KR20170107464A - 충격 압출 방법, 툴링 및 제품 - Google Patents

Abstract

전이 벽 두께로 진행하는 벽을 생산하기 위해 금속 빌렛으로부터 중공형 예비성형품이 충격 압출된다. 진행하는 벽의 축 방향 전방 부분이 압출 포인트를 지나 압출됨으로써 아이어닝 되어 두께가 감소된 측벽 부분을 형성한다. 밀폐된 바닥 단부를 형성하기 위해 빌렛의 일부가 남아 있을 때 압출을 멈춘다. 예비성형품은 바닥 부분, 측벽 부분 및 바닥 부분과 측벽 부분 사이에서 연장하는 전이 벽 부분을 구비한다. 전이 벽 부분은 측벽 부분보다 두껍고, 확장 성형된 용기의 적어도 림의 일부로 형성될 수 있다. 충격 압출 펀치는 중심축, 압출 대상 금속에 충격을 가하기 위한 축 방향 전방의 충격 면, 충격면에 의해 변위되는 재료를 안내하기 위한 전이 영역 및 전이 영역을 지나 압출되는 재료를 아이어닝 하기 위한 후방 압출 포인트를 구비한다.

Description

충격 압출 방법, 툴링 및 제품

본 출원은 2014년 12월 30일에 출원된 미국 가출원 제62/097,821호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 금속 가공 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉간 성형되는 금속 제품과, 충격 압출 공정으로 그러한 금속 제품을 성형하는 방법 및 툴링에 관한 것이다.

시트 재료를 최종 형상으로 드로잉 및 성형하여 형상을 갖춘 금속 용기가 제작될 수 있다. 관상 예비성형품을 압출 유체로 몰딩하여 확장-형상의 금속 용기들이 종종 제작된다. 시트 재료를 드로잉하거나 금속 슬러그 또는 빌렛을 충격 압출하여 예비성형품이 제조될 수 있다. 시트 재료 또는 슬러그가 예비성형품으로 성형되거나 압출되고, 그런 다음 그 예비성형품을 확장된 용기로 성형 및 확장시킨다.

충격 압출은, 금속이 실제로 유동하게 되는 소성 상태에서 변형되게 하는 힘으로 금속 블랭크에 충격을 가하는 공정이다. 충격 압출은, 중공형 코어를 구비하며 비교적 살 두께가 작은 금속 제품을 제작하는 데에 사용되는 특수한 형태의 냉간 성형 공정이다. 충격 압출 공정은 금속 블랭크를 기계식 혹은 유압식 프레스 상에 위치하는 다이 내에 위치시키는 것으로 시작한다. 프레스력에 의해 다이 내로 구동되는 펀치가 금속 블랭크가 전방 이동 방식(다이 내로)또는 후방 이동 방식(펀치 주위)으로 또는 이들 양 방식으로 다이 형상과 펀치 주위로 유동(압출)하도록 한다. 후방 이동 압출에서, 슬러그 금속이 슬러그로부터 후방으로 유동하여 개방 단부와 폐쇄 단부를 구비하는 박육 튜브의 측벽들을 형성하게 된다. 측벽을 형성한 후, 슬러그의 나머지 부분들이 튜브의 폐쇄 단부를 형성하고, 펀치가 개방 단부를 통해 분리된다. 충격 압출된 튜브는 필기구의 하우징 등과 같은 포장 분야에 사용될 수 있다. 최근에는, 그러한 용기들이 확장-형 용기용 프리폼으로도 사용되고 있다.

US2904173호는 금속 빌렛의 충격 압출용 플런저와 다이를 개시하고 있다.

US3,263,468호는 최종적으로 얻어지는 튜브의 내경이 튜브가 압출되는 맨드럴의 직경보다 크고, 관상 벽의 두께가 비교적 균일한 압출 튜브를 빌렛으로부터 제작하는 방법 및 장치를 개시하고 있다. 금속의 유동은, 금속이 맨드럴로부터 다이 표면에 대해 바깥쪽으로 멀어지게 압출(유동)되도록 조절된다. 이에 의해서 맨드럴 직경보다 내경이 더 큰 튜브가 형성되게 된다. 압출된 튜브의 내경이 맨드럴의 직경보다 크다는 사실로 인해, 튜브가 맨드럴 위에 들러붙지 않아서 매우 신속하면서도 쉽게 튜브를 분리할 수 있게 된다.

US5,611,454호, US5,377,518호 및 US5,570,806호는 평탄하게 밀폐된 단부 벽과 그 밀폐된 단부 위에 일체로 관상으로 형성되어 있는 돌출부를 구비하는 원통형의 밀폐된-단부 금속 튜브를 압출 성형하는 장치를 개시하고 있다. 이 장치는 소망하는 튜브의 말단 단부 부분에 대응하는 구성으로 된 리세스를 구비하는 다이를 포함하고, 소망하는 돌출부에 대응하는 캐비티를 포함한다. 이 장치는 펀치를 추가로 포함한다. 펀치는 다이 내에 수용될 수 있으며, 다이의 종방향 축과 직교하는 평면에 대해 약 10도 사이의 각도로 바깥쪽으로 각을 이루며 연장하는 둘레 부분을 구비하는 단부 벽을 포함한다. 이 장치는 압출 가능한 금속 디스크를 다이 내의 리세스 내에 놓고, 디스크 전방으로부터 금속을 캐비티 내로 압출하기에 충분한 힘으로 펀치를 리세스 내로 전진시키고 또한 소망하는 튜브를 형성하기 위해 펀치와 다이 사이에서 뒤로 후퇴시킴으로써 조작된다.

위에서 설명한 모든 방법과 장치는 밀폐된 단부와 벽 두께가 일정한 관상 벽을 구비하는 중공형 튜브를 생산한다. 이러한 중공형 튜브는 팽창형 금속 용기를 제조하기 위한 유동 압력 성형 공정에서 예비성형품(preform)으로 사용될 수 있다. 그러나, 관상 벽의 벽 두께가 일정하면, 밀폐된 단부와 측벽의 연접부에서의 방향 및 일반적으로 또한 두께의 변화와 같이 확장 성형하는 중에 많은 문제점을 야기하게 된다.

확장된 금속 용기의 성형 공정은, 드로잉 또는 압출, 네킹(necking), 롤링, 아이어닝, 유압 몰딩, 스레딩(threading) 같은 하나 이상의 가공 단계를 포함할 수 있다.

확장 성형(expansion shaping) 중 하나의 타입은 US7,107,804호에 기재되어 있는 압력 램 성형 공정(pressure ram forming)으로 알려져 있는 유압 몰딩 공정(fluid pressure molding method)이다. 이 공정에서, 규정된 형상과 치수의 금속 용기가 내부에 가해지는 유압과 램의 병진 이동에 의해 형성된다. 밀폐된 단부를 구비하는 중공형 금속 예비성형품을, 확장된 용기의 형상과 측방향 치수를 획정하는 다이 벽으로 둘러싸여 있는 다이 캐비티 내에 놓는다. 다이 캐비티의 일 단부에 위치하는 램이 캐비티 내로 이동할 수 있다. 예비성형품은 초기에는다이 벽으로부터 안쪽으로 떨어져 있다. 내부 유압을 받으면, 예비성형품이 바깥쪽으로 팽창하여 다이 벽과 거의 완전하게 접촉하게 된다. 이것이 예비성형품 상에 다이 캐비디의 소정의 형상과 측방향 치수를 부여하게 된다. 예비성형품이 확장하기 시작한 후 다만 확장이 완전하게 이루어지기 전에, 램이 캐비티 내로 병진 이동하여, 내부 유압에 의해 가해지는 힘의 방향과 반대되는 방향으로 예비성형품의 밀폐된 단부를 변위시킨다. 이렇게 램이 병진 이동함으로써 램이 예비성형품의 밀폐된 단부에 안쪽으로 돔을 형성하게 된다. 용기 내에 형성되는 소정의 형상은 목부, 상기 목부보다 측방향 치수가 큰 바디부 및 오목하며 안쪽으로 돔형인 바닥을 포함하는 병 모양일 수 있다. 램에 의해 형성된 오목한 용기 바닥은 용기에 내압 능력을 추가로 부여하는데, 이는 용기 특히 바닥 단부에 원치 않는 변형이 발생하지 않으면서 더 높은 내압을 견딜 수 있게 하기 때문이다.

용기가 확장된 후, 테이퍼진 목부에 개방 단부가 성형될 수 있으며, 용기 상단부(예컨대 취출 또는 분무 밸브 또는 밀폐 캡)에 마개가 부착된다.

유압 성형 공정으로 제작되는 성형, 확장된 금속 용기는 확장 가능한 예비성형품을 필요로 한다. 압력 성형 공정에 사용되는 통상적인 확장 가능한 예비성형품은 일반적으로 밀폐된 단부와 그 밀폐된 단부로부터 연장하는 관상 벽을 포함한다.

전술한 바와 같이, 충격 압출된 통상적인 예비성형품의 관상 벽은 밀폐된 단부에서부터 시작하여 벽 두께가 거의 일정하다. 재료 두께의 차이로 인해 밀폐된 단부의 벽 두께는 종종 관상 벽보다 두껍고, 관상 벽의 굽힘 저항(bending resistance)은 일반적으로 밀폐된 단부보다 매우 작다. 예비성형품을 압력 확장하는 중에, 측벽은 반경방향 바깥쪽으로 확장한다. 램을 포함하는 바닥 성형 공정에서, 예비성형품의 밀폐된 단부가 축 방향에서 위쪽으로 변경되지만, 반경 방향 바깥쪽으로는 변경되지 않아 직경이 감소하게 된다. 이에 따라, 예비성형품의 밀폐된 단부가 압력 램 성형 공정에서 램에 의해 돔형으로 될 때, 측벽의 하단부가 한쪽으로 롤링되어 현재 돔형(오목한) 바닥 단부와 용기의 확장된 측벽 사이를 연결하는 롤-인 림(rolled-in rim) 섹션을 형성하게 된다. 원주 방향의 림 섹션은 측벽과 병합되어 용기를 지지하기 위한 고리모양의 베이스를 형성한다. 바닥 섹션에 비해 림 섹션의 벽 두께가 작고, 림 섹션에서의 굽힘 응력이 증가하는 효과가 조합되어서, 림 섹션에 고리모양의 취약 영역을 발생시키게 된다. 이는, 용기를 가압할 때에 이 영역에 용기 파손이 일어나게 할 수 있다. 특히 이러한 방법을 사용하여 에어로졸 용기를 제작하는 것은 도전이 될 수 있는데, 이는 에어로졸 용기 내의 내압이 탄산음료 용기의 내압보다 커서, 림 섹션에 과도한 응력이 걸릴 수 있으며, 이에 따라 롤-인 림에서 용기 파손이 시작될 수 있다.

내압을 견디게 의도되는 성형된 패키징 용기들은 일반적으로 상대적으로 두꺼운 용기 바닥, 또는 안쪽으로 돔형인 바닥, 또는 이들 모두를 필요로 하게 된다. 안쪽으로 돔형으로 된 바닥 단부는 내압 용기로 가장 널리 사용되는 형상인데, 이는 편평한 바닥의 용기에 비해 돔형 섹션의 두께를 더 작게 할 수 있으며, 이에 따라 돔형 바닥을 구비하는 용기를 더 경제적으로 제작할 수 있기 때문이다. 용기를 성형하는 중에, 돔형 바닥과 확장된 용기의 림 섹션으로 변형되는 예비성형품의 부분들은 굽힘 응력 및/또는 확장 응력을 받게 된다. 또한, 최종적으로 성형 및 확장된 용기에서, 림 섹션은 용기를 가압할 때에 추가의 굽힘 응력을 받게 된다. 이들 각각의 형상과 가압하는 중에 이들에 가해지는 힘의 방향으로 인해, 돔형 바닥은 롤-인 림 섹션보다 더 큰 굽힘 저항을 받게 된다. 용기를 과도하게 가압하면 돔형 섹션 사에서 바깥쪽을 향하는 힘을 발생시키며, 림 섹션에서 일단 용기의 압력 저항 한도가 초과되면, 림 섹션의 언-롤링을 야기하게 된다.

탄산음료 용기를 압력 시험하는 중에, 용기의 높이를 모니터링 하였다. 내압 시험을 성공적으로 통과하기 위해서는, 압력을 받을 때 용기 높이가 증가해서는 안 된다. 용기 바닥의 기하학적 형상으로 인해, 압력이 증가할 때 용기의 변형은 일반적으로 압력 램 성형 공정 중에 발생되는 것과는 반대 순서로 림 섹션의 언 롤링이 먼저 시작된다. 먼저, 돔형 바닥과 림의 피크 사이에서 한쪽으로 연장하는 림 섹션의 내부 하프가 언롤링되고, 이어서 일반적으로 림 섹션에서 또는 림 섹션 근방에서 돔형 바닥의 평탄화가 일어나다. 이 현상은 바닥이 안쪽으로 돔형인 형상뿐만 아니라 바닥의 두꺼운 두께로 설명될 수 있다. 이에 따라, 장착 내압이 바로 용기 벽을 파손시키지는 않더라도, 용기 바닥에 가해지는 압력이 림 섹션의 롤링 아웃을 야기할 수 있고, 이는 궁극적으로 용기의 높이를 증가시키게 된다. 결과적으로, 시험 압력이 용기가 파손되는 상황에 이르게 하지는 않더라도, 용기 높이가 증가함으로 인해 용기가 압력 시험을 통과하지 못하게 될 수 있다.

용기의 내압 성능과 형상 안정성을 증가시키기 위해 측벽 두께가 두꺼운 예비성형품이 사용될 수 있지만, 이렇게 두께가 두꺼운 측벽의 변형성(deformability)이 전반적으로 상당히 낮아져서 예비성형품이 유압 성형 공정에서 성형 및 확장되기에는 적당하지 않을 수 있다. 또한, 사용되는 재료의 양이 증가함에 따라 용기가 비경제적으로 되고 구매자에게 외면될 수 있다.

충격 압출로 제작되는 예비성형품에서, 반경 방향으로 확장하는 중에 발생하는 약간의 박육화(thinning)를 감안하여, 관상 벽은 소망하는 최종 용기 측벽 두께에 근접하는 두께로 압출될 수 있다. 그러나, 밀폐된 단부는 일반적으로 측벽보다 두껍다. 이는 측벽 확장과 밀폐된 단부 변형 중에 관상 벽과 밀폐된 단부의 연결부에서 응력 포인트가 일어나게 한다. 또한, 최종 성형된 용기의 외경이 더 크고, 두께가 상당히 다르며, 이와 관련하여 예비성형품의 밀폐된 바닥 단부의 굽힘 저항이 커짐으로 인해, 바닥 단부가 예비성형품의 돔 형성 부분으로 되고, 관상 벽의 바닥 단부가 안쪽으로 롤링되어 용기의 림 섹션을 형성하게 된다. 림 형성 섹션은 밀폐되어 있고 돔형인 바닥 단부의 반경방향 외각 가장자리와 돔형 바닥의 외각 가장자리보다 큰 직경을 구비하는 확장된 측벽 사이의 반경방향 공간을 가교한다. 이에 따라 최종적으로 확장 성형된 용기에서 림 섹션은 초기에는 예비성형품의 관상 벽의 통합 부분이었던 림 형성 부분에 의해 형성된다. 이에 따라, 예비성형품에서 관사아 벽의 림 형성 부분으로부터 유래하는 확장된 용기의 림 부분이 특정 두께를 구비하는 경우, 확장된 용기에서 림 섹션을 형성하기 위해서는 관상 벽 전체가 충분한 두께를 가질 필요가 있게 된다. 그러나, 이는 확장 성형된 용기에서의 측벽이 림 섹션과 동일한 두께로 되어, 전술한 경제적 단점과 관련된 성형 문제를 야기하게 된다.

충격 압출된 제품에서 유래될 때, 충격 압출되는 측벽의 두께가 선택된 영역에서 감소되어야 한다면, 측벽 두께가 가변인 예비성형품은 현재 충격 압출 공정 외에도, 별개의 공정 예컨대 아이어닝 또는 롤링 금속 가공 공정들을 사용해야 한다.

본 발명의 목적은 종래 기술에서 발견되는 적어도 하나의 문제점들을 해결하고자 하는 것이다. 특히, 본 발명의 일 목적은 측벽 두께가 가변인 예비성형품을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 그러한 예비성형품을 제작하기 위한 단일 조작의 충격 압출 방법 및 그러한 방법을 수행하기 위한 툴링을 제공하는 것이다.

제1 측면에서, 본 발명은 밀폐된 바닥 단부와 예비성형품의 길이 방향 축을 획정하며 벽 두께가 다른 부분들을 구비하는 관상 벽을 포함하는 중공형 예비성형품을 충격 압출하는 방법을 제공한다. 이 방법은 금속을 가소화 하고 전이 벽 두께로 축 방향으로 전진하는 관상 벽을 형성하기 위해 가소화된 금속을 리다이렉팅 하기 위해 금속 빌렛에 충격을 가하는(impacting) 단계; 및 측벽 두께가 감소된 측벽 부분을 형성하기 위해 압출 포인트를 지난 전방 부분을 압출함으로써 축 방향으로 전진하는 벽의 전방 부분을 아이어닝하는 단계를 포함한다. 아이어닝 단계는, 전이 벽(transition wall) 두께보다 작은 측벽 부분을 형성하기 위해 압출 포인트를 지난 전방 부분을 밀어냄으로써 반경 방향으로 내면 상에서 전진하는 관상 벽을 아이어닝 하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 밀폐된 단부와 관상 벽을 형성하기 위해, 빌렛의 일부가 남아 있을 때 충격을 가하는 공정이 정지된다. 진행하는 벽을 아이어닝함으로써, 바닥 단부, 감소된 벽 두께의 측벽 부분 및 바닥 단부와 측벽 부분 사이에서 연장하며 전이 벽 두께를 구비하는 전이 벽 부분을 포함하는 예비성형품이 형성된다.

일 실시형태에서, 바닥 단부와 전이 벽 부분을 형성하기 위해 금속 빌렛이 전방 압출 포인트를 지나 압출된다. 다른 실시형태에서, 바닥 단부를 형성하기 위해, 바닥 벽 두께가 전이 벽 두께보다 크게 빌렛이 감소되었을 때, 충격 압출 공정이 정지된다. 다른 실시형태에서, 바닥 단부를 형성하기 위해, 바닥 벽 두께가 전이 벽 두께와 동일하거나 그 보다 작게 되게 빌렛이 감소될 때, 충격 압출 공정이 정지된다.

또 다른 실시형태에서, 진행하는 벽이 축 방향으로 약 5mm 내지 약 15mm, 약 6mm 내지 약 10mm, 약 7mm 내지 약 9mm, 약 9mm 또는 약 7mm 전진한 후에 제1 측벽 부분의 아이어닝이 시작된다.

제2 측면에서, 본 발명은 압출 다이 내로 삽입하기 위한 충격 압출 펀치를 제공한다. 이 펀치는 중심축을 구비하는 바디, 축 방향 전방의 충격 단부 및 프레스에 부착하기 위한 축 방향 후방의 피구동 단부를 구비한다. 충격 단부는 압출 대상인 금속 빌렛에 충격을 가하기 위한 충격면 및 충격면에 의해 변위되는 재료를 리다이렉트하기 위해 충격 단부로부터 후방에 있는 전이 영역을 포함한다. 이 펀치는 전이 영역을 지나 압출되는 재료를 아이어닝하기 위한 후방 압출 포인트를 추가로 포함하며, 이 후방 압출 포인트는 전이 영역의 후방 단부에 인접하고 있다.

일 실시형태에서, 충격 압출 펀치는 충격면의 둘레 쇼울더로 형성되는 전방 압출 포인트를 추가로 포함한다. 이 실시형태에서, 전이 영역은 둘레 쇼울더로부터 후방으로 연장하는 랜드 부분을 형성한다.

추가 실시형태에서, 랜드 부분은 둘레 쇼울더에서보다 후방 단부에서 축에 더 가까이 위치한다.

다른 실시형태에서, 랜드 부분의 축 방향 폭은 축으로부터 랜드 부분의 간격의 약 3% 내지 약 40%와 동일하다.

또 다른 실시형태에서, 후방 압출 포인트는 전이 영역을 지나 압출되는 재료를 아이어닝하기 위한 압출 쇼울더를 포함한다. 그 압출 쇼울더는 전이 영역보다 축으로부터 더 멀리 이격되어 있다. 또 다른 실시형태에서, 전이 영역은 펀치의 중심축에 대해 약 10도 내지 약 40도의 각도로 연장한다.

제3 측면에서, 본 발명은 바닥, 림 및 측벽을 구비하는 확장 성형된 용기를 제작하기 위한 충격 압출된 중공형 예비성형품을 제공한다. 본 발명의 예비성형품은 밀폐된 단부 및 예비성형품의 길이 방향 축을 획정하는 관상 벽을 구비한다. 밀폐된 단부는 바닥 벽 두께를 구비하는 바닥 형성 부분을 구비하고, 관상 벽은 측벽 두께를 구비하는 측벽 형성 부분을 구비한다. 또한, 예비성형품은 바닥 및 측벽 형성 부분 중간에 위치하는 림 형성 부분을 구비한다. 림 형성 부분은 전이 벽 두께를 구비하며 바닥 형성 부분과 이웃하여 위치하는 전이 벽을 포함한다. 전이 벽 두께는 측벽 두께보다 크다.

일 실시형태에서, 전이 벽 두께는 바닥 벽 두께보다 작다.

다른 실시형태에서, 전이 벽 두께가 바닥 벽 두께보다 크다.

다른 실시형태에서, 전이 벽 두께는 바닥 벽 두께와 거의 동일하다.

또 다른 실시형태에서, 림 형성 부분의 원주 방향으로의 두께가 일정하거나 가변이고, 평균 전이 벽 두께는 측벽 형성 부분의 두께보다 크다.

중공형 예비성형품의 또 다른 실시형태에서, 바닥 벽 두께가 전이 벽 두께보다 크고, 측벽 두께는 전이 벽 두께보다 작다. 전이 벽 두께는 측벽 두께의 최대 2배일 수 있다. 림 형성 부분 내의 전이 벽은 밀폐된 단부의 일부이거나, 관상 벽의 일부이거나 또는 밀폐된 단부와 관상 벽 양자의 일부일 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 전이 벽은 관상 벽의 일부이고, 중심축으로부터 전이 벽의 간격의 약 5% 내지 약 55%의 폭으로 밀폐된 단부에서부터 연장한다. 예비성형품의 또 다른 실시형태에서, 폭은 약 15% 내지 약 25%, 또는 약 20%이다.

이하에서 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 예시적인 실시형태들을 상세하게 설명한다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 통상적인 충격 압출 공정에서의 다른 단계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 통상적인 금속 용기를 도시하고 있다.
도 3a는 본 발명에 따른 예시적인 확장 가능한 예비성형품의 축 방향 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 예시적인 확장 가능한 예비성형품의 변형예의 축 방향 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 또 다른 예시적인 확장 가능한 예비성형품의 축 방향 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 추가의 예시적인 확장 가능한 예비성형품의 축 방향 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 예시적인 확장 가능한 예비성형품의 축 방향 단면도이다.
도 7a는 압력 램 성형 공정을 사용하여 도 3의 예비성형품으로부터 제작된 용기의 축 방향 개략 단면도이다.
도 7b는 도 7a의 용기의 변형예의 축 방향 개략 단면도이다.
도 8은 압력 램 성형 공정을 사용하여 도 4의 예비성형품으로부터 제작된 용기의 축 방향 개략 단면도이다.
도 9는 압력 램 성형 공정을 사용하여 도 5의 예비성형품으로부터 제작된 용기의 축 방향 개략 단면도이다.
도 10은 압력 램 성형 공정을 사용하여 도 6의 예비성형품으로부터 제작된 용기의 축 방향 개략 단면도이다.
도 11은 센터링 구조가 폐쇄 단부의 외부 표면 내에 통합되어 있는 확장 가능형 예비성형품의 축 방향 단면도이다.
도 12는 변형된 센터링 구조를 구비하는, 도 11에 따른 확장 가능형 예비성형품의 축 방향 단면도이다.
도 13은 도 3에 도시되어 있는 예비성형품을 충격 압출하는 데에 유용한, 본 발명에 따른 충격 압출 펀치의 정면 사시도이다.
도 14는 도 13의 압출 펀치의 측면도이다.
도 15는 도 13의 압출 펀치의 정면도이다.
도 16은 도 13의 압출 펀치의 축 방향 단면도이다.
도 17은 도 16에 도시되어 있는 압출 펀치의 제1 및 후방 압출 포인트의 상세 단면도이다.
도 18은 도 4에 도시되어 있는 예비성형품을 충격 압출하는 데에 유용한 도 13의 압출 펀치의 제1 변형예의 측면도이다.
도 19는 도 18에 도시되어 있는 압출 펀치의 제1 변형예의 제1, 제2 및 제3 압출 포인트의 상세 단면도이다.
도 20은 도 5에 도시되어 있는 예비성형품을 충격 압출하는 데에 유용한 압출 펀치의 제2 변형예의 측면도이다.
도 21은 리브형 림 성형 부분을 구비하는 그리고 리브형 림 성형 부분을 구비하지 않는 예비성형품으로부터 제작된 확장형 용기의 내압 성능을 비교하는 그래프이다.

본 개시는 확장된 형상의 금속 용기를 제작하기 위한 확장 가능한 중공형 금속 예비성형품과 그 예비성형품을 제조하는 방법과 툴링에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 유압 성형 공정 바람직하기로는 압력 램 성형 공정에 사용하기 위한 충격 압출된 금속 예비성형품에 관한 것이다. 본 개시는 충격 압출된 예비성형품을 제조하기 위한 충격 압출 방법과 그러한 방법에 사용되는 툴링에도 관한 것이다.

본 명세서에서, 충격 압출 공정(impact extruding)이란 용어는 충격력을 사용하여 금속을 가소화하여 변형(plasticizing and deforming)시키는 공정을 나타낸다. 본 명세서에 사용되고 있는 충격 압출 공정은, 금속이 가소화되고 충격력에 의해 충격 지점으로부터 멀어지게 유동하도록 압박하는 힘으로 금속에 충격을 가하는 것을 포함한다.

본 명세서에서 사용되고 있는 충격 압출(impact extrusion)이란 용어는 금속 블랭크 또는 빌렛이 다이 내에서 펀치에 의해 금속이 펀치와 다이 사이에서 가소화되어 유동할 수 있게 하는 충분한 힘의 충격을 받는 금속 냉간 성형 공정을 나타낸다. 펀치와 다이 사이에서 금속 유동의 제어는 펀치와 다이 사이의 공간을 국소화된 수축부(constriction)를 사용하는 것을 포함한다. 수축부의 예시는 압출 포인트 또는 압출 견부이다. 그러나, 본 발명의 기본 형태에서는 본 발명에 따라 아이어닝 단계 전에 블랭크의 금속을 충격 가소화하고 금속을 충격 펀치 주위로 유동시키는 단계를 포함하는 본 발명의 기본적인 충격 압출 공정에 수축부의 사용이 필수적인 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되고 있는 아이어닝(ironing)이란 용어는, 금속 층 또는 벽이 압출 포인트 또는 압출 견부와 같은 수축부를 지나도록 강제하는 충격 압출 공정 중에 다이와 펀치 사이를 지나가는 금속 층 또는 벽을 얇게 만드는(thinning, 박육화) 하는 공정으로 규정된다.

본 명세서에서 사용되고 있는 압출 포인트 및 압출 쇼울더(extrusion shoulder)는, 펀치와 다이 벽 사이에 수축부를 생성시키는, 펀치 위의 원주방향 돌출부를 가리킨다. 압출 포인트는 리지(ridge) 형태일 수 있는데, 예를 들어 단면이 원형인 펀치 내의 고리모양 리지일 수 있다.

시트 금속의 아이어닝 공정은 딥 드로잉 공정에 통합되거나 혹은 별도로 수행될 수 있다. 딥 드로잉 공정에서, 펀치와 다이가 워크피스의 외부 혹은 워크피스의 반경방향 외각 벽에 작용하는 수축부를 통해 파트를 밀어내어 전체 벽 두께를 어느 정도의 두께로 감소시킨다. 본 명세서에서 사용되고 있는 내부 아이어닝(interior ironing)은, 공지의 공정에서와 같이 벽의 외부가 아닌, 벽의 반경방향 내부 면 상을 아이어닝하여 관상 벽의 반경방향 내경부를 증가시키는 공정으로 규정된다. 또한, 본 발명에 따르면 내부 아이어닝은, 딥 드로잉에서와 같이 별개의 제조 공정으로 수행되기 보다는 충격 압출 조작이 이루어지는 중에 그 일부로 수행된다.

도시되어 있는 예시적인 예비성형품들은 일반적으로 원통형으로 단면이 원형이지만, 본 발명은 다른 임의의 단면 형상의 관상 예비성형품에도 동일하게 적용된다. 예를 들어 타원형 또는 멀티-사이드 단면과 같이 규칙적인 단면 혹은 불규칙적인 단면에도 적용될 수 있다.

통상적인 충격 압출(Conventional Impact Extrusion)

도 1a 내지 도 1c를 참고하여, 통상적인 충격 압출 공정의 주요 단계들과 통상적인 충격 압출 공정의 주요 툴링 구성품들에 대해 논의한다. 도 2를 참고하여 바닥 단부가 돔 형태인 표준 음료 용기에 대해 논의한다. 본 발명에 따른 예시적 예비성형품들에 대해서는 도 3 내지 도 6을 참고하여 논의한다. 압력 램 성형 공정에 사용하기 위한 센터링 구조가 부가되어 있는 예시적 예비성형품에 대해서는 도 11 및 도 12를 참고하여 논의한다. 관상 벽 두께가 가변인 예비성형품을 제조하는 데에 사용되는 예시적 툴링이 도 13 내지 도 20에 도시되어 있다. 도 3 내지 도 6의 예비성형품으로부터 제작된 최종적으로 확장된 용기들이 도 7 내지 도 10에 도시되어 있다.

도 1a 내지 도 1c에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 통상적인 충격 압출 시스템의 기본 구성(set up)은, 압출 대상이 되는 중공형 예비성형품의 외형을 생성하는 데에 필요한 형상과 크기의 압출 캐비티(14)를 획정하는 내벽(12)을 구비하는 압출 다이(10)와, 압출 캐비티(14) 내로 삽입되어 압출 캐비티(14) 내에 수용되어 있는 금속 빌렛(30)에 충격을 가하는 압출 펀치(20), 및 압출된 예비성형품(50)을 취출하기 위한 이젝터(40)를 포함한다. 압출 펀치(20)는 축(23), 축 방향 전방 충격 단부(21), (도시되어 있지 않은) 램에 부착되는 축 방향 후방 피구동 단부(25)를 구비한다. 도 1a에 도시되어 있는 바와 같은 공정의 제1 단계에서, 펀치(20)와 이젝터(40) 모두가 각각의 후퇴 위치에 있는 중에, 금속 바람직하기로는 알루미늄 합금의 슬러그 또는 빌렛(30)이 다이 캐비티(14)의 바닥면(16) 위에 얹어진다. 빌렛(30)은 예를 들어 막대 형상의 재료를 슬라이스로 블랭킹 혹은 절단하여 제조된 슬러그이거나 혹은 압연 상태의 판상 재료를 블랭킹 혹은 절단하여 제조된 슬러그일 수 있다. 도 1b에 도시되어 있는 압출 단계에서, 펀치(20)가 강제적으로 빌렛(30) 위에 접촉하여 빌렛(30)을 이루고 있는 금속이 가소화되어 펀치(20)의 벽 주위에서 위쪽으로 리버스 압출되어 유동함으로써 펀치(20) 주위의 압출 캐비티(14)를 충전하여 유동하는 재료가 도 7에 도시되어 있는 예비성형품(50)을 형성하게 된다. 하향 행정이 종료된 후, 펀치(20)가 위쪽으로 후퇴되어 예비성형품(50)을 취출하게 된다. 도 1c에 도시되어 있는 취출 단계에서, 압출된 예비성형품(50)이 이젝터(40)가 전진함에 따라 다이(10)로부터 취출된다. 그런 다음, 예비성형품이 예컨대 US 7,107,804호에 개시되어 있는 바와 같은 압력 램 성형 공정에서 추가로 변형될 수 있다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 통상적인 음료 용기(500) 특히 탄산화 때문에 가압되어 있는 음료용 용기는 측벽(510), 돔형 바닥(520)을 구비하는 바닥 단부(513) 및 위에 용기가 지지되고 있는 림(550)을 포함한다. 돔형 바닥(520)과 림(550)은 시트 계열 재료를 딥 드로잉하거나 또는 예컨대 US 7,107,804호의 통상적인 압력 램 성형 공정에서 원통형 예비성형품을 압력 확장시켜 제작될 수 있다. 이 통상적인 압력 램 성형 공정에서, 돔형 바닥(520)과 림(550)은 램(설명되어 있지 않음)이 전진하는 동안에 형성된다. 램이 전진함에 따라 예비성형품의 밀폐된 바닥 단부가 안쪽으로 변형(도밍(doming))하고, 측벽(510)의 바닥 단부를 안쪽으로 롤링시키게 된다. 압력 램 성형 공정은 통상의 기술자에게 잘 알려져 있기 때문에 여기서 더 상세하게 설명할 필요는 없을 것으로 생각된다.

확장 가능한 예비성형품(Expandable Preform)

도 3 내지 도 5에 도시되어 있듯이, 본 명세서에 따른 예시적 예비성형품(100)은 밀폐된 바닥, 림 및 측벽을 구비하는 확장형 금속 용기를 제작하는 데에 사용하기 위해 의도된 것이다. 이 예비성형품은 관상 벽(110), 종축(123) 및 밀폐된 단부(120)를 포함한다. 관상 벽(110)은 최종 확장된 용기에서 측벽을 형성하게 되는 측벽 형성 부분(111)을 포함한다. 밀폐된 단부(120)는 최종 확장된 용기의 바닥을 형성하게 되는 바닥 형성 부분(121)을 포함한다. 예비성형품(100)은 예비성형품(도 7a 내지 도 10 참조)으로부터 제작되는 확장된 용기의 압력 램 성형 공정 중에 롤-인되는 림 형성 부분(131)을 추가로 포함한다. 림 형성 부분(131)은 도 3a에 도시되어 있는 바와 같이 림 형성 부분(131) 전체에 걸쳐 연장하거나 또는 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이 림 형성 부분(131)의 많은 부분에 걸쳐서만 연장할 수 있는 전이 벽(130)을 포함하는데, 후자의 경우 림 형성 부분(131)은 관상 벽(110)의 하단부(113)와 바닥 형성 부분(121)에 인접하는 전이 벽(130)을 포함한다(도 3b 참조). 바닥 형성 부분(121)은 바닥 벽 두께(122)를 구비하고, 측벽 형성 부분(111)은 측벽 두께(112)를 구비하며, 전이 벽(130)은 전이 벽 두께(132)를 구비한다. 도 3a의 예시적 실시형태에서, 측벽 두께(112)는 전이 벽 두께(132)보다 작고, 전이 벽 두께(132)는 바닥 벽 두께(122)보다 작다. 도시되어 있는 예시적 실시형태에서, 전이 벽(130)은 관상 벽(110)의 일부이고, 예비성형품의 밀폐된 단부(120)에 바로 인접하고 있다. 전이 벽(130)은 확장된 용기(180) 내에 롤-인 림(150) 전체를 발생시키기 위해 제공되어 있으며, 이에 대해서는 아래에서 도 7a를 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3a의 예비성형품을 사용하여 도 7a에 도시되어 있는 것과 같은 확장된 용기(180)가 만들어질 수 있으며, 예비성형품의 밀폐된 단부(120)가 압력 램 성형 공정에서 변형되어 용기(180)의 돔형 바닥 단부(184)를 형성할 때, 확장된 용기는 측벽(182)의 하단부(113)에서 벽 두께가 증가하게 된다. 전술한 바와 같이, 바닥 단부(120)가 램에 의해 볼록한 형상으로부터 오목한 형상으로 변형될 때, 관상 벽(110)의 하단부(113)에서 림 형성 부분(131)의 전이 벽(130)이 압력 램 성형 공정에서 안쪽으로 롤링되어, 확장된 용기(180)에서 곡선형 림(150)을 형성하게 된다(도 7a 참조).

전이 벽(130)의 벽 두께를 관상 벽(110)의 나머지 부분의 벽 두께보다 크게 성형함으로써, 일정한 측벽 두께의 관상 벽을 구비하는 예비성형품으로부터 제작되는 용기에 비해 롤-인 림(150)이 보강된다. 예비성형품(100)의 고리모양 부분의 형상에 전이 벽(130)을 제공함으로써, 압력 램 성형되고 확장 형태인 확장된 용기(180)가 예비성형품(100)으로부터 생산될 수 있다. 확장된 용기는 오목한 바닥 단부(184)에 인접하며 측벽(182)의 하단부(133)에 후육의 롤-인 림 부분(150)을 포함한다.

이는 두 가지 이점을 제공한다. 첫째, 후육의 롤-인 림은 압력 램 성형 공정이 이루어지는 동안에 받게 되는 굽힘 응력을 신뢰성 있게 견디기에 충분할 정도로 강해서, 용기 충전 및 가압 중에 롤-인 림에서 용기가 파손될 위험성을 상당히 감소시키게 된다. 둘째, 벽 두께가 부가됨으로 인해 후육의 롤-인 림 부분의 강성이 용기(180)를 충전 및 가압할 때 림(150)의 언롤링을 방지하기에 충분하게 된다. 이렇게 함으로써 용기를 탄산음료뿐만 아니라 에어로졸 충전용으로도 사용할 수 있다는 점에서, 이는 상당히 유리한 이점이 된다.

전이 벽(130)이 도 3a의 예비성형품(100) 내에서 림 형성 부분(131) 전체에 걸쳐 연장하게 제공되어서, 도 7a에 도시되어 있는 바와 같이 확장된 용기에서 완전한 롤-인 림(150)을 형성하게 된다. 이와는 다르게, 전이 벽(130)이 도 3b에 도시되어 있듯이 림 형성 부분(131)의 일부분에 걸쳐서만 연장하여서, 이러한 실시형태에서는 도 7b에 도시되어 있는 바와 같이, 확장된 용기(180)에서 롤-인 림(150)의 적어도 안쪽 부분(151)을 형성한다.

본 명세서에 따라 전이 벽(130)을 구비하는 예시적인 확장 가능한 예비성형품을 시험하는 동안에, 발명자들은 도 7a에서 설명한 것과는 달리, 최종적으로 확장된 용기(180) 내에 림(150) 전체를 형성하기 위해 예비성형품(100) 내에 축 방향으로 충분한 폭의 전이 벽(130)을 만들 필요가 없다는 것을 발견하였다. 시험 중에, 본 발명자들은, 최종적으로 확장된 용기(180)가 내압 한계를 초과하여 가압될 때, 돔형 바닥 단부(184)가 바깥쪽으로 힘을 받지만 초기에는 돔형 단부가 변형되지 않음을 발견하였다. 그 보다는, 림(150)에서 특히 돔형 바닥 단부(184)와 림의 최하단 지점 사이에 연장하는 림의 내부 하프(151)에서 변형이 시작된다. 놀랍게도, 본 발명자들은, 전이 벽이 바닥 형성 부분(121)에서부터 연장하는 한은 전이 벽이 림 형성 부분(131)의 적은 부분에 걸쳐서만 연장하더라도 최종적으로 확장된 용기의 압력 저항이 개선된다는 것을 알게 되었다. 이는 그러한 전이 벽이 림의 내부 하프를 보강하게 되기 때문이다. 또한 놀랍게도, 본 발명자들은 전이 벽(130)이 예비성형품에서 축 방향으로 충분한 폭으로 최종적으로 확장된 용기 내의 림(150)의 적어도 내부 하프(151)에 걸쳐 연장하는 한은, 최종적으로 확장된 용기가 달성될 수 있고, 전이 벽을 림의 나머지 부분에 걸쳐 연장하게 확장(widening)시키면 전이 벽이 림의 내부 하프에 걸쳐 연장하는 초기에 달성된 것보다 더 낮은 압력 저항의 증가를 초래한다는 것을 알게 되었다. 이에 따라, 형상을 갖춘 용기(180)에서 림(150)이 예비성형품(100) 내의 림 형성 부분(131)으로부터 유래하기 때문에, 전이 벽(130)이 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이 적어도 림의 하프에 걸쳐 바람직하기로는 림 형성 부분(131)의 일부분에 걸쳐 바닥 형성 부분(121)으로부터 연장하는 예비성형품으로 압력 저항이 상당히 증가된 형상을 갖춘 용기가 얻어질 수 있다. 그러한 예비성형품은, 도 7b에 도시되어 있듯이, 림(150)의 전이 벽 두께(132)가 바닥 단부(184)로부터 적어도 림(150)의 피크를 지나는 확장된 용기(180)가 되게 된다. 이는, 롤-인 림(150)의 전이 벽 두께(132)가 림(150)의 내부 하프(151) 전체에 걸쳐 있다는 것을 의미한다. 림(150)의 내부 하프(151) 전체는 림을 롤-아웃하는 중에 우선적으로 변형되는 림의 부분이다.

다양한 크기의 압력 확장된 용기들을 제조하는 데에 크기가 다른 예비성형품들이 사용될 수 있다. 크기(size)라는 용어는 단면이 원형인 예비성형품의 직경과 단면이 원형이 아닌 예비성형품의 폭을 모두 아우른다. 그러나, 사용되는 재료의 확장 한계로 인해, 희망하는 모든 크기의 확장된 용기를 제조하는 데에 특정 크기의 예비성형품이 사용될 수는 없다. 사용되는 출발 예비성형품과 최종적으로 확장된 용기 사이의 크기의 상대적 차이는, 림의 내부 하프를 생성하는 데에 유용한 전이 벽 폭의 범위보다는 상대적으로 좁다.

단면이 원형으로 직경이 38mm인 예시적 예비성형품에서, 전이 벽(130)은 밀폐된 단부(120)에서부터 약 1mm 내지 15mm의 축 방향 폭으로 연장한다. 이는 예비성형품의 축(123)에서부터 전이 벽(130)의 간격의 약 5% 내지 약 80%이다. 확장된 용기들은 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이 예시적으로 38mm의 예비성형품(100)으로 전이 벽의 폭이 약 6mm 내지 약 10mm(축으로부터 간격의 약 30% 내지 약 53%)인 예비성형품부터 제작될 때, 압력 램 성형되기에 유리한 압력 저항이 관측되었다. 전이 벽(130)이 림 형성 부분(131)의 적어도 다수 부분에 걸쳐 연장하는 특히 약 7mm 내지 약 9mm의 폭(축으로부터 간격의 약 36% 내지 약 47%)에 걸쳐 연장하는 예비성형품으로부터 용기가 제작될 때, 최상의 압력 저항이 관측되었다. 직경이 36mm인 예시적 예비성형품을 사용하여, 전이 벽(130)의 축 방향 폭이 적어도 약 7mm(축으로부터 간격의 약 36%)인 경우, 용인 가능한 압력 저장을 구비하는 직경 46mm의 확장된 용기가 달성되었다. 직경이 38mm인 예시적 예비성형품을 사용하여, 전이 벽(130)의 축 방향 폭이 적어도 약 9mm(축으로부터 간격의 약 47%)인 경우, 용인 가능한 압력 저장을 구비하는 직경 48mm의 확장된 용기가 달성되었다. 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 각 예비성형품에서의 전이 벽의 축 방향 폭이 예비성형품의 축으로부터 전이 벽의 간격의 약 5% 내지 약 80%인 한은, 유리하기로는 약 30% 내지 약 53% 또는 약 36% 내지 약 47%인 한은, 용기의 직경이 예를 들어 53mm 또는 59mm로 또는 그 보다 더 큰 용기가 직경이 더 큰 예비성형품을 사용하여 제작될 수 있다.

금속 빌렛은 확장 가능한 용기용으로 적당하며 충격에 의해 가소화될 수 있는 임의의 금속으로 제작될 수 있다. 이러한 금속은 예를 들어 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 또는 8000 시리즈 예컨대 1000 시리즈 또는 1070, 1050, 1100 및 3207 같은 3000 시리즈 합금의 알루미늄 합금 뿐만 아니라 거의 순 알루미늄을 포함하는 알루미늄으로 제작될 수 있다.

압력 램 성형 공정 중에 우수한 결과를 얻기 위해, 전이 벽 두께(132)는 바닥 벽 두께(122)와 거의 동일한 것이 바람직하다.

림 형성 부분(131)의 원주방향 두께는 일정하거나 또는 원주방향으로 가변일 수 있다. 림 형성 부분에 더 두꺼운 그리고 더 얇은 패널들(도시되어 있지 않음)과 리브(도시되어 있지 않음) 중 하나를 제공함으로써 가변 두께가 달성될 수 있다. 이와 같이 원주방향으로 두께를 변화시킴으로써, 블로우 성형과 압력 램 성형 공정에 대해 여전히 예비성형품에 부가된 강도를 제공하고, 최종적으로 확장된 용기에 원주방향으로 두께가 고른 림 형성 부분이 있는 예비성형품으로부터 제작되는 확장된 용기에 필적할만한 압력 저항을 제공하는 림을 제공하면서도, 사용되는 재료의 양을 줄일 수 있게 된다.

도 3a 내지 도 6에 도시되어 있는 예시적 예비성형품들이 전형적인 원통형이기는 하지만, 본 발명은 이형 단면 또는 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 칠각형 또는 팔각형 같은 규칙적이거나 불규칙적인 형상의 단면을 구비하는 관상 예비성형품들도 포함한다. 단면이 원통형이 아닌 예비성형품은 사용되는 압출 다이와 압출 펀치의 형상과 크기에 의해서만 제한되게 된다. 그러나, 통상의 기술자라면 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 전술되어 있는 예시적 예비성형품 내에 포함되어 있는 측벽 구성들이 충격 압출에 의해 제작될 수 있는 임의의 기하학적 형상의 관상 예비성형품에 쉽게 포함될 수 있다.

도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 변형예의 예비성형품(101)에서, 관상 벽(110)은 다중 스텝(multiple step)을 구비하고 있다. 제1 변형예의 예비성형품(101)은 측벽 형성 부분(111), 밀폐된 단부(120) 및 림 형성 부분(131)을 포함한다. 림 형성 부분(131)은 전이 벽(130)을 포함하되, 전이 벽은 전이 벽(130)과 측벽 형성 부분(111) 사이에 위치하는 두꺼운 측벽 부분(140)뿐만 아니라 밀폐된 단부(120)와 바로 인접한다. 밀폐된 단부(120)는 바닥 벽 두께(122)를 구비하고, 전이 벽(130)은 전이 벽 두께(132)를 구비하며, 두꺼운 측벽 부분(140)은 증가된 측벽 두께(142)를 구비한다. 측벽 형성 부분(111)은 전이 벽 두께(132)보다 작고, 증가된 측벽 두께(142)보다 작은 측벽 두께(112)를 구비한다. 도시되어 있는 실시형태에서, 전이 벽(130)과 두꺼운 측벽 부분(140)은 관상 벽(110) 전반에 고리모양 부분들 형상으로 되어 있다. 확장된 용기를 형상화하기 위해 압력 램 성형 공정을 하는 중에 예비성형품(101)의 밀폐된 단부(120)가 변형될 때, 롤-인 림(150)의 적어도 내부 하프(151)를 생성시키면서 두꺼운 측벽 부분(140)이 림(150)의 나머지를 생성시키도록, 전이 벽(130)이 제공된다. 또는, 두꺼운 측벽 부분(140)이 확장된 용기(180)의 측벽(182) 안으로 연장할 수도 있다(도시되어 있지 않음).

제1 변형예의 예비성형품(101)의 밀폐된 단부(120)가 돔형이고, 압력 램 성형 공정 중에 림 형성 부분(131)이 안쪽으로 롤링되면, 확장된 용기(180)에서 곡선형 림(150)이 형성된다(도 8). 확장된 용기의 롤-인 림(150)의 내부 하프를 형성하도록 제1 변형예의 예비성형품(101)에 전이 벽(130)이 제공된다. 전이 벽(130)의 벽 두께를 측벽(110)의 나머지 부분의 벽 두께보다 크게 함으로써, 측벽 두께가 일정한 예비성형품으로부터 제작된 용기에 비해 롤-인 림(150)이 보강되게 된다. 제1 변형예의 예비성형품(101)에 두꺼운 측벽 부분(140)을 제공함으로써, 제1 변형예의 예비성형품(101)으로부터, 전이 벽(130)에서 유래하며 오목한 바닥 단부(184)에 인접하는 롤-인 림 부분(150)의 두꺼운 내부 하프(151) 및 두꺼운 측벽 부분(140)으로부터 유래하며 내부 하프(151)와 측벽의 나머지 부분(182) 사이에 위치하는 두꺼운 외부 하프(152)를 포함하는 압력 램 성형된 용기를 생산할 수 있다. 이는 많은 이점들을 제공하게 된다. 첫째, 두꺼운 롤-인 림(150)은 압력 램 성형 공정 중에 받게 되는 굽힘 응력들을 신뢰성 있게 견딜 정도로 충분히 보강되어서 용기 충전 및 가압 중에 롤-인 림에서 용기가 파손될 위험이 상당히 감소하게 된다. 둘째, 벽 두께가 부가됨으로 인해, 롤-인 림(150)의 두꺼운 내부 하프(151)가 충분한 강성을 보유하여, 용기의 충전 및 가압 중에 언롤링을 방지하고 용기가 탄산음료뿐만 아니라 에어로졸 충전에서도 사용될 수 있다. 셋째, 두꺼운 외부 하프(152)가 단계별로 점진적으로 림(150)과 측벽(182)을 얇게 하여, 예비성형품을 예컨대 블로우 몰딩에 의해 확장 변형시킬 때에 림 형성 부분(131)과 측벽 형성 부분(111) 사이의 전이부에서 펑크 비율을 감소시키게 된다. 넷째, 고리모먕의 전이 벽(130)과 두꺼운 측벽 부분(140)에 의해 달성되는 최종적으로 확장된 용기(180) 측벽(182)의 단계별 점진적인 박육화는, 블로우 몰딩 공정이 진행되는 중에 제1 변형예의 예비성형품(101)의 확장 형상화를 더욱 세심하게 조절될 수 있게 하는데, 이는 측벽 두께의 단계별 점진적인 전이가 압력 확장 중에 밀폐된 단부(120) 위에서 더 중심에서 변형되기 하기 때문이다. 다섯째, 밀폐된 단부(120)로부터 측벽(110)의 점진적인 박육화에서 단계별 점진적 감소는 제1 변형예의 예비성형품(101)으로부터 성형된 확장된 용기(180)의 압력 유지 능력(pressure holding capacity)을 증가시킨다. 전이 벽(130)과 두꺼운 측벽 부분(140)의 제1 및 제2 고리모양 부분을 포함하는 제1 변형예의 예비성형품(101)의 섹션은 블로우 몰딩에 의해 확장되는 동안에 우산처럼 개방되어서 밀폐된 단부(120)가 예비성형품의 주축과 거의 직교하는 상태를 유지하게 된다.

두꺼운 측벽 형성 부분(140)은 전이 벽(130)에서부터 약 1mm 내지 약 5mm(예비성형품 직경의 약 3% 내지 약 15%)의 축 방향 폭으로 확장할 수 있다.

이 제1 변형예의 예비성형품(101)으로부터 제조된 압력 램 성형된 용기를 시험할 때 유리한 압력 저항이 관측되었는데, 특히 예비성형품의 직경이 36-38mm이고, 전이 벽(130)의 축 방향 폭이 약 6mm 내지 약 10mm이며, 두꺼운 측벽 형성 부분(140)의 축 방향 폭은 약 2mm 내지 약 4mm(약 6% 내지 약 12%)일 때 유리한 압력 저항이 관측되었다. 전이 벽의 축 방향 폭이 약 9mm이고, 두꺼운 측벽 형성 부분(140)의 축 방향 폭이 약 3mm(약 9%)인, 직경 38mm의 예비성형품으로부터 제작된 용기에서 최상의 압력 저항이 관측되었다. 전이 벽 두께(132)를 통해 압력 저항이 가장 효과적으로 조절되게 된다. 최종적으로 확장된 용기에서 개선된 압력 저항은, 전이 벽 두께(132)가 바닥 벽 두께(122)와 동일한 예비성형품에서 달성된다.

또한, 압력 램 성형 공정 중에 우수한 결과를 얻기 위해서는, 증가된 측벽 두께(142)가 측벽 두께(112)의 두 배인 것이 바람직하다. 생산된 예비성형품의 두께를 단계별 점진적으로 변화시키기 위해 혹은 예비성형품의 주축을 따라 측벽 두께를 증가 및 감소시키기 위해 측벽(110)에서 추가의 고리모양 부분이 부가될 수 있으며, 이들 두 가지 모두는 형상이 급격히 변화하는 형상을 블로우 몰딩하는 데에 유리할 수 있다. 각 고리모양 부분은 원주방향으로 두께가 변화해서 고리모양 부분에 또는 바닥 형성 부분(121)과 림 형성 부분(131)에 두껍고 얇은 패널(도시되어 있지 않음) 또는 리브(도시되어 있지 않음)를 제공하여서, 블로우 몰딩 및 압력 램 성형 공정을 위해 강도를 부가하고, 충진된 용기 제품에 압력 저항을 부가할 수 있게 된다. 아래의 표 1은 리브가 없는 예비성형품으로부터 제작된 용기에 대비하여 리브 형태의 림 형성 부분을 구비하는 예비성형품으로부터 제작된 최종 형상의 용기의 증가된 압력 저항을 보여주고 있다. 표 1의 압력 시험 데이터를 도 21의 그래프로 요약하였다. 표로부터 명확하게 알 수 있듯이, 림 형성 부분 및/또는 바닥 형성 부분에 리브를 제공함으로써 최종 확장된 용기에 큰 좌굴(buckling) 압력을 부여하여 궁극적으로 내압 능력이 높아지게 된다. 표 1에서, 딤플(dimple)이란 용어는 아래에서 도 11을 참고하여 자세하게 논의하고 있는 바와 같이 중심 리세스를 나타내며, 밸브(valve)라는 용어는 아래에서 도 16과 관련하여 설명되어 있는 축 방향 태핏 밸브를 가리킨다.

도 5에 도시되어 있는 제2 변형예의 예비성형품(102)에서, 바닥 형성 부분(121)과 전이 벽(130)은 모두가 밀폐된 단부(120)의 일부이며, 측벽 형성 부분(111)은 관상 벽(110)의 전장(length) 전체에 걸쳐 연장한다. 밀폐된 단부(120)는 바닥 벽 두께(122)를 구비하고, 전이 벽(130)은 전이 벽 두께(132)를 구비하며, 측벽 형성 부분(111)은 측벽 두께(112)를 구비한다. 측벽 형성 부분(111)의 측벽 두께(112)는 전이 벽 두께(132)보다 작다. 도시되어 있는 실시형태에서, 전이 벽(130)은 바닥 형성 부분(121)을 둘러싸는 고리모양 부분 형상으로 되어 있다. 예비성형품의 밀폐된 단부(120)가 압력 램 성형 공정에서 변형될 때, 확장된 용기(180)에서 측벽 부분(182)의 하단부(183)에서 두께가 증가된 롤-인 림(150)을 생성시키도록 전이 벽(130)이 제공되어 있다(도 9).

압력 램 성형 공정 중에 밀폐된 단부(120)가 돔형이고 림 형성 부분(131)이 안쪽으로 롤링되면, 확장된 용기(180)(도 9)에 곡선형 림(150)이 형성되며, 이는 용기가 바로설 수 있게 지지한다. 확장된 용기에서 롤-인 림(150)을 형성할 수 있도록, 제2 변형예의 예비성형품(102)에 전이 벽(130)이 제공되어 있다. 전이 벽(130)에 측벽 형성 부분(111)보다 더 두꺼운 벽 두께를 제공함으로써, 벽 두께가 일정한 예비성형품으로부터 제작된 용기에 비해 롤-인 림(150)이 보강된다. 도 5의 실시형태에서, 바닥 형성 부분(121) 및 전이 벽(130)의 두께는 거의 동일하다. 그러나, 전이 벽(130)은 중심축에 대해 일정 각을 이루며 배향되어서, 예비성형품의 밀폐된 단부에 절두원뿔형을 부여한다. 물론, 전이 벽이 돔형 단부의 가장 넓은 부분에 위치하는 고리모양 부분이고 바닥 형성 부분이 돔형 단부의 나머지 부분으로 제공되는, 고르게 볼록한 돔형의 밀폐된 단부(도시되어 있지 않음)도 사용될 수 있다. 절두원뿔형 밀폐된 단부와 돔형의 밀폐된 단부 모두에서, 전이 벽(130)이 중심축에 대해 일정 각을 이루도록 배향되어서, 압력 램 성형 공정이 수행되는 동안에 측벽 형성 부분(111)의 하단부(113)가 아닌 전이 벽(130)이 롤링되도록 한다. 이러한 구성의 바닥 형성 부분(121)과 전이 벽(130)에 의해, 제2 변형예의 예비성형품(102)으로부터 압력 램 성형된 용기가 제작될 수 있으며, 이 용기는 측벽(182)의 하단부(183)와 오목한 바닥 단부(184) 중간에 두꺼운 롤-인 림 부분(150)을 포함한다. 이에 따라, 도 3 및 도 4에 비해 도 5의 예비성형품의 형상과 부분들이 상당히 다름에도 불구하고, 도 7a, 도 7b 및 도 8과 관련하여 위에서 논의한 바와 같이, 구성이 매우 유사하고 동일한 이점들을 제공하는 최종적으로 확장된 형태의 용기가 생산될 수 있게 된다.

도 6에 도시되어 있는 제3의 변형예의 예비성형품(103)에서, 바닥 형성 부분(121)과 전이 벽(130)은 모두 밀폐된 단부(120)의 부분을 이루지만, 밀폐된 단부가 원뿔형도 아니고 돔형도 아니다. 도 5의 제2의 변형예에서와 같이, 측벽 형성 부분(111)은 관상 벽(110)의 전장 전체에 걸쳐 연장한다. 밀폐된 단부(120)는 바닥 벽 두께(122)를 구비하고, 림 형성 부분(131)은 전이 벽 두께(132)를 구비하는 전이 벽(130)을 포함하며, 측벽 형성 부분(111)은 측벽 두께(112)를 구비한다. 측벽 형성 부분(111)의 측벽 두께(112)는 전이 벽 두께(132)보다 작다. 도시되어 있는 실시형태에서, 전이 벽(130)은 바닥 형성 부분(121)을 둘러싸는 파도 모양의 환형 부분 형태이다. 예비성형품의 밀폐된 단부(120)가 압력 램 성형 공정 중에 변형될 때, 확장된 용기(180)(도 10)에서 측벽 부분(182)의 하단부(183)에서 두께가 증가하는 롤-인 림(150)을 생성시키도록, 전이 벽(130)이 제공되어 있다. 전이 벽(130)의 전이 벽 두께(132)는 바닥 벽 두께(122)보다 크고, 측벽 두께(112)보다 크다.

제3의 변형예의 예비성형품(103)의 밀폐된 단부(120)가 안쪽을 향하는 돔형태이고, 압력 램 성형 공정 중에 림 형성 부분(131)이 안쪽으로 롤링되면, 확장된 용기(180)(도 10)에 곡선형 림(150)이 형성되어 용기가 바로설 수 있게 지지한다. 확장된 용기에 롤-인 림(150)이 형성되도록, 예비성형품(100) 내에 전이 벽(130)을 구비하는 림 형성 부분(131)이 제공된다. 전이 벽(130)의 벽 두께를 측벽 형성 부분(111)의 벽 두께보다 크게 함으로써, 벽 두께가 일정한 예비성형품으로부터 제작된 용기에 비해 보강되게 된다. 제3의 변형예의 예비성형품(103)에서 전이 벽(130)은 파도 모양으로 예비성형품을 압력 램 성형하는 중에 고리모양의 전이 벽(130)이 확장될 수 있게 하며, 측벽 형성 부분(111)의 하단부(113)가 아닌 전이 벽(130)이 롤링되게 한다. 이러한 바닥 형성 부분(121)과 전이 벽(130) 구성으로, 제3의 변형예의 예비성형품(103)으로부터 측벽(182)의 하단부(183)와 오목한 바닥 단부(184) 중간에 두꺼운 롤-인 림 부분(150)을 포함하는 압력 램 성형된 용기가 생산될 수 있게 된다. 이에 따라, 도 3 내지 도 5의 예비성형품에 비해 도 6의 제3의 변형예의 예비성형품(103)의 형상과 부분들이 상당히 다름에도 불구하고, 도 7a 내지 도 9의 용기와 관련하여 위에서 논의한 바와 같이 구조가 거의 유사하고 적어도 일부의 주된 이점들이 동일한 최종적으로 확장된 형상의 용기(180)가 생산된다(도 10).

전이 벽(130)을 포함하는 림 형성 부분(131)이 관상 벽(110) 또는 밀폐된 단부(120)의 일부인 것으로 도 3 내지 도 6에서 설명하였지만, 전이 벽 두께가 측벽 두께보다 항상 큰 경우라면, 전이 벽(130)을 구비하는 림 형성 부분(131)이 관상 벽(110)과 밀폐된 단부(120) 모두의 일부일 수 있다(도시되어 있지 않음).

다른 측면에서, 본 발명은, 예비성형품을 센터링하는 데에 사용되는 딤플(119) 같은 센터링 구조를 포함하는 기본 예비성형품(100)의 밀폐된 단부(120)를 제공한다. 특히, 예비성형품을 블로우 몰딩하는 중에 그리고 측벽 형성 부분(111)이 변형하기 시작할 때, 예비성형품의 두께가 약간 다름으로 인해 종종 반경 방향과 축 방향 모두의 방향으로 예비성형품이 고르지 않고 중심이 맞지 않게 변형할 수 있다. 이에 따라, 최종적으로 얻어지는 확장된 형상의 용기는 바닥 단부(120)와 림(150)이 중심축에서 어긋나는 비대칭이 될 것이다. 그렇게 얻어진 용기의 대부분은, 림(150) 위에 지지될 때 수직 방향으로 완전하게 서지 못한다. 압력 확장 및 램 전진 단계에서 예비성형품의 밀폐된 단부(120)가 중심을 유지하지 못한다면, 이는 제조상에 있어 상당한 문제가 되며, 불량률을 높이게 된다. 본 발명에 따른 예비성형품과, 예비성형품이 몰딩되는 압력 램 성형 장치의 램 위에 센터링되어 있는 상보적 구조에 의행 체결되도록 의도되는 센터링 구조(119, 119a)를 구비하는 도 11 및 도 12에 도시되어 있는 예비성형품에서 이것이 달성된다. 센터링 구조는 임의의 바람직한 형상일 수 있으며, 밀폐된 단부(120) 내에 형성된 리세스 또는 밀폐된 단부(120)에서 돌출된 구조일 수 있다. 도 11에 도시되어 있는 실시형태에서, 센터링 구조는 딤플(119)이며, 도 12에 도시되어 있는 다른 실시형태에서는 센터링 구조가 원뿔 포인트(119a)이다.

도 3a 및 도 3b에 도시되어 있는 바와 같은 계단식 측벽(110)을 구비하는 예비성형품(100)을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 바람직하기로는 압출 대상의 금속에 충격을 가하기 위한 충격면을 구비하는 압출 펀치; 충격면에 의해 변위되는 재료를 안내하기 위해 충격면에서부터 후방으로 존재하는 전이 영역; 및 감소된 벽 두께의 측벽 형성 부분을 생성하기 위해 전이 영역을 지나 안내되는 재료를 아이어닝하기 위한 후방 압출 포인트;를 포함하는 예시적 충격 설비가 사용된다.

제1 변형예의 예비성형품(101)에서, 측벽은 다단(multiple step)을 구비하는데(도 4 참조), 이는 본 발명의 기본 압출 펀치의 후방 압출 포인트와 전이 영역 그리고 예비성형품 측벽 내에 하나 이상의 단을 생성하기 위한 하나 이상의 추가의 압출 포인트를 포함하는 충격 압출 펀치의 변형예에 의해 생산된다.

충격 압출 툴링(Impact Extrusion Tooling)

본 명세서에 따른 충격 압출 펀치(200)의 예시적 실시형태를 도 13 내지 도 20을 참고하여 상세하게 설명한다. 압출 펀치(200)는 중심축(223)을 구비하는 바디(210), 축 방향으로 전방을 향하는 충격 단부(221) 및 충격 압출 프레스(도시되어 있지 않음)의 구동 피스톤 또는 커넥팅 로드(도시되어 있지 않음)에 부착되는 축 방향으로 후방을 향하는 피구동 단부(225)를 포함한다. 충격 단부(221)는 압출 대상인 금속 슬러그(30)(도 1a 내지 도 1c 참조)에 충격을 가하는 충격면(224)을 포함한다. 바디(210)는 전이 영역(230)과 그 전이 영역(230)에서부터 축 방향으로 후방을 향하는 후방 압출 포인트(260)를 추가로 포함한다. 도시되어 있는 예시적 실시형태에서, 전이 영역(230)은 충격면(224)의 라운드형 둘레 쇼울더(232)와 상기 둘레 쇼울더(232)에서부터 전방 단부(235)로부터 후방으로 후방 단부(236)까지 연장하는 랜드 부분(234)으로 형성되어 있다. 전이 영역(230)에 의해 방향이 바뀐(redirected) 재료를 아이어닝 하기 위해 후방 압출 포인트(260)가 제공되어 있다. 후방 압출 포인트(260)는 랜드 부분(234)의 후방 단부(236)와 인접하고 있다. 펀치(200)에 의해 충격을 받을 때 도입되는 에너지에 의해 가소화된 금속 슬러그 또는 빌렛(30)(도 1a 내지 도 1c 참조) 재료를 리다이렉팅하기 위해 펀치(200)의 전이 영역(230)이 제공되어 있다. 가소화하는 에너지가 펀치(200)의 충격면(224)에 의해 도입된다. 충격면(224)에 의해 부여되는 충격 에너지가 재료를 소성변형시키고(plasticize) 슬러그 재료가 유동하게 한다. 펀치의 전이 영역(230)이 유동 재료를 후방으로 리다이렉트 하는 동안, 충격면(224)이 가소화된 재료를 일반적으로는 반경 방향 바깥쪽으로 변위시킨다. 전방 단부(235)에서, 랜드 부분(234)이 후방 단부(236)에서보다 중심축(223)으로부터 더 멀리 위치할 수 있다. 바디(210)의 단면은 원형, 이형 단면(multi-lobal) 또는 다각형일 수 있다. 바디(210)의 단면이 원형인 경우, 랜드 부분(234)은 축 방향 후방으로 직경이 감소하는 절두원뿔형일 수 있다.

랜드 부분(234)의 축 방향 폭은 약 1mm 내지 약 15mm인 것이 바람직하다. 일반적으로 랜드 부분(234)의 축 방향 폭은, 전방 단부(221)에서 축(223)에서부터 랜드 부분(234)의 간격의 약 5% 내지 약 80%이다. 이 축 방향 폭은 생산되는 예비성형품(100)(도 7 참조)의 전이 벽 부분(130)의 축 방향 폭에 따라 선택된다. 이에 따라, 랜드 부분(234)의 폭은 약 6mm 내지 약 10mm(축으로부터 간격의 약 30% 내지 약 53%), 특히 약 7mm 내지 약 9mm(축으로부터 간격의 약 36% 내지 약 47%)인 것이 바람직하다. 36mm 예비성형품용 펀치에서 랜드 부분(234)의 폭은 적어도 약 7mm(축으로부터 간격의 약 36%)인 반면, 38mm 예비성형품용 펀치에서 랜드 부분(234)의 폭은 적어도 약 9mm(축으로부터 간격의 약 47%)일 수 있다.

도 17에 상세하게 도시되어 있는 바와 같이, 후방 압출 포인트(260)는, 전이 면 또는 전방 압출 포인트를 지나 압출된 초기 측벽 재료를 바깥쪽으로 압출함에 따라 전이 영역을 지나 변위된 재료를 아이어닝하기 위한 축 방향 전방의 압출 쇼울더(262)를 포함한다. 압출 쇼울더(262) 뒤에는 예비성형품에서 펀치의 분리를 용이하게 하기 위한 제2 랜드 부분(264)과 제한부(restriction)(266)가 있다. 유리한 결과를 얻기 위해, 압출 쇼울더는 중심축(223)에 대해 둔각으로 배향되는 것이 바람직하며, 바람직하기로는 약 10도 내지 약 40도로 배향된다. 이는, 압출 쇼울더가 축에 대해 모든 방향으로 신장하는 경우, 약 10도 내지 약 40도의 각도로 축(223)을 둘러싸게 된다는 것을 의미한다.

다시 도 16을 참조하면, 본 명세서에 따른 기본 압출 펀치(200)는 예비성형품에서 펀치의 분리를 용이하게 하기 위한 중앙 보어(229)와 축 방향 태핏 밸브(240)를 추가로 포함할 수 있다. 압출 단계 말기에서, 펀치(200)의 전방 이동이 완료될 때, 예비성형품의 바닥(120)과 펀치(200) 사이에 공기가 유입되게 함으로써, 펀치를 후퇴시켜 펀치를 예비성형품으로 분리되는 것이 용이하게 이루어질 수 있다(도 1c 참조). 이는 태핏 밸브(240)에 의해 달성되는데, 태핏 밸브는 압출 하는 동안에 충격 압력에 의해 밀폐되며 유지되어 있으며, 펀치가 반대 방향으로 이동할 때, 예비성형품(100)의 바닥(120)과 충격 면(224) 사이에 생성되는 진공과 관성 모두에 의해 자동적으로 개방된다. 태핏 밸브(240)는 샤프트(241), 펀치(200) 내 전방 밸브 시트(246)에 상보적으로 밀봉되게 안착될 수 있는 전방 원뿔형 단부(242) 및 밸브(240)의 전방 이동을 제한하기 위한 후방 원뿔형 단부(244)를 포함한다. 샤프트(241)의 길이는, 태핏 밸브(240)가 전방 원뿔형 단부(242)가 전방 밸브 시트(246) 내로 압박되는 밀봉 위치와 전방 단부(242)가 전방 밸브 시트(246)에서 떨어지고 후방 원뿔형 단부(244)가 중앙 보어(229)의 정지 쇼울더(248)에 안착되는 벤팅 위치 사이에서 자유롭게 이동할 수 있도록 선택된다. 축 방향으로 배향된 벤트 채널(227)이 펀치(200) 안에 제공된다. 벤트 채널은 전방 밸브 시트(246) 내로 개방되어 있으며 전방 밸브 시트를 중앙 보어(229)와 연결시킨다. 태핏 밸브(240)가 밀봉 위치에 있을 때, 전방 원뿔형 단부(242)가 벤트 채널(227)을 밀봉시키고, 반면 벤팅 위치에 있을 때에는 공기가 후방 원뿔형 단부(244)를 지나 벤트 채널(227)을 통해 전방 원뿔형 단부(242)를 지나 유동할 수 있게 되어, 펀치(200)가 후퇴할 때 예비성형품의 바닥(120)과 충격면(224) 사이에 진공이 형성되지 않도록 한다.

펀치(200)는 바닥 단부(272)와 측벽(274)을 구비하는 다이(270)와 조합되어 사용될 수 있다. 바닥 단부(272)는 제조되는 예비성형품(100)(도 11 참조)의 바닥 단부(120) 내에 센터링 딤플(119)을 생성시키기 위한 돌출점(271)을 포함하는 것이 바람직하다. 센터링 딤플은 전술한 바와 같이 예비성형품을 블로우 몰딩하는 중에 몰드 내에서 예비성형품이 축 방향으로의 정렬 상태를 유지시키는 데에 사용된다. 또는, 다이(270)는 예비성형품(120)(도 12 참조)의 바닥 단부(120) 내에 센터링 포인트(119a)를 생성시키기 위해, 바닥 단부(272) 내에 리세스(272)(도시되어 있지 않음)를 포함할 수도 있다.

도 13 내지 도 17의 예시적인 충격 압출 펀치의 변형예 즉 제1 변형예의 펀치(302)가 도 18에 상세하게 도시되어 있다. 변형예인 압출 펀치(302)는 중심축(323)을 구비하는 바디(310), 축 방향으로 전방을 향하는 충격 단부(321) 및 (도시되어 있지 않은) 프레스의 커넥팅 로드 또는 구동 피스톤에 부착하기 위한, 축 방향으로 후방을 향하는 피구동 단부(325)를 포함한다. 충격 단부(321)는 압출하고자 하는 금속 슬러그(30)(도 1a 내지 도 1c 참조)에 충격을 가하기 위한 충격면(324)을 포함한다. 바디(310)는 전이 영역(330), 전이 영역(330)에서부터 축 방향으로 후방을 향하는 후방 압출 포인트(360) 및 후방 압출 포인트(360)로부터 축 방향으로 후방을 향하는 박육 압출 포인트(380)(thinning extrusion point)를 추가로 포함한다. 전이 영역(330)은 충격면(324)의 라운드형 둘레 쇼울더(332) 및 둘레 쇼울더(332)에서 전방 단부(335)로부터 후방 단부(336)를 향해 뒤쪽으로 연장하는 랜드 부분(334)으로 형성된다. 전이 영역(330)에 의해 리다이렉트된 재료를 아이어닝하기 위해 후방 압출 포인트(360)가 제공되어 있다. 후방 압출 포인트(360)는 랜드 부분(334)의 후방 단부(336)에 인접하고 있다. 전방 단부(335)에서, 랜드 부분(334)은 후방 단부(336)보다 중심축(323)으로부터 더 멀리 위치하고 있다. 바디(310)의 단면은 원형, 이면형 또는 다각형일 수 있다. 바디(310)의 단면이 원형인 경우, 랜드 부분(334)은 축 방향으로 후방으로 갈수록 직경이 감소하는 절두원뿔형이다. 변형 펀치(302)의 랜드 부분(334)의 축 방향 폭은 펀치(200)의 랜드 부분(234)에 대해 사용된 것과 동일한 기준에 따라 선택될 수 있다. 도 19에 상세하게 도시되어 있는 바와 같이, 후방 압출 포인트(360)는 전방 압출 포인트를 지나 압출되는 초기 측벽 재료가 바깥쪽으로 압출되는 초기 측벽의 재료를 아이어닝하기 위한 축 방향 전방 압출 쇼울더(362)를 포함한다. 압출 쇼울더(362) 뒤에는 제2 랜드 부분(364)과 예비성형품으로부터 펀치의 분리를 용이하게 하기 위한 제한부(366)가 따르고 있다. 유리한 결과를 얻기 위해, 압출 쇼울더(362)는 중심축(323)에 대해 둔각으로 배향되는 것이 바람직하며, 바람직하기로는 약 10도 내지 약 40도로 배향된다. 도 18 및 도 19의 변형 펀치(302)에 추가되어 있는 박육 압출 포인트(380)는 후방 압출 포인트(360)에 의해 아이어닝된 측벽의 재료 두께를 감소시키기 위한 축 방향 전방 압출 쇼울더(382)를 포함한다. 박육 압출 포인트(380)는 압출되어 아이어닝된 측벽 재료를 후방 압출 포인트를 지나 바깥쪽으로 압출한다. 박육 압출 쇼울더(382) 뒤에는 제2 랜드 부분(384) 및 예비성형품에서 펀치의 분리를 용이하게 하기 위한 제한부(386)가 뒤따른다. 유리한 결과를 얻기 위해, 박육 압출 쇼울더(382)는 중심축(323)에 대해 둔각으로 배향되는 반면 제한부(386)는 중심축(323)에 대해 약 1도 내지 약 3도의 각도로 배향될 수 있다. 박육 압출 포인트(380)를 사용함으로써, 생산되는 예비성형품의 측벽을 더 많은 단계를 거치며 점진적으로 박육화할 수 있게 되어, 예컨대 블로우 몰딩 시에 예비성형품을 변형하는 중에 펑크 비율(punctuate rate)을 줄일 수 있게 된다.

본 발명의 압출 펀치의 다른 변형예에서, 제조되는 예비성형품의 두께를 점진적으로 변화시키기 위해, 후방 및 박육 압출 포인트(360, 380)와 동일한 주요 구성의 추가의 압출 포인트들(도시되어 있지 않음)이 부가될 수 있다. 이는 형상이 급격하게 변하는 형상을 블로우 몰딩하는 데에 유리할 수 있다. 본 명세서에 따라 펀치 내에 포함되어 있는 압출 포인트들은 압출 포인트를 지나 압출되는 재료의 아이어닝 또는 박육화를 유발하는데, 이는 재료의 내면 또는 예비성형품의 내면 상의 재료를 아이어닝한다는 것을 의미한다.

도 20에 도시되어 있는 바와 같은 제2 변형예의 압출 펀치(400)는 중심축(423)을 구비하는 바디(410), 축 방향으로 전방을 향하는 충격 단부(421) 및 (도시되어 있지 않은) 유압식 또는 기계식 프레스의 커넥팅 로드 또는 구동 피스톤에 부착하기 위한, 축 방향으로 후방을 향하는 피구동 단부(425)를 포함한다. 충격 단부(421)는 압출하고자 하는 금속 슬러그(30)(도 1a 내지 도 1c 참조)에 충격을 가하기 위한 충격면(424)을 포함한다. 바디(410)는 전이 영역(430), 전이 영역(430)에서부터 축 방향으로 후방을 향하는 후방 압출 포인트(460) 및 후방 압출 포인트(460)로부터 축 방향으로 후방을 향하는 박육 압출 포인트(480)를 포함한다. 전이 영역(430)은 충격면(424)의 라운드형 둘레 쇼울더(432) 및 둘레 쇼울더(432)에서 전방 단부(435)로부터 후방 단부(436)를 향해 뒤쪽으로 연장하는 랜드 부분(434)으로 형성된다. 충격면(424)에 의해 소형 변형되고 전이 영역(430)의 쇼울더(432) 및 랜드 부분(434)에 의해 리다이렉트된 재료를 아이어닝하기 위해 후방 압출 포인트(460)가 제공되어 있다. 후방 압출 포인트(460)는 랜드 부분(434)의 후방 단부(436)에 인접하고 있다. 전방 단부(435)에서, 랜드 부분(434)은 후방 단부(436)보다 중심축(423)으로부터 더 멀리 위치하고 있다. 바디(410)의 단면은 원형, 이면형 또는 다각형일 수 있다. 바디(410)의 단면이 원형인 경우, 랜드 부분(434)은 축 방향으로 후방으로 갈수록 직경이 증가하는 절두원뿔형이다. 랜드 부분(434)의 축 방향 폭은 펀치(200)의 랜드 부분(234)에 대해 사용된 것과 동일한 기준에 따라 선택될 수 있다. 도시되어 있는 변형예에서 후방 압출 포인트(460)와 박육 압출 포인트(480)는 도 18 및 도 19에 도시되어 있는 구성과 거의 동일하다.

전술한 예시적 충격 툴링과 압출 펀치들은 원통형 예비성형품을 생산하기 위해 단면이 원형이지만, 본 발명에 따른 압출 펀치의 단면은 이면형 예비성형품 또는 규칙적 또는 불규칙적인 기하학적 단면을 구비하는 예비성형품을 생산하기 위해, 단면이 이면형 또는 규칙적 또는 불규칙적인 기하학적 단면과 같이 원형이 아인 단면일 수 있다.

아이어닝을 구비하는 충격 압출(Impact Extrusion with Ironing)

종축, 밀폐된 바닥 그리고 두께가 변화하며 축 방향으로 연장하는 관상 벽을 구비하는 중공형 예비성형품을 제조하기 위한, 본 출원에 따른 예시적 충격 압출 공정은 다음의 단계들을 포함한다. 금속 빌렛에 충격을 가해 금속을 가소화시키기 위해 금속 빌렛을 충격 압출하는 단계; 가소화된 재료를 축 방향으로 전진하는 관상 벽 내로 리다이렉트하는 단계; 두께가 감소된 측벽 부분을 형성시키기 위해 압출 포인트를 지나 축 방향 전진 벽의 전방 부분을 압출함으로써 축 방향 전진 벽의 전방 부분을 아이어닝하는 단계; 및 밀폐된 바닥과 측벽 부분과 바닥 단부와 측벽 부분 사이에서 연장하는 전이 벽 부분을 포함하는 관상 벽을 형성하기 위해 빌렛의 일부가 압출되지 않은 상태로 남아 있는 중에 충격 가하는 것을 중지하는 단계.

예시적 공정에서, 금속 빌렛이 소망하는 바닥 벽 두께로 감소되고, 전진 벽이 전이 벽 두께에서 리다이렉트 되며, 측벽 부분이 전이 벽 두께보다 작은 측벽 두께로 아이어닝될 때, 충격 가하는 것을 멈춘다. 전이 벽 두께는 바닥 벽 두께보다 클 수도, 같을 수도 혹은 작을 수도 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있는 예비성형품에서, 전이 벽 두께(132)는 바닥 벽 두께(122)보다 작고, 측벽 두께(112)보다 큰 반면, 도 5에 도시되어 있는 예비성형품에서는 전이 벽 두께(132)가 바닥 벽 두께(122)와 거의 동일하다.

예시적 공정의 또 다른 공정에서, 금속 빌렛이 바닥 벽 두께로 감소되고, 전진 벽이 측벽 두께에서 바닥 벽 두께와 동일하거나 혹은 더 큰 상태에서 리다이렉트 되고, 측벽 부분이 측벽 두께가 전이 벽 두께 미만으로 아이어닝될 때, 충격을 가하는 것을 멈춘다.

유리하기로는, 진행하는 벽의 전이 길이가 약 5mm 내지 약 15mm로 된 후에 진행 벽(progressing wall)의 아이어닝이 시작된다. 바람직하기로는, 전이 길이는 약 6mm 내지 약 10mm이다. 직경이 38mm인 예비성형품의 경우, 전위 벽 부분의 축 방향 폭이 약 7mm 내지 약 9mm인 것이 유리한 것으로 판명되었고, 이는 전이 길이가 약 7mm 내지 약 9mm로 된 후에 전지 벽의 아이어닝을 시작함으로써 달성되는 것이 바람직하다.

예시적 공정의 또 다른 공정에서, 금속 빌렛이 바닥 벽 두께로 감소되고, 전이 벽 두께가 바닥 벽 두께와 동일하거나 혹은 더 큰 상태에서 전진 벽이 리다이렉트 되고, 측벽 부분이 먼저 제1 측벽 두께가 전이 벽 두께 미만으로 아이어닝되고, 2차로 측벽 두께가 제1 측벽 두께 미민으로 아이어닝되어 바닥 벽, 전이 벽 및 계단식 측벽을 구비하는 예비성형품을 생성할 때, 충격을 가하는 것을 멈춘다.

금속 빌렛이 바닥 벽 두께가 약 0.009mm 내지 약 0.050mm, 바람직하기로는 약 0.013mm 내지 약 0.015mm로 감소될 때, 충격 가하는 것을 멈출 수 있다.

금속 빌렛에 충격을 가하는 데에 사용되는 힘은 빌렛 내의 금속을 신뢰성 있게 가소화시킬 수 있을 정도로 충분히 높다. 적당한 힘 영역은 통상의 기술자에게는 자명하다. 그러나, 전반적인 충격 압출 공정의 일부로 측벽을 아이어닝할 때, 본 출원의 공정에서와 같이, 사용되는 충격력은 후방 압출 포인트에서 신뢰성 있게 아이어닝할 수 있을 정도로 충분히 높아야만 한다. 충격력이 불충분하면, 아이어닝이 고르게 이루어지지 않고 제조된 예비성형품의 박육화된 측벽 두께가 고르지 않게 되어, 예비성형품을 성형된 용기로 확장하는 중에 혹은 예비성형품을 성형하는 중에 박육화된 측벽에서 크랙이 발생될 가능성이 있게 된다. 본 발명자들은 신뢰성 있는 아이어닝 조업을 위해 충분한 충격 압력은 충격력이 75-450톤 특히 약 190톤 내지 약 210톤일 때 생성.된다는 것을 발견하였다. 직경이 38mm인 예비성형품을 제조하는 중에는 약 200톤의 충격력을 사용할 때 신뢰성 있는 아이어닝이 이루어진다. 예비성형품의 직경이 커질수록 더 큰 힘이 필요하게 된다.

실시예

통상적인 충격 압출기 프레스(Schuler Press)에서, 하나의 후방 압출 포인트를 구비하는 도 20에 도시되어 있는 본 발명에 따른 펀치를 사용하여, 직경이 38mm이고 두께가 12mm인 1100 또는 3000 합금 시리즈로 제작된 상업적으로 구매 가능한 알루미늄 슬러그를 충격 압출하였다. 사용된 충격력은 200톤이다. 직경 38mm의 최종 원통형 알루미늄 예비성형품은 두께가 약 0.013mm로 밀폐된 편평한 바닥, 높이가 약 200mm이며 두께가 약 0,010mm인 원통형 측벽 및 폭이 약 7mm이고 두께가 약 0.013mm인 전이 벽을 구비한다. 예비성형품은 통상적인 트리밍, 세척 및 브러싱 처리를 거쳐 상부 에지를 고르게 하고, 압출 윤활제를 제거하여 전반적으로 고른 외형을 제공하였다. 본 명세서에 전부가 참고로 통합되어 있는, WO2015/143540호에 개시되어 있는 주요 공정에 따라 예비성형품을 어닐링, 예열 및 압력 램 확장하였다.

직경이 48mm로 완전히 확장된 용기를 최대 90psi로 가압하였다. 돔형 바닥과 림을 포함하여 용기의 바닥 단부에는 어떠한 변형이나 좌굴이 관측되지 않았으며, 용기의 전장 변화도 감지되지 않았다.

도 13 내지 도 17에 도시되어 있는 바와 같은 펀치를 사용하여, 직경이 36mm이고 전이 벽 폭이 7mm인 예비성형품에 대해 동일한 예시적 압출, 성형 및 시험 공정을 수행하였다. 여기에서도 최대 90psi의 압력에서 어떠한 변형, 좌굴 또는 전장 변화가 관측되지 않았다. 직경이 36mm이고 전이 벽 폭이 5mm인 예비성형품을 사용한 경우, 90psi에서 최종 확장된 용기의 림이 약간 언롤링되는 것이 관측되었다. 직경이 36mm이고 전이 벽 폭이 3mm인 예비성형품을 사용한 경우에, 림이 더 높은 정도로 언롤링되는 것이 관측되었다.

전이 벽을 완전히 생략하였을 때에 언롤링의 정도가 가장 크다는 것을 알 수 있었다. 이에 따라, 확장 가능한 예비성형품에 전이 벽을 포함시킴으로써 그 예비성형품으로부터 제조되는 확장된 용기의 내압성이 개선될 수 있으며, 전이 벽이 림 형성 부분의 많은 부분에 걸쳐 연장할 때 확장된 용기에서 최대 90psi의 내압의 신뢰성 있는 압력 저항이 달성된다. 이 이론에 얽매이지 않는다면, 본 발명자들은 예비성형품의 관상 벽의 바닥 단부에서 두꺼운 고리모양 부분을 제공해야, 림 롤-아웃 가능성을 줄이면서 림의 내부 하프를 보강하며 측벽 보다 두꺼운 두께를 가지는 압력 램 성형된 용기를 얻을 수 있는 것으로 믿고 있다. 전이 벽이 림 형성 부분 폭의 대부분에 걸쳐 연장하는 예비성형품을 사용하면 더 우수한 결과가 얻어진다. 예를 들면, 직경이 약 38mm인 예비성형품에서, 약 7mm의 전이 벽 폭이 이 예비성형품으로부터 성형된 약 46mm인 확장된 용기에서 림 형성 부분 폭의 적어도 절반을 커버하게 될 것이다.

위에 기재한 사항들이 본 발명자들에 의해 현재 상정된 특정 바람직한 실시형태에 관련되어 있지만, 본 발명의 넓은 측면은 본 명세서에 기재되어 있는 요소들과 기구적으로 그리고 기능적으로 등가인 요소들을 포함한다는 것을 이해할 것이다.

Claims (47)

1. 밀폐된 바닥, 림 및 측벽을 구비하는 확장된 형상의 금속 용기용의 확장 가능한 금속 예비성형품으로, 상기 예비성형품이,
   밀폐된 단부; 및
   상기 밀폐된 단부로부터 연장하며 예비성형품의 종방향 축을 획정하는 관상 벽을 포함하고,
   상기 밀폐된 단부는 바닥 벽 두께의 바닥 형성 부분을 포함하고, 상기 관상 벽은 측벽 두께의 측벽 형성 부분을 포함하고;
   상기 예비성형품은 상기 바닥 형성 부분과 상기 측벽 형성 부분 중간에 림 형성 부분을 추가로 포함하되, 상기 림 형성 부분은 상기 바닥 형성 부분에 인접한 전이 벽을 포함하며, 전이 벽 두께가 측벽 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전이 벽 두께가 바닥 벽 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
3. 제1항에 있어서,
   전이 벽 두께가 바닥 벽 두께와 거의 같거나 또는 바닥 벽 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
4. 제1항에 있어서,
   전이 벽 두께가 바닥 벽 두께와 거의 같은 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
5. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,
   림 형성 부분이 관상 벽의 일부인 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
6. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,
   림 형성 부분이 밀폐된 단부의 일부인 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
7. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서,
   림 형성 부분이 관상 벽과 밀폐된 단부 모두의 일부인 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   전이 벽 두께가 원주 방향에서 일정한 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   전이 벽 두께가 원주 방향에서 변하는 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
10. 제9항에 있어서,
    전이 벽이 원주 방향으로 제1 영역과 제2 영역을 교대로 포함하되, 상기 제1 영역과 제2 영역은 전이 벽 두께를 구비하고 각각이 감소된 벽 두께를 구비하는 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
11. 제10항에 있어서,
    제2 영역이 강성을 증가시키기 위한 볼록 및/또는 오목 변형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
12. 제11항에 있어서,
    볼록 변형부는 리브 형태이고 오목 변형부는 그루브 형태인 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    전이 벽이 예비성형품의 반경 방향 및/또는 축 방향으로 일정한 두께를 구비하는 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
14. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    전이 벽이 예비성형품의 반경 방향 및/또는 축 방향으로 가변의 두께를 구비하는 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
15. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    관상 벽이 축으로부터 간격을 구비하고, 림 형성 부분은 관상 벽의 일부이며 전이 벽이 축으로부터 간격의 약 5% 내지 약 80%와 동일한 축 방향 폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
16. 제15항에 있어서,
    축 방향 폭이 축으로부터 간격의 약 30% 내지 약 53%인 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
17. 제16항에 있어서,
    축 방향 폭이 축으로부터 간격의 약 36% 내지 약 47%인 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
18. 제17항에 있어서,
    축으로부터 간격이 약 18mm이고, 축 방향 폭은 축으로부터 간격의 약 36%인 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
19. 제17항에 있어서,
    축으로부터 간격이 약 19mm이고, 축 방향 폭은 축으로부터 간격의 약 47%인 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
20. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    전이 벽 두께가 측벽 두께의 약 2배인 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
21. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    림 형성 부분이 밀폐된 단부의 일부이며, 전이 벽이 관상 벽의 중심축으로부터의 간격의 약 36% 내지 약 47%와 동일한 축 방향 폭을 구비하는 것을 특징으로 하는 확장 가능한 금속 예비성형품.
22. 압력 램 성형용의 확장 가능한 금속 예비성형품으로, 상기 예비성형품이,
    밀폐된 단부;
    종방향 축을 획정하는 관상 벽; 및
    예비성형품을 압력 램 성형하는 중에 밀폐된 단부가 종방향 축에 센터링된 상태를 유지하기 위해 밀폐된 단부 내에 통합되어 있는 중앙 센터링 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 램 성형용 확장 가능한 금속 예비성형품.
23. 제22항에 있어서,
    중앙 센터링 구조가 밀폐된 단부의 외면 내의 축 방향 리세스인 것을 특징으로 하는 압력 램 성형용 확장 가능한 금속 예비성형품.
24. 제23항에 있어서,
    리세스가 딤플인 것을 특징으로 하는 압력 램 성형용 확장 가능한 금속 예비성형품.
25. 제22항에 있어서,
    중앙 센터링 구조가 밀폐된 단부의 외면 위의 축 방향 돌출물인 것을 특징으로 하는 압력 램 성형용 확장 가능한 금속 예비성형품.
26. 제25항에 있어서,
    중앙 센터링 구조가 원뿔 포인트인 것을 특징으로 하는 압력 램 성형용 확장 가능한 금속 예비성형품.
27. 압출 다이 내로 삽입되는 충격 압출 펀치로, 상기 펀치가,
    중심축을 구비하는 바디,
    축 방향 전방 충격 단부;
    프레스에 부착하기 위한 축 방향 후방 피구동 단부;
    압출 대상 금속에 충격을 가하기 위한 충격 단부 상의 충격면;
    충격면에 의해 변위되는 재료를 안내하기 위한 충격 단부 후방의 전이 영역; 및
    상기 전이 영역의 후방 단부에 인접하며, 전이 영역을 지나 안내되는 재료를 아이어닝 하기 위한 후방 압출 포인트를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 압출 펀치.
28. 제27항에 있어서,
    전이 영역이 충격면의 둘레 쇼울더 및 둘레 쇼울더로부터 후방으로 연장하는 랜드 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 압출 펀치.
29. 제28항에 있어서,
    둘레 쇼울더에서 중심축으로부터 랜드 부분의 후방 단부가 랜드 부분의 전방 단부와 다른 간격으로 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 충격 압출 펀치.
30. 제29항에 있어서,
    후방 단부가 전방 단부보다 중심축으로부터 더 멀리 위치하는 것을 특징으로 하는 충격 압출 펀치.
31. 제29항에 있어서,
    후방 단부가 전방 단부보다 중심축으로부터 더 가까이 위치하는 것을 특징으로 하는 충격 압출 펀치.
32. 제29항에 있어서,
    충격면은 거의 원형이고, 랜드 부분은 절두원뿔형인 것을 특징으로 하는 충격 압출 펀치.
33. 제28항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    랜드 부분이 중심축으로부터 랜드 부분의 간격의 약 5% 내지 약 80%와 동일한 축 방향 길이를 구비하는 것을 특징으로 하는 충격 압출 펀치.
34. 제28항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    랜드 부분이 중심축으로부터 랜드 부분의 간격의 약 30% 내지 약 53%와 동일한 축 방향 길이를 구비하는 것을 특징으로 하는 충격 압출 펀치.
35. 제28항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    랜드 부분이 중심축으로부터 랜드 부분의 간격의 약 36% 내지 약 47%와 동일한 축 방향 길이를 구비하는 것을 특징으로 하는 충격 압출 펀치.
36. 제27항에 있어서,
    후방 압출 포인트를 지나 압출된 재료의 아이어닝된 측벽을 추가로 박육화 하기 위한 박육 압출 포인트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 압출 펀치.
37. 제27항에 있어서,
    후방 압출 포인트가 전이 부분을 지나 안내되는 재료를 아이어닝 하기 위한 압출 쇼울더를 포함하고, 상기 압출 쇼울더는 중심축으로부터의 간격이 후방 단부보다 더 큰 간격으로 전이 부분의 후방 단부로부터 바깥쪽으로 연장하는 것을 특징으로 하는 충격 압출 펀치.
38. 제37항에 있어서,
    압출 쇼울더가 중심축에 대해 약 10도 내지 약 40도의 각도로 연장하는 것을 특징으로 하는 충격 압출 펀치.
39. 종방향 축, 밀폐된 바닥 단부 및 축 방향으로 연장하는 관상 벽을 구비하는 중공형 예비성형품을 충격 압출하는 방법으로, 이 방법은,
    전이 벽 두께에서 축 방향으로 진행하는 관상 전이 벽을 형성시키기 위해 빌렛의 재료를 가소화시켜 변위시키고 소성 변형된 재료를 안내하기 위해 금속 빌렛에 충격을 가하는 단계;
    전이 벽 두께보다 작은 벽 두께를 구비하는 측벽을 형성하기 위해, 전방 부분을 압출 포인트를 지나 가압함으로써 반경 방향으로의 내면 위에 전지하는 전이 벽의 축 방향 전방 부분을 아이어닝하는 단계 및
    밀폐된 바닥을 형성하기 위해 빌렛 재료의 일부가 남아 있는 동안에 충격 가하는 것을 멈추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 압출 방법.
40. 제39항에 있어서,
    빌렛이 전이 벽 두께보다 더 큰 바닥 벽 두께로 감소될 때, 충격 가하는 것을 멈추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 압출 방법.
41. 제39항에 있어서,
    빌렛이 전이 벽 두께와 동일한 바닥 벽 두께로 감소될 때, 충격 가하는 것을 멈추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 압출 방법.
42. 제39항에 있어서,
    빌렛이 전이 벽 두께보다 더 작은 바닥 벽 두께로 감소될 때, 충격 가하는 것을 멈추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 압출 방법.
43. 제39항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    진행하는 벽이 축 방향으로 약 5mm 내지 약 15mm, 또는 축으로부터 진행 벽의 간격의 약 5% 내지 약 80%만큼 진행한 후에 제1 측벽 부분의 아이어닝이 시작되는 것을 특징으로 하는 충격 압출 방법.
44. 제43항에 있어서,
    축 방향으로 진행이 약 6mm 내지 약 10mm, 또는 축으로부터 간격의 약 30% 내지 약 53%인 것을 특징으로 하는 충격 압출 방법.
45. 제44항에 있어서,
    축 방향으로 진행이 약 7mm 내지 약 9mm, 또는 축으로부터 간격의 약 36% 내지 약 47%인 것을 특징으로 하는 충격 압출 방법.
46. 제45항에 있어서,
    축으로부터 진행 벽의 간격이 약 18mm이고, 진행 벽의 축 방향 진행이 약 7mm, 또는 축으로부터 간격의 약 36%인 것을 특징으로 하는 충격 압출 방법.
47. 제44항에 있어서,
    축으로부터 진행 벽의 간격이 약 19mm이고, 진행 벽의 축 방향 진행이 약 9mm, 또는 축으로부터 간격의 약 47%인 것을 특징으로 하는 충격 압출 방법.

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