KR890002488B1 - 용기 제조용 공구 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용기 제조용 공구

제1도는 드로오잉과 아이러닝 가공을 동시에 행하도록 결합된 드로오잉 및 아리러닝 공구를 사용한 제1작업 단계에서 얕은 컵으로 성형되고 있는 블랭크를 보여주는 일부 횡단면도.

제1a도는 제1도의 공구 부분의 일부 확대 단면도.

제2도는 제2작업 단계에서 드로오잉과 아이러닝 가공을 동시에 행하도록 결합된 다른 드로오잉 및 아이러닝 공구에 의해서 높이 대 직경의 비가 약 1인 용기로 컵을 더욱 성형시키는 상태를 보여주는 일부 횡단면도.

제2a도는 제2도의 공구 부분의 일부 확대 단면도.

제3도는 제3작업 단계에서 드로오잉과 아이러잉 가공을 동시에 행하도록 결합된 드로오잉 및 아니러닝 공구에 의해서 측벽 두께가 원래의 블랭크의 두께보다 약간 작은 길다란 깡통으로 용기를 더욱 성형시키는 상태를 보여주는 일부 횡단면도.

제3a도는 제3도의 공구 부분의 일부 확대 단면도.

제4도는 측벽이 비교적 균일하고 저부의 미가공 부분보다 약간 얇게 되도록 본 발명에 의한 공구와 방법에 의해서 완전히 성형시킨 후의 용기를 보여주는 횡단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 블랭크 21,31,41 : 펀치

22,32,42 : 드로오 다이 25,35,45 : 공구

30,40 : 용기 50 : 완성된 용기

51 : 플랜지 52 : 측벽

53 : 저부 54 : 저부의 주변 평탄부

55 : 저부의 돔형 중앙부

본 발명은 용기 본체(이른바 2편 본체)를 드로오잉 및 아이러닝 가공으로 제조하기 위한 용기 제조용 공구에 관한 것이다. 20여년 동안 음료 용기는 재료가 우선 내부 직경을 형성하도록 컵모양으로 만들어진 다음에, 단순히 측벽을 얇게 하고 직경에는 별로 영향을 미치지 않는 복수개의 아이러닝 링을 통해서 압압되는 드로오잉 및 아이러닝 가공방법으로 제조되어 왔다. 이방법은 특히 열과 같은 격렬한 작업 환경을 완화시키기 위해서 냉각제 또는 윤활제 공급하에서 고속으로 행해진다. 이들 용기는 잔류 윤활제를 제거시키고 유기피막의 내식성을 증가시키고 또한 용기에 도포된 장식물의 질을 높이도록 세척되어야 하고 어떤 경우에는 화학적으로 처리되어야 한다.

과거 25년동안, 식품용 드로오잉 깡통을 제조하는 기술이 진보되어 왔다. 이들 용기는 드로오잉 작업을 쉽게 하도록 알루미늄 및 저템퍼강 같은 재료로 만들어졌다. 또한, 이들 용기의 높이는 통상적으로 용기의 직경과 거의 같거나 그보다 작았으며 이들 용기는 단일 또는 2단계 이하의 드로오잉 작업으로 성형되었다.

드로오잉 용기의 필요성은 종래의 3편 용기에 있어서의 사이드 시일과 이중 시일 저부를 배제하는데 있다. 더욱 구체적으로 말해서, 3분식 깡통을 제조하기 위해서는 평 블랭크 재료를 원통형으로 압연시키고 용접, 접합제 또는 납땜에 의해 일측면에 따라서 접합시킨다. 이렇게 제조된 중공상의 원통형 본체에는 이중 시일 저부폐쇄 구조물이 부착된다. 원통형 본체는 사전 피복될 수 있고 사이드 시일부분은 스트립에 의해 보완될 수 있다. 사이드 시이밍과 이중 시이밍 작업에 따라서 용기의 품질이 좌우되게 된다. 물론, 원통형 본체에는 공장에서 저부를 부착시키고 통조림업자가 상단부의 폐쇄 구조물을 부착시킬 수 있도록 플랜지가 마련되어야 한다. 플랜지 성형 및 시이밍 작업은 주의를 요하고 특히 사이드 시일부위에서 문제를 발생시킬수 있다.

최근에 와서야 사후 피복 또는 후처리가 필요없도록 유기적으로 미리 피복된 주석 불포함 강(Tin free steel)으로 성형된 다동식 드로오잉 2편 식품용기를 제조하는 것이 비로소 가능해졌다. 더욱 구체적으로 말해서, 24온스(680그램) 404×307 치수(10.8×8.7cms)의 주석 불포함 강 용기가 2동식 드로오잉 작업으로 제조 되었다(깡통 제조업자 협회는 완성된 이중 시일을 가로 지르는 직경을 수인치+16분의 수인치로 정하고 높이를 수인치+16분의 수인치로 정하였다. 그 결과, 전술한 용기는 직경이

인치(10.8cm)이고 높이가

인치(8, 7cm)로 된다). 사전 피복된 시작재료를 사용하여 다동식 드로오잉 작업으로 높이가 직경보다 다소 더 큰 용기를 제조하는 것이 오랫동안 요구되어 왔다. 또한 이러한 용기를 대중적인 16온스(455그램) 303×406 치수(8.1×11.1cms), 15온스(425그램) 300×407 치수 (7.6×11.3cms)또는 11온스(321그램) 211×400 치수(6.8×10.2cms)로 제조하는 것이 요구되고 있다.

본 발명의 양수인은 최근에 16온스(455그램)치수와 15온스(425그램) 치수의 드로오잉 용기를 제조하여 판매하였으며 미리 피복된 재료를 사용하여 10온스(283그램) 치수의 용기를 실험적으로 제조하였다. 이들 용기를 제조하기 위해서는 3회의 드로오잉 작업이 필요하였으며, 이러한 방법은 개구단에 인접한 용기 측벽지역을 두껍게 하는 경향이 있다.

두께는 용기의 저부로부터 상부로 가면서 증가하고 풀랜지의 선단부까지 계속 증가한다. 이러한 두께 증가 현상은 재료를 평평한 원판형태로부터 드로오잉 가공한 결과이고 최종적으로 성형된 컵의 저부로부터의 거리의 함수로서 작용하는 재료의 가변적인 원주방향 압축력의 결과이다. 용기 상부에서 재료의 두께가 증가 되는 것은 유용한 것이 아니며 재료의 낭비이며 용기의 무게와 제조비를 증가시킨다. 드로오잉 용기와 관련하여 사용된 종전의 기술은 펀치 및 다이 조(組)를 포함하는데, 펀치의 외면과 다이의 내면 사이에는 금속이 성형 작업시에 압착되거나 얇게 되지 않도록 충분한 환상 간격이 있다. 이러한 간격은(깡통을 제조하는데 사용된 강과 알루미늄의 종류에 대하여)드로오잉 가공되는 재료의 두께에

내지 2배 정도였다. 또한, 드로오 다이의 반경(또는 금속이 드로오잉 가공되는 표면)은 다이를 통한 금속의 이동을 쉽게 하도록 0, 125"(3.175mm) 이하의 곡률반경을 가졌다. 이러한 공구의 사용은 금속을 변형시켰으며 전술한 바와 같이 최종적으로 성형된 중공형 용기의 상부 측벽 두께가 두꺼워지게 하였다.

이에 비하여, 음료 용기를 제조하는데 사용된 드로오잉 및 아이러닝(D & I)가공방법에서는 아이러닝 링과 펀치 사이의 원래의 금속 두께보다 작은 간격을 갖는다. 더욱 구체적으로 말해서, 이러한 간격과 금속 두께 사이의 차는 용기 측벽이 얇게 되는 정도를 나타낸다. 통상적으로, 유기 피막이 도포되지 않은 금속은 D & I 가공시에 3개의 다른 아이러닝 링을 통과 하는데, 이러한 가공시에 T-1 템퍼 전해 주석판은 제1단계 통과시에 두께가 약 25% 감소하고, 제2단계 통과시에 다시 약 25% 감소하며, 최종 단계 통과시에 또다시 약 40% 감소된다. 이때에, 금속과 공구에는 윤활냉각제가 충분히 가해진다. 이러한 가공은 컵의 측벽 길이를 종래의 불리된 1단계 또는 2단계 드로오잉 가공으로 성형된 컵의 측벽길이에 비해 수배로 증가 시킨다. 이이러닝 링의 단면 구조는 모깍은 면 랜드(chamfer land) 및 마지막으로 여유각(relief angle)을 포함한다. 아이러닝 가공은 모깍은 면에서 시작하여 랜드근방에서 완료되는데, 이때에 드로오잉 가공은 행해지지 않는다. 종래의 D & I 가공에서는 냉각제 또는 윤활유 공급하에서 드로오잉 가공과 아이러닝 가공이 행해졌다. 피막은 통상적으로 동체가 다듬질되고 윤활제를 제거하도록 세척된 후에 도포된다. 냉각제 또는 윤활제를 제거시킬 필요없이 유기적으로 예비 피복된 금속을 동시에 드로오잉 및 아이러닝 가공하고 용기의 벽두께를 균일하게 제조하는 방법을 찾는 것이 필요하였다.

본 발명의 목적은 차후에 제거되어야 하는 윤활제를 사용하는 일 없이 단일 작업단계로 직경과 벽두께 모두를 감소시키도록 사용될 수 있는 공구를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 경제적이고, 신뢰성이 있으며 그 구조가 독특한 용기를 제조하고 그 제조 기술을 제공하는 것이다.

실시예의 용기는 이중으로 감소시킨 판으로부터, 더욱구체적으로말하면 DR8 또는 DR9템퍼(temper) 및 기초상자 기초무게 당 약 65#인 판으로부터 성형된다. 여기서 실시예는 주석 불포함 강(TFS), 주석판, 니켈 도금강, 또는 강 기초재료로부터 만들어진다. DR8 또는 DR9는 2개의 냉간 압연 가공단계 사이에서 미리 어니일링 시키면서 2단게로 금속을 냉각 감소시키는 방법에 관련된 주석 제품 명세이다. 강은 제1단계 감소시에 약 89% 감소되고, 어니일링된 후에 제2 및 최종 냉간 기초상자 용어는 깡통 제조 산업에서 표준적인 것으로서, 원래 14"×20"(35.56cm×50.8cm)강의 112장으로 구성된 주석판, 또는 31,360 평방인치 판의 기초상자내의 강의 양을 말한다. 오늘날 기초무게에 관한 기초상자는 코일 형태이던가 절단된 시이트 형태로 된 31,360 평방인치의 강내에 함유된 강의 양을 말한다.

이 재료는 최종적으로 그 외측면상에 에폭시 수지형 또는 유기졸(organosol)피복으로 도포될 수 있다. 내측은 수지 화합물로 구성된 피복으로 도포될 수 있는데, 이는 격렬한 다단계 성헝 작업에 견디는 특성을 가지고 있음을 발견하였다. 내외측 피복은 깡통 제조 작업시에 전형적인 드로오잉 및 아이러닝 응력에 견디는 특성이 있다. 따라서, 용기는 비교적 고템퍼 재료로부터 만들 수 있으며 사후에 피복할 필요가 없다.

이러한 원하는 용기를 제조하는데 사용된 적합한 방법을 최소량의 고템퍼 DR8 또는 DR9 강을 사용하고, 본 발명의 양수인 회사에 양도된 미합중국 특허출원 제056,705호(지지 받침대)에 공개되어 있는 바와 같은 프레스 가공시에 행해질 수 있는 1 내지 3개의 동시 드로오잉 작업을 수반한다. 3단계 드로오잉 및 아이러닝 가공된 깡통의 경우에는, 각 성형 작업 단계시에 용기의 직경과 벽두께가 동시에 감소된다. 더욱 구체적으로 말해서, 제1작업 단계는 예비 피복된 시이트 재료를 직경이 높이보다 큰 얕은 컵으로 가공 성형시키는 것이다. 이 작업단계시에, 벽두께는 벽이 저부의 두께(예비 피복된 재료의 최초두께)보다 약 0.001"(0,254mm)작게 최종적으로 감소되도록 드로오잉되는 동안에 아이러닝에 의해서 감소된다. 제2작업단계는 용기를 재차 드로오잉 가공하여 직경을 감소시키고 다시금 상부로부터 저부까지 감소된 두께로 유지되도록 벽을 동시에 아이러닝 가공하는 것이다. 이러한 제2작업 단계시에, 직경과 높이가 대략 같아지도록 직경이 감소되고 높이가 증가된다. 최종 작업 단계는 직경을 더욱 감소시키고 다시금 측벽을 동시에 아리러닝 가공시켜서 적합한 두께로 되게 하고 균일하게 함으로써 용기의 최종 형태를 얻는 것이다. 이 작업 단계시에, 예를들면, 미합중국 특허출원 제120,399호에서 볼 수 있는 바와같이 저부가 용기에 부착될 수 있다.

직경이 감소되고 측벽이 얇게 되는 작업 단계시에, 아이러닝 작업을 다단계 작업중 어느 단계에서 플랜지에 도달하기 전에 정지될 수 있다. 따라서 플랜지 두께 및 플랜지에 바로 인접한 측벽 지역은 두꺼운 채로 남아 있을 수 있다. 어떤 경우에도, 작업을 중단시켜서 측벽이 아이러닝 가공되는 위치를 제한시킴으로써, 플랜지를 유지시키거나 유지시키지 않을 수 있다.

제4작업 단계시에는 용기 플랜지가 다듬질되고 용기가 비이딩 단계(beading machine)로 보내진다. 완제품 용기는 세척, 수선을 위한 사후피복, 또는 추가적인 에너지를 요하는 작업의 필요없이 제조될 수 있다.

다동식 드로오잉 가공에 아이러닝 가공을 추가 시키면, 원래의 절단된 연부 또는원형 블랭크가 아이러닝 가공되지 않은 비슷한 크기의 용기에서 필요한 것보다는 더 작은 직경을 가지게 된다. 따라서, 이 용기용으로 사용된 강의 량은 같은 크기의 드로오잉 용기에서 필요한 것보다 적다. 이러한 감소는 재료를 절약하고 최종 무게를 감소시킨다.

드로오잉 가공과 아이러닝 가공을 동시에 행하는데 사용되는 공구 또는 다이는 드로오잉을 위한 공구와 아이러닝을 위한 공구 기술의 독특한 조합이다. 이는 다시 말하면, 각 공구의 요소와 특히 단면에서 볼때 다이 형태가 용기 본체 측벽을 동시에 드로오잉 및 아이러닝 가공하도록 된 것이다. 중공상의 원통형 용기로 성형되는 금속의 원주방향 압축시에 두꺼워진 재료의 두께는 측벽의 두께가 원래의 재료 두께보다 작게 될 수 있도록 드로오잉 가공시에 아이러닝 가공된다.

본 발명은 펀치쪽으로 내향 만곡된 드로오 다이 반경부를 가진 드로오 다이를 제공한다. 펀치와 다이의 치수는 금속이 그 환상 간격을 통과하면서 필수적으로 얇게 되도록 선택된다. 드로오 다이에 대한 다른 변형은 아이러닝 작업이 드로오잉 작업과 동시에 확실히 행해지도록 드로오 다이 반경부 아래에 배치되는 랜드이다. 드로오잉 가공되는 금속은 우선 펀치가 금속을 다이내로 당길때에 드로오 다이 반경부상에서 만곡된다. 다음에 금속은 다이 반 경부상에서 당겨져서 직선 측벽의 일부가 되도록 펴진다. 이이러닝 작업이 시작되기 전에 다이 반경부의 종단부에서 펴는 작업이 행해지는 것이 매우 바람직하다. 전이 테이퍼부 또는 모깎은 면이 드로오 다이 반경부로부터 아이러닝 랜드쪽으로 연장하는 것이 적합하다. 이러한 전이는 행해지는 작업에 따라서 축방향으로 짧아지거나 길어질 수 있는데, 이는 또한 가공 작업이 여러 문제에 대하여 덜 민감하게 되는 것을 돕는다.

아리러닝 랜드는 미리 도포된 피복을 마모시키는 일없이 측벽을 얇게 하고 공구수명을 연장시키도록 충분히 긴 것으로 된다. 다이에는 랜드를 종방향으로 지지하는 여유각이 있다. 다이의 여유각 부분은 또 용기가 다이를 통과하면서 아이러닝 가공될 때에 상기는 원주방향 응력을 완화시키는데 필요하다. 다이 반경, 전이각도 및 길이, 랜드치수 및 여유각을 적당히 선택함으로써 예비 피복된 재료가 통상의 요구 조건에 부합하기에 충분한 피복 특성을 가진 깡통으로 동시에 드로오잉 및 아이러닝 가공될 수 있음을 발견하였다. 용기의 최종 형태(높이 대직경비)에 따라서, 적합한 형태와 원하는 아이러닝 결과를 얻기 위해서 전술한 바와같은 복수개의 공구를 통과한다. 이러한 유연성은 가공 작업이 통상의 여러가지 깡통치수에 맞도록 한다.

이하 첨부 도면에 따라 본 발명을 더욱 상세히 상술한다.

도면에는 용기를 제조하기 위한 다동식 작업의 여러 단계에서 사용되는 공구가 도시되어 있다. 도면을 간단히 이해하기 위해서, 공구의 동일 부분은 유사한 방식으로 표시된다. 이는 다시 말해서, 용기로 성형되는 예비 피복된 금속이 제1도 및 제1a도에서는 20으로, 제2도 및 제2a도에서는 30으로, 제3도 및 제3a도에서는 40으로 표시되어 있다. 마찬가지로, 공구는 제1도에서 25로, 제2도에서는 35로, 제3도에서는 45로 표시되어 있다. 완성된 용기는 제4도에서 50으로 표시되어 있다. 20대 숫자는 제1도 및 제1a도에 관련하여 사용되고, 30대 숫자는 제2도 및 제2a도에 관련하여 사용되며, 40대 숫자는 제3도 및 제3a도에 관련하여 사용되는 것임을 알 수 있을 것이다. 유사한 숫자들이 제1도 및 제1a도, 제2도 및 제2a도, 제3도 및 제3a도에 관련하여 사용될 것이다.

이제 제1도를 보면, 예비 피복된 시이트 금속 블랭크(20)를 드로오 다이(22)를 통해서, 특히 드로오 다이 반경부(22a)(제1a도 참조)를 가로질러서 컵모양으로 드로오잉 가공하는데 사용되는 펀치(21)가 도시되어 있다. 드로오 다이 반경부(22a)는 0.030"(0.762mm) 내지 0.125"(3.175mm)범위의 곡률반경을 갖는다. 또한, 제1a도에 도시되어 있는 바와같이, 드로오 다이 반경부(22a)의 단부로부터 다이(22)의 아이러닝 가공부인 직선 다이부 또는 아이러닝 랜드(22b)쪽으로 내향으로 안내되는 테이퍼진 각도 E가 형성되어 있다. 랜드(22b)는 일반적으로 펀치(21)의 축에 대하여 수직하거나 평행하게 되어 있다. 따라서, 드로오 다이 반경부(22a)로부터 랜드(22b)로 내향 안내되는 각도 E는 약 1/2 내지 3°의 테이퍼진 정도를 나타낸다. 랜드(22b)는 그 수직방향의 길이가 약 0.010"(0.254mm) 내지 0.100"(2.54mm)정도 이며 드로오 다이 반경부(22a)로부터 여유각 F의 시작부 또는 다이(22)의 부분(22c)쪽으로 테이퍼지게 그 연접부로 부터 연장한다. 이 여유부(22c)는 수직방향으로부터 약 1/2 내지 15°외향으로 각이 지고 아이러닝 가공시에 받게 되는 작업력으로 인한 다이(22)내의 원주방향 및 길이방향 응력을 완화시키도록 되어 있다. 더욱 구체적으로 말하자면, 제1도는 제1a도에 도시되어 있는 바와 같이, 블랭크 부분이 펀치(21)와 다이(22)사이의 간격내로 당겨지기 전에 공구(25)의 드로오 클램프(23)아래에 보우되어 있을때와 같은 원래 두께를 갖는다. 이 재료 두께는 다이 반경부(22a)로 가면서 증가하고 재료가 드로오잉 다이 반경부(22a)의 접점을 통과한 직후에 약간 감소된다. 두께는 다이 반경부(22a)를 통과하여 측벽부분에 가서 곧게 펴질때에 약간 더 얇게 된다. 재료는 다이(22)와 펀치(21) 사이의 간격에서 아이러닝 가공될 때에 상당히 얇아진다.

용기 또는 컵의 측벽은 단면 구조가 약간 쐐기 모양으로 될 것이다. 예를들면, 두께는 저부상의 높이에 따라서 증가될 것이다. 이는 아이러닝 지역으로 들어가는 재료 두께가 원주방향 압축으로 인하여 일정하게 증가하기 때문이다. 아이러닝 지역(22b)으로 들어가는 두께가 두꺼울수록 탄성적인 공구(25)에 더 큰 하중을 가하게 되어 변형시킬 것이다. 또한 금속의 탄성은 비례적인 현상이기 때문에, 들어가는 벽두께가 증가하면 나오는 벽두께도 증가된다.

이제 제2도를 보면, 제1도의 공구(25)에 의해 성형된 컵을 더 길고 직경이 작은 용기로 드로오잉 가공하는데 사용되는 펀치(31)가 도시되어 있다. 제2도의 공구(35)는 제1도의 공구와 유사하다. 제2a도에서 드로오잉 다이 반경부(32a)는 0.030 내지 0.125"(0.762 내지 3.175mm)범위의 곡률반경을 갖는다. 또한 제2a도에 도시되어 있는 바와같이 드로오잉 다이 반경부(32a)의 단부로부터 다이(32)의 아이러닝 가공부인 평탄부 또는 랜드(32b)쪽으로 내향으로 안내되는 테이퍼진 각도 G가 형성되어 있다. 이이러닝 랜드(32b)는 일반적으로 펀치(31)의 축선에 대하여 수직하거나 평행하다. 따라서, 드로오 다이 반경부(32a)로부터 랜드(32b)쪽으로 내향 안내되는 각도 G는 약 0 내지 3°의 테이퍼 정도를 나타낸다. 랜드는 수직방향 길이가 약 0.010 내지 0.100"(0.254 내지 2.54mm)범위이며 드로오잉 다이 반경부(32a)로부터 다이(32)의 여유각의 시작부 또는 부분(32c)쪽으로 테이퍼지면서 그 연접부로부터 연장한다.

이 여유부분은 수직방향으로부터 약 1/2 내지 10°의 각도로 외향으로 각이 지고 아이러닝 가공시의 작업력으로 인한 다이(32)내의 원주방향 및 종방향 응력을 완화 시키도록 되어 있다. 더욱 구체적으로 말하자면, 제2도 및 제2a도에 도시되어 있는 바와같이, 컵을 펀치(31)와 다이(32) 사이의 간격내로 당겨지기 전에 공구(35)의 드로오슬리이브(33) 아래에 보유되어 있을때의 원래 두께를 갖는다. 이 재료 두께는 다이 반경부(32a)쪽으로 가면서 증가하고 드로오잉 다이 반경부(32a)의 접점을 통과한 직후에 약간 감소된다. 두께는 다이 반경부(32a)를 지나서 용기 측벽부분에 가서 곧게 펴질때에 약간 더 얇게 된다. 재료는 다이(32)와 펀치(31)사이의 간격내에서 아이러닝된 때에 상당히 얇아진다.

재차 드로오잉된 용기의 측벽은 단면 구조가 약간 쐐기형으로 될 것이다. 예를들면, 두께는 저부상의 높이에 따라서 증가한다. 이는 다이(32)의 아이러닝부(32b)로 들어가는 재료 두께가 원주방향 압축으로 인하여 일정하게 증가하기 때문이다. 아이러닝부(32b)로 들어가는 두께가 클수록 탄성의 공구(35)에 더 큰 하중이 가해져서 변형시킬 것이다. 또한 금속의 탄성은 비례적인 현상이기 때문에 들어가는 벽두께가 증가하면 나오는 벽두께도 증가한다.

이제 제3도를 보면, 드로오잉 다이(42)를 통하여, 특히 드로오잉 다이 반경부(42a)(제3a도 참조)를 가로질러서 제2도의 용기(30)를 드로오잉 가공하는 펀치(41)가 도시되어 있다. 드로오잉 다이 반경부(42a)는 0.030 내지 0.125"(0.762 내지 3.175mm)범위의 곡률반경을 갖는다. 또한 제3a도에 도시되어 있는 바와같이, 드로오 다이 평탄부 또는 랜드(42a)쪽으로 내향으로 안내되는 테이퍼진 각도 J가 형성되어 있다. 랜드(42b)는 일반적으로 펀치(41)의 축선에 대하여 수직하거나 평행하다. 따라서, 드로오잉 다이 반경부(42a)로부터 랜드(42b)쪽으로 내향 안내되는 부분 사이의 각도 J는 약 0 내지 3°의 테이퍼 정도를 나타낸다. 아이러닝 랜드(42b)는 수직방향 길이가 약 0.010 내지 0.100"(0.254 내지 2.54mm) 범위이고 드로오잉 다이 반경부(42a)로부터 다이의 여유각 K의 시작부 또는 부분(42c)쪽으로 테이퍼지면서 그 연접부로부터 연장한다. 이 여유각 부분(42c)은 약 1/2 내지 15°각도로 수직방향으로부터 외향으로 각이 지고 아이러닝 가공시에 가해지는 작업력으로 인한 다이(42)내의 원주방향 및 종방향 응력을 완화시키도록 되어 있다. 더욱 구체적으로 말하자면, 제3도 및 제3a도에 도시되어 있는 바와같이, 재차 드로오잉 가공된 용기는 펀치(41)와 다이(42) 사이의 간격내로 당겨지기 전에 공구(45)의 드로오 슬리이브(43)아래에 보유되어 있을때 원래의 두께를 갖는다. 재료 두께는 다이 반 경부(42a)로 가면서 증가하고 재료가 드로오잉 다이 반 경부(42a)의 접점을 통과한 직후에 약간 감소된다. 두께는 다이반경부(42a)를 지나서 용기 측벽의 부분에 가서 곧게 펴질때에 약간 더 펴진다. 재료는 다이(42)와 펀치(41) 사이의 간격내에서 아이러닝 가공될 때에 상당히 얇아진다.

최종적인 용기의 측벽은 단면 구조가 측적 될 수 있을만큼 쐐기형으로 되지는 않을 것이다. 이는 다단계 아이러닝 가공을 통해 드로오잉으로 인한 불균일 정도가 감소되었기 때문이다. 다이의 아이러닝 가공부로 들어가는 재료 두께가 원주방향 압축으로 인하여 일정하게 증가하지만, 직경 감소율이 작기 때문에 그 효과는 작다. 따라서, 최종적인 용기는 그 측벽 두께가 상당히 균일해질 것이다.

도면에 도시되어 있는 바와같이, 용기 재료는 그 내외측 표면에 얇은 피복이 미리 균일하게 도포된 금속이다. 이 피복은 금속과 함께 드로오잉 되지만 다이를 통하여 재료를 드로오잉 가공할때에 아이러닝 가공이 행해지더라도 금속 보호막이 소실되도록 파열되거나 손상을 받지 않도록 되어 있다.

제4도는 플랜지(51)와 측벽(52) 및 저부(53)를 가진 완성된 용기가 도시되어 있는데 저부는 하향으로 면한 주변 평탄부(54)와 돔형 중앙부(55)를 가지고 있다. 완성된 용기(50) 측벽의 재료 두께는 비교적 균일하다. 용기의 가장 두꺼운 부분은 평탄부(54)로서, 이것은 용기로 성형된 블랭크의 원래 두께를 가지고 있다. 나머지 부분의 벽두께는 예비 피복된 블랭크의 원래 두께보다 작은 약 0.001"(0.0254mm)로 얇게 되었다. 측벽(52)을 얇게 하는 것은 도면에 도시되고 여기에 기술된 다동식 드로오잉 및 동시에 행해지는 아이러닝 가공작업과 관련하여 설명되었다. 용기 저부의 돔형 부분(55)을 얇게 하는 것은 제3도의 펀치(41)의 저부 근처에서 행해진다. 펀치(41)는 저벽(53)에 돔형 저부를 형성시키도록 용기(40)의 저부 중앙부와 접촉하는 뚜렷한 공구(도시되지 않았음)형태를 취하도록 된 함몰지역(41a)을 가지고 있음을 알 수 있을 것이다. 돔(55)을 성형시킬 때에 용기 저부의 재료가 신장됨으로써 돔지역의 벽두께가 약감 감소된다.

펀치는 아이러닝 가공된 측벽두께를 증가 시키도록 직경방향으로 저부가 파이거나 테이퍼질 수 있다. 펀치가 테이퍼지면, 저부 근처의 측벽은 최종적인 용기가 이러한 임계 모서리 지역에서 더 큰 내구성을 갖도록 더 두꺼워질 것이다.

드로오잉 다이의 반경부는 고정 하중 아래로부터 펀치에 의해 당겨질때에 재료내에 발생하는 응력에 대하여 임계적인 것으로 되어 있다. 더욱 구체적으로 말하자면, 드로오잉 다이 반경부와 아이러닝 랜드쪽으로의 테이퍼진 안내부는 드로오잉 가공되지 않는 재료의 직경이 감소될때에 자연적으로 발생하는 주름을 극소화시키도록 조정되어야 한다. 재료가 드로오잉 다이의 반경부쪽으로 내향으로 당겨질때에, 재료가 고정 하중에 의해서 보유되고 재료가 두꺼워지더라도 방사선 방향으로 잔류응력이 발생한다. 불균일한 원주방향 응력은 완성된 용기 측벽에 있어서의 가변성을 안정시키는 연구에 의해서 입증된 불균일한 상태의 응력변형을 재료내에 발생 시킨다. 응력 변형은 깡통의 축선에 평행하게 플랜지가 균열되는 가능성을 증가시킨다. 여기서 설명된 바와같이, 용기 상부의 재료는 아이러닝 가공되지 않은 채로 유지될수 있으므로 두껍다. 이러한 두께는 균열에 대한 저항성을 높여준다. 그러나, 어떤 가공 작업에서는, 전체 용기가 아리러닝 가공되고 다음에 플랜지가 성형될 것이 예상된다. 따라서, 구조적인 응력 변형을 극소화시키고자 하는 필요성이 크기 때문에 드로오 다이 반경부와 테이퍼부의 주요성은 더욱 커지게 된다.

드로오 다이 반경부와 아이러닝 랜드 사이의 테이퍼부는 드로오잉 가공되는 재료내에 발생된 응력변형을 극소화시키는 것과는 다른 관점에서도 중요한 것이다. 즉, 다시 말하자면, 테이퍼부는 펀치가 재료를 다이의 아이러닝 부분내로 압입시킬 때에 펀치를 안내시키는 작용을 한다. 더욱 구체적으로 말하자면, 랜드의 위치, 펀치 및 다이의 동심성, 다이의 단면 구조에 있어서의 여러 각도 및 반경에 대한 허용 오차는 모두 펀치와 다이 사이에 일정량의 횡방향 운동을 발생시키는 작용을 한다. 경사가 급한 테이퍼부는 다이에 대한 펀치의 운동 중심을 맞추어 주는 작용을 하고 재료가 펀치와 다이사이의 환상 간격을 통해서 더욱 균일하게 흐르도록 한다. 다단계 작업에 의해서 측면으로부터 측면으로의 용기벽 균일도가 진행단계중에 나타나는 간격과 허용오차에 따라서 어느 정도까지 변하게 됨을 알 수 있을 것이다. 이러한 불균일성은 다음 작업단계의 공구에 문제를 주게 되고, 경사가 급한 테어퍼부는 이러한 문제를 극복하는데 도움이 되고 용기의 기존 조건을 극소화 시킴으로써 후속 작업단계에서 적절히 작용하게 됨을 발견하였다. 따라서, 동시 드로오잉 가공 및 아이러닝 가공의 제조 및 제3작업단계는 어떤 조건하에서는 0°의 테어퍼도 가능하다.

펀치(21)와 다이(22)에 의해서 컵으로 우선성형된적합한예의 303×406치수(8.1×11.1cm)의 용기는 약 7.947"(20.2cm)직경을 가진 원형 블랭크로부터 얕고 길다란 컵으로 제조되고, 이렇게 제조된 컵을 5.007"(12.7cm)의 내경과 약 2.000"(5.08cm)높이를 갖는다. 컵의 아이러닝 가공되지 않은 저부에서의 재료 두께는 0.0076"(0.193mm)이고 컵 측벽의 평균 벽두께는 약 0.0070"(0.178mm)이다. 제2도에서, 제1도의컵(20)이 높고 직경이 작은 용기로 재차 드로오잉 가공 되는데, 그 높이는 약 3.350"(8.509cm)이고 내경은 약 3.805"(89.665cm)이다. 다시금 저부에서의 재료두께는 약 0.0076"(0.193mm)로 유지되고 측벽이 평균 0.0067"(0.170mm)정도로 된다.

마직막으로, 제2도의 용기(30)는 최종 물품의 크기로 재차 드로오잉 가공되는데, 그 높이는 약 4.425"(11.240cm)이고 내경은 약 3.060"(7.772cm)이다. 저부 재료의 두께는 동일한 채로 유지되나, 벽두께는 평균 약 0.0064"(0.163mm)정도로 균일하게 된다.

공구 및 용기 제조분야에 숙련된 사람들은, 특정한 용기만 지금까지 도시되고 기술되었으나, 첨부된 특허청구의 범위에 의해서 본 발명의 가장 넓은 내용이 판단되어야 한다는 사실을 의심할 여지없이 알 수 있을 것이다. 더욱 구체적으로 말하자면, 특허청구의 범위는 벽두께가 두꺼워지는 현상을 개선시킬 뿐만 아니라 용기의 벽두께를 약간 감소시키기에 충분한 정도까지 드로오잉 가공과 아이러닝 가공을 동시에 행하는 공구를 사용하여 전체 두께가 비교적 균일한 용기를 제조하도록 공구를 상이한 치수의 용기, 상이한 재료, 상이한 방법 또는 이들중 어느 것의 조합에 적합시키는 수정이나 변경을 포함하도록 된 것이다.

Claims (5)

1. 펀치(21,31,41)와 연합된 드로오잉 및 아이러닝다이(22,32,42)를 구비하며, 이들은 각각 플레스내에 장착됨과 아울러 그곳을 따라 상대 이동하도록 그들의 각축을 따라 서로 정렬되어, 다이와 펀치 사이에서 얇은 금속 시이트 재료를 굽히고, 펴고, 그리고 아이러닝하는 단계를 포함하는 드로오잉 및 아이러닝 작업을 동시에 행함으로써 균일한 원형의 측벽을 가지고 두께가 더 적게 아이러닝되며 한 단부가 일체로된 저부를 가지고 다른 단부는 개방된 중공 원통형 용기를 제조하는 용기 제조용 공구에 있어서, 전체적으로 원형인 드로오잉 다이는 상기 펀치(21,31,41)의 단부를 받아들이기 위한 개구를 가지며, 상기 개구는 3°이하의 내향으로 안내되는 테이퍼진 각도(E, G, J)까지 상기 개구속으로 연장하는 예정된 드로오잉다이 반경부(22a,32a,42a)를 가지며, 상기 테이퍼진 부분은 상기 개구의 중심을 향해 기울어지고 상기 펀치(21,31,41) 및 다이(22,32,42)의 축에 전체적으로 평행한 수직한 아이러닝 랜드(22b,32b,42b)까지 직접 내형으로 연장하며, 상기 랜드(22b,32b,42b)는 산출된 원통형 용기의 얇은 금속성 측벽을 아이러닝하기 위해 상기 랜드와 상기 펀치의 측면 사이의 예정되고 감소된 방사상간극의 위치를 설정하기 위한 예정된 수직길이를 가짐을 특징으로 하는 용기 제조용 공구.
2. 제1항에 있어서, 상기 예정된 드로오잉 다이 반경부의 곡률은 0.030" 내지 0.125"(0.762 내지 3.175mm)의 범위인 것을 특징으로 하는 용기 제조용 공구.
3. 제1항에 있어서 상기 예정된 드로오잉 다이 변경부의 곡률은 수직거리에서 0.01" 내지 0.100"(0.254 내지 2.54mm)의 범위인 것을 특징으로 하는 용기 제조용 공구.
4. 제1항에 있어서, 상기 테이퍼진 부분은 상기 펀치의 상기 축에 대해 1/2 내지 3°의 범위인 것을 특징으로 하는 용기 제조용 공구.
5. 펀치(21,31,41)와 연합된 드로오잉 및 아이러닝다이(22,32,42)를 구비하며, 이들은 각각 프레스내에 장착됨과 아울러 그곳을 따라 상대 이동하도록 그들의 각측을 따라 서로 정렬되어, 다이와 펀치 사이에서 얇은 금속 시이트 재료를 굽히고, 펴고, 그리고 아이러닝하는 단계를 포함하는 드로오잉 및 아이러닝 작업을 동시에 행함으로써 균일한 원형의 측벽을 가지고 두께가 더 적게 아이러닝되며 한 단부가 일체로된 저부를 가지고 다른 단부른 개방된 중공 원통형 용기를 제조하는 용기 제조용 공구에 있어서, 전체적으로 원형인 드로오잉 다이는 상기 펀치(21,31,41)의 단부를 받아들이기 위한 개구를 가지며, 상기 개구는 상기 펀치 및 다이의 축에 대해 내향으로 기울어진 0 내지 3°의 내향으로 안내되는 테이퍼진 각도(E, G, J)까지 상기 개구속으로 연장하는 곡률반경이 0.010" 내지 0.125"(0.254 내지 3.175mm)의 범위의 예정된 드로오잉 다이 반경부(22a,32a,42a)를 가지며, 상기 내향으로 안내되는 테이퍼진 부분은 상기 펀치(21,31,41)및 다이(22,32,42)의 축에 전체적으로 평행한 수직한 아이러닝 랜드(22b,32b,42b)까지 직접 내향으로 연장하며, 상기 랜드(22b,32b,42b)는 산출된 원통형 용기의 측벽을 얇은 금속의 두께보다 더 적은 약 0.001"(0.0254mm)까지 아이러닝하기 위해 상기 랜드와 상기 펀치의 측변 사이의 예정되고 감소된 방사상 간극의 위치를 설정하기 위한 0.01" 내지 0.100"(0.254 내지 2.54mm)의 범위의 예정된 수직길이를 가짐을 특징으로 하는 용기 제조용 공구.

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