll up)을 도시한 도면.

본 출원은 캔 뚜껑들의 성형 부분들이 박판화가 제어되지 않으면 일어날 수 있는 휘어짐, 비틀림 및/또는 균열을 실질적으로 방지하기 위해 제어된 박판화를 가지도록 패널들, 외피들 또는 캔 뚜껑들을 형성하기 위한 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명은 본 발명이 특히 적용 가능하고 초기에 사용되는 음료용 캔들을 폐쇄하기 위한 뚜껑들을 형성하는 것을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명의 교시는 대체로 당업자에게 자명한 바와 같이 캔 및 다른 용기 뚜껑들 또는 마개들을 형성하는 것에 적용될 수 있다.

본 출원의 교시에 따라서 동작 가능한 성형 프레스(100)를 예시하는 도 1을 지금 참조한다. 도 1은 고정된 베이스(104)에 대해 대체로 상하로 움직이는 상부 펀치 조립체(102)의 스트로크의 상부에 있는 성형 프레스(100)를 도시한다. 개시된 장치 및 본 출원의 교시에 따라서 캔 뚜껑의 성형 부분들의 제어된 박판화를 갖는 캔 뚜껑을 형성하기 위한 예시적인 방법은 성형 프레스(100)에서 재료의 시트(S)로부터 캔 뚜껑 블랭크들을 절단하는 단계를 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상부 펀치 조립체(102)는 시트(S)로부터 캔 뚜껑 블랭크(106)를 절단하도록 고정된 베이스(104)를 향해 움직인다. 캔 뚜껑 블랭크(106)는 상부 펀치 조립체(102)에 의해 운반되는 제1 공구, 즉 블랭크 또는 인발 펀치(109)와, 고정된 베이스(104)에 의해 지지되는 절단 가장자리(110)에 의해 시트(S)로부터 절단된다. 캔 뚜껑 블랭크(106)의 외주변 부분(106A)은, 캔 뚜껑 블랭크(106)가 도시된 바와 같이 대체로 수평 배향으로 홀딩되도록, 인발 펀치(109)와 성형 프레스(100)의 고정된 베이스(104)에서 가동 가능하게 지지되는 제2 공구, 즉 인발 패드(112) 사이에서 클램핑된다. 상부 펀치 조립체(102)에 의해 운반되는 제3 공구, 즉 다이 센터(116)는 상부 펀치 조립체(102)가 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 스트로크의 저부에 도달함에 따라서 캔 뚜껑의 기하학적 형상을 완성하도록 사용된다.

캔 뚜껑 블랭크(106)는, 컵(106C)이 도 3에 도시된 바와 같이 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크(114)를 형성하도록 캔 뚜껑 블랭크(106) 내로 형성됨에 따라서, 클램핑된 외주변 부분(106A)에 의해 인장으로 유지되고, 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크(114)는 도 4에서 단면도로 도시된다. 클램핑된 부분(106A)은 컵(106C)이 형성됨에 따라서 인발 펀치(109)와 인발 패드(112)로부터 인발된다. 특히, 상부 펀치 조립체(102)에 의해 운반되는 제4 공구, 즉 예비 패널 펀치(118) 및 고정된 베이스(104) 내에서 가동 가능하게 지지되는 제5 공구, 즉 내부 성형 다이(119)는 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같은 캔 뚜껑 블랭크(106)의 재료의 인장 유동에 의해 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크(114)의 컵(106C)을 형성한다.

컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크(114)의 외주변 부분(114A)은 상부 펀치 조립체(102)에 의해 운반되는 제6 공구, 즉 넉아웃(120)과 제7 공구, 즉 크라운 링(122) 사이에서 클램핑된다. 크라운 링(122)은 성형 프레스(100)의 고정된 베이스(104)에서 움직임을 위해 지지된다. 크라운 링(122)의 움직임은 상부 펀치 조립체(102)에 의해 제어된다. 특히, 컵(106C)이 완성됨에 따라서, 넉아웃(120)은 상부 리테이너(120R) 상에서 끝나서, 넉아웃(120)은 상부 펀치 조립체(102)가 아래로 움직임에 따라서 크라운 링(122)을 아래로 강제한다.

예비 패널 펀치(118)는 2중 작용 피스톤(123)에 의해 제어된다. 도시된 바와 같이, 2중 작용 피스톤(123)은 피스톤(123)을 아래로 구동하도록 피스톤 제어 챔버(125)에서 피스톤(123) 위에서 발생되는 공압력에 의해, 그리고 피스톤(123)을 위로 구동하도록 다수의 기계적인 압축 스프링(127)들에 의해 작동되며, 단지 하나의 스프링만이 도면에 도시된다. 스프링(127)들은 당업자에 자명한 바와 같이 공압력에 의해 대체될 수 있다. 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크(114)로 컵(106C)을 형성하도록 성형 프레스(100)의 동작 동안, 예비 패널 펀치(118)는 스프링(127)들의 힘을 극복하고 컵 형성 동작 동안 충분한 힘을 제공하도록 피스톤 제어 챔버(125)에 압축 공기를 제공하는 것에 의해 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 아래로 연장된다.

도 5를 참조하여, 상부 펀치 조립체(102)가 조립체의 성형 스트로크의 저부를 향해 아래로 움직임에 따라서, 컵(106C)의 외부면의 중앙 부분(114C)은 성형 프레스(100)의 고정된 베이스(104)에 지지되는 제8 공구, 즉 패널 펀치(126)를 접촉한다. 패널 펀치(126)는 성형 프레스(100)에 대해 컵(106C)의 중앙 부분(114C)을 정지하도록 홀딩한다. 넉아웃(120)과 크라운 링(122) 사이에서 클램핑된 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크(114)의 외주변 부분(114A)은 컵(106C)의 중앙 부분(114C)과 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크(114)의 클램핑된 부분(114A) 사이의 재료가 자유 성형되도록 아래로 계속 움직인다. 재료는 성형 프레스(100)의 다른 공구들 중 임의의 제한된 접촉 또는 접촉없이 자유 성형된다. 자유 성형된 재료는 그 외에 형성되는 캔 뚜껑의 측벽에서 형성될 수 있는 주름들을 방지하도록 내부 성형 다이(119)를 접촉한다. 컵(106C)의 중앙 부분(114C)에 대한 넉아웃(120)과 크라운 링(122)의 운동은 또한 당업자에 의해 컵(106C)의 일부를 "롤링 업"으로서 또한 지칭될 수 있다.

예비 패널 펀치(118)는 2중 작용 피스톤(123)의 피스톤 제어 챔버(125)에 있는 압축 공기를 버리는 것에 의해 상부 펀치 조립체(102) 내로 추출될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 2중 작용 피스톤(123)이 완전히 상승되어서, 예비 패널 펀치(118)는 완전히 후퇴된다. 스트로크의 상부로부터 스트로크의 저부를 통해 다시 프트로크의 상부로의 상부 펀치 조립체(102)의 완전한 스트로크는 360°의 진행을 특징으로 한다. 2중 작용 피스톤(123), 그러므로 예비 패널 펀치(118)를 위한 예시적인 제어 다아이프램이 도 6에 도시된다.

진행의 0°로부터 154°까지(154°범위), 컵(106C)과 같은 컵의 형성을 위하여 예비 패널 펀치(118)를 연장시키는데 충분한 힘을 가지는 압축 공기는 피스톤(123)의 피스톤 제어 챔버(125)에 인가된다. 압축 공기의 필요한 압력은 프레스 및 공작 기계의 크기를 포함하는, 제어되는 특정 성형 프레스, 스프링(127)들이 사용되는지 아닌지에, 그리고 당업자에게 자명한 다른 일반적인 디자인 파라미터들에 의존할 것이다. 스프링(127)들 대신에 공압의 사용은, 실질적으로 0으로 감소되는 피스톤 상승 공압력에 의해, 피스톤 제어 챔버(125)에서의 압력에 의해 극복되는, 스프링(127)들의 힘과 같은 힘이 없기 때문에 피스톤(123)의 제어를 위하여 더욱 낮은 공기 압력의 사용을 가능하게 할 것이다.

154°로부터 220°까지(66° 범위), 압축 공기는, 피스톤(123)이 스프링(127)들에 의해 상승되고 예비 패널 펀치(118)가 캔 뚜껑의 형성을 위해 후퇴되도록, 피스톤 제어 챔버(125)로부터 버려진다. 예비 패널 펀치(118)가 캔 뚜껑 형성 동안 후퇴되지 않으면, 예비 패널 펀치(118), 예비 패널 스페이서(134), 피스톤(123) 등의 관성은 상부 펀치 조립체(102)의 상향 스트로크 상에서 형성된 패널을 다시 밖으로 민다. 캔 뚜껑들의 적절한 형성을 위하여, 예비 패널 펀치는 도 5에 도시된 바와 같이 성형 프레스가 상향 스트로크에서 180°를 지나갈 때 완전히 후퇴, 즉 정점 위치(full up position)에 있어야만 한다. 본 출원의 교시를 사용하여 형성된 캔 뚜껑(124)의 예시적인 단면이 도 7에 도시된다.

220°로부터 0° 또는 360°까지(140° 범위), 컵의 형성을 위하여 예비 패널 펀치(118)를 연장시키는데 충분한 힘을 가지는 압력 공기는 피스톤(123)의 피스톤 제어 챔버(125)에 다시 인가된다. 이러한 범위는 다음의 캔 뚜껑의 형성의 시작이다.

캔 뚜껑(124)과 같은 캔 뚜껑의 기하학적 형상은 상부 펀치 조립체(102)가 도 8에 도시된 바와 같이 스트로크의 저부에 도달함에 따라서 상부 펀치 조립체(102) 및 고정된 베이스(104)에서 공작 기계에 의해 완성된다. 다이 센터(116)는패널 펀치(126)에 의해 한정된 하부 선반(129)을 향해 후퇴된 예비 패널 펀치(118)를 지나서 연장하고, 즉, 하부 선반(129)은 패널 펀치(126)의 오목한 외주변 부분을 포함한다. 예시된 바와 같이, 패널 펀치(126), 내부 성형 다이(119), 크라운 링(122) 및 하부 선반(129)과 함께 다이 센터(116)는 성형 프레스(100)의 저부에서 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크(114)의 자유 성형 부분의 최종 기하학적 형상을 한정한다. 본 출원의 교시에 따라서 형성된 캔 뚜껑(124)의 예시적인 단면도가 도 7에 도시되어 있다.

하부 선반(129)은 자유 성형된 재료가 적어도 성형 프레스(100)의 성형 스트로크의 저부에서 하부 선반(129)을 접촉하도록 형성된다. 어떠한 경우에도, 하부 선반(129)은, 자유 성형된 재료가 적어도 성형 프레스(100)의 성형 스트로크의 약 최종 0.002 인치(0.0508 mm) 내지 0.004 인치(0.1016 mm) 동안 하부 선반(129)을 접촉하도록, 성형 프레스(100)의 다른 공작 기계에 대해 형성되어야 한다.

캔 뚜껑(124)과 같은 캔 뚜껑을 형성하는데 필요한 재료는, 크기가 상부 펀치 조립체(102) 내에서 예비 패널 펀치(118)의 위치를 조절하는 것에 의해 조절될 수 있는 컵(106C)의 전체 높이(132)까지 제공된다. 예시된 실시예에서, 예비 패널 펀치(118)의 위치는 도 1 내지 도 3, 도 5 및 도 8에 도시된 예비 패널 펀치 스페이서(134)에 의해 설정된다. 예비 패널 스페이서(134)의 크기가 결정되면, 다이 센터(116)의 위치는 상부 펀치 조립체(102)의 스트로크의 저부에서 캔 뚜껑의 적절한 최종 형성을 위해 요구되는 바와 같이 설정될 수 있다. 다이 센터(116)의 위치는, 다이 센터(116)를 2중 작용 피스톤(123)으로부터 멀리 이격시키는 도 1 내지 도 3, 도 5 및 도 8에 도시된 하나 이상의 다이 센터 스페이서(116S)들의 선택에 의해 설정된다.

요약하여, 컵은 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크를 형성하도록 캔 뚜껑 블랭크에서 초기에 형성되고, 컵의 중앙 부분은 그런 다음 완전한 캔 뚜껑을 형성하도록 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크 내로 재형성되거나 또는 "롤링 업"된다. 이러한 것은, 캔 뚜껑 형성 공정 동안 공구 표면으로부터 추가의 접촉이 있으면, 통상적으로 사용된 더욱 높은 강도의 알루미늄 합금들이 극한 응력 박판화 및 균열을 받기 때문에 "자유 성형(free forming)"으로서 일반적으로 지칭된다. 본 출원의 교시에 따라서, 자유 성형은, 성형 프레스의 램 또는 펀치 조립체의 운동에 의해 전용되는 공작 기계의 나머지의 운동에 관계없이, 예비 패널 펀치가 상부 펀치 조립체 내로 연장되거나 또는 상부 펀치 조립체 내로 수축되도록, 2중 작용 피스톤에 의해 제어된 예비 패널 펀치를 가지는 것에 의해 달성된다. 종래의 자유 성형 작업 동안 일어날 수 있는 문제, 즉 완성된 캔 뚜껑에서 한정된 기하학적 형상의 결점을 극복하도록, 캔 뚜껑 기하학적 형상은 펀치 조립체의 성형 스트로크의 맨 밑에 설정된다.

도 9 내지 도 16은 컵의 중앙 부분이 자유 성형 동안 캔 뚜껑(124)을 완성하도록 롤링 업됨에 따라서 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크(114)를 도시한다. 도 9는 패널 펀치(126)에 의해 먼저 접촉됨에 따라서 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크(114)의 컵(106C)을 도시한다. 도 10은 컵(114)의 중앙 부분(114C)이 롤링 업됨에 따라서 컵(106C)의 중앙 부분(114C)과 컵 형상의 캔 뚜껑 블랭크(114)의 클램핑된 부분(114A) 사이의 재료의 자유 성형을 도시한다. 도 15 및 도 16은 상부 펀치 조립체(102)에서 공구들의 하향 스트로크의 맨 마지막 부분 동안 최종 캔 뚜껑 기하학적 형상을 한정하는 다이 센터(116)를 포함하는 공작 기계를 도시한다.

하향 스트로크의 저부에 도달한 후에, 공작 기계는 위로 움직이고 상부 공작 기계에서의 진공은 넉아웃(120)의 면 상으로 완성된 캔 뚜껑(124)을 홀딩하고, 캔 뚜껑은 상부 펀치 조립체(102)의 동작 스트로크의 상부에서 공기에 의해 이로부터 방출된다.

그러므로, 본 출원이 실시예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 변형 및 변경이 첨부된 청구항들에 의해 한정된 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 가능하다는 것은 자명하다.

Claims (19)

1. 캔 단부의 성형 부분들의 제어된 박판화로 캔 단부를 형성하기 위한 방법으로서,
   성형 프레스에서 재료의 시트로부터 캔 단부 블랭크를 절단하는 단계;
   상기 캔 단부 블랭크의 주변 부분을 수평 배향으로 클램핑하는 단계;
   하향 연장 위치와 상향 후퇴 위치 사이에서 움직일 수 있는 예비 패널 펀치를 포함하는 공작 기계를 제공하는 단계;
   주변 부분과 중앙 부분을 가지는 컵 형상의 캔 단부 블랭크를 형성하도록 하향 방향으로 상기 공작 기계를 움직이는 것에 의해 상기 예비 패널 펀치의 하향 연장 위치로 상기 예비 패널 펀치를 포함하는 상기 공작 기계로 상기 캔 단부 블랭크에서 컵을 형성하는 단계;
   수평 방향으로 상기 컵 형상의 캔 단부 블랭크의 상기 주변 부분을 클램핑하는 단계;
   상기 예비 패널 펀치를 상기 예비 패널 펀치의 후퇴 위치로 움직이는 단계;
   상기 컵의 중앙 부분과 상기 컵 형상의 캔 단부 블랭크의 클램핑된 주변 부분 사이의 재료가 상기 성형 프레스의 임의의 공작 기계와 제한된 접촉으로 자유 성형되도록, 상기 컵 형상의 캔 단부 블랭크의 상기 클램핑된 주변 부분이 상기 하향 방향으로 움직일 때에, 상기 컵의 외부면의 중앙 부분을 패널 펀치와 접촉시켜 상기 컵 형상의 캔 단부 블랭크의 중앙 부분을 정지하게 홀딩하는 단계;
   자유 성형된 재료의 과잉 확장을 방지하도록 상기 패널 펀치 상에 하부 선반을 제공하는 단계; 및
   상기 성형 프레스가 성형 스트로크의 저부에 도달할 때 자유 성형된 재료의 최종 기하학적 형상을 형성하는 단계를 포함하는, 캔 단부의 성형 부분들의 제어된 박판화로 캔 단부를 형성하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 방법은,
   블랭크/인발 펀치와 인발 패드 사이에서 수평 방향으로 상기 캔 단부 블랭크의 부분을 클램핑하는 단계;
   상기 성형 프레스의 상부 펀치 조립체에 의해 유지된 다이 센터를 제공하는 단계;
   컵 형상의 캔 단부 블랭크를 형성하도록 상기 예비 패널 펀치 및 내부 성형 다이로 상기 캔 단부 블랭크에서 컵을 형성하는 단계; 및
   상기 컵 형상의 캔 단부 블랭크의 상기 부분을 넉아웃과 크라운 링 사이에 클램핑하는 단계를 포함하며,
   상기 다이 센터, 상기 내부 성형 다이, 상기 크라운 링 및 상기 패널 펀치는 상기 성형 프레스의 상기 성형 스트로크의 저부에서 상기 컵 형상의 캔 단부 블랭크의 자유 성형된 부분의 최종 기하학적 형상을 한정하는, 캔 단부의 성형 부분들의 제어된 박판화로 캔 단부를 형성하기 위한 방법.
3. 제2항에 있어서, 후퇴된 위치와 연장된 위치 사이에서 상기 예비 패널 펀치를 제어하는 단계는,
   상기 예비 패널 펀치에 상기 성형 프레스의 2중 작용 피스톤을 연결하는 단계;
   상기 예비 패널 펀치를 후퇴시키도록 상기 2중 작용 피스톤의 제1 측부 상에 힘을 제공하는 단계; 및
   상기 예비 패널 펀치를 연장시키도록 상기 제1 측부 반대편의 상기 2중 작용 피스톤의 제2 측부 상의 피스톤 챔버 내에서의 압력을 제어하는 단계를 포함하는, 캔 단부의 성형 부분들의 제어된 박판화로 캔 단부를 형성하기 위한 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 자유 성형된 재료의 과잉 확장을 방지하도록 상기 패널 펀치 상에 상기 하부 선반을 제공하는 단계는, 상기 자유 성형된 재료가 상기 성형 프레스의 상기 성형 스트로크의 상기 저부에서 상기 하부 선반을 접촉하도록 상기 패널 펀치의 외부 부분을 일정 깊이 오목하게 하는 단계를 포함하는, 캔 단부의 성형 부분들의 제어된 박판화로 캔 단부를 형성하기 위한 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 패널 펀치의 외부 부분을 오목하게 하는 단계는 상기 성형 프레스의 상기 성형 스트로크의 최종 0.05 내지 0.10 mm (0.002 내지 0.004 인치) 동안 상기 자유 성형된 재료가 상기 하부 선반을 접촉하도록 하는, 캔 단부의 성형 부분들의 제어된 박판화로 캔 단부를 형성하기 위한 방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 성형 프레스 내에 자유 성형될 크기를 갖는 재료에 따라서 상기 성형 프레스 내에서 상기 예비 패널 펀치를 위치시키는 단계를 추가로 포함하는, 캔 단부의 성형 부분들의 제어된 박판화로 캔 단부를 형성하기 위한 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 성형 프레스 내에서 상기 예비 패널 펀치를 위치시키는 단계는 상기 성형 프레스의 2중 작용 피스톤에 대해 상기 예비 패널 펀치를 이격시키는 단계를 포함하는, 캔 단부의 성형 부분들의 제어된 박판화로 캔 단부를 형성하기 위한 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 성형 프레스의 상기 2중 작용 피스톤에 대해 상기 예비 패널 펀치를 이격시키는 단계는 상기 예비 패널 펀치와 상기 성형 프레스의 상기 2중 작용 피스톤 사이에서 연장하는 스페이서를 선택하는 단계를 포함하는, 캔 단부의 성형 부분들의 제어된 박판화로 캔 단부를 형성하기 위한 방법.
9. 고정된 베이스와 상기 고정된 베이스에 대해 움직일 수 있는 상부 펀치 조립체를 가지는 성형 프레스에서 캔 단부를 형성하기 위한 장치로서,
   상기 성형 프레스의 상기 상부 펀치 조립체에 의해 유지되는 인발 펀치;
   상기 성형 프레스의 상기 고정된 베이스에서 움직임을 위해 지지되는 인발 패드로서, 상기 인발 패드와 상기 인발 펀치는 캔 단부 블랭크의 주변 부분을 클램핑하기 위하여 서로 정렬되는, 상기 인발 패드;
   하향 연장 위치와 상향 연장 위치 사이에서 움직이도록 구성되는 상기 성형 프레스의 상기 상부 펀치 조립체의 2중 작용 피스톤에 의해 유지되는 예비 패널 펀치;
   상기 성형 프레스의 상기 상부 펀치 조립체에 의해 유지되며 상기 예비 패널 펀치를 둘러싸는 다이 센터로서, 상기 인발 펀치와 상기 인발 패드 사이에서 상기 캔 단부 블랭크가 클램프될 때 상기 예비 패널 펀치가 상기 예비 패널 펀치의 하향 연장 위치에서 상기 캔 단부 블랭크에 결합되어 중심 부분과 주변 부분을 가지는 컵 형상의 캔 단부 블랭크를 형성하도록 상기 캔 단부 블랭크에서 컵을 형성하는, 상기 다이 센터;
   상기 성형 프레스의 상기 고정된 베이스에서 움직임을 위해 지지되고, 상기 캔 단부의 크라운을 위한 외형을 한정하는 상부면을 가지는 크라운 링;
   상기 상부 펀치 조립체에 의해 유지되는 넉아웃으로서, 상기 컵 형상의 캔 단부 블랭크는 상기 컵의 외부면이 상기 고정된 베이스를 향하여 연장하는 상태에서 상기 넉아웃과 상기 크라운 링 사이에 클램핑되도록 상기 넉 아웃은 상기 컵 형상의 캔 단부 블랭크의 주변 부분에 결합하기 위하여 상기 크라운 링과 정렬되는, 상기 넉 아웃;
   상기 고정된 베이스에 장착되는 패널 펀치; 및
   상기 고정된 베이스에 가동 가능하게 장착되고 상기 패널 펀치를 둘러싸는 내부 성형 다이로서, 상기 패널 펀치는, 상기 컵의 중앙 부분과 상기 컵 형상의 캔 단부 블랭크의 클램핑된 부분 사이의 재료가 상기 성형 프레스의 임의의 공작 기계와 제한된 접촉으로 자유 성형되도록, 상기 컵 형상의 캔 단부 블랭크의 상기 클램핑된 부분이 아래로 움직일 때에 상기 컵의 중앙 부분을 정지하게 홀딩하도록 상기 컵 형상의 캔 단부 블랭크의 상기 컵의 외부면의 상기 중앙 부분과 접촉하도록 위치되고 크기화되는, 상기 내부 성형 다이를 포함하며;
   상기 다이 센터는 상기 성형 프레스의 상기 상부 펀치 조립체 내에 설정 위치를 가지며, 상기 예비 패널 펀치는, 상기 다이 센터가 상기 자유 성형된 재료의 최종 기하학적 형상을 부분적으로 한정하기 위해 상기 예비 패널 펀치를 지나서 연장하도록, 상기 컵 형상의 캔 단부 블랭크의 형성 후에 후퇴되도록 구성되되, 상기 최종 기하학적 형상은 상기 성형 프레스가 상기 성형 프레스의 성형 스트로크의 저부에 도달할 때 상기 자유 성형된 재료와 접촉하도록 구성된 상기 내부 성형 다이와 함께 상기 클램핑된 부분이 하향으로 움직임에 따라 형성되는, 고정된 베이스와 상기 고정된 베이스에 대해 움직일 수 있는 상부 펀치 조립체를 가지는 성형 프레스에서 캔 단부를 형성하기 위한 장치.
10. 제9항에 있어서, 자유 성형된 재료의 과잉 확장을 방지하도록 위치된 하부 선반을 추가로 포함하는, 고정된 베이스와 상기 고정된 베이스에 대해 움직일 수 있는 상부 펀치 조립체를 가지는 성형 프레스에서 캔 단부를 형성하기 위한 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 하부 선반은 상기 패널 펀치 상에 형성되는, 고정된 베이스와 상기 고정된 베이스에 대해 움직일 수 있는 상부 펀치 조립체를 가지는 성형 프레스에서 캔 단부를 형성하기 위한 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 하부 선반은 상기 패널 펀치의 오목한 외주변 부분을 포함하는, 고정된 베이스와 상기 고정된 베이스에 대해 움직일 수 있는 상부 펀치 조립체를 가지는 성형 프레스에서 캔 단부를 형성하기 위한 장치.
13. 제9항에 있어서, 상기 예비 패널 펀치는 상기 성형 프레스 내에서 자유 성형될 크기를 갖는 재료의 양에 따라서 상기 성형 프레스의 상기 상부 펀치 조립체 내에 위치되는, 고정된 베이스와 상기 고정된 베이스에 대해 움직일 수 있는 상부 펀치 조립체를 가지는 성형 프레스에서 캔 단부를 형성하기 위한 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 성형 프레스의 상기 상부 펀치 조립체 내에 상기 예비 패널 펀치를 위치시키도록 상기 예비 패널 펀치와 상기 성형 프레스의 상기 상부 펀치 조립체의 2중 작용 피스톤 사이에 스페이서를 추가로 포함하는, 고정된 베이스와 상기 고정된 베이스에 대해 움직일 수 있는 상부 펀치 조립체를 가지는 성형 프레스에서 캔 단부를 형성하기 위한 장치.
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