KR20000043810A - 드로잉-아이어닝 복합가공법에 의한 2 피이스 캔 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드로잉 가공 및 아이어닝 가공을 하나의 성형공정에서 복합적으로 적용해 2 피이스 형태의 캔을 제조하는 방법에 관한 것으로, 드로잉가공 및 아이어닝가공을 복합적으로 적용하여 2 피이스 형태의 캔을 제조하는 방법에 있어서, 펀치(26), 블랭크 홀더(27), 다이(28)로 구성되는 컵 드로잉 시스템에서 다이(28)를 소재두께의 7∼12배의 곡률을 가지는 곡률부(34)와 3∼10。의 진입각(35)을 가지도록 제작하여 드로잉가공과 5∼8%의 아이어닝가공이 동시에 얻어질 수 있도록 하는 드로잉-아이어닝 복합가공법에 의한 2 피이스 캔 제조방법을 요지로 한다.

본 발명에 의하면, 기존 소요 다이어닝 다이의 2/3분량으로 동일 제조능력을 유지할 수 있어 제조원가의 절감을 꾀할 수 있고, 2개의 아이어닝 다이만 설치할 경우 펀치의 길이를 짧게 할 수 있어 처짐현상을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 펀치의 무게가 가벼워지므로 수평 왕복운동의 횟수 즉,생산속도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

드로잉-아이어닝 복합가공법에 의한 2 피이스 캔 제조방법

본 발명은 드로잉 가공 및 아이어닝 가공을 하나의 성형공정에서 복합적으로 적용해 2 피이스 형태의 캔을 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 종래의 음료용 캔이 드로잉 가공 및 아이어닝 가공을 별개의 공정 및 금형에서 적용하여 캔을 제조해 오고 있는 것에 비하여, 하나의 공정에서 2가지 가공법을 동시에 적용하여 캔을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 캔의 몸체 구성부위의 수에 따라 3 피이스 캔과 2 피이스 캔으로 구분할 수 있다. 3피이스 캔은 뚜껑부, 몸통, 바닥부의 3 부위로 이루어진 반면에 2 피이스 캔은 몸통과 바닥부가 일체로 성형이 된다. 따라서 2 피이스 캔은 3 피이스 캔에 비하여 내용물의 보존 안정성, 생산의 효율성이 높고 제조원가가 낮기 때문에 음료 및 식품의 저장용기로 널리 사용되고 있다.

또한 2 피이스 캔은 제조에 적용되는 가공모드에 따라 DRD 캔과 D&I 캔으로 구별된다. DRD 캔은 드로잉 가공법과 수회의 재드로잉 가공법에 의하여 생산되므로 최종 완성캔의 벽두께가 원판 소재 두께와 거의 동일한데 비하여 D&I 캔은 드로잉 및 재드로잉 가공후 벽두께을 얇게 하는 아이어닝 공정을 적용하므로 캔의 벽두께가 소재 두께 대비 60% 이상 얇은 특성을 지니고 있다. 따라서 동일 용량의 캔을 제조할 경우 D&I 캔은 DRD 캔에 비하여 소재 사용량이 적고 가볍기 때문에 맥주나 탄산음료 등의 저장용기로 많이 쓰인다. D&I 캔의 소재로는 석도강판이나 알미늄 합금이 주로 쓰이고 있으나 철강재가 저가이며 안정적 공급이 가능하므로 석도강판의 사용량이 증가하고 있는 실정이다. 도 1은 기 공지기술인 2 피이스 D&I 캔의 제조공정 개요와 각 공정별 얻어지는 제품의 형상을 나타낸다. 도 1의 (a), (b), (c)는 각각 드로잉 공정, 재드로잉공정, 아이어닝 공정을 나타낸다. 드로잉 공정을 구성하는 금형은 펀치(1), 블랭크 홀더(2), 드로오 다이(3)이다. 원형으로 타발된 소재(4)는 먼저 드로오 다이(3)와 동심이 되게 놓인 후 블랭크 홀더(2)의 하강에 의하여 적절한 면압을 받게 된다. 그 후 펀치(1)가 하강하면서 최종 형상인 컵(5)을 성형하게 되는데 펀치(1)의 진행에 따라 소재(4)는 드로오 다이(3)의 내면에 의하여 구속되어 원통 형상의 컵(5)으로 성형된다. 드로잉 공정에서의 중요한 공정변수는 드로오 다이(3)과 펀치(1) 사이의 간격(8)과 곡률부(6)의 반경이다. 기존 공지기술에서는 곡률부(6)의 반경을 소재 두께의 5∼10배로 설정하고 있다. 또한 간격(8)은 소재두께의 1.02∼1.10 배로 설정하고 있어 최종 컵(5)의 벽두께(9)는 원판 소재두께와 같거나 약간 두꺼운 특성을 지니고 있다. 이와같이 제조된 컵(5)은 콘베이어에 의하여 대량 이송되어 몸체성형기(bodymaker)에 투입된다.

도 1의 (b), (c)는 각각 몸체성형기내에서 이루어지는 기 공지기술인 재드로잉, 아이어닝 가공의 공정도와 각 스텝별 제품의 외관을 나타낸다. 몸체성형기에서는 펀치(10)의 1회 행정에 의하여 재드로잉과 3 스텝의 아이어닝 가공이 거의 동시에 이루어진다.

재드로잉 공정은 드로잉 공정과 유사한 메카니즘으로 구동된다. 재드로잉 공정을 구성하는 금형은 펀치(10), 재드로오 홀더(11), 재드로오 다이(12)이다. 드로잉 공정에서 성형된 컵(5)는 재드로오 홀더(11)에 끼워지고 재드로오 홀더(11)의 가압에 의하여 적절한 면압을 박게 된다. 그 후 펀치(10)의 이송에 의하여 최종 직경을 가지는 컵(13)을 성형하게 되는데 펀치(10)의 진행에 따라 소재(14)는 재드로오 다이(12)의 곡률부(15)를 지나 직벽(16)을 따라 미끌어지면서 드로오 다이(12)의 내면에 의하여 구속되어 원통 형상의 컵(13)으로 성형된다. 재드로잉 공정에서도 재드로오 다이(12)와 펀치(10) 사이의 간격(17)과 곡률부(15)의 반경이 중요한 공정인자로서, 공지기술에서는 곡률부(15)의 반경을 소재두께의 5∼10배로 설정하고 있고 간격(17)은 소재두께의 1.05∼1.15배로 설정하고 있다. 이와같이 성형된 재드로오 컵(13)의 벽두께는 원판소재두께보다 약간 두꺼운 특성을 지닌다.

도 1의 (c)의 아이어닝공정에서는 3 스텝의 아이어닝 성형이 이루어져 캔의 벽두께는 줄고 높이는 증가하게 된다. 재드로잉이 완료된 소재 즉, 컵(13)은 펀치(10)에 끼인 채로 3 스텝의 아이어닝 다이(18, 19, 20)을 연속적으로 통과하는데 펀치(10)이 각 다이를 통과함에 따라 캔의 높이는 점차적으로 증가한다. 아이어닝 공정에서의 중요한 공정인자는 다이의 진입각도(21)와 간격(22)이다. 그 간격을 통과하여 1차적으로 성형된 캔(23)의 벽두께(24)는 간격(22)과 같다. 2차, 3차의 아이어닝 다이를 통과한 소재는 최종적으로 완성캔(25)이 된다. 공지기술에서의 진입각도(21)는 5∼15。의 값을 가지고 간격(22)는 각 아이어닝 스텝별로 다른 값을 가진다. 벽두께 감소율로 나타내면 통상적으로 1 스텝에서 15∼25%, 2 스텝에서 25∼35%, 3 스텝에서 35∼45%의 벽두께 감소율이 되도록 간격을 설정한다.

지금까지 기술된 2 피이스 D&I 캔의 공지 제조기술에 의하면 드로잉, 재드로잉 공정에서는 컵의 벽두께를 감소시키지 않고 원하는 직경의 컵만을 형성하고, 그 후의 아이어닝공정에서 벽두께를 감소시키면서 캔의 높이를 증가시킨다라고 요약할 수 있다.

본 발명에서는 상기의 요망을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 공지기술인 2 피이스 D&I 캔의 제조공정중 핵심이 되는 캔의 몸체 성형공정 즉, 드로잉, 재드로잉, 아이어닝 등의 단위 공정에 대한 기술개요에 대하여 언급하고 기존 기술에서의 단위 공정을 복합적으로 적용하여 공정수의 단축 및 그에 따른 금형유지비 절감을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 드로잉가공 및 아이어닝가공을 복합적으로 적용하여 2 피이스 형태의 캔을 제조하는 방법에 있어서, 펀치(26), 블랭크 홀더(27), 다이(28)로 구성되는 컵 드로잉 시스템에서 다이(28)를 소재두께의 7∼12배의 곡률을 가지는 곡률부(34)와 3∼10。의 진입각(35)을 가지도록 제작하여 드로잉가공과 5∼8%의 아이어닝가공이 동시에 얻어질 수 있도록 하는 드로잉-아이어닝 복합가공법에 의한 2 피이스 캔 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서는 드로잉가공 및 아이어닝가공을 복합적으로 적용하여 2 피이스 형태의 캔을 제조하는 방법에 있어서,펀치(29), 재드로오 홀더(30), 다이(31)로 구성되는 재드로잉 시스템에서 다이(31)를 소재두께의 10∼15배의 곡률을 가지는 곡률부(34)와 3∼10。의 진입각(35)을 가지도록 하여 재드로잉가공과 10∼17%의 아이어닝 가공이 동시에 얻어질 수 있도록 하는 드로잉-아이어닝 복합가공법에 의한 2 피이스 캔 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명에서는 드로잉가공 및 아이어닝가공을 복합적으로 적용하여 2 피이스 형태의 캔을 제조하는 방법에 있어서, 펀치(29) 및 아이어닝 다이(38, 39)로 구성되며 5∼15。의 진입각(40)을 가지고, 각 스텝 별 벽두께 감소율을 25∼35%, 35∼45%로 설정하여 캔의 높이를 증가시키는 2 스텝의 아이어닝 방법을 포함하는 드로잉-아이어닝 복합가공법에 의한 2 피이스 캔 제조방법을 제공한다.

도 1은 공지기술에서의 2 피이스 D&I 캔 제조공정을 도시하는 도면.

(a)는 드로잉 공정,

(b)는 재드로잉 공정,

(c)는 아이어닝 공정을 도시한다.

도 2는 본 발명에서의 2 피이스 캔 제조공정을 나타내며 도시하는 도면.

(a)는 드로잉+아이어닝의 복합공정,

(b)는 재드로잉+아이어닝의 복합공정,

(c)는 아이어닝공정을 도시한다.

도 3은 공지기술과 본 발명에서의 드로잉, 재드로잉 다이형상의 차이를 나타내는 개략도.

(a)는 공지기술에서의 다이형상,

(b)는 본 발명에서의 다이형상을 도시한다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) 공지기술의 드로잉펀치 (2) 공지기술의 블랭크 홀더

(3) 공지기술의 드로오 다이 (4) 소재

(5) 컵 (6) 공지기술의 다이 곡률부

(7) 공지기술의 다이 직벽부 (8) 공지기술의 펀치와 다이의 간격

(9) 컵의 벽두께 (10) 공지기술의 재드로잉 펀치

(11) 공지기술의 재드로오 홀더 (12) 공지기술의 재드로오 다이

(13) 재드로오 컵 (14) 소재(컵)

(15) 공지기술의 재드로오 다이 곡률부

(16) 공지기술의 재드로오 다이 직벽부

(17) 공지기술의 펀치와 재드로오 다이의 간격

(18, 19, 20) 공지기술의 아이어닝 다이

(21) 공지기술의 아이어닝 다이 진입각

(22) 공지기술의 아이어님 다이 간격

(23) 캔 (24) 캔 벽두께

(25) 공지기술의 완성 캔

(26) 본 발명의 드로잉 펀치 (27) 본 발명의 블랭크 홀더

(28) 본 발명의 드로오+아이어닝 다이

(29) 본 발명의 재드로잉 펀치 (30) 본 발명의 재드로오 홀더

(31) 본 발명의 재드로오+아이어닝 다이

(32) 공지기술의 다이 곡률부

(33) 공지기술의 다이 직벽부

(34) 본 발명의 다이 곡률부

(35) 본 발명의 다이 진입각

(36) 본 발명의 드로오+아이어닝 다이의 간격

(37) 본 발명의 재드로오+아이어닝 다이의 간격

(38, 39) 본 발명의 아이어닝 다이

(40) 본 발명의 아이어닝 다이의 진입각

(41) 본 발명의 아이어닝 다이의 간격

(42) 본 발명에 의한 완성 캔

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 드로잉가공 및 아이어닝가공을 복합적으로 적용하여 2 피이스 형태의 캔을 가공하는 방법으로 (1) 도 2의 (a)와 같이 펀치(26), 블랭크 홀더(27), 다이(28)로 구성되는 컵 드로잉 시스템에서 다이(28)를 도 3의 (b)와 같이 소재두께의 7∼12배의 곡률을 가지는 곡률부(34)와 3∼10。의 진입각(35)을 가지도록 제작하여 드로잉가공과 5∼8%의 아이어닝가공이 동시에 얻어질 수 있도록 하는 방법과 (2) 도 2의 (b)와 같이 펀치(29), 재드로오 홀더(30), 다이(31)로 구성되는 재드로잉 시스템에서 다이(31)를 도 3의 (b)와 같이 소재두께의 10∼15배의 곡률을 가지는 곡률부(34)와 3∼10。의 진입각(35)을 가지도록 하여 재드로잉가공과 10∼17%의 아이어닝가공이 동시에 얻어질 수 있도록 하는 방법과 (3) 도 2의 (c)와 같이 펀치(29) 및 아이어닝 다이(38, 39)로 구성되며 5∼15。의 진입각(40)을 가지고, 각 스텝별 벽두께 감소율을 25∼35%, 35∼45%로 설정하여 캔의 높이를 증가시키는 2 스텝의 아이어닝 방법을 포함한다.

이하에는 본 발명 즉, 드로오-아이어닝 복합가공법에 의한 2 피이스 캔 제조방법을 기술하고 공지기술과의 차이점에 대하여 언급한다.

도 2는 본 발명에 의한 2 피이스 캔의 제조공정 개요와 각 공정별 얻어지는 제품의 형상을 나타낸 것으로 도 2의 (a), (b), (c)는 각각 드로잉+아이어닝 복합공정, 재드로잉+아이어닝 복합공정 및 2 스텝의 아이어닝 공정을 나타낸다. 본 발명에 의한 드로잉공정, 재드로잉공정의 금형 구성 및 명칭은 공지기술인 도 1의 그것과 동일하다. 즉, 드로잉공정에서의 펀치(26), 블랭크 홀더(27), 드로오 다이(28)와 재드로잉공정에서의 펀치(29), 재드로오 홀더(30), 재드로오 다이(31)이다. 드로잉공정 및 재드로오공정에 아이어닝가공이 복합된 본 발명에 의한 기술과 공지기술과의 가장 큰 차이는 드로오 다이(28)와 재드로오 다이(31)의 형상 및 기능이다. 도 3에 두 기술간의 차이를 구분하기 위하여 다이의 형상을 확대하여 나타내었다. 앞에서 설명된 공지기술에서는 도 3의 (a)에 확대되어 나타낸 드로오 다이와 재드로오 다이가 곡률부(32)와 직벽부(33)로 구성되어 컵의 외형만을 형성할 뿐 벽두께 감소는 얻을 수 없다고 하였다. 그러나 도 3의 (b)에 나타낸 본 발명에 의한 방법에서는 곡률부(34) 뿐만 아니라 진입각(35)을 가지는 아이어닝다이의 형상을 가지게 하므로써 기본적인 컵의 형성뿐 아니라 두께 감소까지도 이루어지게 한다. 본 발명에서는 곡률부(34)의 반경을 드로잉 공정에서는 소재두께의 7∼12배로, 재드로잉공정에서는 소재두께의 10∼15배로 설정한다.

이와같이 공지기술에 비하여 약간 큰 곡률을 설정한 이유는 다음과 같다. 본 발명의 경우 기존의 드로잉 또는 재드로잉 공정에 아이어닝 성형이 추가되므로 성형중 곡률부(34)에서의 변형 및 마찰저항이 커지게 되어 곡률이 작을 경우 파단이 우려되기 때문이다. 또한 진입각(35)도 변형저항을 줄이기 위하여 기존 아이어닝다이에서의 각도보다 하향된 범위인 3∼10。로 설정한다. 이와같이 본 발명에서는 드로잉 및 재드로잉 공정에서 컵의 형성과 동시에 아이어닝 가공을 부가함으로써 이후 공정인 도 2 (c)의 아이어닝에서의 성형 스텝을 줄일 수 있다. 즉, 기존 기술의 첫 번째 스텝의 아이어닝에서 부가하던 15∼25%의 두께 감소율을 본 발명의 드로잉+아이어닝, 재드로잉+아이어닝 공정에서 적절히 나누어 부가함으로써 도 2의 (c)와 같이 2회의 아이어닝 공정만으로도 최종 캔(42)을 완성할 수 있게 된다. 도 2 (a)의 본 발명의 드로잉 공정에서의 간격(36)은 두께 감소율이 5∼8% 정도만 얻어질 수 있도록 설정하여 약간의 아이어닝만 부과한다. 그 이유는 드로잉+아이어닝 복합공정에서 과도한 아이어닝이 부과되는 경우는 컵 벽부의 가공경화가 심화되어 재드로잉공정에서 주름발생이 쉽기 때문이다. 또한 도 2 (b)에 나타낸 본 발명의 재드로잉공정에서의 간격(37)은 두께감소율이 10∼17%가 얻어질 수 있도록 설정한다. 도 2 (c)에 나타낸 본 발명에 의한 아이어닝 다이(38, 39)의 진입각(40) 및 간격(41)은 통상의 공지기술과 동일하게 적용한다. 즉, 진입각은 5∼15。로 하고 첫 번재 다이(38)의 간격은 25∼35%, 두 번째 다이(39)의 간격은 35∼45%의 벽두께 감소율이 되도록 설정한다.

이상과 같이 본 발명에서는 기존 공지기술에서의 첫 번째 스텝에서의 아이어닝률 15∼25%를 드로잉+아이어닝 및 재드로잉+아이어닝 복합공정에서 적절히 배분하여 수용함으로써 캔의 몸체를 성형하는 기존 3회의 아이어닝 공정의 횟수를 2회로 줄일 수 있다. 일반적으로 제관공장에서의 캔 제조원가 중 금형구입, 유지, 보수비가 차지하는 비율이 적지 않은데, 제관에 소요되는 금형중에서 마모도가 가장 높은 아이어닝 다이의 교체 주기가 가장 빠르다. 따라서 본 발명에서의 방법을 적용하면 기존 소요 아이어닝 다이의 2/3분량으로 동일 제조능력을 유지할 수 있어 제조원가의 절감을 꾀할 수 있다. 본 발명에 의하여 얻을 수 있는 또 하나의 장점은 다음과 같다. 도 1의 (c)에 표시된 기존 기술에서의 펀치(10)의 길이는 통상적으로 20인치 이상이다. 이와같이 길이가 긴 펀치가 수평의 왕복운동을 할 때 자중에 의하여 펀치의 처짐이 생기게 된다. 펀치의 처짐은 곧 아이어닝 다이(18, 19, 20)와의 동심도 불량을 초래하여 캔의 높이가 기울어지는 가공불량 현상을 낳게 딘다. 따라서 도 2 (c)의 본 발명에서와 같이 2개의 아이어닝 다이만을 설치할 경우 펀치(29)의 길이를 짧게 할 수 있어 처짐현상을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 펀치의 무게가 가벼워지므로 수평 왕복운동의 횟수 즉, 생산속도를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

이하에 본 발명에 의한 실시예를 설명한다.

(실시예)

표 1은 본 발명 및 기존 기술에 의하여 250ml 용량의 캔을 성형할 때의 공정별 인자 및 제품의 주요 제원을 나타낸다. 시험에 이용된 소재는 조지리도 T-4급의 석도강판으로 두께 0.245mm, 블랭크의 직경은 124mm이다. 드로잉 및 재드로잉공정에서는 기존 기술의 경우 각각 1.03배 및 1.07배의 간격을 설정하였고, 본 발명에 의한 방법에서는 각각 5%, 15%의 두께 감소율을 설정하였다. 기존 기술에 의한 아이어닝 가공에서는 2 스텝의 두께 감소율을 각각 22%, 29% 및 39%로 설정하였고, 본 발명에 의한 기술에서는 2 스텝의 두께감소율을 각각 26%, 40%로 설정하였다. 이와같은 방법에 의하여 캔을 가공한 결과 본 발명 및 기존 공지기술에 의하여 제조된 캔의 최종 벽두께 및 캔 높이가 0.088mm 및 140∼141mm로 유사하여 본 발명에 의한 방법에서도 기존 기술과 동일한 제원의 캔을 얻을 수 있음을 입증하였다.

	본 발명의 실시예	기존 기술의 예
소재 두께	0.245mm
드로잉 공정	공정인자	- 진입각(35): 5°- 두께감소율: 5%	- 간격(8): 0.252mm
	벽 두께	0.233mm	0.252mm
	컵 높이	39mm	35mm
재드로잉공정	공정인자	- 진입각(35): 5°- 두께감소율: 15%	- 간격(17): 0.262mm
	벽 두께	0.198mm	0.262mm
	컵 높이	85mm	62mm
아이어닝공정	공정인자	- 진입각(40): 5°- 두께감소율:1/2스텝=26%/40%	- 진입각(21): 5°- 두께감소율:1/2/3 스텝=22%/29%/39%
	벽 두께	1스텝/2스텝=0.147/0.088mm	1스텝/2스텝/3스텝=0.204/0.145/0.0885mm
	최종 캔높이	141mm	140mm

상술한바와 같이, 본 발명에서의 방법을 적용하면 기존 소요 다이어닝 다이의 2/3분량으로 동일 제조능력을 유지할 수 있어 제조원가의 절감을 꾀할 수 있고, 2개의 아이어닝 다이만 설치할 경우 펀치의 길이를 짧게 할 수 있어 처짐현상을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 펀치의 무게가 가벼워지므로 수평 왕복운동의 횟수 즉,생산속도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 드로잉가공 및 아이어닝가공을 복합적으로 적용하여 2 피이스 형태의 캔을 제조하는 방법에 있어서, 펀치(26), 블랭크 홀더(27), 다이(28)로 구성되는 컵 드로잉 시스템에서 다이(28)를 소재두께의 7∼12배의 곡률을 가지는 곡률부(34)와 3∼10。의 진입각(35)을 가지도록 제작하여 드로잉가공과 5∼8%의 아이어닝가공이 동시에 얻어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 드로잉-아이어닝 복합가공법에 의한 2 피이스 캔 제조방법.
2. 드로잉가공 및 아이어닝가공을 복합적으로 적용하여 2 피이스 형태의 캔을 제조하는 방법에 있어서,펀치(29), 재드로오 홀더(30), 다이(31)로 구성되는 재드로잉 시스템에서 다이(31)를 소재두께의 10∼15배의 곡률을 가지는 곡률부(34)와 3∼10。의 진입각(35)을 가지도록 하여 재드로잉가공과 10∼17%의 아이어닝 가공이 동시에 얻어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 드로잉-아이어닝 복합가공법에 의한 2 피이스 캔 제조방법.
3. 드로잉가공 및 아이어닝가공을 복합적으로 적용하여 2 피이스 형태의 캔을 제조하는 방법에 있어서, 펀치(29) 및 아이어닝 다이(38, 39)로 구성되며 5∼15。의 진입각(40)을 가지고, 각 스텝 별 벽두께 감소율을 25∼35%, 35∼45%로 설정하여 캔의 높이를 증가시키는 2 스텝의 아이어닝 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 드로잉-아이어닝 복합가공법에 의한 2 피이스 캔 제조방법.