JP3064166B2 - Jig for metal processing - Google Patents

Jig for metal processing

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JP3064166B2
JP3064166B2 JP5216529A JP21652993A JP3064166B2 JP 3064166 B2 JP3064166 B2 JP 3064166B2 JP 5216529 A JP5216529 A JP 5216529A JP 21652993 A JP21652993 A JP 21652993A JP 3064166 B2 JP3064166 B2 JP 3064166B2
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organic film
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、缶などの容器を製造す
る工程において、円筒状の金属の縁部を丸めるための加
工用治具に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a processing jig for rounding a cylindrical metal edge in a process of manufacturing a container such as a can.

【0002】[0002]

【従来技術】従来より、塑性変形を用いた金属加工法と
しては、圧延加工、引抜加工、せん断加工、曲げ加工、
絞り加工、圧縮加工、転造などが知られている。これら
の加工を行うには、被加工金属を塑性変形させるために
ポンチやダイスなどの加工治具が用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, metal working methods using plastic deformation include rolling, drawing, shearing, bending, and the like.
Drawing, compression, and rolling are known. In order to perform these processes, a processing jig such as a punch or a die is used to plastically deform the metal to be processed.

【0003】これらの治具は、被加工金属と接触し、場
合によっては摺動しながら塑性変形を行わしめるため
に、治具自体耐摩耗性が高く、摩擦係数が低い、即ち摺
動特性に優れていることが要求されている。このような
観点から従来より加工用治具としては超硬合金製のもの
が最も一般的に用いられている。
[0003] Since these jigs come into contact with the metal to be processed and, in some cases, undergo plastic deformation while sliding, the jigs themselves have high wear resistance and a low friction coefficient, that is, have low sliding characteristics. It is required to be excellent. From such a viewpoint, a jig made of cemented carbide is most generally used as a processing jig.

【0004】また、特に缶詰、清涼飲料缶、ビール缶な
どの食料貯蔵用容器などにおいては、容器中の成分によ
る缶材料の腐蝕や、缶材料成分の食品への漏出を防止す
るために、アルミニウムや軟鉄などの金属の表面に薄い
有機質膜が被覆されている。
[0004] In addition, especially in containers for food storage such as cans, soft drink cans, and beer cans, aluminum is used to prevent corrosion of the can material by the components in the container and leakage of the can material components into the food. The surface of a metal such as iron or soft iron is covered with a thin organic film.

【0005】この有機質膜は、おもにエポキシ系の樹脂
などからなり、厚さは数μmと非常に薄い。これらの容
器を加工する際には、有機質膜上から金属を塑性変形さ
せる必要があるが、加工時に有機質膜に傷がついて缶材
料が露出すると、食品を汚染したり、缶材料の腐蝕が生
じたりする原因となるため、治具を鏡面研磨し、その鏡
面部を用いて加工することが一般的に行われている。
The organic film is mainly made of an epoxy resin or the like, and has a very small thickness of several μm. When processing these containers, it is necessary to plastically deform the metal from above the organic film.However, if the organic film is damaged during processing and the can material is exposed, food can be contaminated or corrosion of the can material occurs. In general, the jig is mirror-polished and processed using the mirror surface.

【0006】現在製造されている缶の種類としては、図
1に示すような3ピース缶(a)と2ピース缶(b)が
ある。3ピース缶(a)は中空円筒形状の胴体部1およ
び上下の蓋2,3の3ピースからなり、2ピース缶
(b)は1枚の金属板から加工されてなる底を有する容
器状円筒形状の胴体部4と蓋5の2ピースよりなる。ど
ちらの缶を製造する場合でも、円筒形状の胴体に蓋をは
め込む前に、あらかじめ円筒形状の胴体の縁の部分を丸
めておく工程が必要である。この丸めた部分に蓋を係合
させてかしめることにより胴体部1,4と蓋2,3,5
を強固に固定させることができる。
As the types of cans currently manufactured, there are a three-piece can (a) and a two-piece can (b) as shown in FIG. The three-piece can (a) has a hollow cylindrical body 1 and upper and lower lids 2 and 3, and the two-piece can (b) has a bottom formed by processing one metal plate. It consists of a two-piece body 4 and a lid 5. In either case, before the lid is fitted to the cylindrical body, a step of rounding the edge of the cylindrical body is necessary before manufacturing the can. The body portions 1, 4 and the lids 2, 3, 5
Can be firmly fixed.

【0007】この円筒部の縁を丸める工程は通常、図2
に示すような治具が用いられている。即ち、加工用治具
6の缶の胴体部7の縁部8が当接する部分にR面9が形
成されており、このR面9に胴体部7の縁部8を当接し
て缶の長手方向に機械的圧力を付与することにより縁部
8が丸められる。
[0007] The step of rounding the edge of the cylindrical portion is usually performed by using a method shown in FIG.
The jig shown in FIG. That is, an R surface 9 is formed at a portion of the processing jig 6 where the edge 8 of the body 7 of the can comes into contact, and the edge 8 of the body 7 is brought into contact with the R surface 9 to extend the length of the can. The edge 8 is rounded by applying mechanical pressure in the direction.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、加工
用治具として超硬合金などの焼結体を用いる場合、焼結
体中には微小なボイドが必然的に存在し、超硬合金の表
面を鏡面加工してもその鏡面にはそのボイドが露出して
いる。このようにその表面にボイドが存在するような治
具を用いて軟質金属を加工した場合、ボイドに金属が詰
まり溶着する、いわゆるビルドアップ現象が生じ、これ
により加工後の金属製品の表面に荒れが生じるといった
問題がある。そのため、治具を再使用するために治具の
表面をダイヤモンド粉などで研磨する工程が必要とな
り、それに伴い治具自体の寸法が変化するなどの問題が
生じる。
However, when a sintered body such as a cemented carbide is used as a processing jig, minute voids are inevitably present in the sintered body, and the surface of the cemented carbide is small. Even if the surface is mirror-finished, the void is exposed on the mirror surface. When soft metal is machined using a jig that has voids on its surface in this way, a so-called build-up phenomenon occurs in which the voids are clogged with metal and welded, resulting in a roughened surface of the processed metal product. There is a problem that occurs. Therefore, a step of polishing the surface of the jig with diamond powder or the like is necessary in order to reuse the jig, which causes a problem that the dimensions of the jig itself change.

【0009】また、表面に有機質膜が形成された金属を
超硬合金製治具により加工した場合、長期間にわたって
有機物フィルムと摺動させるなかで有機質膜が加工用治
具の表面に凝着を起こすという問題がある。治具の表面
でこのような凝着が起こると、摺動面で有機質同士が高
摩擦係数で摺動することとなるため、被加工金属表面の
有機質膜が破損しやすくなり、治具を再度研磨する必要
が生ずるという問題があった。
When a metal having an organic film formed on its surface is processed by a jig made of cemented carbide, the organic film adheres to the surface of the processing jig while sliding on the organic film for a long period of time. There is a problem of getting up. When such adhesion occurs on the surface of the jig, the organic materials slide with a high friction coefficient on the sliding surface, so that the organic film on the surface of the metal to be processed is easily damaged, and the jig is re-mounted. There is a problem that polishing is required.

【0010】さらに、有機質膜が部分的に被覆形成され
た金属を加工する場合には、有機質膜と治具が摺動する
のと同時に、有機質膜が存在しない金属部とも治具が摺
動するため、治具として有機質膜との摺動特性が良好で
あると同時にビルドアップ現象が生じにくいことが要求
されるが、従来の治具では金属とビルドアップが必然的
に生じるために加工時にビルドアップした部分により有
機質膜の破損が頻繁に起こるのが現状であった。
Further, when processing a metal on which an organic film is partially covered, the jig slides at the same time as the jig slides on the organic film and also on the metal portion where the organic film does not exist. Therefore, it is required that the jig has good sliding characteristics with the organic film and that the build-up phenomenon does not easily occur at the same time as the jig. At present, the organic film is frequently damaged by the raised portion.

【0011】特に上述した金属円筒の縁を丸める加工で
は、既に有機質膜が塗布された金属部材を加工する場合
がほとんどであること、治具の加工作用面にかかる力が
大きいこと、などの理由から有機質膜の破損が非常に起
こりやすい。さらには治具のビルドアップも非常に起こ
りやすいため、加工した製品の丸めた縁の部分に傷が入
りやすい。
Particularly, in the above-mentioned processing for rounding the edge of the metal cylinder, the metal member to which an organic film has already been applied is mostly processed, and the force applied to the working surface of the jig is large. It is very easy to damage the organic film. Furthermore, since the jig is very easily built up, the rounded edge of the processed product is easily damaged.

【0012】また、最近では製品の軽量化、低コスト化
に際して、例えば絞り加工などを行う場合に製品の肉厚
を薄くする傾向にある。このような場合、成型圧を小さ
くすることが必要であるが、従来の治具では摩擦係数が
高いため、有機質膜に傷が入りやすく、成型圧力を下げ
ることが困難であった。
In recent years, in order to reduce the weight and cost of products, there is a tendency to reduce the thickness of the products when, for example, drawing is performed. In such a case, it is necessary to reduce the molding pressure. However, the conventional jig has a high friction coefficient, so that the organic film is easily damaged, and it is difficult to reduce the molding pressure.

【0013】これらの問題を解消するために従来は固体
又は液体の潤滑剤が用いられているが、これらの効果も
十分でなく、長期間の使用により前述したような治具の
表面状態が悪化し、製品に対して悪影響を及ぼすことは
避けられないのが現状であった。また、前述したような
食品保存用容器のような用途においては、食品の汚染を
防ぐ意味でも、潤滑剤はできる限り使用を抑えるのが望
ましい。
Conventionally, solid or liquid lubricants have been used to solve these problems, but their effects are not sufficient, and the surface condition of the jig as described above deteriorates due to long-term use. However, adverse effects on the product have been inevitable. In addition, in applications such as the aforementioned food storage containers, it is desirable to suppress the use of lubricants as much as possible from the viewpoint of preventing contamination of foods.

【0014】また、最近では、金属加工用治具の表面に
ダイヤモンド膜を形成して耐摩耗性を向上させることも
提案されているが、特に有機樹脂を表面に有する金属の
加工時の母材の最適化や、摩擦係数低減の点からは十分
に検討されておらず、軟質金属の加工における溶着や、
有機物フィルムの破損などの問題については全く検討さ
れていない。
[0014] Recently, it has been proposed to form a diamond film on the surface of a metal working jig to improve the wear resistance. In particular, a base material for processing a metal having an organic resin on its surface has been proposed. Has not been sufficiently studied from the viewpoint of optimization of friction coefficient and reduction of friction coefficient.
Problems such as breakage of the organic film are not considered at all.

【0015】よって、本発明の目的は、円筒形状のアル
ミニウムや軟鉄などを含む軟質金属、特にその表面が有
機質膜によって覆われているものの縁部分を丸める加工
をする際に、優れた摺動特性を有し、溶着や有機質膜の
破損を抑制することのできる長寿命の加工用治具を提供
することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an excellent sliding property when a soft metal containing aluminum or soft iron having a cylindrical shape, particularly a surface whose surface is covered with an organic film, is rounded. An object of the present invention is to provide a long-life processing jig capable of suppressing welding and breakage of an organic film.

【0016】[0016]

【問題点を解決するための手段】本発明者は上記目的に
対して検討を重ね、円筒形状の金属の縁部が当接する部
分にR面が形成され、このR面に胴体部の縁部を当接し
て円筒形状の金属の長手方向に機械的圧力を付与して前
記縁部を丸め加工するための治具に対して、硬質炭素膜
を形成する場合の各種の成膜方法や、成膜される炭素膜
の特性、表面形状、治具の基体種類について詳細に検討
したところ、焼結助剤としてY23およびAl23を添
加し焼成してなる相対密度99%以上の窒化ケイ素質焼
結体を基体とし、その金属との摺動面に、表面粗さ(R
max)が1μm以下の硬質炭素膜を被覆形成すること
により前記目的が達成されることを知見した。
The inventor of the present invention has studied the above object, and has formed an R surface at a portion where an edge of a cylindrical metal abuts, and this R surface has an edge of a body portion. And a jig for rounding the edge by applying mechanical pressure in the longitudinal direction of the cylindrical metal to form a hard carbon film. The characteristics of the carbon film to be formed, the surface shape, and the type of the jig base were examined in detail. As a result, Y 2 O 3 and Al 2 O 3 were added as sintering aids and fired to obtain a relative density of 99% or more. A silicon nitride sintered body is used as a substrate, and a surface roughness (R
It has been found that the above object can be achieved by forming a hard carbon film having a max of 1 μm or less.

【0017】以下、本発明を詳述する。本発明の加工用
治具は、高密度窒化ケイ素質焼結体を母材とし、表面に
硬質炭素膜を被覆してなるものであるが、母材として、
高密度窒化ケイ素質焼結体を用いることが重要である。
その理由としては、窒化ケイ素と硬質炭素膜中のダイヤ
モンドの線熱膨張係数が近いため、成膜時の熱応力が小
さく、密着性の高い膜が得られるからである。本発明に
おける円筒形状金属の縁部分の丸め加工では、加工時に
膜に対して大きな剪断応力がかかり、十分な膜と基体間
に十分な密着性がないと剥離してしまうため、母材とし
て高密度窒化ケイ素質焼結体を用いない限り上記金属加
工に十分に耐えられるような密着性が得られない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. The processing jig of the present invention is based on a high-density silicon nitride sintered body as a base material and has a surface coated with a hard carbon film.
It is important to use a high-density silicon nitride sintered body.
The reason is that the silicon nitride and the diamond in the hard carbon film have similar linear thermal expansion coefficients, so that a film having small thermal stress at the time of film formation and high adhesion can be obtained. In the rounding of the edge portion of the cylindrical metal in the present invention, a large shear stress is applied to the film at the time of processing, and the film is separated without sufficient adhesion between the film and the substrate. Unless a high-density silicon nitride-based sintered body is used, it is impossible to obtain an adhesive property enough to withstand the above-mentioned metal working.

【0018】また、硬質炭素膜は基体の表面状態を反映
するため、基体にボイドが存在すると、この部分が硬質
炭素膜表面にもボイド形状となって残る。金属を加工す
るときに、このボイド部に金属が入り込み、ビルドアッ
プや溶着の原因となる恐れがある。従って、基体表面の
ボイドをできる限り少なくする必要があるため、用いる
焼結体の密度は高いことが必要である。具体的には、焼
結体の相対密度が99%以上であることが望ましい。
Further, since the hard carbon film reflects the surface state of the substrate, if a void exists in the substrate, this portion remains in a void shape on the surface of the hard carbon film. When processing the metal, the metal may enter the void portion and cause build-up or welding. Therefore, since it is necessary to minimize voids on the surface of the base, the density of the sintered body used must be high. Specifically, it is desirable that the relative density of the sintered body is 99% or more.

【0019】なお、このような相対密度99%以上の高
密度の窒化ケイ素質焼結体は、窒化ケイ素に対して、Y
23およびAl23の焼結助剤を添加し混合したものを
所望の成形手段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレ
ス、押出し成形等により図2に示したような加工用治具
形状に成形後、1600〜2000℃の窒素中、あるい
は窒素加圧中で焼成した後、さらに1000気圧以上の
高圧下で窒素あるいはアルゴン雰囲気中で1600〜1
900℃で再焼成することにより得ることができる。
It should be noted that such a high-density silicon nitride-based sintered body having a relative density of 99% or more has a higher Y density than silicon nitride.
The mixture obtained by adding and mixing sintering aids of 2 O 3 and Al 2 O 3 is processed by a desired molding means, for example, a die press, a cold isostatic press, an extrusion molding or the like, as shown in FIG. After shaping into a jig shape, baking in nitrogen at 1600 to 2000 ° C. or in a nitrogen pressurization, and further in a nitrogen or argon atmosphere under a high pressure of 1000 atm or more, 1600 to 1
It can be obtained by refiring at 900 ° C.

【0020】また、本発明によれば、加工用治具の金属
との少なくとも摺動部分の硬質炭素膜の表面粗さを1μ
m以下に制御することが重要である。それは、金属との
接触部において治具の表面粗さが加工後の製品の表面状
態に大きく影響を与えるためで、膜の表面粗さが1μm
を越えると、軟質金属や有機質膜との摺動時に炭素膜に
金属が付着して、加工製品の表面が荒れたり、有機質膜
が破損したりする原因となるためで、特に0.5μm以
下であることが望ましい。
Further, according to the present invention, the surface roughness of the hard carbon film in at least the sliding portion with the metal of the processing jig is 1 μm.
It is important to control to less than m. This is because the surface roughness of the jig at the contact portion with the metal greatly affects the surface condition of the product after processing, and the surface roughness of the film is 1 μm.
Exceeding the limit, the metal adheres to the carbon film when sliding with the soft metal or the organic film, causing the surface of the processed product to be rough or the organic film to be damaged. Desirably.

【0021】なお、成膜後の炭素膜の表面粗さがこの範
囲内であれば、そのままの状態で用いることができる
が、成膜後の表面粗さRmaxが1μmを越えるような
場合には膜を研磨し、表面粗さを1μm以下とする必要
がある。成膜後の膜の研磨量を少なく済ませるために
は、成膜する基体をあらかじめ表面粗さ1μm以下に研
磨しておくことが望ましい。
If the surface roughness of the carbon film after film formation is within this range, the carbon film can be used as it is, but if the surface roughness Rmax after film formation exceeds 1 μm, The film needs to be polished to have a surface roughness of 1 μm or less. In order to reduce the amount of polishing of the film after film formation, it is desirable that the substrate on which the film is formed is polished in advance to a surface roughness of 1 μm or less.

【0022】硬質炭素膜を形成する方法としては、マイ
クロ波プラズマCVD法、熱フィラメントCVD法、高
周波プラズマCVD法、熱プラズマCVD法などが知ら
れているが、これらの方法は、一般に成膜できる領域が
小さいため、本発明の加工用治具の必要な部位全面に膜
を均一に成膜することは困難である。また、熱フィラメ
ント法の場合は、治具形状にあわせてフィラメントを張
ることにより、ある程度大きな面積にも成膜は可能であ
るが、フィラメントからの距離に応じて膜の均一性に差
が生じる、フィラメントが炭化して収縮、断線する、な
どの問題があるため、汎用性、生産性に欠ける。
As a method of forming a hard carbon film, a microwave plasma CVD method, a hot filament CVD method, a high-frequency plasma CVD method, a thermal plasma CVD method, and the like are known, and these methods can generally form a film. Since the area is small, it is difficult to uniformly form a film on the entire required portion of the processing jig of the present invention. In the case of the hot filament method, by stretching the filament in accordance with the jig shape, it is possible to form a film on a relatively large area, but there is a difference in the uniformity of the film depending on the distance from the filament. There is a problem such as carbonization and disconnection of the filament due to carbonization, and thus lacks versatility and productivity.

【0023】そこで、本発明において硬質炭素膜の成膜
方法として、電子サイクロトロンプラズマCVD法(以
下、ECRプラズマ法という)を採用する。この方法に
よれば、広い空間中に均一、かつ高密度なプラズマを発
生させることができるため、通常のマイクロ波プラズマ
CVD法並の成長速度を保ったまま、多くの治具に対し
て均一な膜厚で硬質炭素膜を成長させることができる。
Therefore, in the present invention, an electron cyclotron plasma CVD method (hereinafter, referred to as an ECR plasma method) is employed as a method for forming a hard carbon film. According to this method, a uniform and high-density plasma can be generated in a large space, and therefore, a uniform plasma can be generated for many jigs while maintaining a growth rate similar to that of a normal microwave plasma CVD method. A hard carbon film can be grown with a thickness.

【0024】次に、このECRプラズマ法による製造方
法について、図3をもとに説明する。反応炉10内には
炭素膜が形成される母材11が設置されている。また、
反応炉10の周囲には反応炉内にプラズマを発生させる
ためのマイクロ波発生装置12および磁界を発生させる
ための電磁コイル13が配置されている。かかる装置を
用いて成膜する場合には、反応炉10内に炭素膜生成用
ガスとして少なくともメタンなどの炭素を含有する原料
ガスを、場合により水素などのキャリアガスと共にガス
導入炉14を経由して反応炉10内に導入する。そし
て、反応炉10内を圧力1torr以下の低圧力に維持
すると同時に、導波管15により2.45GHzのマイ
クロ波を炉内に導入する。それと同時に電磁コイル13
により約875ガウス以上のレベルの磁界を印加する。
これにより、電子はサイクロトロン周波数f=eB/2
πm(e:電子の電荷、B:磁束密度、m:電子の質
量)に基づき、サイクロトロン運動を起こす。この周波
数がマイクロ波の周波数(2.45GHz)と一致する
とき、即ち、磁束密度Bが875ガウスとなる時に、電
子サイクロトロン共鳴が生じる。これにより電子はマイ
クロ波のエネルギーを著しく吸収して加速され、中性分
子に衝突し電離を起こさせ、低圧力でも高密度のプラズ
マを生成するようになる。なお、このときの基体の温度
を100〜1200℃に保持することにより、基体表面
に硬質炭素膜を形成することができる。
Next, a manufacturing method based on the ECR plasma method will be described with reference to FIG. A base material 11 on which a carbon film is formed is provided in the reaction furnace 10. Also,
A microwave generator 12 for generating plasma in the reactor and an electromagnetic coil 13 for generating a magnetic field are arranged around the reactor 10. When a film is formed using such an apparatus, a raw material gas containing at least carbon such as methane as a carbon film-forming gas is optionally passed through a gas introduction furnace 14 together with a carrier gas such as hydrogen in a reaction furnace 10. And introduced into the reaction furnace 10. Then, while keeping the inside of the reaction furnace 10 at a low pressure of 1 torr or less, a microwave of 2.45 GHz is introduced into the furnace through the waveguide 15. At the same time, the electromagnetic coil 13
To apply a magnetic field of a level of about 875 gauss or more.
As a result, the electrons move to the cyclotron frequency f = eB / 2.
Cyclotron motion is generated based on πm (e: electron charge, B: magnetic flux density, m: electron mass). When this frequency coincides with the microwave frequency (2.45 GHz), that is, when the magnetic flux density B becomes 875 Gauss, electron cyclotron resonance occurs. As a result, the electrons are remarkably absorbed by the microwave energy, accelerated, collide with neutral molecules and cause ionization, and generate high-density plasma even at a low pressure. By maintaining the temperature of the substrate at 100 to 1200 ° C. at this time, a hard carbon film can be formed on the surface of the substrate.

【0025】上記製造方法において用いられる炭素含有
原料ガスとしては、メタン、エタン、プロパンなどの炭
化水素ガスの他にCxHyOz(x、y、zはいずれも
1以上)で示されるような有機化合物やCO、CO2
どのガスを用いることもできる。
Examples of the carbon-containing source gas used in the above-mentioned production method include hydrocarbon compounds such as methane, ethane, and propane, and organic compounds such as CxHyOz (where x, y, and z are at least one). Gases such as CO and CO 2 can also be used.

【0026】これらのガスの配合比率や種類は、特開昭
60−19197号や特開昭61−183198号など
に開示される公知の方法のいずれを用いても本発明の効
果に何ら影響を及ぼさない。
The mixing ratio and type of these gases have no effect on the effects of the present invention regardless of any of the known methods disclosed in JP-A-60-19197 and JP-A-61-183198. Has no effect.

【0027】上述した方法によって得られる硬質炭素膜
は、主としてダイヤモンドからなっており、ほぼダイヤ
モンドに近い特性を示すが、若干の非晶質炭素成分、お
よびガス、成膜装置、基体材料などから混入した不可避
不純物をも含有している。
The hard carbon film obtained by the above-mentioned method is mainly composed of diamond, and has a characteristic almost similar to diamond. However, it is mixed with a slight amount of amorphous carbon component, gas, film forming apparatus, base material and the like. Unavoidable impurities.

【0028】本発明の加工用治具は、アルミニウム、軟
鉄あるいはこれらを主体とする合金などの材料、それら
に有機質膜が被覆されたものを加工する際に特に有効で
あり、治具としては、例えば食料品や飲料水の缶容器の
製缶工程で、容器の縁部分の丸め加工に用いられるパン
チとして特に有用である。
The processing jig of the present invention is particularly effective when processing a material such as aluminum, soft iron or an alloy mainly composed of these, and a material coated with an organic film. For example, it is particularly useful as a punch used in the rounding process of the edge portion of a container in a can manufacturing process of a container for food or drinking water.

【0029】[0029]

【作用】本発明によれば、特に、金属縁部を丸め加工す
るための加工用治具として、高密度窒化ケイ素質焼結体
からなる基体表面に表面粗さRmaxが1μm以下の、
ダイヤモンドなどからなる硬質炭素膜を形成することに
より、すぐれた耐摩耗性を有すると同時に被加工物を傷
つけることなく被加工物の加工が可能となる。
According to the present invention, in particular, as a processing jig for rounding a metal edge, a substrate made of a high-density silicon nitride sintered body has a surface roughness Rmax of 1 μm or less.
By forming a hard carbon film made of diamond or the like, it is possible to process the workpiece without damaging the workpiece while having excellent wear resistance.

【0030】これにより、アルミニウムや軟鉄などの軟
質金属、あるいはその上に有機質膜が被覆されたものを
加工する際においても、被加工物との接触において優れ
た耐摩耗性を有するとともに摩擦係数を小さくすること
ができ、上記軟質金属の治具へのビルドアップや溶着を
抑制することができる。しかも、金属の溶着が防止され
るため、有機質膜に傷をつけることなく加工することが
可能となる。
As a result, even when processing a soft metal such as aluminum or soft iron, or a material coated with an organic film thereon, it has excellent wear resistance in contact with a workpiece and a low friction coefficient. It is possible to reduce the size and suppress build-up and welding of the soft metal to the jig. In addition, since the deposition of metal is prevented, it is possible to process the organic film without damaging it.

【0031】また、本発明における硬質炭素膜は摩擦係
数が低く、成型圧が低圧でも加工が可能となるために肉
厚の薄い金属の加工を行うことができる。
The hard carbon film of the present invention has a low coefficient of friction and can be processed even at a low molding pressure, so that a thin metal can be processed.

【0032】[0032]

【実施例】【Example】

実施例1 まず、基体材料として、窒化ケイ素にY2 3 5重量
%、Al2 3 5重量%を添加混合したものを加工用治
具形状に成形した後、1800℃の窒素中で焼成した
後、さらに2000気圧の窒素中で1900℃で焼成し
て、相対密度99.8%の高密度窒化ケイ素質焼結体か
らなる直径が30mmの加工用治具基体を得た。さら
に、その治具表面は研磨加工して表面粗さRmaxが
0.4μmに調整した。
Example 1 First, as a base material, a material obtained by adding and mixing 5 wt% of Y 2 O 3 and 5 wt% of Al 2 O 3 to silicon nitride was formed into a processing jig shape, and then fired in nitrogen at 1800 ° C. After that, the resultant was further fired at 1900 ° C. in nitrogen at 2000 atm to obtain a processing jig base having a diameter of 30 mm and made of a high-density silicon nitride sintered body having a relative density of 99.8%. Further, the surface of the jig was polished to adjust the surface roughness Rmax to 0.4 μm.

【0033】次に、図3に示したようなECRプラズマ
装置中の反応炉内に先の加工用治具基体を設置した。そ
の後、ECRプラズマCVD法により、最大2kガウス
の強度の磁場を印加するとともに、マイクロ波出力3.
5kWの条件で、基体温度800℃、炉内圧力0.3t
orrの条件で基体表面に成膜を行った。なお、反応ガ
スとしてはメタンガス、二酸化炭素および水素ガスをそ
れぞれ4.5sccm、9sccm、286.5scc
mの流量比で混合したものを用いた。この条件で炭素膜
が約10μmの膜厚となるように作成した。
Next, the processing jig base was set in a reaction furnace in an ECR plasma apparatus as shown in FIG. Thereafter, a magnetic field having a maximum intensity of 2 kGauss is applied by ECR plasma CVD, and a microwave output is applied.
Under the condition of 5 kW, the substrate temperature is 800 ° C. and the furnace pressure is 0.3 t.
Film formation was performed on the substrate surface under the conditions of orr. In addition, as a reaction gas, methane gas, carbon dioxide, and hydrogen gas were 4.5 sccm, 9 sccm, and 286.5 sccc, respectively.
m mixed at a flow ratio of m. Under these conditions, the carbon film was formed so as to have a thickness of about 10 μm.

【0034】得られた炭素膜の表面粗さを触針式表面粗
さ計により評価したところ、Rmaxは0.8μmであ
った。また、ピン−オン−ディスク法により、この硬質
炭素膜と金属アルミニウムの摩擦係数を測定したとこ
ろ、0.11と低い値が得られた。比較のため、超硬合
金でも同様の摩擦係数値を測定したところ、0.75と
大きな値となった。
When the surface roughness of the obtained carbon film was evaluated using a stylus type surface roughness meter, Rmax was 0.8 μm. When the coefficient of friction between this hard carbon film and metallic aluminum was measured by the pin-on-disk method, a low value of 0.11 was obtained. For comparison, when the same friction coefficient value was measured for a cemented carbide, the value was as large as 0.75.

【0035】この硬質炭素膜が形成された治具により、
エポキシ樹脂の有機質膜が5μmの厚みで被覆された
0.1%の炭素を含む厚さ0.4mmの軟鉄板を用いて
円筒部の縁部の丸め加工を10000個行った。比較の
ため、超硬合金からなる治具でも同様の加工試験を行っ
た。その結果を表1の試料No.1、2として示した。
With the jig on which the hard carbon film is formed,
Using a soft iron plate having a thickness of 0.4 mm and containing 0.1% of carbon coated with an organic film of epoxy resin with a thickness of 5 μm, 10,000 round edges of the cylindrical portion were rounded. For comparison, a similar processing test was performed on a jig made of cemented carbide. The results are shown in Table 1 as Sample Nos. 1 and 2.

【0036】試験の結果、本発明に基づく硬質炭素膜が
被覆された試料No.1の治具は、10000個の加工試
験後も丸め加工部の表面状態は良好で、金属部分にも有
機質膜の部分にも傷は全く認められなかった。それに対
し、試料No.2の超硬合金治具では、数百個加工した時
点で既に丸め加工部の有機質膜や金属部分に傷のあるも
のが出始め、10000個の加工試験終了時はほぼ全て
の加工部に傷が生じ、甚だしいものでは金属部の傷が裂
け目となっているものもあった。
As a result of the test, the jig of the sample No. 1 coated with the hard carbon film according to the present invention showed a good surface condition of the rounded portion even after the processing test of 10,000 pieces, and the organic film was formed on the metal part. No scratches were observed in the area. On the other hand, in the cemented carbide jig of sample No.2, when several hundred pieces were machined, scratches already appeared on the organic film and the metal part of the rounded part, and when the machining test of 10,000 pieces was completed, almost All the processed parts were scratched, and in some severe cases, the scratches on the metal part were split.

【0037】さらに、硬質炭素膜を被覆した試料No.1
の治具は10000個加工した後も全く摩耗した痕跡は
認められず、摺動部はもとの状態と変わりがなかった
が、試料No.2の超硬合金治具表面は、摺動部の面状態
が非常に悪化していた。この超硬合金治具表面の摺動部
分を評価したところ、エポキシ樹脂と鉄が検出され、表
面に有機質膜および鉄がビルドアップして凝着している
ことがわかった。
Further, Sample No. 1 coated with a hard carbon film
After processing 10000 jigs, no trace of abrasion was observed at all, and the sliding part did not change from the original state. However, the surface of the cemented carbide jig of Sample No. 2 The surface condition was very bad. When the sliding part on the surface of the cemented carbide jig was evaluated, the epoxy resin and iron were detected, and it was found that the organic film and iron were built up and adhered to the surface.

【0038】実施例2 実施例1において、硬質炭素膜の生成条件、基体の種
類、基体の表面粗さ、基体の相対密度を表1に示す以外
は全く同様にして、前記高密度窒化ケイ素質焼結体より
なる治具表面に硬質炭素膜を形成し、得られた膜の表面
粗さ、金属アルミニウムとの摩擦係数、前記金属円筒縁
部丸め加工試験後の、加工部分の状態、治具の摩耗状
態、治具への有機質膜、金属の凝着状態を評価した。そ
の結果を表1に示す。なお、試料No.3、4、7につい
ては膜表面を研磨して試験を行ったので、研磨後の表面
粗さの値も記した。
Example 2 The same procedure as in Example 1 was carried out except that the conditions for forming the hard carbon film, the type of the substrate, the surface roughness of the substrate, and the relative density of the substrate were as shown in Table 1. A hard carbon film is formed on the surface of a jig made of a sintered body, the surface roughness of the obtained film, the coefficient of friction with metal aluminum, the state of the processed portion after the metal cylinder edge rounding test, the jig The abrasion state, the organic film on the jig, and the adhesion state of the metal were evaluated. Table 1 shows the results. The samples Nos. 3, 4, and 7 were tested by polishing the film surface, and the surface roughness after polishing was also described.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】表1から明らかなように、本発明に基づく
硬質炭素膜が被覆された試料No.3、4、5は、金属ア
ルミニウムとの摩擦係数値は一様に約0.1前後と低か
った。また、金属円筒縁部を10000個丸め加工した
後も金属の丸め加工部の表面状態は良好で、金属部分に
も有機質膜の部分にも傷は全く認められなかった。さら
に、これらの試料の摺動部の表面状態は、試験前と比べ
て変化は認められず、摩耗したり、金属や有機質膜が凝
着した痕跡は観察されなかった。これらの結果は、実施
例1で示した試料No.1の場合と全く同様である。
As is clear from Table 1, the samples Nos. 3, 4, and 5 coated with the hard carbon film according to the present invention have a low coefficient of friction with metallic aluminum, which is about 0.1. Was. The surface condition of the rounded portion of the metal was good even after the rounding of 10,000 metal cylindrical edges, and no scratch was recognized on the metal portion or the organic film portion. Furthermore, no change was observed in the surface condition of the sliding portion of these samples compared to before the test, and no trace of wear or adhesion of a metal or organic film was observed. These results are exactly the same as those of the sample No. 1 shown in the first embodiment.

【0041】試料No.6、8は、膜の表面粗さが1μm
を越えるため、加工中に金属表面の有機質膜を傷つけて
しまうことがわかった。また、試料No.7は、窒化ケイ
素質焼結体の相対密度が98%と低いため、加工中に膜
の表面に存在するボイド(これは焼結体のボイドを反映
したもの)中に金属や有機質膜が入り込み、結果として
凝着のような現象となって、加工した丸め部分に傷が生
じた。
Samples Nos. 6 and 8 had a film surface roughness of 1 μm.
Therefore, it was found that the organic film on the metal surface was damaged during processing. Also, in sample No. 7, since the relative density of the silicon nitride sintered body was as low as 98%, the metal present in the voids present on the surface of the film during processing (this reflects the voids of the sintered body) And the organic film penetrated, resulting in a phenomenon such as adhesion, and the processed rounded portion was damaged.

【0042】試料No.9、10は、基体としてSiCや
アルミナを用いたものであるが、窒化ケイ素質焼結体に
比較して膜と基体の密着性が足りず、丸め加工試験の途
中で膜が剥離し、良い結果は得られなかった。
Samples Nos. 9 and 10, which used SiC or alumina as the base material, did not have sufficient adhesion between the film and the base material as compared with the silicon nitride sintered body, and thus had a problem during the rounding test. The film peeled off and no good results were obtained.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の加工用治
具は、円筒形状のアルミニウムや軟鉄などを含む軟質金
属、特にその表面が有機質膜によって覆われている金属
の縁部分を丸める加工をする際に、優れた耐摩耗性、摺
動特性を有し、溶着や有機質膜の破損を抑制することが
できる。さらに、基体に対する密着性が強いため、加工
時に基体から剥離するおそれがない。しかも、成型圧が
低圧でも加工が可能となるために肉厚の薄い金属の加工
を行うことができる。
As described above in detail, the processing jig of the present invention rounds the edge of a soft metal containing aluminum or soft iron having a cylindrical shape, particularly a metal whose surface is covered with an organic film. During processing, it has excellent wear resistance and sliding characteristics, and can suppress welding and damage to the organic film. Further, since the adhesiveness to the substrate is strong, there is no possibility of peeling from the substrate during processing. In addition, since processing can be performed even at a low molding pressure, a metal having a small thickness can be processed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】缶の構造を説明するための図であり、(a)は
3ピース缶、(b)は2ピース缶をそれぞれ示す。
FIG. 1 is a view for explaining the structure of a can, in which (a) shows a three-piece can and (b) shows a two-piece can.

【図2】缶の縁部を丸め加工する方法を説明するための
図である。
FIG. 2 is a view for explaining a method of rounding an edge of a can.

【図3】ECRプラズマCVD装置の概略配置図であ
る。
FIG. 3 is a schematic layout diagram of an ECR plasma CVD apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,4,7 胴体部 2,3,5 蓋 6 加工用治具 8 縁部 9 R面 1, 4, 7 Body 2, 3, 5 Lid 6 Processing jig 8 Edge 9 R surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C23C 16/26 C04B 35/58 102Y (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21D 19/12 B21D 37/01 B21D 37/20 B21D 51/26 C04B 35/584 C23C 16/26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI C23C 16/26 C04B 35/58 102Y (58) Investigated field (Int.Cl. 7 , DB name) B21D 19/12 B21D 37 / 01 B21D 37/20 B21D 51/26 C04B 35/584 C23C 16/26

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】厚さ1mm以下の円筒形状の金属の縁部が
当接する部分にR面が形成され、このR面に胴体部の縁
部を当接して円筒形状の金属の長手方向に機械的圧力を
付与して前記縁部を丸め加工するための治具であって、
焼結助剤としてY23およびAl23を添加し焼成して
なる相対密度99%以上の窒化ケイ素質焼結体からなる
基体の前記金属との摺動面に、表面粗さ(Rmax)が
1μm以下の硬質炭素膜を被覆形成してなることを特徴
とする金属加工用治具。
An R surface is formed at a portion where an edge of a cylindrical metal having a thickness of 1 mm or less abuts, and an edge of a body portion abuts on the R surface so that a machine is formed in a longitudinal direction of the cylindrical metal. A jig for rounding the edge by applying an appropriate pressure,
Y 2 O 3 and Al 2 O 3 are added as sintering aids, and the surface of the substrate made of a silicon nitride sintered body having a relative density of 99% or more, which is baked, has a surface roughness ( A jig for metal working, which is formed by coating a hard carbon film having a Rmax of 1 μm or less.
【請求項2】前記円筒形状の金属が、アルミニウム、軟
鉄などの軟質金属を含有する金属あるいはその合金であ
り、その表面に有機質膜が形成されていることを特徴と
する請求項1記載の金属加工用治具。
2. The metal according to claim 1, wherein said cylindrical metal is a metal containing a soft metal such as aluminum or soft iron or an alloy thereof, and an organic film is formed on the surface thereof. Jig for processing.
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