KR20080056775A - 수지 피복 금속판의 드로잉·아이어닝 가공 방법, 및 그것을사용한 수지 피복 드로잉·아이어닝 캔 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속판의 적어도 한쪽 면에 유기 수지를 피복하여 이루어지는 수지 피복 금속판을 드로잉 가공한 후, 펀치와 복수의 인접하는 다이를 사용하여 아이어닝 가공함으로써, 저부, 측벽부 및 플랜지 형성부로 이루어지는 캔체를 성형하는 수지 피복 금속판의 드로잉·아이어닝 가공 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 캔 측벽의 두께를 얇게 함에 따른 동체의 파손을 유효하게 방지할 수 있으며, 설정한 대로 두께가 얇아진 드로잉·아이어닝 캔을 효율적으로 성형하는 것이 가능해진다.
Description
본 발명은 수지 피복 금속판의 드로잉·아이어닝 가공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아이어닝 가공시에 캔체에 쇼크 라인(shock line)을 발생시키지 않아, 캔체의 동체 파손을 유효하게 방지할 수 있고, 캔 측벽을 충분히 얇게 하는 것이 가능한 아이어닝 가공 방법, 및 그것을 사용한 수지 피복 드로잉·아이어닝 캔에 관한 것이다.
드로잉·아이어닝 캔은 일반적으로, 금속판으로부터 블랭크(blank)를 펀칭하고, 블랭크를 드로잉 가공에 의해 컵으로 가공한 후, 펀치와 복수 단의 아이어닝 가공 다이로 이루어지는 아이어닝 가공 장치를 사용하여, 드로잉 가공한 컵을 펀치에 장착하며, 이어서 펀치와 함께 컵을 아이어닝 가공 다이 내부에 삽입하여 소정의 캔 측벽 두께 및 캔 높이로 마무리함으로써 제작된다. 드로잉 가공 및 아이어닝 가공에서는, 가공시의 윤활 및 냉각을 위하여 대량의 윤활유 및 냉각수가 사용되고 있다.
그런데, 최근 환경 보전 및 추가적인 캔체 질량 경감의 관점에서, 종래에는 드로잉 가공을 주체로 하는 방법으로 가공하였던 수지 피복 금속판으로 이루어지는 캔체를 아이어닝 가공하여, 캔 측벽을 더욱 얇게 가공하는 시도가 행해지고 있다. 그러나, 캔 측벽의 두께가 얇아짐에 따라, 캔 측벽에 파단이 발생하기 쉬워지기 때문에, 캔 측벽부의 두께 감소, 즉 경량화에 따른 비용 저감을 충분히 달성할 수 없다는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 일본 특허 제3582319호에는, 드로잉 성형체에 블랭크 홀더(blank holder)를 삽입하고, 블랭크 홀더를 이용하여 드로잉 성형체의 저부를 다이 평면부에 대하여 누르면서, 펀치를 다이의 캐버티 내로 전진시켜, 드로잉 성형체의 측벽부 외면을, 다이 평면부, 다이의 곡률반경이 작은 가공 코너에 밀접시키면서, 가공 코너에서의 굽힘 연신에 의해 측벽부의 판 두께를 감소시키고, 또한 펀치와, 아이어닝 가공에 있어서의 가공 코너의 전단부, 또는 전단부보다 전방이 되는 아이어닝부의 양자에 의해 아이어닝 가공을 행하여 측벽부의 판 두께를 더욱 감소시켜 드로잉 성형체보다 가늘고 긴 제1 이음매 없는 캔(seamless can)을 제조하는 방법에 있어서, 드로잉 성형체의 측벽부 두께의 아이어닝 가공 후의 두께 감소량이 높이 방향으로 동일해지도록, 드로잉 성형체의 측벽부의 상방을 향해서 두께가 점차로 커지는 높이 방향 두께 분포에 대응하여 후방을 향해서 내측으로 0도 1분∼0도 30분으로 경사진 테이퍼부를, 펀치의 원통형부의 상단에 접속하여 마련한 펀치를 사용해서 가공하는 것을 특징으로 하는 이음매 없는 캔의 제조 방법이 기재되어 있다.
상기 이음매 없는 캔의 제조 방법에서는, 재드로잉 다이와 아이어닝 다이의 조합을 이용하여 드로잉·아이어닝 가공을 행하는 것으로, 특히 성형된 캔체의 개구부는 아이어닝 가공이 행해지지 않고 드로잉 가공 도중에 종료되기 때문에, 개구부에 이르기까지 보다 고도로 두께를 얇게 할 수 없다.
또한 아이어닝 가공 방법으로서, 일본 특허 공개 제2003-19518호 공보에는, 펀치에 지지된 금속 컵을 아이어닝 가공용 다이와 맞물리게 해서 컵 측벽부의 두께를 얇게 하는 아이어닝 가공 방법에 있어서, 전단(前段) 및 후단(後段)의 아이어닝 가공부를 연속 설치 상태로 랜드 간 거리가 3 ㎜ 내지 20 ㎜가 되도록 배치하고, 전단의 아이어닝 가공부와 후단의 아이어닝 가공부에 의한 아이어닝 양의 총합의 20% 이상의 아이어닝 가공을 전단의 아이어닝 가공부에서 실시하는 것을 특징으로 하는 아이어닝 가공 방법이 기재되어 있다.
그러나, 상기 아이어닝 가공 방법에 의해, 보다 두께가 얇은 드로잉·아이어닝 캔을 제작하고자 한 결과, 동체가 파손되어 버린다는 문제가 발생하였다.
본 발명자들은, 이러한 동체 파손의 원인을 예의 연구한 결과, 다음의 사실을 알게 되었다. 즉, 상기 아이어닝 가공 방법과 같이, 연달아 설치된 전단 및 후단의 아이어닝 가공 다이를 사용하여 아이어닝 가공을 행하는 경우에는, 플랜지 형성부와 측벽부의 사이에 형성되는 단차부의 측벽부측의 단부에 대응하는 위치에, 전단의 다이가 도달했을 때에 쇼크 라인(국소적인 얇은 두께부)이 발생하여, 동체 파손이 발생하는 것을 알 수 있었다. 또한, 단차부 근방의 측벽부의 두께가 펀치와 다이 사이에 형성되는 설정 클리어런스 이상으로 두꺼워져서, 설정 두께대로의 두께 분포를 형성하는 것이 곤란하였다.
따라서 본 발명의 목적은, 금속판의 적어도 한쪽 면에 유기 수지를 피복하여 이루어지는 수지 피복 금속판을 드로잉 가공한 후, 펀치와 복수의 인접하는 다이를 사용하여 아이어닝 가공함으로써, 저부, 측벽부 및 플랜지 형성부로 이루어지는 캔체를 성형하는 수지 피복 금속판의 드로잉·아이어닝 가공 방법에 있어서, 복수의 다이를 사용하는 것에 의해 발생하는 쇼크 라인의 발생을 방지하고, 캔 측벽부의 두께를 더욱 얇게 해도 동체 파손을 발생시키는 일이 없으며, 단차부 근방의 설정 클리어런스 이상으로 두께가 두꺼워지는 것을 방지하여, 플랜지 형성부 근방의 측벽부의 두께 분포를 균일화할 수 있는 드로잉·아이어닝 가공 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 금속판의 적어도 한쪽 면에 유기 수지를 피복하여 이루어지는 수지 피복 금속판을 드로잉 가공한 후, 펀치와 복수의 인접하는 다이를 사용하여 아이어닝 가공함으로써, 저부, 측벽부 및 플랜지 형성부로 이루어지는 캔체를 성형하는 수지 피복 금속판의 드로잉·아이어닝 가공 방법에 있어서, 상기 아이어닝 가공에서의 펀치의, 플랜지 형성부에 연속되는 측벽부에 대응하는 위치에, 상기 복수의 다이의 제1 다이와 최종단의 다이의 랜드 간 거리 이상의 길이를 갖는 테이퍼가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 드로잉·아이어닝 가공 방법이 제공된다.
본 발명의 드로잉·아이어닝 가공 방법에서는,
1. 상기 펀치가, 후단 부분에 소직경 부분을 가지며, 성형 후의 캔체의 개구 단부의 아이어닝률이 0%∼15%가 되도록 아이어닝 가공을 행하고,
2. 상기 2개의 다이가, 전단의 다이와 후단의 다이를 연속 설치 상태로 배치하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면 금속판의 적어도 한쪽 면에 유기 수지를 피복하여 이루어지는 수지 피복 금속판을 드로잉·아이어닝 가공하여 이루어지고, 저부, 측벽부 및 플랜지 형성부로 이루어지는 캔체로서, 상기 플랜지 형성부에 연속되는 측벽부의 내면에, 상기 플랜지 형성부의 하부로부터 두께가 상방에서 하방을 향하여 감소하는 테이퍼가 형성되어 있고, 캔체 측벽부의 외면에 단차가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 드로잉·아이어닝 캔이 제공된다.
본 발명의 드로잉·아이어닝 캔의 아이어닝 가공 방법에서는, 아이어닝 가공에서의 펀치의 외면 형상에 있어서, 플랜지 형성부에 연속되는 측벽부에 대응하는 위치에, 복수의 다이의 제1 다이와 최종단의 다이의 랜드 간 거리 이상의 길이를 갖는 테이퍼가 형성되어 있는 것이 중요한 특징이다.
도 1 및 도 2는 후술하는 드로잉·아이어닝 가공 방법의 개략적인 공정에서의 도 9의 X 부분을 확대하여 도시하는 도면이며, 종래의 드로잉·아이어닝 가공 방법에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 캔체에, 플랜지를 형성하기 위한 두께가 두꺼운 플랜지 형성부(3)와, 플랜지 형성부(3)와 두께가 얇은 측벽부(4)의 사이에 위치하는 내면에 테이퍼가 형성된 단차부(5)를 형성할 수 있도록, 펀치(10)의 후단 부분에는, 플랜지 형성부에 대응하는 소직경 부분(11), 및 측벽부에 대응하는 대직경 부분(12), 소직경 부분(11)과 대직경 부분(12)을 연결하는 테이퍼부(13)가 형성되어 있다.
이에 비하여 본 발명의 드로잉·아이어닝 가공 방법에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 도 1에 도시한 종래의 펀치의 후단 부분에, 또한 전단 다이(20A)의 랜드부(21A)와 후단 다이(20B)의 랜드부(21B) 사이 거리(L1) 이상의 길이(L2)를 갖는 테이퍼부(14)가 형성되어 있고, 펀치(10)의 후단 부분에, 소직경 부분(11), 테이퍼부(13), 랜드 간 거리 이상의 길이를 갖는 테이퍼부(14)가 형성되어, 대직경 부분(12)과 이어지고 있다.
이에 따라, 펀치에 의해 규제되는 캔체(2)의 두께가, 단차부(5)와 측벽부(4)의 경계 부분(6)에서 종래의 것보다도 두껍고, 게다가 경계 부분(6)에서 급격한 두께의 변화가 없기 때문에, 측벽부(4)로부터 플랜지 형성부(3)로의 성형 상태의 변화가 완만해져서, 전단 다이(20A)가 경계 부분(6)에 도달해도, 종래의 펀치를 사용한 경우와 같이 쇼크 라인을 발생시키는 일이 없으며, 두께가 얇아짐에 따른 동체 파손을 유효하게 방지할 수 있다. 게다가 설정 클리어런스대로의 두께의 실현이 가능해져서 균일한 두께 분포를 얻는 것도 가능해진다.
본 발명의 이러한 작용 효과는 후술하는 실시예의 결과를 나타내는 도 3 내지 도 6으로부터도 명백하다.
즉, 도 3은 도 1에 도시한 종래의 펀치 및 도 2에 도시한 본 발명의 펀치를 사용한 경우에 형성되는 캔 측벽의 설정 두께를 캔 바닥으로부터의 높이에 대응시킨 그래프이며, 이 그래프로부터 명백하듯이 본 발명의 펀치를 사용한 경우에는, 종래의 펀치를 사용한 경우에 비해서, 측벽부에 완만하게 긴 테이퍼가 형성되고, 통상 형성되는 단차부의 테이퍼는 종래의 것에 비하여 짧아지고 있다.
도 4는 이들 펀치를 사용하여 실제로 제작된 캔체의 캔 저부로부터의 높이에 대응하는 캔 측벽의 두께 분포를 나타내는 그래프이며, 종래의 펀치를 사용한 경우에는, 단차부에 연결되는 측벽부의 상부에서 쇼크 라인이 형성되어 있는 것이 명백하다(도 4의 S 부분).
또한 도 5 및 도 6은 각각 종래의 펀치 및 본 발명의 펀치에 대하여, 이들 펀치를 사용한 경우의 캔 측벽의 설정 두께 및 실제로 작성된 캔 측벽의 두께 분포를 캔 바닥으로부터의 높이에 대응시킨 그래프이며, 도 5로부터 명백하듯이, 종래의 펀치를 사용한 경우에는, 단차부에 연결되는 측벽부 상부에서 설정 두께와 실제 두께에 큰 차이가 있어, 성형 상태가 불안정해지는 것을 알 수 있다. 이에 비하여 본 발명의 펀치를 사용한 경우에는, 도 6으로부터 명백하듯이, 이러한 부분에 설정 두께와 실제 두께에 거의 차이가 없어, 성형 상태가 안정되어 있는 것이 명백하다.
도 1은 종래의 드로잉·아이어닝 가공 방법에서의 도 9의 X 부분을 확대하여 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 드로잉·아이어닝 가공 방법에서의 도 9의 X 부분을 확대하여 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 종래의 펀치를 사용한 경우에 형성되는 캔 측벽의 설정 두께를 캔 바닥으로부터의 높이에 대응시킨 그래프이다.
도 4는 도 2에 도시한 본 발명의 펀치를 사용한 경우에 형성되는 캔 측벽의 설정 두께를 캔 바닥으로부터의 높이에 대응시킨 그래프이다.
도 5는 종래의 펀치를 사용한 경우의 캔 측벽의 설정 두께 및 실제로 제작된 캔 측벽의 두께 분포를 캔 바닥으로부터의 높이에 대응시킨 그래프이다.
도 6은 본 발명의 펀치를 사용한 경우의 캔 측벽의 설정 두께 및 실제로 제작된 캔 측벽의 두께 분포를 캔 바닥으로부터의 높이에 대응시킨 그래프이다.
도 7은 드로잉·아이어닝 가공 방법의 공정의 일부를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 드로잉·아이어닝 가공 방법의 공정의 일부를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 드로잉·아이어닝 가공 방법의 공정의 일부를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 드로잉·아이어닝 가공 방법의 공정의 일부를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 드로잉·아이어닝 가공 방법에 사용하는 아이어닝 가공용 다이의 일례를 도시하는 도면이다.
(드로잉·아이어닝 가공 방법)
본 발명의 드로잉·아이어닝 가공 방법에 있어서의 아이어닝 가공에서는, 플랜지 형성부에 연속되는 측벽부에 대응하는 위치에, 상기 복수의 다이의 제1 다이와 최종단의 다이의 랜드 간 거리 이상의 길이를 갖는 테이퍼가 형성되어 있는 펀 치를 사용하는 것이 중요한 특징이며, 이러한 점을 제외하면 종래 공지의 드로잉·아이어닝 가공 방법에 의해 행할 수 있다.
도 7 내지 도 10은 2단의 아이어닝 가공 다이를 사용한 경우의 드로잉·아이어닝 가공 방법을 개략적으로 설명하기 위한 공정도이며, 본 발명의 드로잉·아이어닝 가공 방법에서는, 우선 종래의 방법으로 수지 피복 금속판으로부터 블랭크를 펀칭하고, 블랭크를 드로잉 가공함으로써 드로잉 컵(1)을 성형한 후, 도 7에 도시하는 바와 같이, 드로잉 컵(1)을 펀치(10)에 장착하며, 도 8 내지 도 10에 도시하는 바와 같이, 펀치(10)와 함께 드로잉 컵(1)을 2개의 연달아 설치되는 전단 다이(20A) 및 후단 다이(20B)로 이루어지는 아이어닝 가공 다이(20)의 내부에 삽입해서 아이어닝 가공을 행하여, 드로잉 컵(1)의 캔 측벽 두께를 감소시키고, 캔체의 높이를 높게 함으로써, 목적으로 하는 저부, 측벽부 및 플랜지 형성부로 이루어지는 캔체(2)를 성형할 수 있다.
본 발명에서, 펀치의 플랜지 형성부에 연속되는 측벽부에 대응하는 위치에 형성되며, 복수의 다이의 제1 다이와 최종단의 다이의 랜드 간 거리 이상의 길이를 갖는 테이퍼는, 테이퍼의 상단(14A)이 플랜지 형성부에 대응하는 소직경 부분(11)의 하단(11B)으로부터, 단차부(5)에 대응하는 테이퍼부(13)와 대직경 부분(12)의 경계 부분(16)에 이르기까지 형성되어 있는 것이 바람직하다. 예컨대, 상술한 도 2에 도시하는 바와 같이, 그 상단(14A)이 도 1의 경계 부분(16)보다도 상방의 테이퍼부(13)에 위치하여, 2단의 테이퍼부(13, 14)가 형성되어 있어도 좋고, 또는 그 상단(14A)이 플랜지 형성부에 대응하는 소직경 부분(11)의 하단(11B)에 위치하여, 소직경 부분(11)의 하단(11B)으로부터 한단의 완만한 테이퍼가 형성되어 있어도 좋다.
또한 이 테이퍼는 플랜지 형성부에 연결되는 측벽부에 랜드 간 거리 이상의 완만한 테이퍼를 형성할 수 있는 한, 펀치 외면의 형상은 상술한 것에 한정되지 않으며, 복수의 테이퍼의 조합이어도 좋고, 또는 곡면 형상이어도 좋다.
테이퍼의 길이는 제1 다이와 최종단의 다이의 랜드 간 거리 이상의 길이이면 되고, 또한 각도도 본 발명의 목적을 달성하는 데에 있어서는 제한은 없으나, 테이퍼 길이가 너무 길거나, 또는 각도가 너무 크면, 측벽부의 두께가 필요 이상으로 두꺼워져서, 생산성, 재료 비용 등의 점에서 바람직하지 않기 때문에, 캔 높이 및 동체 직경의 크기에 따라서 개별적으로 적절히 선택하면 된다.
예컨대 후술하는 실시예와 같이 캔 높이(H) 120 ㎜ 및 캔 바닥으로부터 60 ㎜의 높이의 드로잉·아이어닝 캔의 경우에서, 테이퍼 길이(L2)는 L2=[랜드 간 거리(L1)+(1 ㎜∼30 ㎜)]의 범위에 있는 것이 좋고, 각도(θ)는 0＜θ≤0°30'의 범위에 있는 것이 좋다.
또한 본 발명에 사용하는 펀치에서는, 후단 부분, 즉 플랜지 형성부에 대응하는 소직경 부분(11)의 상부에, 하방으로부터 상방을 향하여 직경이 감소하는 테이퍼부(17)를 통해서 소직경 부분(18)이 형성되어 있는 것이 바람직하고, 이 소직경 부분(18)은 캔체의 개구 단부의 아이어닝률이 0%∼10%가 되는 것이 수지 헤어(resin hair)(개구 단부의 피복 수지가 압출되어 절단된, 실 형상 절단 부스러 기)의 발생을 방지하는 관점에서 보다 바람직하다. 또, 아이어닝률은 아이어닝 가공한 캔에서 가장 낮은 캔 높이로부터 1 ㎜ 낮은 부위를 측정한 두께를 가공 후의 두께로 하여, 아이어닝 가공 전의 판 두께와 비교하여 계산하였다.
즉, 캔체의 개구 단부가 아이어닝 가공 다이(20)를 통과할 때, 펀치(10)의 소직경 부분(18)과 아이어닝 가공 다이(20A)의 내경 사이의 간극의 크기는 피복 수지의 손상 한계 이상으로 설정되어 있으므로, 캔체의 개구 단부의 피복 수지에 손상 한계 이상의 아이어닝 가공이 실시되지 않는다. 그 때문에, 펀치(10)에 장착되어 아이어닝 가공된 드로잉 컵(1)은 캔체의 개구부 부근에 두께가 두꺼운 플랜지 형성부(3)가 형성되고, 캔체의 개구 단부에 수지 헤어가 발생하지 않게 된다.
펀치(10)의 소직경 부분(18)은 일직선(straight)의 단차 부분으로서 형성해도 좋으나, 테이퍼 형상으로 서서히 소직경화하여 테이퍼부의 도중에서부터 아이어닝 가공이 실시되지 않은 직경이 되는 형상으로 할 수도 있으며, 이 방법에 따르면, 아이어닝 가공 압력의 개방이 서서히 행해지는 점에서 바람직하다. 이 테이퍼 형상은 최종의 캔 높이가 되는 부위(트림 위치(trim position))보다 적어도 3 ㎜ 이상 높은 부위에서 시작하는 것이 바람직하다. 테이퍼 각도는 0.1°∼30°가 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.5°∼5°이다. 테이퍼 각도가 0.1° 미만에서는, 수지 헤어 발생에 대하여 효과가 없고, 30°를 넘으면, 펀치의 강도 또는 아이어닝 가공시의 펀치의 진동의 점에서 문제가 되기 쉽다.
본 발명에서는, 복수의 다이, 적어도 2개의 다이를 사용하고, 이 2개의 다이의 랜드 간 거리를 3 ㎜∼40 ㎜로 배치하여, 아이어닝 가공을 행하는 것이 바람직 하다. 이 2개의 다이는 연속 설치 상태에 있는 것이 바람직하다. 연속 설치란 전단의 아이어닝 가공부와 후단의 아이어닝 가공부가 펀치의 아이어닝 가공을 행하는 부분에 동시에 삽입된 상태에서 연달아 형성되어 있는 것을 의미하는 것이며, 전단의 아이어닝 가공부와 후단의 아이어닝 가공부가 바람직하게는 별개의 부재로 구성되어 있는 것이다. 그 외에, 2부위의 아이어닝부를 갖도록 일체화한 것, 또는 사이에 스페이서 등을 개재하여, 2개의 다이를 설치한 것을 사용할 수 있다. 상기의 경우에 비하여, 2개의 다이의 랜드 간 거리를 3 ㎜∼40 ㎜로 배치하여, 아이어닝 가공을 행하는 방법은 아이어닝 가공 후의 캔 제거성의 점에서 바람직하다. 또한 이와 같이 적어도 2개의 다이를 사용함으로써, 아이어닝 가공 1단당의 한계 아이어닝률이 약 64%로 향상되고, 수지 헤어의 발생이 없으며, 보다 높은 캔 높이를 가진 캔을 얻을 수 있다.
본 발명에 사용하는 연달아 설치된 아이어닝 가공용 다이의 일례를 도시하는 도 11에서, 이 아이어닝 가공부는 전단의 아이어닝 가공부(20A)와 후단의 아이어닝 가공부(20B)로 이루어지고, 전단 및 후단의 아이어닝 가공부 각각은, 다이 어프로치부(21A, 21B), 랜드부(22A, 22B), 출구면(23A, 23B)을 갖고 있다. 이들 각 아이어닝 가공부는 공지의 아이어닝 가공용 다이의 각 아이어닝 가공부와 동일한 기능을 갖는 것이지만, 본 발명에서는, 전단 및 후단의 아이어닝 가공을 동시에 행함으로써, 후단의 아이어닝 가공시에, 전단의 아이어닝 가공부에 의해 발생하는 축 방향의 성형 응력(24)을 백 텐션(25; back tension)으로서 유효하게 이용하여, 아이어닝 가공 1단당의 한계 아이어닝률을 향상하고, 후단의 아이어닝 가공 다이의 직 경 방향의 변형이 대폭으로 저감되며, 균일하고 동일한 아이어닝 가공을 가능하게 한다.
전단의 아이어닝 가공부(20A)에 의한 백 텐션을 유효하게 이용하여, 아이어닝 가공에서의 한계 아이어닝률을 향상시키고, 또 후단의 아이어닝 가공 다이의 직경 방향의 변형을 억제한다는 견지에서는, 전단 및 후단의 랜드 간 거리(L)는 짧은 편이 유효하며, 랜드 간 거리(L)는 40 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 40 ㎜를 넘어도, 백 텐션의 효과는 얻어지지만, 트리밍 시에 제거해야 할 재료가 많아져서, 경제성의 관점에서 바람직하지 않다. 이러한 자원 절약화의 견지로부터, 랜드 간 거리(L)는 짧은 편이, 캔체의 개구 단부의 두꺼운 부분의 체적 저감에 유효하며, 3 ㎜∼40 ㎜, 특히 3 ㎜∼20 ㎜의 범위에 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 전단의 아이어닝 가공부의 아이어닝 가공량은 전단의 아이어닝 가공부와 후단의 아이어닝 가공부에 의한 아이어닝량의 총합의 20% 이상으로 실시하는 것이 바람직하다. 전단의 아이어닝 가공부와 후단의 아이어닝 가공부를 연달아 설치하고, 전단의 아이어닝 가공부에서 특정 비율 이상의 아이어닝 가공을 실시함으로써, 후단의 아이어닝 가공부에서는 적당한 백 텐션이 작용하고 있는 상태에서 아이어닝 가공을 실시할 수 있다. 따라서, 후단의 아이어닝 가공부에서는, 아이어닝 가공 다이의 직경 방향 응력이 저감된다. 이 저감 효과에 의해, 다이 어프로치각을 작게 했을 때의 결점인 아이어닝 가공 다이의 직경 방향의 변형이 억제된다.
전단의 아이어닝 가공부의 아이어닝 가공량이 전단의 아이어닝 가공부와 후 단의 아이어닝 가공부에 의한 아이어닝량의 총합의 20% 이하인 경우, 전단의 아이어닝 가공부의 성형 응력이 낮으며, 따라서 후단의 아이어닝 가공부에 작용하는 백 텐션이 작아지기 때문에, 후단의 아이어닝 가공부에서의 아이어닝 가공성의 향상 효과, 및 후단의 아이어닝 가공 다이의 직경 방향의 변형을 억제하는 효과를 충분히 얻을 수 없다.
본 발명의 유기 수지 피복 금속판의 아이어닝 가공 방법은 윤활유나 냉각수를 사용하는 종래의 아이어닝 가공과 고온 휘발성의 윤활유를 사용하는 건식의 아이어닝 가공 모두에 적용될 수 있다.
또, 연달아 설치한 전단 및 후단의 아이어닝 가공부의 앞의 공정에서, 피복 유기 수지의 손상 한계를 넘지 않는 범위에서 아이어닝 가공을 실시하고, 또한 연달아 설치한 전단 및 후단의 아이어닝 가공부의 다음 공정에서, 펀치로부터 캔체의 제거성을 향상시키기 위하여 10% 이하의 아이어닝 가공을 실시하는 등과 같이, 복수 단의 아이어닝 가공 공정에 의해 드로잉·아이어닝 가공을 행할 수 있다.
(유기 수지 피복 금속판)
상술한 본 발명의 아이어닝 가공 방법에서는, 하층이 금속 크롬, 상층이 크롬 수화산화물의 2층 구조를 갖는 전해 크롬산 처리강, 양철(tin plate) 등의 각종 도금 강판이나 표면 처리 강판, 스테인리스 강판, 알루미늄판이나 알루미늄 합금판 등의 금속판의 양면에 폴리에스테르 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리아미드 수지 등의 열가소성 수지로 이루어지는 유기 수지를 피복한 금속판이나, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지로 이루어지는 도료를 도포한 도장 금속판이나 상기 유기 수지 내에 안료, 필러 등이 배합되어 있는 유기 수지 피복 금속판을 드로잉·아이어닝 가공하는 경우에 특히 유효하다.
유기 수지 필름의 두께로서 5 ㎛∼100 ㎛가 바람직하다. 본 발명에 적용하는 수지 필름은 단층 필름 또는 2층 이상의 복층 필름 모두가 가능하고, 열가소성 수지, 특히 폴리에스테르 수지로 이루어지는 필름인 것이 바람직하다.
폴리에스테르 수지로서는, 에틸렌 테레프탈레이트, 에틸렌 이소프탈레이트, 부틸렌 테레프탈레이트, 부틸렌 이소프탈레이트 등의 에스테르 단위를 갖는 것이 바람직하고, 또한 이들 중에서 선택되는 적어도 1종류의 에스테르 단위를 주체로 하는 폴리에스테르인 것이 바람직하다. 이때, 각 에스테르 단위는 공중합되어 있어도 좋고, 또한 2종류 이상의 각 에스테르 단위의 호모 폴리머 또는 공중합 폴리머를 혼합해서 사용해도 좋다. 상기 이외의 것으로, 에스테르 단위의 산 성분으로서, 나프탈렌디카르복실산, 아디프산, 세바신산, 트리멜리트산 등을 사용한 것 등과, 또한 에스테르 단위의 알코올 성분으로서, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 시클로헥산디메탄올, 펜타에리스리톨 등을 사용한 것을 이용해도 좋다.
이 폴리에스테르는, 호모폴리에스테르 또는 코폴리에스테르, 또는 이들의 2종 이상으로 이루어지는 혼합물로 이루어지는 2종 이상의 폴리에스테르층의 적층체여도 좋다. 예컨대, 폴리에스테르 필름의 하층을 열 접착성이 우수한 공중합 폴리에스테르층으로 하고, 그 상층을 강도나 내열성, 나아가서는 부식 성분에 대한 배리어성이 우수한 폴리에스테르층 또는 개질 폴리에스테르층으로 할 수 있다.
본 발명에서는, 1축 또는 2축으로 연신된 연신 필름 및 무연신 필름을 모두 적용할 수 있으나, 무연신의 폴리에스테르 수지로 이루어지는 필름을 사용하는 것이 바람직하고, 폴리에스테르 수지 필름을 표면 처리 강판에 적층하는 작업에서 수지가 절단되거나, 폴리에스테르 수지 필름을 적층한 표면 처리 강판에 드로잉 가공이나 드로잉·아이어닝 가공과 같은 가혹한 성형 가공을 실시해도 수지가 깎이거나 상처를 입는 일이 없으며, 또한 크랙이 발생하거나 깨지거나, 또 박리하는 일이 없도록 하기 위하여, 수지의 고유 점도를 높여서, 수지를 강화시킬 필요가 있다.
이 때문에, 상기의 폴리에스테르 수지의 고유 점도를 0.6∼1.4의 범위로 하는 것이 바람직하고, 0.8∼1.2의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다. 고유 점도가 0.6 미만인 폴리에스테르 수지를 사용한 경우는 수지의 강도가 극단적으로 저하되어, 그러한 수지를 드로잉 가공이나 드로잉·아이어닝 가공을 실시해서 성형하는 캔에 적용할 수 없다. 한편, 수지의 고유 점도가 1.4를 넘으면 수지를 가열 용융시켰을 때의 용융 점도가 극단적으로 높아져서, 폴리에스테르 수지 필름을 표면 처리 강판에 적층하는 작업이 매우 곤란해진다.
수지 필름의 두께는 단층 필름인 경우는 5 ㎛∼100 ㎛인 것이 바람직하고, 10 ㎛∼40 ㎛인 것이 보다 바람직하다. 두께가 5 ㎛ 미만인 경우는 표면 처리 강판에 적층하는 작업이 현저히 곤란해지고, 또한 드로잉 가공이나 드로잉·아이어닝 가공을 실시한 후의 수지층에 결함이 발생하기 쉬우며, 캔으로 성형하여 내용물을 충전했을 때에, 부식 성분에 대한 내투과성도 충분하지 않다. 두께를 증가시키면 내투과성은 충분해지지만, 100 ㎛를 넘는 두께로 하는 것은 경제적으로 불리해진 다. 복층 필름의 경우에는 성형 가공성이나, 내투과성, 또는 내용물의 플레이버(flavor)에 주는 영향 등의 관점에서 각 층의 두께의 비율이 변동되지만, 총 두께가 5 ㎛∼60 ㎛가 되도록, 각 층의 두께를 조정한다.
또한, 수지 필름을 제조 가공할 때에, 수지 내에 필요한 특성을 손상시키지 않는 범위에서 착색 안료, 안정제, 산화방지제, 활재 등을 함유시켜서, 필름으로 제조해도 좋다. 또한, 캔 내면으로 사용되는 면에는, 안료를 포함하지 않는 폴리에스테르 수지 필름을, 캔 외면으로 사용되는 면에는, 산화티탄 등의 안료를 포함한 폴리에스테르 수지 필름을 라미네이트한 금속판을 사용해도 좋다.
유기 수지 필름을 라미네이트하는 방법으로서, 가열된 표면 처리 강판에, 유기 수지 필름을 직접 라미네이트하거나 또는 접착제를 개재시켜 라미네이트를 행해도 좋다. 또한, 용융된 수지를, 표면 처리 강판에 직접 라미네이트하는 압출 라미네이트 방법을 적용해도 좋다. 이들 라미네이트 방법은 공지의 방법을 적용할 수 있다.
(드로잉·아이어닝 캔)
상술한 유기 수지 피복 금속판을 사용하여, 본 발명의 드로잉·아이어닝 가공 방법을 행함으로써, 쇼크 라인의 발생이 유효하게 방지되고, 설정한 대로 두께가 얇아진, 균일한 두께 분포를 갖는 드로잉·아이어닝 캔을 얻을 수 있다.
이 드로잉·아이어닝 캔은, 상술한 펀치에 대응한 두께 분포를 갖고 있으며, 플랜지 형성부에 이어지는 측벽부에서, 제1 다이와 최종단의 다이의 랜드 간 거리 이상의 길이를 갖는 테이퍼가 형성되어 있는 것이 중요한 특징이다.
또한, 본 발명의 드로잉·아이어닝 가공 방법에서는, 후단의 아이어닝 가공 다이가 캔체의 상단까지 완전히 아이어닝 가공을 행하기 때문에, 이 방법에 의한 본 발명의 드로잉·아이어닝 캔의 측벽부의 외면에는 단차가 형성되는 일이 없다.
본 발명의 방법에 의해 얻어진 드로잉·아이어닝 캔에, 종래 공지의 트리밍 가공, 네크 가공, 플랜지 가공 등을 행할 수도 있다.
<실시예>
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
(실시예 1∼3, 비교예 1∼2)
샘플 판(sample plate)으로서, 판 두께 0.190 ㎜의 전해 크롬산 처리 강판의 캔체 내면측이 되는 면에 두께 28 ㎛의 투명 폴리에스테르 필름을, 캔체 외면측이 되는 면에 두께 16 ㎛의 산화티탄계 안료를 첨가한 백색 폴리에스테르 필름을 피복한 유기 수지 피복 강판을 사용하였다. 이 유기 수지 피복 강판으로부터 151 ㎜ 직경의 원 블랭크를 펀칭한 후, 제1단의 드로잉 가공에 의해 91 ㎜ 직경의 드로잉 컵을 성형하고, 이어서 제2단의 드로잉 가공에 의해 66 ㎜ 직경의 드로잉 컵으로 성형하였다.
이 컵을, 표 1에 기재된 랜드 간 거리(L1)를 갖는 아이어닝 가공 다이, 및 표 1에 기재된 테이퍼 형상(테이퍼 길이 L 2 , 테이퍼 각도 θ)을 갖는 펀치로 이루어지는 2단의 아이어닝 가공부로 이루어지는 아이어닝 가공 장치를 사용하여, 하기에 나타내는 조건으로 아이어닝 가공을 실시하여, 드로잉·아이어닝 캔을 성형하였다.
제1단의 드로잉 가공: Φ91 ㎜(컵)
제2단의 드로잉 가공: Φ66 ㎜(컵)
전단 아이어닝 다이와 펀치 사이의 클리어런스(CL1): 0.120 ㎜(고정)
후단 아이어닝 다이와 펀치 사이의 클리어런스(CL2): 표 1에 기재
측벽부 두께의 측정 높이는 캔 바닥으로부터 60 ㎜의 위치
프레스 성형 속도: 200(스트로크/분)
또, 어떠한 펀치에 대해서도, 펀치 선단(캔 바닥 부분)으로부터 130 ㎜의 위치에서부터 테이퍼를 형성하고, 63 ㎜ 직경까지 소직경화하였다.
[캔체의 성형성]
후단 아이어닝 다이와 펀치 사이의 클리어런스를 표 1에 나타내는 바와 같이 변화시켜서, 성형 가능 여부를 확인하고, 성형된 캔체의 측벽부 두께(Tw)를 측정하였다. 또, 측벽부 두께(Tw)의 측정 높이는 캔 바닥으로부터 60 ㎜의 위치이다. 평가 기준은 이하와 같다. 결과를 표 1에 나타낸다.
○: 지장 없이 캔체로 성형 가능하다.
×: 아이어닝 가공 중에 캔체 측벽부가 파단되었다(동체 파손).
[캔체의 두께 분포]
실시예 1∼2 및 비교예 1∼2에 대하여, 각각 사용한 펀치의 캔 측벽의 설정 두께를 캔 바닥으로부터의 높이에 대응시킨 그래프를 도 3에, 또한 실시예 1 및 비교예 1에 대하여 얻어진 드로잉·아이어닝 캔의 캔 측벽의 설정 두께를 캔 바닥으 로부터의 높이에 대응시킨 그래프를 도 4에, 비교예 1에서의 캔 측벽의 설정 두께 및 실제로 작성된 캔 측벽의 두께 분포를 캔 바닥으로부터의 높이에 대응시킨 그래프를 도 5에, 실시예 1에서의 캔 측벽의 설정 두께 및 실제로 작성된 캔 측벽의 두께 분포를 캔 바닥으로부터의 높이에 대응시킨 그래프를 도 6에 각각 도시하였다.
본 발명의 수지 피복 금속판의 드로잉·아이어닝 가공 방법에 따르면, 캔 측 벽의 두께를 얇게 함에 따른 쇼크 라인의 발생에 의한 동체 파손이 유효하게 방지되고, 설정 두께와 거의 동일한 두께로 얇게 할 수 있으며, 보다 두께가 얇아진 측벽을 갖는 캔체의 성형에 유효하게 사용하는 것이 가능하다.
또한 이 방법에 의해 얻어진 본 발명의 캔체는, 측벽이 균일한 두께 분포를 가지며 캔체 질량이 경감되어 있고, 환경 보전 및 비용 저감의 관점에서 특히 우수한 것이다.
Claims (4)
- 금속판의 적어도 한쪽 면에 유기 수지를 피복하여 이루어지는 수지 피복 금속판을 드로잉 가공한 후, 펀치와 복수의 인접하는 다이를 사용하여 아이어닝 가공함으로써, 저부, 측벽부 및 플랜지 형성부로 이루어지는 캔체를 성형하는 수지 피복 금속판의 드로잉·아이어닝 가공 방법에 있어서,상기 플랜지 형성부에 연속되는 측벽부에 대응하는 상기 펀치의 위치에, 상기 복수의 다이의 제1 다이와 최종단의 다이의 랜드 간 거리 이상의 길이를 갖는 테이퍼가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 드로잉·아이어닝 가공 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 펀치가 후단 부분에 소직경 부분을 가지며, 성형 후의 캔체의 개구 단부의 아이어닝률이 0%∼15%가 되도록 아이어닝 가공을 행하는 드로잉·아이어닝 가공 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 다이는, 인접하는 다이가 연속 설치 상태로 배치되어 이루어지는 것인 드로잉·아이어닝 가공 방법.
- 금속판의 적어도 한쪽 면에 유기 수지를 피복하여 이루어지는 수지 피복 금속판을 드로잉·아이어닝 가공하여 이루어지며, 저부, 측벽부 및 플랜지 형성부로 이루어지는 캔체로서,상기 플랜지 형성부에 연속되는 측벽부의 내면에, 상기 플랜지 형성부의 하부로부터 두께가 상방에서 하방을 향하여 감소하는 테이퍼가 형성되어 있고, 캔체 측벽부의 외면에 단차가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 드로잉·아이어닝 캔.
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2005
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