KR20010105365A - 시트형 제품의 벽 아이어닝 가공방법 및 벽 아이어닝 공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시트형 제품의 벽 아이어닝 제조방법 및 벽 아이어닝 공구에 관한것으로서, 플라스틱층으로 적어도 한쪽 측면이 코팅된 금속 시트로 형성되는 시트형 제품의 벽 아이어닝 가공방법으로, 벽-아이어닝 공구는 벽 아이어닝 동안 벽을 따라 이동하는 플라스틱 코팅층을 구비한 제품의 성형표면을 포함하며, 상기 성형표면은 상기 제품의 이동방향에 대해 인입각에서 이루어지는 벽 아이어닝 가공방법에 있어서, 상기 인입각은 성형표면을 통과하는 제품의 이동방향에 있어서 성형표면의 길이 전체에 걸쳐 변화하며, 이 인입각은 성형표면의 시작 구역의 인입각이 후속 구역에서보다 작은 것을 특징으로 한다.

Description

시트형 제품의 벽 아이어닝 가공방법 및 벽 아이어닝 공구{PROCESS FOR THE WALL IRONING OF A PRODUCT IN SHEET FORM, AND A WALL IRONING TOOL}

본 발명은 플라스틱층으로 적어도 한쪽 측면이 코팅된 금속 시트로 형성되는시트형 제품의 벽 아이어닝(wall ironing) 가공방법에 관한 것으로서, 상기 벽-아이어닝 공구는 벽 아이어닝 동안 벽을 따라 이동하는 플라스틱 코팅층을 구비한 제품의 성형표면을 포함하며, 상기 성형표면은 상기 제품의 이동방향에 대해 인입각에서 이루어진다. 이 가공법은 기저부와 관형 본체로 이루어진 캔 제품에 널리 이용되지만 본 발명은 이 특정 적용에 한정되는 것은 아니다.

인입각은 벽 아이어닝에 있어서 중요한 인자를 형성한다. 매우 적은 인입각을 가지게 되면, 제품의 이동방향에 대해 횡으로 성형 표면상에 작용하는 분산력이 매우 높아지게 된다. 예를 들면, 캔의 벽 아이어닝의 경우에 있어서, 이는 사용된 벽-아이어닝 링상에 과도한 하중이 부과되어 캔이 손상되거나 또는 찢어질 수 있다.

큰 인입각을 선택하면, 플라스틱 층이 찢어져 금속 시트에서 벗겨지는 위험이 증가한다. 이는 큰 인입각은 이동 방향에서의 플라스틱 층상에 큰 수직력이 부여되어 마찰 한계를 초과하는 상기 플라스틱 층에서의 응력을 가져오기 때문이다.

플라스틱 코팅된 금속 시트로 가공하기 위한 적절한 가공법은 이미 제안되어있다. 유럽특허 제0,298,560호에 있어서, 벽 아이어닝동안 추가 윤활의 사용이 제안되어 있으며, 특정 인입각이 벽 아이어닝 링에 대해 제안되어 있다. 그러나, 벽-아이어닝 공구의 간 수명을 달성할 수 있도록 하기 위해 큰 인입각으로 가공할 필요가 있다. 본 발명은 플라스틱층 파괴의 위험성을 줄이면서 벽 아이어닝 동안 벗겨지는 것을 감소시켜 큰 인입각을 사용할 수 있는 해법을 제안한다.

본 발명은 모든 측면상의 압력을 증가시킴으로서 성형동안 더 높은 마찰 한계를 갖는 많은 플라스틱 재료를 얻을 수 있다는 것에 기초하였다. 첨부된 도면에 있어서, 모든 측면상에서의 우세압력 P₀(MPa)에 있어서 수평축은 성형비율(dε/dt[s^-1]) 사이의 상관관계, 수직축은 항복응력(σ_v)을 나타낸다. 또한, 이 도면은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)에 기초한 모델 연구의 결과와 실험결과를 타나낸다. 이 도면으로부터, 항복응력은 모든 측면상에 상당히 높은 압력압력으로 상승한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 모든 측면상에 높은 압력을 생성하여 코팅된 금속 시트가 큰 인입각을 사용하여 전체 벽-아이어닝 설치에 매우 높은 압력을 적용할 필요가 없는 벽 아이어닝할 수 있는 것을 목적으로 한다.

따라서, 본 발명은 인입각이 성형 표면을 통과하는 제품의 이동방향으로 성형표면의 전체 길이에 걸쳐 변화하며, 이 인입각은 그의 후속 구역에서보다 성형표면의 시작 구역이 더 좁다. 이 측정의 결과로, 작은 인입각을 구비한 시작 구역에 있어서, 모든 측면상의 높은 압력이 재료에 조성되며, 이 압력은 큰 인입각을 구비한 후속 구역에서의 후속 성형동안 유지된다. 실제 성형이 일어나는 구역에 있어서, 높은 압력은 모든 측면상에 보급되며, 비교적 낮은 분산력이 성형표면(예를 들면 벽 아이어닝 링)상에 부여된다.

플라스틱층내의 모든 측면상에 생성된 높은 압력은 벽-아이어닝 공구가 통과된 후에 챔버쪽으로, 큰 인입각을 구비한 구역의 단부쪽으로 약간 경감될 수 있다. 이는 마찰을 일으켜 벽-아이어닝 공구에 의해 벗겨질 수 있는 위치에서 플라스틱 재료의 마찰응력이 다시 감소될 수 있는 것을 의미한다. 이는, 중간 구역에서 보다 작은 인입각의 단부 구역에서의 성형 표면에 대한 증명된 이점을 가진다.

또한, 큰 인입각을 구비한 후속 구역이 0°의 인입각을 구비한 소위 랜드 존(land zone)을 포함하는 것이 성형표면을 달성하는데 있어 중요하다. 이 랜드존의 길이는 0.3 내지 1.5mm이다.

본 발명의 한가지 적용가능한 예에 있어서, 인입각은 상기 구역의 각각에서 고정된 값을 가질 수 있다. 그러나, 어떤 환경하에서는 성형표면의 전체 길이에 걸쳐 인입각을 약간 변경하는 것도 바람직할 수 있다. 이는 벽 아이어닝되는 재료의 응력의 갑작스러운 변경을 방지하여 어떤 환경하에서 벽 아이어닝이 더욱 훌륭하게 수행될 수 있게 한다.

이 부드러운 변화의 바람직한 실시예에 있어서, 연속 구역 및/또는 그들 구역사이의 변이는 원호의 형태로 이어진다. 양호한 결과는 이 원호의 반경이 0.1 내지 10mm일 때 얻어진다.

특히, 새로운 가공법이 궁극적으로 캔의 형상을 획득하는 제품의 벽 아이어닝에 대해 사용되면, 전술한 형태의 다수의 벽-아이어닝 링을 포함하는 것이 벽-이이어닝 공구에 이롭다. 특히, 소위 메인 구역(main zone)으로 불리는 가장 큰 인입각으로 이어지는 구역에서의 대응 성형표면에 의해 생성되는 전체 벽 두께의 60 내지 90%에 대해 증명된 이점을 가진다. 또한, 전체 벽 두께의 10 내지 30%가 시작 구역에서의 대응 성형표면에 의해 생성되어 얻어지는 것도 중요하다. 또한, 이 단부 구역에서의 대응 성형표면에 의해 셍성되는 전체 벽 두께의 30% 이하에 대해 단부 구역이 사용되는 것이 이롭다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 새로운 가공법을 사용할 때, 중간 메인 구역에서의 큰 인입각을 이용하는 것은 성형표면, 즉 벽-아이어닝 링상의 기계적 하중이 감소될 수 있다. 이 큰 인입각에도 불구하고, 작은 인입각을 구비한 시작 구역과 단부 구역을 사용하는 것에 의해 플라스틱 코팅층이 영향을 받거나 벗겨지는 것을 방지할 수 있다.

다양한 층 두께와 금속 시트의 다양한 형태 및 두께에서의 다양한 플라스틱을 사용할 때, 중간 구역에서의 인입각과 시작 구역 및 단부 구역의 인입각과 길이에 대한 제한 조건은 플라스틱층의 마찰 손실과 벗겨짐 없이 모든 아이어닝에 대한 최적의 조적을 사용하여 가공하는 것에 따라 다르다. 다양한 재료 적용에 대해 최적의 조건은 시작 구역 및/또는 단부 구역의 길이가 변화되는 성형 표면(예를 들면 벽-아이어닝 링)을 사용하는 실험 수단에 의해 결정될 수 있다.

플라스틱 코팅된 금속 시트의 벽 아이어닝 동안, 플라스틱에서의 항복응력(σ_v(MPa))에는 아래의 관계식이 적용된다.

여기에서,

P₀는 플라스틱에서의 모든 측면상의 압력(MPa)

τ₀는 항복응력(MPa)에 대한 기본 레벨

dε/dt는 sec^-1에서 성형되는 플라스틱의 인발속도

μ는 플라스틱의 압력 감도를 나타내는 유닛-프리 파라메터

A₀는 플라스틱의 이완거동에 관한 시간상수(초)

본 발명에 따르면, 모든 측면상의 상승된 압력(P₀)에서 시트 성형에서의 코팅된 제품의 벽 아이어닝은 코팅에 대해 사용된 플라스틱의 파라메터 u, τ₀및 A₀의 값이 특정 경계 조건을 만족할 때 훌륭하게 이루어진다. 이들 값은 이하의 조건을 만족하여야 한다.

u ≥0.03; τ₀≥0.60MPa 및 A₀≥2.0 x 10¹⁹sec

플라스틱을 사용하게 위해서는 이하의 조건을 만족하는 파라메터가 바람직하다.

u ≥0.047; τ₀≥0.90MPa 및 A₀≥3.0 x 10¹⁹sec

플라스틱의 유리천이온도 T_g는 플라스틱 코팅된 금속 시트의 벽 아이어닝에 있어서 중요하다는 것은 알려져 있다. T_g는 플라스틱에서의 비결정 범위의 특성에 대한 천이점이다. 원칙적으로, T_g아래에서 중합체의 주 사슬의 자유 이동은 불가능하다. T_g이상에서 이 자유이동은 가능하며, 재료의 경도는 등급에 따라 하락한다. 많은 플라스틱이 부분적으로 결정체이기 때문에, 부분적으로 융점까지 강도가 남아 있으며 많은 플라스틱 재료는 T_g이상의 먼 온도까지 매우 유용하게 사용될 수 있다.

벽 아이어닝의 경우에 있어서, T_g의 레벨은 플라스틱이 벽 아이어닝 동안 비교적 높은 기계적 강도를 가지야 하기 때문에 중요하다. 낮은 T_g를 구비한 플라스틱 코팅은 벽-아이어닝 공구에 있어서 대단히 높은 압력을 증진시키는 것에 의해 충분한 강도를 부여하는 것이 가능하다. 그러나, 이 압력 구역은 플라스틱이 소위 '취약'으로 불리는 즉시 눌려지거나 벗겨지는 측면이 있다.

벽-아이어닝 가공동안, 아이어닝된 재료에서 고려가능한 온도까지 상승한다. 이 온도는 약 200℃까지 상승된다.

플라스틱 코팅된 금속 시트는 플라스틱의 T_g가 다양한 조건하에서 충분히 높으면 훌륭하게 벽-아이어닝될 수 있다. 대기압에서의 T_g, 즉 T_{g, 1atm}, 및 플라스틱이 600MPa의 모든 측면상의 합력하에서의 T_g, 즉 T_{g, 600MPa}는 특히 중요한 것으로 입증되었다. 본 발명에 따르면, T_{g, 1atm}및 T_{g, 600MPa}는 이하를 만족하여야 한다 : T_{g, 1atm}≥30℃ 및 T_{g, 600MPa}≥200℃. 바람직하게는 T_{g, 1atm}은 T_{g, 1atm}≥70℃를 만족하여야 한다.

전술한 가공법에 덧붙여, 본 발명은 또한 제품의 이동방향에 대한 인입각에서 벽 아이어닝 동안 이동될 수 있는 시트형 제품의 성형 표면을 포함하는 벽-아이어닝 공구, 특히 벽-아이어닝 링에 관한 것이다. 이 벽-아이어닝 공구는 인입각이 제품의 이동방향에 있어서 성형표면의 전체길이에 걸쳐 변화하는 것을 특징으로 하며, 이 각도는 성형표면의 시작 구역에서의 각도가 후속 구역에서보다 작다.

본 발명에 따른 벽-아이어닝 공구의 다수의 바람직한 실시예는 새로운 가공법에 관해 기술된 것이다.

또한, 본 발명에 따른 벽-아이어닝 링의 특정의 바람직한 실시예에 있어서 이 벽-아이어닝 링은 응력하에서 링을 둘러싸는 스트립 또는 와이어에 의한 외부 주변 표면상의 방사상 압축응력하에 있다.

벽-아이어닝 링은 인입각 메인 구역 및 랜드 존으로서 일반적으로 알려져 있다.

따라서, 벽-아이어닝 링은 도면을 참조하여 상세히 기술되지는 않았다.

Claims (26)

1. 플라스틱층으로 적어도 한쪽 측면이 코팅된 금속 시트로 형성되는 시트형 제품의 벽 아이어닝 가공방법으로, 벽-아이어닝 공구는 벽 아이어닝 동안 벽을 따라 이동하는 플라스틱 코팅층을 구비한 제품의 성형표면을 포함하며, 상기 성형표면은 상기 제품의 이동방향에 대해 인입각에서 이루어지는 벽 아이어닝 가공방법에 있어서,

   상기 인입각은 성형표면을 통과하는 제품의 이동방향에 있어서 성형표면의 길이 전체에 걸쳐 변화하며, 이 인입각은 성형표면의 시작 구역의 인입각이 후속 구역에서보다 작은 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   단부 구역에서의 성형표면은 중간 구역에서보다 작은 인입각인 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   성형표면은 가장 큰 인입각을 구비한 인입각=0°를 갖는 랜드 존을 포함하는 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   인입각은 각 구역에서 고정값을 갖는 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   성형표면의 길이 전체에 걸쳐 인입각은 평탄하게 변화하는 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   후속 구역 및/또는 이러한 구역들 사이의 변화는 원호 형태로 이어지는 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,

   벽-아이어닝 공구는 다수의 성형표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

   벽-아이어닝 공구는 다수의 벽-아이어닝 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서,

   전체 벽 두께의 60 내지 90%가 가장 큰 인입각에서 이어지는 메인 구역에서의 대응 성형표면에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    전체 벽 두께의 10 내지 30%가 시작 구역에서의 대응 성형표면에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

    전체 벽 두께의 30% 이하가 단부 구역에서의 대응 성형 표면에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,

    다른 동일 조건하에서, 시작 구역 및/또는 단부 구역의 길이는 플라스틱 코팅이 벽 아이어닝의 결과로서 금속 시트를 벗겨내지 않는 방식으로 설정되는 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.
13. 플라스틱층으로 적어도 한쪽 측면이 코팅된 금속 시트로 형성되는 시트형 제품의 벽 아이어닝 가공방법으로, 벽-아이어닝 공구는 벽 아이어닝 동안 벽을 따라 이동하는 플라스틱 코팅층을 구비한 제품의 성형표면을 포함하며, 상기 성형표면은 상기 제품의 이동방향에 대해 인입각에서 이루어지는 벽 아이어닝 가공방법에 있어서,

    가장 큰 인입각에서 이어지는 성형 표면의 구역에 있어서 플라스틱층은 모든 측면상에서 상승된 압력 P₀(MPa)하에서 유지되며, 코팅층으로 사용된 플라스틱은 이하의 관계를 만족하는 파라메터 u, τ₀(MPa)및 A₀(sec)의 값에 의해 특정되는 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.

    u ≥0.03; τ₀≥0.60 및 A₀≥2.0 x 10¹⁹
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 파라메터 u, τ₀및 A₀는 이하의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.

    u ≥0.047; τ₀≥0.90 및 A₀≥3.0 x 10¹⁹
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

    플라스틱은 이하의 관계를 만족하는 파라메터 T_{g, 1atm}및 T_{g, 600MPa}(℃)에 대한 값에 의해 특정화되는 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.

    T_{g, 1atm}≥30℃ 및 T_{g, 600MPa}≥200℃
16. 제 15 항에 있어서,

    파라메터 T_{g, 1atm}은 T_{g, 1atm}≥70℃인 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.
17. 벽 아이어닝 동안 벽을 따라 이동될 수 있는 시트형 제품을 따라, 제품의 이동방향에 대한 인입각에서 이루어지는 성형표면을 포함하는 벽-아이어닝, 특히 벽 아이어닝 링에 있어서,

    상기 인입각은 제품의 이동방향에 있어서 성형표면의 길이 전체에 걸쳐 변화하며, 이 인입각은 성형표면의 시작 구역의 인입각이 후속 구역에서보다 작은 것을 특징으로 하는 벽-아이어닝 공구.
18. 제 17 항에 있어서,

    단부 구역에서의 성형표면은 중간 구역에서보다 작은 인입각인 것을 특징으로 하는 벽-아이어닝 공구.
19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

    중간 구역과 단부 구역 사이에는 0.3 내지 1.5mm의 길이를 갖는 랜드 존이 있는 것을 특징으로 하는 벽-아이어닝 공구.
20. 제 17 항 내지 제 19 항중 어느 한 항에 있어서,

    인입각은 각 구역에서 고정값을 갖는 것을 특징으로 하는 벽-아이어닝 공구.
21. 제 17 항 내지 제 19 항중 어느 한 항에 있어서,

    성형표면의 길이 전체에 걸쳐 인입각은 평탄하게 변화하는 것을 특징으로 하는 벽-아이어닝 공구.
22. 제 21 항에 있어서,

    후속 구역 및/또는 이러한 구역들 사이의 변화는 0.1 내지 10mm의 길이의 반경을 갖는 원호 형태로 이어지는 것을 특징으로 하는 벽-아이어닝 공구.
23. 제 17 항 내지 제 22 항중 어느 한 항에 있어서,

    메인 존은 길이방향에 대해 성형표면의 가로 크기의 60 내지 90% 사이로 성형되는 것을 특징으로 하는 벽-아이어닝 공구.
24. 제 23 항에 있어서,

    시작 구역은 성형표면의 가로 크기의 10 내지 30% 사이로 성형되는 것을 특징으로 하는 벽-아이어닝 공구.
25. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,

    단부 구역이 성형표면의 가로 크기의 30% 이하로 성형되는 것을 특징으로 하는 벽 아이어닝 가공방법.
26. 제 17 항 내지 제 25 항중 어느 한 항에 있어서,

    벽-아이어닝 링은 응력하에서 링을 둘러싸는 스트립 또는 와이어에 의한 외부 주변 표면상의 방사상 압축응력하에 있는 것을 특징으로 하는 벽-아이어닝 공구.