DE69417001T2

DE69417001T2 - Verfahren zum Formen eines metallischen Behalters

Info

Publication number: DE69417001T2
Application number: DE69417001T
Authority: DE
Inventors: Keiichi Shimizu
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1994-08-04
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2014-08-05
Also published as: DE69417001D1; EP0664169A1; EP0664169B1; CA2132049A1; CA2132049C; US5544517A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Formen einer Metalldose, die mit einem organischen Film beschichtet ist.
Herkömmliche Verfahren zur Dosenformung bestehen im Ziehen und Nachziehen (gezogene und nachgezogene "DRD"-Dose (= drawn-andredrawn can)) oder im Ziehen und Abstrecken (gezogene und abgestreckte "DI"-Dose (= drawn-and-ironed can)) zweiteiliger Dosen, bei denen die Seiten und die Grundfläche zu einem Teil zusammengefügt sind. Weiterhin ist eine dünngezogene/nachgezogene Dose ("DTR"-Dose (= drawn-thin/redrawn can)) bekannt. Da die DRD-Dose durch Ziehen und Nachziehen gebildet ist, kann die Wanddicke der Dose im Verhältnis zur Höhe der Dose groß sein. Aus diesem Grund wird die DRD-Technik im Hinblick auf die Kosteneffektivität im allgemeinen für die Herstellung von Dosen mit geringer Höhe verwendet. Die Dicke einer DI-Dose, die nach dem Ziehprozeß durch Abstrecken gebildet wird, besitzt gewöhnlich ungefähr ein Drittel der Ausgangswanddicke, weshalb diese Dosen in Anwendungen, bei denen die Dose eine verhältnismäßig große Höhe besitzt, wirtschaftlich verwendet werden können.
Wenn die DRD- und DI-Dosen miteinander verglichen werden, so kann die erstere aus einem vorher mit einem organischen Film beschichteten Metallblech gezogen werden, während die letztere nach dem Abstreckprozeß mit einem organischen Film beschichtet wird. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß der Verarbeitungs grad und die Beanspruchungsintensitäten, die durch die beiden verschiedenen Verarbeitungsverfahren erzeugt werden, wesentlich verschieden sind. Wenn ein organischer Film auf das Metallblech aufgebracht wird, bevor eine DI-Dose verarbeitet wird, die einem viel höheren Verarbeitungsgrad und daher der Ausübung eines viel höheren Oberflächendrucks unterworfen wird, können der innere und der äußere organische Film beschädigt werden, ferner kann der Stempel im organischen Material der Filme festklemmen. Daher ist dieses Verarbeitungsverfahren eher nicht zufriedenstellend.
Die DTR-Dose wird unter Verwendung eines Nachzug-Stempels mit kleinerem Schulterradius gebildet. Das Biegen und Zurückbiegen der Dosenwand kann an dieser Schulter durch Ausüben eines hohen Zugs zum Verdünnen der Wanddicke der Dose ausgeführt werden. In dem DTR-Verfahren wird die Wanddicke durch einen Prozeß gestreckt, der dem Ziehen sehr ähnlich ist, wobei die Wanddicke erneut etwas dünner als die Ausgangsdicke gemacht wird, da die Dosendicke während des Prozesses gestreckt wird. Da darüber hinaus der auf die Dosenwand zwischen dem Stempel und dem Oberstempel ausgeübte Oberflächendruck nicht so hoch ist, ist auch die Belastung für den organischen Film nicht so hoch, weshalb die Beschädigung des organischen Films unwahrscheinlich ist. Daher ist es zweckmäßig, den organischen Film vor der Verarbeitung auf das Metallblech aufzubringen. Die Verarbeitung der DTR-Dose beruht jedoch wesentlich auf einer Zugkraft, wodurch Defekte oder Brüche der Wand hervorgerufen werden können, weshalb ein Nachteil besteht, daß das Reduktionsverhältnis, das zuverlässig erzielt werden kann, viel kleiner als im Fall einer DI-Dose ist.
Wie oben erwähnt worden ist, besitzen die DRD-, DI- und DTR- Dosen jeweilige Eigenschaften, obwohl sie jeweils besondere Probleme besitzen. Eine der Aufgaben wenigstens der zweckmäßigen Ausführungen der Erfindungen ist es, ein Verfahren zum Reduzieren der Wanddicke einer vorgezogenen Dose aus einem eine Beschichtung eines organischen Films aufweisenden Metallblech mit hohem Reduktionsverhältnis zu schaffen, indem die Prozesse des Nachziehens, Streckens und Abstreckens unter bestimmten Bedingungen abgeschlossen werden. Es wird somit hier eine Technik einer Dosenverarbeitung zum Formen einer Dose offenbart, die Eigenschaften sowohl der DI- als auch der DTR-Dosen besitzt.
Eine bekannte DTR-Dosen-Verarbeitungstechnik ist in GB-A- 2216052 offenbart. Eine weitere bekannte Technik, die das Strecken und das Abstrecken um einen geringen Betrag, das gleichzeitig zum Nachziehen ausgeführt wird, umfaßt, ist in GB- A-2061790 offenbart. Die Technik aus GB-A-2061790 erfordert, daß der Abstreckprozeß leicht mit dem Ziel ausgeführt wird, direkt eine gleichmäßige Wanddicke zu erhalten, wobei das Reduktionsverhältnis vom Verhältnis der Wanddicke zum Radius der Stempelschulter abhängt, d. h., daß die erforderliche Verdünnung der Dose durch den DTR-Prozeß ausgeführt werden kann. Aus diesem Grund schafft die Technik aus GB-A-2061790 kein hohes Reduktionsverhältnis. Sie ist darauf gerichtet, die Dosenwand über die gesamte Höhe gleichmäßig zu machen, wobei der Endabschnitt der Dosenwand im Nachzugprozeß zu flanschen bleibt, ohne gezogen zu werden.
Im Idealfall sollte die Hülse einer Dose soweit wie möglich verdünnt werden, während der obere Endabschnitt der Hülse für die nachfolgende Rollsickverarbeitung (Reduktion des Durchmessers der Dose am Endabschnitt) dicker sein sollte. Die Technik aus GB-A-2061790 erreicht dies nicht. Falls gemäß der Offenbarung die Dosenwand zum Zweck der Gewichtsreduzierung verdünnt wird, ist es schwierig, die nachfolgende Rollsickverarbeitung erfolgreich auszuführen, da die Dosenwand über die gesamte Höhe eine gleichmäßige Dicke hat. Falls andererseits die Dosenwand im Hinblick auf die Rollsickverarbeitung dicker gemacht wird, geht der Nutzen der Gewichtsreduzierung verloren. Daher müssen in der Beziehung der Formbarkeit und der Gewichtsreduzierung beide gegeneinander abgewogen werden.
Um somit den bis jetzt diskutierten Stand der Technik zusammenzufassen, ist die DI-Dosen-Verarbeitung das typischste Verfahren zur Herstellung einer zweiteiligen Dose mit verhältnismäßig großer Dosenhöhe, das die Dosenwand mit hohem Verhältnis verdünnen kann. Es ist jedoch schwierig, auf das Metallblech vor der Verarbeitung eine organische Filmbeschichtung aufzubringen, da der Film möglicherweise beschädigt wird. Was die DTR-Dosen- Verarbeitung betrifft, kann ein organischer Film auf das Metallblech vor der Verarbeitung aufgebracht werden, es ist jedoch schwierig, die Dosenwand auf ein hohes Verhältnis zu verdünnen.
Aus EP-A-0 402 006 ist außerdem ein Verfahren zum Nachziehen einer vorgezogenen Metalldose, die mit einem organischen Film beschichtet ist, bekannt. Das Werkzeug enthält einen Rohlinghalter, einen Nachzug-Stempel und mehrere Abstreck-Stempel. Dieses Dokument gibt an, daß aus der nachgezogenen Metalldose der Nachzug-Stempel entfernt werden sollte, bevor der Abstreck- Stempel eindringt.
GB-A-2092985 (worauf Anspruch 1 ausgerichtet worden ist) offenbart ein Verfahren zum Nachziehen einer vorgezogenen Metalldose, das die Verwendung von Schmiermitteln und die nachfolgende Verarbeitung des Reinigens der Dose, wie dies für das Verfahren nach EP-A-0 402 006 erforderlich ist, vermeidet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden einer Metalldose geschaffen, das die folgenden Schritte enthält:
Vorziehen eines ein Metallblech mit einer organischen Beschichtung aufweisenden Rohlings zum Formen einer vorgezogenen Dose; und
Nachziehen einer vorgezogenen Metalldose, die mit dem organischen Film beschichtet ist, in einem einen Rohlinghalter, einen Nachzug-Stempel und einen Abstreck-Stempel aufweisenden Werkzeug, wobei der Nachzug-Stempel und der Abstreck-Stempel derart angeordnet sind, daß ein erster Abschnitt der Metalldose mit dem Nachzug-Stempel in Kontakt bleibt, während ein zweiter Bereich der Metalldose durch den Abstreck-Stempel hindurchläuft,
wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch das Gesamtreduktionsverhältnis, welches definiert ist als
(T&sub0; - T&sub3;)/T&sub0; · 100%
wobei T&sub0; gleich der Dicke des rohen beschichteten Metallblechs vor dem Vorziehen und T&sub3; gleich der Dicke der Dose nach dem Abstrecken ist, im Bereich von 20 bis 60%, und durch ein Reduktionsverhältnis für den Abstreckstempel, welches definiert ist als
(T&sub2; - T&sub3;)/T&sub2; · 100%
wobei T&sub2; gleich der Dicke der Dose vor dem Abstrecken und T&sub3; gleich der Dicke nach dem Abstrecken ist, im Bereich von 10 bis 50%.
In zweckmäßigen Ausführungen der vorliegenden Erfindung ist die innere Oberfläche des Werkzeugs zwischen der Schulter des Nachzug-Stempels und dem Abstreckbereich des Abstreck-Stempels nicht in Kontakt mit der äußeren Oberfläche der Dose. Zweckmäßig sind der Radius R&sub1; der Schulter des Rohlinghalters und der Radius R&sub2; der Schulter des Nachzug-Stempels in einem Verhältnis des 4- bis 20fachen bzw. des 1,2- bis 15fachen einer Dicke T&sub0; ausgebildet, wobei T&sub0; die Dicke des zum Formen der vorgezogenen Metalldose verwendeten Rohlings ist, wobei die Radien R&sub1; und R&sub2; zweckmäßiger in einem Verhältnis des 4- bis 10fachen bzw. des 1,5- bis 8fachen der Dicke T&sub0; stehen.
Zweckmäßig bleibt der obere Endabschnitt der Dosenwand dicker als die restliche Dosenwand. In zweckmäßigen Ausführungen wird die Dose nach dem Nachziehen beschnitten, wodurch ein oberer Abschnitt der Dose zurückbleibt, der nicht durch den Abstreck- Stempel abgestreckt worden ist. Durch die Ausbildung eines solchen dickeren oberen Abschnitts wird eine zuverlässige Rollsickverarbeitung erleichtert. Dieser obere Abschnitt befindet sich vor der Rollsickverarbeitung zweckmäßig in einem Versatzzustand in einem Winkel von nicht mehr als 7 Grad gegenüber der restlichen Dosenwand.
In den zweckmäßigen Ausführungen ist es möglich, den Durchmesser einer vorgezogenen Dose, die aus Metallblech, das mit einem organischen Film beschichtet worden ist, hergestellt ist, mit einem Nachziehverhältnis von 1,15 bis 1,4 (Dosendurchmesser vor dem Nachziehen/Dosendurchmesser nach dem Nachziehen) zu reduzieren, indem der Nachzug-Oberstempel nach vorn in die Dose hinein bewegt wird, die zwischen einem ringförmigen Rohlinghalter und dem Nachzug-Stempel angeordnet ist. An der Schulter des Nachzug-Stempels wird die Wanddicke verhältnismäßig dick gehalten, beispielsweise um nicht mehr als 20% der Ausgangsdicke verdünnt. Die Wand wird dann durch einen Abstreck-Stempel, der direkt hinter dem Nachzug-Stempel angeordnet ist, weiter verdünnt, wobei der Abstreck-Stempel einen wesentlichen Teil der Verdünnung ausführt und das zweckmäßige Gesamtreduktionsverhältnis von 20 bis 60% ergibt. Zweckmäßig liegt der Zwischen raum C&sub1; zwischen dem Nachzug-Stempel und dem Oberstempel im Bereich des 0,8- bis 1,4fachen der Ausgangsdicke T&sub0; des rohen beschichteten Metallblechs, bevor es vorgezogen worden ist, um die vorgezogene Dose zu bilden. Die Länge zwischen der Oberseite des Nachzug-Stempels und dem Abstreckabschnitt des Abstreck-Stempels liegt zweckmäßig im Bereich von 10 bis 30 mm.
Die zweckmäßigen Ausführungen der vorliegenden Erfindung können somit ein Verfahren zum Bilden einer Metalldose schaffen, die ein geringes Gewicht besitzt und einer nachfolgenden Rollsickverarbeitung widerstehen kann und die ursprünglich aus einem mit einem organischen Film beschichteten Metallblech gebildet wird.
Nun werden beispielhaft bestimmte zweckmäßige Ausführungen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, worin:
Fig. 1 eine Seitenschnittansicht einer zweckmäßigen Werkzeuganordnung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine Seitenschnittansicht der zweckmäßigen Anordnung vor dem Nachziehen der vorgezogenen Dose zeigt; und
Fig. 3 eine Seitenschnittansicht der Anordnung nach Fig. 2 während des Nachziehprozesses zeigt.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 1, die eine vergrößerte Ansicht von A in Fig. 3 ist, ein zweckmäßiges Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zunächst wird eine vorgezogene Dose, die aus einem auf beiden Seiten mit einem organischen Film beschichteten Metallblech vorgezogen worden ist, durch einen Nachzug-Stempel 3 und einen Rohlinghalter 1 unter Druck ge halten. Die Wand der Dose vor dem Nachziehen ist mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet. Außerhalb des Rohlinghalters 1 ist ein Führungsring 2 vorgesehen. Anschließend wird ein Oberstempel 5 nach vorn in der durch den Pfeil bei 16 angegebenen Richtung bewegt, um eine Dosenwand 14 mit einem kleineren Durchmesser zu bilden. Die Dosenwand wird anschließend durch einen Abstreck-Stempel 4, der die Wand verdünnt, abgestreckt, um eine Wand 15 zu bilden, wenn sich der Oberstempel 5 nach vorn in Richtung des Pfeils 16 bewegt. Das Wandreduktionsverhältnis durch Zug und Biegen an einer Schulter 7 des Nachzug-Stempels liegt im Bereich von ungefähr -5 bis +20% (ein Reduktionsverhältnis von -5% bedeutet eine Zunahme der Wanddicke um 5%; in dem Ziehprozeß wird die Wanddicke im Verhältnis zum Zugverhältnis erhöht, was hier die Bedeutung hat, daß eine Zunahme der Wanddicke auf höchstens ungefähr 5% beschränkt ist). Das Reduktionsverhältnis beim Abstrecken, das gegeben ist durch (T&sub2; - T&sub3;) · 100/T&sub2;, liegt im Bereich von 10 bis 50%, wobei T&sub2; die Dicke der Dosenwand 14 vor dem Abstrecken ist und T&sub3; die Dicke der Dosenwand 15 nach dem Abstrecken ist. Dann ist ein Gesamtreduktionsverhältnis gegeben durch (T&sub1; - T&sub3;) · 100/T&sub1;, wobei T&sub1; die Wanddicke einer vorgezogenen Dose auf ihrer halben Höhe ist. Die Dicke T&sub1; der vorgezogenen Dose kann jedoch in Abhängigkeit von der Höhe und der Position in Umfangsrichtung von einem Ort zum nächsten auf der Dose unterschiedlich sein, weshalb das Gesamtreduktionsverhältnis nicht direkt bestimmt werden kann. Unter dieser Voraussetzung wird für das Gesamtreduktionsverhältnis (T&sub0; - T&sub3;) · 100/T&sub0; angenommen, wobei T&sub0; die Ausgangsdicke des rohen beschichteten Metallblechs vor dem Vorziehen ist, wobei die Ausgangsdicke einer geringen Dickenänderung unterliegt und sich nicht deutlich von T&sub1; unterscheidet und wobei das Gesamtreduktionsverhältnis im Bereich von 20 bis 60% liegt. Was die Beziehung zwischen dem Reduktionsverhältnis für den Nachzug-Stempel an der Schulter 7 und dem Reduktions verhältnis für den Abstreck-Stempel 4 betrifft, ist für das letztere dann, wenn sich das erstere nahe an der oberen Grenze befindet, im Hinblick auf Wandbrüche ein kleinerer Wert günstiger. Falls das obige Gesamtreduktionsverhältnis im Bereich von 20 bis 60% liegt, sollte der Zwischenraum C&sub2; zwischen dem Abstreck-Stempel 4 und dem Oberstempel 5 geeignet im Bereich von 0,8 · T&sub0; bis 0,3 · T&sub0; liegen.
Während des Nachzug- und Abstreck-Prozesses wird der Innendurchmesser D&sub1; der vorgezogenen Dose auf einen Innendurchmesser reduziert, der gleich dem Durchmesser des Oberstempels 5 D&sub2; ist. Der Grund, weshalb in den zweckmäßigen Ausführungen der Durchmesser einer vorgezogenen Dose, die aus einem mit einem organischen Film beschichteten Metallblech hergestellt ist, reduziert werden kann und dennoch die Wanddicke dieser Dose mit einem hohen Verdünnungsverhältnis verdünnt werden kann, wird im folgenden beschrieben. Mögliche Schwierigkeiten, die entstehen können, wenn der Durchmesser einer vorgezogenen Dose und die Wanddicke jener Dose mit einem hohen Verhältnis reduziert werden, umfassen Brüche in der Wand 14 oder 15 und eine Beschädigung der inneren und der äußeren Oberflächen der Dose, insbesondere an irgendeiner Beschichtung eines organischen Films, der auf der äußeren Oberfläche vorhanden sein könnte. Es ist selbstverständlich möglich, daß die Beschädigung des organischen Films die Ursache eines Bruchs der Wand sein kann. Die Faktoren, die zu einer Beschädigung des organischen Films beitragen, etwa Risse in der Wand und longitudinale Kratzer, sind komplex und umfassen wenigstens das Nachzug-Verhältnis, den Eckenradius R&sub1; des Rohlinghalters 1, die Druckkraft zwischen der Oberseite 9 des Nachzug-Stempels 3 und der Unterseite 8 des Rohlinghalters 1, den Eckenradius R&sub2; des Nachzug-Stempels 3, das Profil des Abstreck-Stempels 4, den Zwischenraum C&sub2; zwischen dem Abstreck-Stempel und dem Oberstempel usw. Das Verfah ren gemäß den zweckmäßigen Ausführungen der vorliegenden Erfindung konnte nur anhand der Ergebnisse zahlreicher verschiedener Experimente, die auf die obigen Faktoren gerichtet waren, abgeleitet werden.
Zweckmäßige Merkmale der vorliegenden Erfindung, die die Verhinderung eines Wandbruchs und die Beschädigung des organischen Films betreffen, werden nun beschrieben. Es ist angenommen worden, daß das Problem des Wandbruchs an den Dosenwänden 14 und 15 entsteht, weil auf diese Wände eine Spannung ausgeübt wird, die höher als ihre Zugfestigkeit ist. Es wurde außerdem vermutet, daß die Beschädigung des organischen Films durch einen übermäßigen Oberflächendruck bedingt ist, der auf die Wand zwischen dem Nachzug-Stempel 3 und dem Oberstempel 5 oder zwischen dem Abstreck-Stempel 4 und dem Oberstempel 5 ausgeübt wird. Daher wurden wiederholte Untersuchungen angestellt, um die optimalen Werte des obenerwähnten Zugs und der Oberflächendrücke zu bestimmen, um diese Schwierigkeiten zu lösen.
Faktoren, die dem auf die Dosenwände 14 und 15 ausgeübten Zug zuschreibbar sind, umfassen die Nachzugbelastung (eine Kombination aus dem Biegen und Zurückbiegen am Eckenradius 6 des Rohlinghalters, aus der Materialverformung, aus der Reibungskraft zwischen der Arbeitsoberfläche 8 des Rohlinghalters und der Oberseite 9 des Nachzug-Stempels und aus dem Biegen und Zurückbiegen an der Schulter 7 des Nachzug-Stempels), die Abstreckkraft und die Reibungskraft, die auf die inneren und äußeren Oberflächen der Dosenwand ausgeübt werden. Der Ort irgendeines sich ergebenden Bruchs hängt von den Verarbeitungsbedingungen ab, z. B. wird die Dose an der Dosenwand 14 brechen, bevor mit dem Abstrecken der Dose begonnen wird, falls die Nachzugbelastung sehr hoch ist. Wenn hingegen die Dose durch Abstrecken mit hohem Verdünnungsverhältnis verdünnt wird, treten Risse in der Wand in nahezu allen Fällen in dem abzustreckenden Teil auf, weshalb es wesentlich ist, einen Zug auszuüben, der geringer als die Bruchkraft ist. Nun tritt eine Beschädigung des organischen Films oftmals an der äußeren Wandoberfläche während des Abstreckens auf, je höher jedoch der obige Zug ist, um so geringer ist die Wahrscheinlichkeit, daß eine Beschädigung des organischen Films auftritt, weshalb die Wirkungen des Zugs auf die Beschädigung des organischen Films und auf den Wandbruch reziprok sind. Da der Zug zur Verformung des Materials am Abstreck-Stempel beiträgt, ist der Druck, der auf die Dosenwandoberfläche durch den Stempel 4 und durch den Oberstempel 5 ausgeübt wird, um so niedriger, je höher der Zug ist, mit dem Ergebnis, daß der organische Film wahrscheinlich weniger beschädigt wird. Daher sollte der Zug, der auf das dem Abstrecken unterworfene Material ausgeübt wird, niedriger als die Bruchfestigkeit sein, sie sollte jedoch so hoch wie möglich sein, um die besten Ergebnisse zu erzielen.
Falls der Radius R&sub1; der Rohlinghalter-Schulter und der Radius R&sub2; der Nachzug-Stempel-Schulter klein sind, wird die Nachzugbelastung hoch, was eine Zunahme des Zugs in der Dosenwand und somit eine Zunahme der Wahrscheinlichkeit von in der Wand ausgebildeten Rissen zur Folge hat. Falls hingegen der Radius R&sub1; der Rohlinghalter-Schulter und der Radius R&sub2; der Nachzug- Stempel-Schulter groß sind, kann die Nachzugbelastung reduziert werden, wobei jedoch in diesem Fall einige Nachteile bestehen, z. B. in der Dosenwand gebildete Falten oder eine Zunahme der Abstreckbelastung wegen einer Zunahme der Wanddicke entsprechend dem Nachzugverhältnis oder aber eine unzureichende Wirkung der Reduzierung des Oberflächendrucks am Abstreck-Stempel aufgrund eines geringeren Zugs in der Dosenwand. Daher sollten der Radius R&sub1; der Rohlinghalter-Schulter und der Radius R&sub2; der Nachzug-Stempel-Schulter zweckmäßig zwischen oberen und unteren Grenzen liegen, die in Beziehung zur Ausgangsdicke T&sub0; bestimmt werden können. Alternativ können R&sub1; und R&sub2; in Beziehung zur Dicke T&sub1; der Wand 13 vor dem Nachziehen bestimmt werden, eine solche Wanddicke T&sub1; ist jedoch in Abhängigkeit von der Höhe und von der Position in Umfangsrichtung von einem Ort zum anderen verschieden. Aus diesem Grund werden für eine klarere Definition der Beziehung die obigen Radien anhand der Ausgangsdicke T&sub0; bestimmt. Wie jedoch oben erwähnt worden ist, ist T&sub0; nicht erheblich verschieden von T&sub1;.
Darüber hinaus können auch Reibungskräfte, die auf die inneren und äußeren Oberflächen der Dosenwand ausgeübt werden, wichtige Faktoren sein. Die Reibungskraft, die auf die äußere Oberfläche ausgeübt wird, kann möglicherweise Probleme wie etwa eine Beschädigung des organischen Films auf der äußeren Oberfläche, eine Zunahme des Zugs auf die Dosenwand in dem abzustreckenden Teil oder einen Bruch der Wand, die keiner Nachzugbelastung unterliegt und in keiner Weise zum Nachzug-Prozeß beiträgt, zur Folge haben.
Daher ist es wichtig, daß die äußere Oberfläche der Wanddicke 14 die Seitenwand 10 des Nachzug-Stempels und die Seitenwand 11 des Abstreck-Stempels nicht hart berührt. Das Ausmaß des Kontakts zwischen diesen Oberflächen sollte auf zwei Drittel, zweckmäßig ein Drittel der anwendbaren Länge beschränkt sein, wobei selbst dann, wenn diese Oberflächen miteinander in Kontakt gelangen, der Kontakt nicht stark oder eng sein sollte. Außerdem kann die Reibungskraft zwischen der inneren Oberfläche der Dosenwand und dem Oberstempel einen Teil der Nachzugbelastung übertragen, dies jedoch ohne Erhöhung des Zugs in der Dosenwand. Daher ist es zweckmäßig, diese Reibungskraft zu nutzen. Der Grund, weshalb der Zwischenraum C&sub1; zwischen dem Nachzug-Stempel 3 und dem Oberstempel 5 in Beziehung zur Dicke be stimmt wird, besteht darin, daß die Reibungskraft zwischen der inneren Oberfläche der Dosenwand 14 und dem Oberstempel 5 ausgeübt wird. Je kleiner der Zwischenraum C&sub1; ist, desto höher ist diese Reibungskraft, was im Hinblick auf den Beitrag auf die Nachzugbelastung vorteilhaft ist. Falls jedoch der Zwischenraum C&sub1; klein ist, wird der Oberflächendruck auf die Dosenwand von dem Nachzug-Stempel 3 und von dem Oberstempel 5 erhöht, so daß eine Beschädigung am organischen Film auftreten kann. Falls der Zwischenraum C&sub1; groß ist, wird der Kontakt zwischen der inneren Oberfläche der Dosenwand und dem Oberstempel 5 verringert und der Nutzen der Reibungskraft geht verloren. Daher ist es zweckmäßig, daß C&sub1; im Bereich vom 0,8- bis zum 1,4fachen T&sub0; liegt (aus dem obenerwähnten Grund wird T&sub0; anstelle von T&sub1; verwendet). Nach dem Nachzug-Prozeß kann eine Dose herausgezogen werden, indem der Oberstempel 5 zurückbewegt wird, sofern der hintere Endabschnitt der Dose noch immer auf der Oberseite 9 des Nachzug-Stempels verbleibt, woraufhin die Dosenwand 14 der nachgezogenen Dose in der Nähe der Schulter 7 des Stempels beschnitten werden kann. Das bedeutet, daß nahezu die gesamte Dosenwand 14 zum oberen Endabschnitt des endgültigen Dosenprodukts wird.
Dieser obere Endabschnitt wird anschließend einer Rollsickverarbeitung unterworfen, um die Bohrung zu reduzieren und um einen Falz zu flanschen, so daß es vernünftig ist zu sagen, daß nicht nur eine größere Dicke der Dosenwand 14, sondern auch ein kleinerer Winkel der Dosenwand 14 gegenüber der Dosenwand 15 zweckmäßiger ist. Falls der Zwischenraum C&sub1; groß ist, wird der Winkel der Dosenwand 14 zur Dosenwand 15 ebenfalls groß ausgebildet, so daß die Bohrung der Dosenwand, die sich näher am oberen Endabschnitt befindet, vergrößert wird, um eine sogenannte Glockenform zu bilden, die die anschließende Ausbildung der Rollsicke erschwert. Um die obigen Probleme zu beseitigen, sollten zweckmäßig Beschränkungen des Zwischenraums C&sub1; vorgenommen werden, indem beispielsweise ein positiver Winkel von weniger als 7 Grad zwischen einer die Schulter 7 des Nachzug- Stempels mit dem abzustreckenden Teil verbindenden Linie bei minimaler Bohrung und einer Achse des Oberstempels 5 vorgesehen wird. Aus diesem Grund wurden die oberen und unteren Grenzen des Zwischenraums C&sub1; und des Winkels der Schulter des Nachzug- Stempels zu dem abzustreckenden Abschnitt bestimmt.
Nun wird die Bestimmung des Reduktionsverhältnisses für das an der Dosenwand 14 nach dem Nachziehen auszuführende Abstrecken beschrieben. Gemäß den zweckmäßigen Ausführungen der vorliegenden Erfindung liegt das Gesamtreduktionsverhältnis, d. h. das Reduktionsverhältnis der Dosenwanddicke T&sub3; nach dem Abstrecken zur Ausgangsdicke T&sub0; eines Metallblechs in einem Bereich von 20 bis 60%, wobei die wesentliche Verdünnung in der Abstreckstufe erfolgt.
Hierbei basiert die Wahl des Gesamtreduktionsverhältnisses von 20 bis 60% auf der Form und den Inhalten der Dose (z. B. Innendruck, einzufüllende Inhalte, Sterilisationstyp usw.), weshalb ein Material unter Berücksichtigung des erforderlichen Reduktionsverhältnisses gewählt werden muß. Die Wahl eines Reduktionsverhältnisses von mehr als 10% wird bevorzugt, da eine gleichmäßige Dicke der Dosenwand 15 zu erwarten ist und die Dicke der Dosenwand 14 am Endabschnitt letztlich im Hinblick auf die Rollsickverarbeitung (Reduzieren des Durchmessers des oberen Endabschnitts der Dose) und das Flanschen (Flanschbildung am oberen Endabschnitt) dicker sein muß. Das heißt, daß die Dosenwand 15 dünner gemacht wird, während die Dosenwand 14 am Endabschnitt dicker sein soll. Außerdem besteht der Grund für die Wahl eines Reduktionsverhältnisses unterhalb von 50% darin, daß oberhalb von 50% wahrscheinlich ein Bruch der Wand auf tritt und die Stabilität der Qualität der endgültigen Dose wegen des schmalen Bereichs, in dem sowohl der Zug als auch der Oberflächendruck in dem abzustreckenden Bereich möglich sind, abnimmt.
Bis jetzt ist der Grund für die Beschränkung des Reduktionsverhältnisses beschrieben worden. Um jedoch hierbei das mittlere Gesamtreduktionsverhältnis zu erzielen, muß die Beschränkung des Reduktionsverhältnisses für den Abstreck-Stempel um so niedriger sein, je größer das Reduktionsverhältnis für die Schulter des Nachzug-Stempels ist, umgekehrt muß die Beschränkung des Reduktionsverhältnisses für den Abstreck-Stempel um so höher sein, je kleiner das Reduktionsverhältnis für die Schulter des Nachzug-Stempels ist. Die optimalen Werte des Reduktionsverhältnisses für die Schulter des Nachzug-Stempels und für den Abstreck-Stempel hängen vom Material und von den Verarbeitungsbedingungen ab, eine Wiederholbarkeit der Verarbeitung bei minimalem Bruch oder bei minimalen Problemen wird jedoch zweckmäßig durch ein kleines Reduktionsverhältnis für die Schulter des Nachzug-Stempels und ein großes Reduktionsverhältnis für den Abstreck-Stempel gewährleistet.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung der vorliegenden Erfindung liegt die Länge zwischen der Oberseite 9 des Nachzug-Stempels und der Kante des abzustreckenden Teils, d. h. die Länge des oberen Endabschnitts des Dosenprodukts, im Bereich von 10 bis 30 mm, wobei diese Länge für die Rollsickverarbeitung, die nach der vollständigen Bildung der Dosenwand ausgeführt werden soll, ideal ist. Um Kosten zu sparen, wird zweckmäßig die Dosenwand so dünn wie möglich gemacht, obwohl es wichtig ist, daß der obere Endabschnitt der Dose dick genug ist, damit eine Rollsickverarbeitung auf einen kleineren Durchmesser als derjenige der Dosenhülse und eine Falzbildung möglich sind.
Die Dosenwand 14 wird im Gegensatz zur Dosenwand 15 zwischen der Oberseite 9 des Nachzug-Stempels und dem abzustreckenden Teil um ein vorgegebenes Ausmaß verdickt, wobei dieser Teil der Dosenwand auf die Dosenwand 15 im wesentlichen ausgerichtet wird, ohne daß dazwischen ein wesentlicher Winkel vorhanden ist, lediglich mit der Absicht, eine Nachzug-Dose herzustellen, die ein geringes Gewicht besitzt und eine geeignete Anwendung der Rollsickverarbeitung zuläßt.
Es gibt zahlreiche Wahlmöglichkeiten für das Material des Metallblech-Substrats, auf das der organische Film aufgebracht werden kann. Beispiele sind ein Stahlblech mit elektrolytischem Chromfilm, ein Aluminiumlegierungsblech (auf Al-Mn- oder Al-Mg- Basis), ein mit chemischer Umwandlung behandeltes Aluminiumlegierungsblech oder ein Dünnblech mit elektrolytischem Chromfilm, die in Abhängigkeit von den Anforderungen geeignet gewählt werden. Was die Beschichtung mit dem organischen Film betrifft, kann der Film für die Innenseite der Dose entsprechend dem Grad und der Bedingung der Verarbeitung und dem Substrattyp aus Polyester-Harz, Phenolepoxid-Harz, Epoxidacryl-Harz und Polyesteramino-Harz gewählt werden. Für die Außenseite der Film kann das Material ebenfalls entsprechend dem Grad und den Bedingungen der Verarbeitung und dem Substrattyp aus einem Polyester-Harzfilm oder einem Schmierfilm, z. B. aus einem Fluor enthaltenden Harz, aus einem Polyolefin-Wachs oder aus einem natürlichen Wachs, das dem Polyester-Harz hinzugefügt ist, aus Vinyl-Harz, aus Phenolepoxid-Harz oder aus Phenoxy-Harz oder aber aus einem Verbundfilm, der eine obere Beschichtung aus dem vorangehenden Schmierfilm und eine untere Beschichtung aus dem Polyester-Harz oder dem Phenolepoxid-Harz besitzt, gewählt werden.
Im folgenden werden besondere Ausführungen der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Ausführung 1

Auf beiden Seiten des Substrats, das aus einem Stahlfilm mit elektrolytischem Chromfilm (TFS) mit Beimischung DR-8 und einer Dicke von 0,18 mm hergestellt ist, wird ein zweiachsig orientierter Polyethylen-Teerephthalat-Film mit einer Dicke von 20 um thermisch laminiert, um das Metallblech mit dem organischen Film zu beschichten. Auf diesen organischen Film, mit dem das Metallblech beschichtet ist, wird Wachs aufgebracht, woraufhin das Blech in eine Scheibe mit einem Durchmesser von 170 mm gestanzt wird. Hieraus wird durch ein Zugverhältnis von 1,36 eine leicht gezogene Dose mit einem Durchmesser von 103 mm gebildet. Die gezogene Dose wird anschließend einer ersten Nachzug-Stufe mit einem Nachzug-Verhältnis von 1,25 unterworfen, indem ein Rohlinghalter, dessen Schulterradius 2 mm beträgt, und ein Nachzug-Stempel, dessen Schulterradius 1,6 mm beträgt, verwendet werden. Diese nachgezogene Dose hatte einen Durchmesser von 82,4 mm. Bei Verwendung dieser nachgezogenen Dose als vorgezogene Dose wurden eine Reduzierung des Dosendurchmessers und eine Verdünnung der Wand unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen ausgeführt, wobei Tabelle 1 Beispiele der vorliegenden Erfindung und außerdem vergleichende Referenzbeispiele zeigt. In allen Fällen wurde der Durchmesser um ein Nachzug-Verhältnis von 1,25 reduziert. Die Ergebnisse wurden in bezug auf Merkmale wie etwa die Abstreckverhältnisgrenze, die Gesamtreduktionsverhältnisgrenze (maximales Reduktionsverhältnis ohne Wandbruch), die Beschädigung des organischen Films auf beiden Seiten der Dose und die Rollsickverarbeitbarkeit bewertet. Die Länge L, die als Abstand zwischen der Oberseite des Nachzug-Stempels 3 und der Abstreck-Kante 12 des Abstreck-Stempels 4 definiert ist (siehe Fig. 1) betrug 20 bzw. 5 mm, wobei die Wirkung dieser Länge anhand der Rollsick-Verarbeitbarkeit bewertet wurde. In der Tabelle bedeuten die Worte "ja", "Hälfte" und "nein" in der Spalte "Kontakt der Dosenwand 14", daß die Dosenwand 14 mit der Seitenwand 11 eines Nachzug-Stempels und mit der Seitenwand 11 des Abstreck-Stempels im Bereich "der Hälfte der gesamten relevanten Oberfläche oder mehr" für "ja", von "weniger als ein Fünftel der gesamten relevanten Oberfläche" für "nein" und "von einem Fünftel bis zur Hälfte der gesamten relevanten Oberfläche" für "Hälfte" in Kontakt ist. Die Beschädigung des Films, mit dem die äußere Oberfläche der Dose beschichtet ist, wurde visuell bewertet, während die Beschädigung des Films auf der inneren Oberfläche aus der freiliegenden Metallhaut berechnet wurde (ERV: Überzug-Prüfwert).

Ausführung 2

Auf beiden Seiten eines Substrats aus einem Aluminiumlegierungsblech auf Al-Mn-Basis mit Dicke 0,25 mm wird ein zweiachsig orientierter Polyethylen-Terephthalat-Film mit einer Dicke von 20 um auf dem Metallblech thermisch befestigt. Eine Nachzug-Dose wurde unter Verwendung derselben Form wie in der Ausführung 1 sowohl für das Ziehen als auch die erste Stufe des Nachziehens hergestellt. Unter Verwendung dieser nachgezogenen Dose als vorgezogene Dose wurden die Verarbeitungseigenschaften unter Bedingungen, die in Tabelle 2 in der gleichen Weise wie in der Ausführung 1 gegeben sind, bewertet. Wie aus diesen Tabellen hervorgeht, wird bewiesen, daß die zweckmäßigen Bildungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur die Reduzierung der Dosendicke bei hohem Reduktionsverhältnis und dadurch die Reduzierung des Dosendurchmessers erzielen können, sondern dies ohne Beschädigung des organischen Films auf den inneren und äußeren Oberflächen des die Dosen bildenden Metallblechs erreichen können. Tabelle 1

Bemerkungen:

*1 Kontakt zwischen Oberfläche 10, 11 und Dosenwand 14
*2 Abstreckverhältnisgrenze (%) = (T&sub2; - formbare minimale Dicke T&sub3;) · 100/T&sub2;
*3 Gesamtreduktionsverhältnisgrenze (%) = (T&sub0; - formbare minimale Dicke - T&sub3;) · 100/T&sub0;
*4 Rollsickverarbeitbarkeit: Formbarkeit einer gezogenen Dose bis zu einer Gesamtreduktionsverhältnisgrenze, wenn die Bohrung an ihrem oberen Endabschnitt um 12% reduziert wird (bewertet in bezug auf Falten und Risse)
*5 Bsp.: Beispiel der vorliegenden Erfindung;
Ref.: vergleichende Referenz
O: gut
Δ: annehmbar (Problem für praktischen Gebrauch)
X: schlecht
Im Fall mit "()" erfolgt die Bewertung für die Dose bei der Gesamtreduktionsverhältnisgrenze.
Im Fall ohne "()" erfolgt die Bewertung für die Dose mit der Reduktion von 30% Tabelle 2

Bemerkungen:

*1 Kontakt zwischen Oberfläche 10, 11 und Dosenwand 14
*2 Abstreckverhältnisgrenze (%) = (T&sub2; - formbare minimale Dicke T&sub3;) · 100/T&sub2;
*3 Gesamtreduktionsverhältnisgrenze (%) = (T&sub0; - formbare minimale Dicke - T&sub3;) · 100/Ta
*4 Rollsickverarbeitbarkeit: Formbarkeit einer gezogenen Dose bis zu einer Gesamtreduktionsverhältnisgrenze, wenn die Bohrung an ihrem oberen Endabschnitt um 12% reduziert wird (bewertet in bezug auf Falten und Risse)
*5 Bsp.: Beispiel der vorliegenden Erfindung;
Ref.: vergleichende Referenz
O: gut
Δ: annehmbar (Problem für praktischen Gebrauch)
X: schlecht
Im Fall mit "()" erfolgt die Bewertung für die Dose bei der Gesamtreduktionsverhältnisgrenze.
Im Fall ohne "()" erfolgt die Bewertung für die Dose mit der Reduktion von 30%.
Um die Vorteile wenigstens der zweckmäßigen Ausführungen der vorliegenden Erfindung zusammenzufassen, wird festgestellt, daß es nicht nur möglich ist, den Durchmesser der Dosenhülse zu reduzieren, sondern daß auch die Dosenwand in einem hohen Verdünnungsverhältnis verdünnt werden kann, ohne daß der organische Film auf der inneren und der äußeren Oberfläche der Dose beschädigt wird. Darüber hinaus kann die Wanddicke im oberen Endabschnitt dick bleiben, wodurch die Bildung einer nachgezogenen Dose, die für eine nachfolgende Rollsickverarbeitung geeignet ist, ermöglicht wird.
Wenigstens in den gezeigten Ausführungen der vorliegenden Erfindung wird ein Dosenverarbeitungsverfahren geschaffen, bei dem der Dosendurchmesser und die Wanddicke reduziert werden, nachdem die Dose aus einem Metallblech gezogen worden ist, das vorher mit einem organischen Film beschichtet worden ist. Ferner wird die Wanddicke einer solchen Dose in einem hohen Reduktionsverhältnis reduziert, während der obere Endabschnitt der Dose verdickt wird, um für eine nachfolgende Rollsickverarbeitung bereit zu sein. Die Prozesse des Nachziehens, des Streckens und des Abstreckens werden gleichzeitig ausgeführt.

Claims

1. Verfahren zum Formen einer Metalldose mit folgenden Schritten:

- Vorziehen eines ein Metallblech mit einer organischen Beschichtung aufweisenden Rohlings zum Formen einer vorgezogenen Dose,

- Nachziehen der vorgezogenen Dose in einem einen Rohlinghalter (1), einen Nachzug-Stempel (3) und einen Abstreck-Stempel (4) aufweisenden Werkzeug, wobei der Nachzug-Stempel und der Abstreck-Stempel derart angeordnet sind, daß ein erster Abschnitt der Metalldose mit dem Nachzug-Stempel in Kontakt bleibt während ein zweiter Bereich der Metalldose durch den Abstreck-Stempel hindurchläuft,

- wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch ein Gesamtreduktionsverhältnis, welches definiert ist als (T&sub0; - T&sub3;) /T&sub0; · 100%,

wobei T, gleich der Dicke des rohen beschichteten Metallbleches vor dem Vorziehen und T&sub3; gleich der Dicke der Dose nach dem Abstrecken ist, in der Größenordnung von 20 bis 60%, und durch ein Reduktionsverhältnis für den Abstreck- Stempel, welches definiert ist als

(T&sub2; - T&sub3;)/T&sub2; · 100%,

wobei T&sub2; gleich der Dicke der Dose vor dem Abstrecken und T&sub3; gleich der Dicke nach dem Abstrecken ist, in der Größenordnung von 10 bis 50%.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die innere Oberfläche des Werkzeugs zwischen der Schulter des Nachzug- Stempels (3) und dem Abstreckbereich des Abstreck-Stempels (4) nicht in Kontakt mit der äußeren Oberfläche der Dose ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Radius R&sub1; der Schulter des Rohlinghalters (1) und der Radius R&sub2; der Schulter des Nachzug-Stempels (3) in einem Verhältnis des 4- bis 20-fachen bzw. des 1,2- bis 15-fachen einer Dicke T&sub0; ausgebildet sind, wobei T&sub0; die Dicke des zum Formen der vorgezogenen Metalldose verwendeten Rohlings ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Radien R&sub1; und R&sub2; in einem Verhältnis des 4- bis 10-fachen bzw. des 1,5- bis 8- fachen der Dicke T&sub0; ausgebildet sind.

5. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Linie zwischen der Schulter des Nachzug- Stempels (3) und dem Abstreckabschnitt des Abstreck- Stempels (4) bezüglich der Achse eines Ober- bzw. Stanzstempels in einem Winkel von nicht mehr als 7 Grad verläuft.

6. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Abstand (L) zwischen der Schulter des Nachzug- Stempels (3) und dem Abstreckbereich des Abstreck-Stempels (4) in einem Bereich von 10 bis 30 mm liegt.

7. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Zwischenraum C&sub1; zwischen einem Bereich des Nachzug-Stempels (3) unterhalb seiner Schulter und einem Oberstempel (5) in einem Bereich des 0,8- bis 1,4-fachen einer Dicke T&sub0; liegt, wobei T&sub0; die Dicke des zum Formen der vorgezogenen Dose verwendeten Rohlings ist.

8. Verfahren nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Abschnitt der Seitenwand der Metalldose in einem ihrem offenen Ende benachbarten Bereich nichtabgestreckt und dicker verbleibt, wodurch eine anschließende Rollsickverarbeitung erleichtert ist, wobei die Stufe zwischen unterschiedlichen Wanddicken auf der Außenseite der Dose ausgebildet ist.