JP7363023B2 - プレス加工用金型およびプレス加工方法 - Google Patents
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Description
プレス加工においてパンチ部及びダイ部は過酷な環境下に置かれることから、例えば特許文献2~5に示すように金型の加工表面にダイヤモンド膜やDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜などの炭素膜を被覆することが提案されている。
しかしながら、上記した特許文献を含む従来技術では以下に示す課題が未解決であり、改善の余地は未だに大きいと言える。
しかしながら例えばプレス加工用金型におけるダイ部やパンチ部にDLC膜を形成したのでは、繰り返し行われるプレス加工に耐えられず加工耐久性に難があることは否めない。一方でプレス加工用金型におけるダイ部やパンチ部にダイヤモンド膜を形成すれば優れた加工耐久性を得る点では望ましいものの、ダイヤモンド膜を被覆した部材は寸法制御に難があって厳格なクリアランスの管理には不向きである。
<プレス加工用金型>
まず実施形態のプレス加工用金型100について図1および2を参照しつつ説明する。
図1などに示されるとおり、プレス加工用金型100は、金属材をプレス加工する機能を有し、しごき加工用のパンチ部11およびダイ部21を備えるように構成されている。
以下では金属材を缶体に成形するしごき加工を例にして説明するが、本発明はかような缶体のプレス加工に限定されず、感光ドラムなどの他の形状にしごき加工する形態にも適用が可能である。
このときパンチ部11の側面11aとダイ部21の先端対向面21aとの間のクリアランスCは、工程や製品によっても異なるが、例えば飲料用アルミニウム缶の場合、最終的に、100μm程度に設定されるとともにその誤差範囲は±数μm(例えば2~5μm)しか許容されない。これに加え、上述のとおり例えば金属材から缶体をプレス加工する場合には量産化に耐え得る程度の高い加工耐久性も必要となる。
以下、本実施形態におけるダイヤモンド膜DFとHv8000以下の表面処理膜SFとを併用する本発明の意義について詳述する。
このパターンAの組み合わせは表面処理膜が形成されないケースであり、例えばクーラントなど潤滑剤を用いたプレス加工などでも実施されている。なお、「一方の工具」と「他方の工具」については、以下では一例として「一方の工具」をパンチ部11とし、「他方の工具」をダイ部21として説明する。しかしながら本発明はこの例に限られずこれとは逆の構成で「一方の工具」をダイ部21などとしてもよい。
かような課題は他方の工具に表面処理膜を形成したパターンBやパターンCにおいても、少なくともコーティング処理がない一方の工具の側で同様な課題が発生してしまう。
この点でたしかにパターンDやパターンEは耐摩耗性や耐焼き付き性をある程度は担保できるが、依然として以下に述べる問題が解消しない。
以下、それぞれの被膜について詳述する。
図2に示すとおり、本実施形態のダイヤモンド膜DFはダイ部21の加工表面(被加工材としての金属材3と接する面)に形成されている。
かようなダイヤモンド膜DFの形成方法については形成可能な限り制限はないが、例えば化学蒸着(CVD)法を用いた形態や物理蒸着(PVD)を用いた形態など公知の形成方法を適用できる。
また、本実施形態のダイヤモンド膜DFにおけるビッカース硬さHvは10000~12000であることが好ましい。
また図2に示すとおり、本実施形態の表面処理膜SFはパンチ部11の加工表面(被加工材としての金属材3と接する面)に形成されている。
なおダイヤモンド膜DFは少なくともダイ部21の上記した加工表面に形成されていればよいが、他の部分に形成されていてもよい。
次に本実施形態におけるシームレス缶体の缶胴部を形成するしごき加工に好適なプレス加工方法について説明する。
すなわち、不図示の打ち抜き加工における打ち抜き用パンチ部及び打ち抜き用ダイ部の加工表面(金属材3と接触する面)へ同様に適用してもよいし、絞り加工における絞り加工用パンチ部、絞り加工用ダイ部及びしわ押え治具の加工表面(金属材3と接触する面)に適用してもよい。
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LQ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。
例えば金属材3がアルミニウムの場合にはプレス加工によってアルミニウム粉が発生することがあり、このアルミニウム粉が金型や成形品に付着することで欠陥となってしまう。これに対して本実施形態によればクーラントLQが介在した状態でシームレス缶体のしごき加工を行うため、かような加工中に生じるアルミニウム粉を適切に除去することが可能となっている。
実施形態で詳述したプレス加工用金型100を用いて、絞り加工後における金属材(絞りカップ)3を用いて、しごき加工を行って缶胴部を有する缶体(シームレス缶体)を形成した。なお本実施例1では、しごき加工時にクーラントLQとして水を用い、またはクーラントLQを介在させずに缶胴部を有する缶体を成形加工した。
一方でダイ部21の加工表面に被覆したダイヤモンド膜DFとしては、公知の化学蒸着法(熱フィラメント法)によって厚さ約10μmとなるように形成した。
まず、板厚0.29mmのアルミニウム板(A3004)を公知のクランクプレスにて打ち抜き、絞り加工を経てφ95mmの浅底絞りカップを得た。
そして得られた浅底絞りカップを、油圧プレスのブランクホルダにセットし、パンチ部11を速度1m/sにて移動させて加工を行った。より詳細な加工経過としては、まずφ66mmの再絞りを行い、そのまま三回のしごき加工を経て、最終的に板厚100μmの缶体を得た。
上記した加工方法にて連続して100缶の加工を行い、パンチ部11およびダイ部21へのアルミニウムの凝着を目視にて確認した。
〇:パンチ部11およびダイ部21へのアルミニウムの凝着を視認できない。
△:パンチ部11およびダイ部21の少なくとも一方への凝着が確認できた。
×:加工中に破胴してしまい缶体を得ることが出来なかった。
しごき加工時にクーラントを介在させなかったこと以外については、実施例1と同様にして缶胴部を有する缶体を成形加工した。
雌型(ダイ部21側)となる絞りダイスおよびしごきダイスに対し、雄型(パンチ部11側)と同じDLC膜を被覆した以外は、実施例1と同様にして缶胴部を有する缶体を成形加工した。
雄型(パンチ部11側)となるしごきパンチおよびブランクホルダには表面処理が成されていない超硬合金を用いた以外は、実施例1と同様にして缶胴部を有する缶体を成形加工した。
雄型(パンチ部11側)となるしごきパンチおよびブランクホルダに表面処理が成されていない超硬合金を用い、雌型(ダイ部21側)となる絞りダイスおよびしごきダイスには上述のDLC膜を被覆した以外は、実施例1と同様にして缶胴部を有する缶体を成形加工した。
雄型(パンチ部11側)となるしごきパンチおよびブランクホルダ、および、雌型(ダイ部21側)となる絞りダイスおよびしごきダイスの双方に、表面処理が成されていない超硬合金を用いた以外は、実施例1と同様にして缶胴部を有する缶体を成形加工した。
雄型(パンチ部11側)となるしごきパンチおよびブランクホルダ、および、雌型(ダイ部21側)となる絞りダイスおよびしごきダイスの双方に、表面処理が成されていない超硬合金を用いたこと、さらにクーラントとしてエマルションを用いた以外は、実施例1と同様にして缶胴部を有する缶体を成形加工した。
以上の実施例1、2および比較例1~5の表面処理仕様と評価結果を表1に示す。
まず比較例5は、金型への表面処理を行わず、油分を4.0体積%以上含むエマルションをクーラントとして用いる一般的なDI加工の条件である。
この比較例5においても製缶数が増加するとパンチ部11、ダイ部21の両方に摩耗が見られるが、数十缶レベルでは大きな問題はなく加工が可能である。
一方で比較例5から比較例4のようにクーラントを油分が4.0体積%以下である水に変更すると、潤滑性が足りず加工中に破胴し缶体を得ることが出来ない。
11 パンチ部
21 ダイ部
3 金属材(被加工材)
Claims (7)
- パンチ部及びダイ部を用いて金属材をプレス加工するプレス加工用金型であって、
前記パンチ部と前記ダイ部の一方における前記金属材と接する加工表面には厚みが5~30μmのダイヤモンド膜が被覆され、
前記パンチ部と前記ダイ部の他方における前記金属材と接する加工表面にビッカース硬さHvが1000~8000である表面処理膜が被覆され、
前記表面処理膜の厚みは、前記ダイヤモンド膜の厚みよりも薄い
ことを特徴とするプレス加工用金型。 - 前記表面処理膜はダイヤモンドライクカーボンである請求項1に記載のプレス加工用金型。
- 前記ダイ部に前記ダイヤモンド膜が被覆され、前記パンチ部に前記表面処理膜が被覆されている請求項1又は2に記載のプレス加工用金型。
- 前記金属材が缶材であって、前記パンチ部及び前記ダイ部を用いて少なくとも缶胴部を形成する絞りしごき加工が行われる請求項1~3のいずれか一項に記載のプレス加工用金型。
- 金属材をパンチ部の側面及びダイ部の対向面との間のクリアランス内でプレス加工するプレス加工方法であって、
前記クリアランスを調整する調整ステップと、
前記調整ステップにおいて調整した後の前記クリアランス内で、前記パンチ部および前記ダイ部を用いて前記金属材を加工する加工ステップと、を含み、
前記パンチ部と前記ダイ部の一方における前記金属材と接する加工表面には厚みが5~30μmのダイヤモンド膜が被覆され、
前記パンチ部と前記ダイ部の他方における前記金属材と接する加工表面にビッカース硬さHvが1000~8000である表面処理膜が被覆されている、
ことを特徴とするプレス加工方法。 - 前記金属材はクーラントを介して前記パンチ部及び前記ダイ部によって缶胴部となるようにプレス加工される請求項5に記載のプレス加工方法。
- 前記クーラントの油分が4.0体積%以下である請求項6に記載のプレス加工方法。
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