JP2020069500A - シームレス缶体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)ドライプレス時において被加工材の粉(例えばアルミ粉)が発生し、金型に噛み込まれ、成形後の缶体に傷付きが発生する可能性が生じていた。
(b)ドライプレス時において、金型と被加工材との間で高温(局所的には300℃以上)に成らざるを得ないので、例えばしごき加工等の厳しい加工(強加工)を行う際の加工度合い(例えば限界しごき率)を高くすることが困難であった。
(c)上記(a)、(b)と同様の理由で、被加工材の金型への凝着・堆積や、缶胴の破断等の不具合を起こさずに長期間にわたり安定して製缶できる、いわゆる成形安定性を向上させることが困難であった。
しかしながら、この洗浄工程においては多量の水が必要とされるため、限りある水資源を有効活用することが謳われる昨今においては、工程の見直しの必要があった。
さらに、洗浄工程において排出される排水中には種々の化学物質が含まれているため、排水処理に必要とされる手間とコストを削減する必要性が指摘されていた。
すなわち、高い滑り特性を持つダイヤモンド膜等を加工表面に形成した金型を使用しつつ、クーラント中の油分を特定の含有量としてプレス加工をした場合には、しごき加工等の厳しい加工を行っても、従来の量の潤滑剤を使用して製造したプレス加工品と同等以上の加工度合い(例えば限界しごき率)を得ることができた。
また、上記した洗浄工程や排水処理工程における課題についても解決できることを見出し、本発明に至った。
上記(1)のシームレス缶体の製造方法においては、(2)前記クーラントに含有される油分が4体積%以下であることが好ましい。
上記(1)又は(2)のシームレス缶体の製造方法においては、(3)前記成形加工部材が、ダイ部を少なくとも含むことが好ましい。
また上記した(1)〜(3)のいずれかに記載のシームレス缶体の製造方法においては、(4)前記プレス加工は前記金属材のしごき加工を含み、前記しごき加工におけるしごき率が10%以上となるように前記金属材をしごいて缶胴部を形成することが好ましい。
また上記した(1)〜(4)のいずれかに記載のシームレス缶体の製造方法においては、(5)前記しごき加工に用いる前記成形加工部材の表面粗さがRa=0.12μm以下であることが好ましい。
また上記した(1)〜(4)のいずれかに記載のシームレス缶体の製造方法においては、(6)前記しごき加工に用いる前記成形加工部材の表面粗さがRa=0.08μm以下であることがさらに好ましい。
そして、クーラントを介在させた状態でしごき加工等のプレス加工を行うため、しごき時に発生する被加工材の粉(金属粉)を洗い流す効果により、金型に金属粉を噛み込んで成形後の缶の外観への傷付きを抑制することが可能である。
図1に示すように、本実施形態のシームレス缶体の製造方法においては、ダイヤモンド膜が加工表面に形成された成形加工部材を用いて前記成形加工部材Dの加工表面で金属材10をプレス加工する工程を含む。
しかしながら本発明のシームレス缶体の製造方法は、しごき加工に限定されず、公知の製缶加工、例えば絞り加工、ドーミング加工、ネッキング加工、トリミング加工等の工程においても適用可能であることは言うまでもない。
また、製缶加工以外の公知の金属プレス加工、例えばせん断加工、曲げ加工等においても適宜適用可能である。
また、パンチ部Pの加工表面にダイヤモンド膜20が形成され、ダイ部Dの加工表面にダイヤモンド膜とは異なる表面処理膜30が形成されていてもよい。
すなわち本実施形態においては、プレス加工時の金型において、雄型と雌型の少なくとも一方の加工表面にダイヤモンド膜20が形成されていればよい。
換言すれば、本実施形態における表面処理膜30の厚みは、ダイヤモンド膜20の厚みよりも薄くなるように設定されている。
まず、寸法管理の際には、表面処理膜30はダイヤモンド膜20に比べ膜厚が薄いため、狙いの寸法からのズレが小さく、もし狙いの範囲からズレてしまった場合でもより硬度の低い表面処理膜30を研磨することにより寸法調整が容易となるメリットがある。
また、何らかの事情で雄型と雌型とが衝突した場合において、より硬度の低い型が衝撃を吸収するために、金型の破損被害を最小限に抑えることが可能となる等のメリットもある。
この場合、プレス加工時におけるダイヤモンド膜20と被加工材との間の摩擦係数μは0.1よりも低いことが好ましい。
例えば、タングステンカーバイド(WC)とコバルトなどの金属バインダーとの混合物を焼結して得られるいわゆる超硬合金や、炭化チタン(TiC)などの金属炭化物や炭窒化チタン(TiCN)などのチタン化合物とニッケルやコバルトなどの金属バインダーとの混合物を焼結して得られるサーメット、あるいは炭化ケイ素(SiC)や窒化ケイ素(Si3N4)、アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)といった硬質セラミックスなどを挙げることができる。
次に、本実施形態において用いられるクーラントについて説明する。
本実施形態において用いられるクーラントとしては、その成分中に油分を含有しているものが好ましく挙げられるが、油分を含まないクーラントであってもよく、例えば純水などの水をクーラントとして使用してもよい。
天然油分としては例えば、パラフィン系、ナフテン系、芳香族系等の鉱物油が挙げられる。また、脂肪酸グリセライドも天然油分として挙げることができる。
合成油分としては例えば、ポリオレフィン等の炭化水素系、脂肪酸エステル等のエステル系、ポリアルキレングリコール等のエーテル系、パーフルオロカーボン等の含フッ素系、リン酸エステル等の含リン系、ケイ酸エステル等の含ケイ素系、等を挙げることができる。
上記に挙げた油分としては、単独で使用してもよいし、2種類以上を混合して使用してもよい。
また、JIS規格においては規定されていないが、いわゆるシンセティックタイプ(鉱物油を含まず、化学合成された油分を含む金属加工油剤)と呼ばれる水溶性金属加工油剤を挙げることもできる。
すなわち、油分のクーラント中における濃度は、使用状態において4.0体積%以下であればよい。
本実施形態における被加工材としての金属材は、プレス加工に供される限り特に制限はなく、例えばアルミニウム、銅、鉄、鋼、チタン、さらに純金属だけでなくそれらの合金など公知の種々の金属材が適用できる。このうち缶体を成形する場合には上記した金属材のうちアルミニウム合金が特に好適である。
本実施形態における金属材10の厚みとしては、特に制限はなく、缶体製造時における通常の厚みを適用することができる。例えばアルミニウム板を用いて製缶加工をする場合の金属材10の厚みの一例として、元板厚(原板の厚み)が0.1mm〜0.5mmである。
本実施形態のシームレス缶体の製造方法においては、しごき率(板厚減少率)が10%以上となるように前記金属材をしごいて缶胴部を形成するしごき加工の工程を含むことが好ましい。なお、しごき加工の工程は複数回含まれていてもよく、各回のしごき率を変化させてもよい。例えば、初期のしごき工程のしごき率を10%以上とし、最終のしごき工程のしごき率を30%以上としてもよい。
なお本実施形態におけるしごき率は、しごき加工前の板厚t0、加工後の板厚(缶底から60mm部分)をt1としたとき、下記式で表される。
しごき率(%)=100×(t0−t1)/t0
(A)クーラントを介在した状態でしごき加工等のプレス加工を行うため、しごき加工時の潤滑性の向上により、限界しごき率を向上させることが可能である。
また、クーラントの使用量も減少させることができ、さらにそれにより廃液の量も減少させることができるため、コストや環境への負荷を軽減することが可能となる。
加えて、廃液の量を減少させることにより、廃液の処理におけるファクターである、pH、生物化学的酸素要求量(BOD)、化学的酸素要求量(COD)、浮遊物質・懸濁物質(SS)、ノルマルヘキサン、フッ素、等が与える影響を軽減することが可能となる。
以下に示す方法により、内容積350mLの絞りしごき缶(DI缶)を製造した。
まず、アルミニウム合金板(JIS H 4000 3104材、0.28mm)を用意した。次いで、上記アルミニウム合金板の両面に、絞り加工時のカッピング油として、公知のカッピング油を所定量塗布した。
得られたカップ体をボディーメーカ(缶体製造機)に搬送し、直径66mmの形状になるように再絞り成形を行った後、クーラントを用いて、直径66mm、高さ130mmの形状となるようにしごき加工を行った。
しごき加工時に使用したクーラント中における油分の含有量を変化させた他は、上記実施例1と同様にして、内容積350mLの絞りしごき缶(DI缶)を製造した。
しごき加工時のしごき率を変化させた他は、上記実施例1と同様にして、内容積350mLの絞りしごき缶(DI缶)を製造した。
しごき加工に使用したしごきダイのダイヤモンド膜の表面粗さRaの値をRa=0.12μmとした他は、上記実施例1と同様にして、内容積350mLの絞りしごき缶(DI缶)を製造した。
しごき加工時に使用したクーラント中における油分の含有量を変化させた他は、上記実施例1と同様にして、内容積350mLの絞りしごき缶(DI缶)を製造した。
しごき加工時にクーラントを使用せずドライプレス加工とした以外は、上記実施例1と同様にして、内容積350mLの絞りしごき缶(DI缶)を製造した。
しごき率を変化させた以外は上記比較例2と同様にして、内容積350mLの絞りしごき缶(DI缶)を製造した。
しごき加工に使用したしごきダイのダイヤモンド膜の表面粗さRaの値をRa=0.20μmとした他は、上記実施例1と同様にして、内容積350mLの絞りしごき缶(DI缶)を製造した。
上記方法により得られたDI缶について、以下の方法により評価を行った。結果を表1に示す。
(i)しごき加工時における破断の有無、(ii)得られたDI缶の開口部におけるブリードスルー(黒すじ)、(iii)缶胴部外面の傷、の3項目について目視で観察した。上記4項目のいずれにも問題がなく缶表面が鏡面であるものを◎、いずれにも問題がなく優れているものを○、いずれかに問題は発生するが実用に耐えられるものを△、いずれかに問題があり実用に耐えられないものを×とした。
得られたDI缶に対し、洗浄液を用いてスプレー洗浄し水洗した後のDI缶表面の水はじきの有無を目視で観察して判定した。なお、水はじきが発生した場合、クーラント中の油分がDI缶表面に残存しており、後工程に影響すると言われている。そのため、水はじきが発生しなかったものを○、水はじきが発生したものを×として評価した。また、洗浄液としては、DI缶の脱脂工程で一般的に用いられる硫酸系の脱脂剤を用いた。また、脱脂の温度を従来の70℃より低い50℃とした。
上記洗浄液を用いてDI缶に対しスプレー洗浄し水洗した後の排水をビーカーに収容して、公知の方法により化学的酸素要求量(COD)を測定した。CODが200ppm未満であれば○(排水処理性が良い)、200ppm以上であれば×(排水処理性が悪い)と判断した。結果を表1に示した。
P パンチ部
C クーラント
10 金属材
20 ダイヤモンド膜
30 表面処理膜
Claims (6)
- ダイヤモンド膜が加工表面に形成された成形加工部材を用い、クーラントが介在した状態で前記成形加工部材の加工表面で金属材をプレス加工する工程を含むことを特徴とするシームレス缶体の製造方法。
- 前記クーラントに含有される油分が4体積%以下である請求項1に記載のシームレス缶体の製造方法。
- 前記成形加工部材が、ダイ部を少なくとも含む請求項1又は請求項2に記載のシームレス缶体の製造方法。
- 前記プレス加工は前記金属材のしごき加工を含み、
前記しごき加工におけるしごき率が10%以上となるように前記金属材をしごいて缶胴部を形成する請求項1〜3のいずれかに記載のシームレス缶体の製造方法。 - 前記しごき加工に用いる前記成形加工部材の表面粗さがRa=0.12μm以下である請求項1〜4のいずれかに記載のシームレス缶体の製造方法。
- 前記しごき加工に用いる前記成形加工部材の表面粗さがRa=0.08μm以下である請求項1〜4のいずれかに記載のシームレス缶体の製造方法。
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