WO2013183657A1 - 深絞り成形方法及びその成形金型 - Google Patents

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blank
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edge flat
inner edge
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秀和 戸丸
修久 岡部
宏典 大西
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東洋製罐株式会社
東洋製罐グループホールディングス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a deep drawing molding method and a molding die for metal cans, and more particularly to a deep drawing molding method and its molding die capable of preventing molding defects such as cup side wall flaws and bottom loss in deep drawing.
  • a cup is formed by deep drawing from a flat plate material (blank), and the obtained cup is further redrawn or redrawn and ironed to obtain a seamless can.
  • the blank is deep drawn by pressing the blank into the draw die while the blank is sandwiched between a punch holding tool (also referred to as a blank holder or a draw pad) and the upper surface of the draw die.
  • a punch holding tool also referred to as a blank holder or a draw pad
  • wrinkles are generated in the blank, and if the wrinkles are not corrected by the wrinkle holding tool and the draw die, side wall wrinkles remain on the formed cup side wall, and wrinkle generation is suppressed.
  • the pressing surface of the eaves pressing tool is generally formed as a flat surface.For example, a concentric ring groove is formed on the pressing surface to form an uneven surface.
  • a concentric ring groove is formed on the pressing surface to form an uneven surface.
  • Patent Document 1 has been proposed in which an appropriate tension is applied to the blank material by hooking the ridges on the uneven transition portion to prevent the occurrence of large folds and pinching.
  • Patent Document 2 has been proposed an article in which a recess is formed in a heel pressing mold and a pressing surface of the recess is formed into a tapered surface that becomes deeper toward the outer periphery.
  • seamless cans are also manufactured using a resin-coated metal plate coated with a resin such as polyester resin on one or both sides of a metal substrate.
  • a resin such as polyester resin
  • the thickness of the metal plate is thin and the blank diameter is Therefore, it is usually sufficient to perform deep drawing, one redrawing and a plurality of ironing, and the number of steps to the final can body diameter is small.
  • a negative pressure can, the thickness of the metal plate is thicker than the positive pressure can and the blank diameter is large, so the number of redrawing steps up to the final can body diameter is increased, and a multi-step press is used.
  • the productivity is poor, the cost of equipment and tools is high, and it takes time to change the mold.
  • JP 2002-192251 A Japanese Utility Model Publication No. 60-146524
  • the present invention was devised in view of the above circumstances, and prevents molding defects such as cup side wall wrinkles and bottom omission due to deep drawing of a blank in the manufacture of a metal container such as a seamless can.
  • a deep-drawing molding method and a molding die that can increase the drawing ratio during drawing and reduce the number of processes in the production of metal containers such as seamless cans. The purpose is to do.
  • the deep-drawing mold of the present invention that achieves the above object has a draw punch, a draw die, and a punching tool, and in the molding die for deep-drawing from a blank to a cup, the punching surface of the punching tool, or
  • the upper surface of the draw die is composed of an inner edge flat surface from the inner edge through which the draw punch passes to the outer edge, a tapered surface deepening from the inner edge flat surface toward the outer periphery, and an outer edge flat surface.
  • the area of the outer edge can suitably be in the range of 11 to 31% of the total flat area of the presser foot calculated on the assumption that the upper surface of the presser tool is a flat surface.
  • the deep drawing die may be configured to have an inner / outer flat surface step so that the outer edge flat surface is more convex than the inner edge flat surface.
  • the taper angle of the taper surface is 0 ° 1 ′ to 0 ° 6 ′, and the deepest portion of the taper surface is a step of 0.005 to 0.013 mm with respect to the inner edge flat surface. It is desirable that
  • the deep drawing method of the present invention that achieves the above object is the deep drawing method in which a blank is held by a punch holding tool and a draw die and formed from the blank into a cup by a draw punch.
  • the upper surface of the draw die consists of an inner edge flat surface from the inner edge through which the draw punch passes to the outer edge, a tapered surface deeper from the inner edge flat surface toward the outer periphery, and an outer edge flat surface.
  • the blank is pressed and held by the inner edge flat surface and the outer edge flat surface, and in the initial state of deep drawing, the taper portion is allowed to generate wrinkles, and deep drawing is advanced and the pressing by the outer edge flat surface is released. Then, the blank is characterized in that wrinkles disappear on the taper surface and the inner edge flat surface.
  • the outer peripheral portion of the blank is pressed and held even after passing through the tapered portion after the pressing by the outer edge flat surface of the scissor pressing tool.
  • the deep drawing mold of the present invention fine wrinkles are generated in the concave portion formed of a tapered surface after the drawing starts, but it disappears without increasing even if the drawing progresses, and there is an effect of suppressing bottom loss,
  • the allowable forming range can be expanded, and a deep drawing cup having a high drawing ratio can be obtained even when the original plate thickness is reduced compared to the conventional case.
  • the outer edge flat area in the range of 11 to 31% of the total area of the presser foot as described above, it is possible to effectively restrain and hold the outer peripheral portion of the blank at the start of deep drawing to prevent bottom-out. it can.
  • the outer peripheral portion of the blank is constrained at the initial stage of deep drawing, and is not constrained by the concave portion formed by the taper surface in the middle, so that the load concentrates on the inner edge flat surface. Is alleviated and bottom-out is prevented. Furthermore, in the mold, after the taper angle of the taper surface and the deepest portion of the taper surface are within the above-mentioned range, the outer peripheral portion of the blank passes through the outer edge flat surface. It is effectively restrained, and it is possible to effectively prevent the fine wrinkles from increasing and bottom out.
  • the deep drawing method of the present invention it is possible to effectively prevent the occurrence of molding defects such as cup side wall flaws and bottom loss in the deep drawing process of the blank, and to increase the drawing ratio. This makes it possible to reduce the number of processes in the production of metal containers, etc., thereby contributing to the improvement of productivity. In addition, even when the original plate thickness is reduced, molding defects such as cup side wall wrinkles and bottom omission are prevented, and stable drawing can be performed, so that weight reduction of metal containers such as seamless cans can be achieved.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a main part of a tack presser tool according to an embodiment of the present invention.
  • the punch presser tool 1 has an annular shape and is arranged coaxially with the annular draw die 2 and the cylindrical draw punch 3 in the same manner as in the normal deep drawing, and is relatively relative to the draw die 2.
  • the blank 4 is configured to be pressed and held under a constant load between the pressing surface on the lower surface of the tool and the upper surface of the draw die, approaching and separating.
  • the draw die 2 is fixed, the scissor pressing tool 1 is lowered, and the blank 4 is pressed and held between the upper surface (annular flat surface) of the draw die and the bottom surface of the scissor pressing tool with a constant scissor pressing load.
  • the blank 4 is drawn and formed by the punch 3 descending and entering the draw die 2
  • the arrangement relationship can be reversed, and the present invention is not necessarily limited to this embodiment.
  • the punch presser tool 1 has a cylindrical space with an inner edge radius r1 at which the draw punch 3 enters at least in the center and the blank can move along the outer peripheral surface of the draw punch 3 as the draw punch 3 descends.
  • the surface shape of the eaves pressing surface includes an inner edge flat surface 11 from the inner edge through which the draw punch 3 passes to the outer edge, a tapered surface 12 that deepens from the inner edge flat surface 11 toward the outer periphery, and a deepest flat surface of the tapered surface. (Step surface) 13 and outer edge flat surface 14.
  • the inner edge flat surface 11 is an annular flat surface formed between the inner edge radius r1 and the taper starting diameter r2, but the thickness distribution of the blank in the middle of deep drawing (the thickness increases from the inside toward the outside). In order to effectively suppress wrinkles along the line, it is desirable to be as narrow as possible.
  • the taper surface 12 suppresses the development of wrinkles in the blank 4 released from pressing by the outer edge flat surface 14 to be described later, and the taper angle ⁇ approximates the plate thickness distribution of the blank in the middle of drawing, and FIG. As shown by an elliptical broken line in FIG. Therefore, the optimum angle of the taper surface 12 differs depending on the blank material, thickness, blank diameter, and punch diameter. However, if the taper angle ⁇ is large and the step with the inner edge flat surface 11 is too large, the blank 4 Since the outer peripheral portion 5 is not pressed and held after passing through the outer edge flat surface 14, a large wrinkle is formed in the concave portion.
  • the step surface 13 is an annular flat surface that is horizontal from the deepest portion of the tapered surface 12 to the outside, and is a step surface having a height h2 with respect to the inner edge flat surface 11.
  • the step surface 13 is not necessarily provided, it is effective for satisfactorily restraining the outer peripheral portion 5 of the blank 4 released from the pressing by the outer edge flat surface 14 to prevent the expansion and increase of wrinkles.
  • the taper angle ⁇ of the tapered surface 12 varies depending on the material, thickness, and blank diameter of the blank 4, but is preferably in the range of 0 ° 1 ′ to 0 ° 6 ′, and the step h 2 is the deepest of the tapered surface 12. It is desirable that the portion is in the range of 0.005 to 0.013 mm with respect to the inner surface.
  • the outer edge flat surface 14 is an annular flat surface formed between the outer edge flat surface starting diameter r3 and the flange pressing diameter r4 substantially equal to the blank diameter, and presses the outer periphery of the blank 4 until a certain stroke at the initial stage of deep drawing. Then, a tension is applied to the blank 4.
  • the outer edge flat surface 14 acts to prevent the occurrence of excessive wrinkles at the recess formed by the tapered surface 12 and the step surface 13 at the initial stage of deep drawing. Further, the outer edge flat surface 14 is formed to be slightly convex with an inner / outer flat surface step h1 outside the inner edge flat surface 11 so that the load is not concentrated on the inner edge flat surface 11 at the start of drawing.
  • the area of the outer edge flat surface 14 is preferably 11 to 31% of the total flat area of the presser foot calculated on the assumption that the upper surface of the presser foot 1 is a flat surface, and is less than 11% of the total flat surface area of the presser foot. If this is the case, the blank holding time on the outer edge flat surface 14 is shortened, and bottom-out is likely to occur.
  • the process of obtaining a cup from the disk-shaped blank 4 by deep drawing using the scissor pressing tool 1 of the embodiment configured as described above will be described with reference to FIG.
  • the blank 4 punched into a disk shape is pressed and held between the heel pressing surface of the heel pressing tool 1 and the upper surface of the draw die 2 under a predetermined heel pressing load.
  • the blank 4 is pushed into the cavity of the draw die 2 and subjected to a bending process by the forming action surface (Dia Radius) 7 of the draw die 2 so that the drawing process proceeds.
  • the annular portion of the blank 4 sandwiched between the collar pressing surface of the collar pressing tool 1 and the upper surface of the draw die is stretched in the radial direction and receives a compressive force in the circumferential direction.
  • wrinkles are generated in the portions, the generation of the wrinkles is suppressed by restraining the annular portion by using the wrinkles.
  • wrinkles are generated inside the gap when the thickness of the wrinkle holding region changes as the squeezing progresses.
  • 2A is provided with a slight inner / outer flat surface level difference h1 and a tapered recess 15 between the inner edge flat surface 11 and the outer edge flat surface 14.
  • the blank 4 is strong because the outer peripheral portion 5 of the blank 4 moves while being pressed mainly by the outer edge flat surface 14 at a predetermined pressure. Restrains generation of wrinkles under tensile load.
  • the entire blank 4 is pressed and held in the initial stage of deep drawing, and a large tensile load is generated between the forming action surface 7 and the draw punch action surface (punch radius) 8, but according to the present embodiment,
  • the outer and outer flat surface level difference h1 preferentially presses and holds the outer peripheral portion 5 of the blank 4 at the initial stage of drawing and does not hold it in the recess 15 in the middle, so that there is no gap between the forming action surface 7 and the draw punch action surface 8. This has the effect of relaxing the tensile load and preventing bottom-out.
  • the concave portion 15 has a shape close to the thickness distribution of the blank 4 in the middle of the drawing, and the outer peripheral portion 5 of the blank 4 indicated by an alternate long and short dash line in FIG. As shown, a very low angle tapered surface 12 and a deepest flat surface 13 following the tapered surface 12 are formed. With such a configuration, the occurrence of large wrinkles is suppressed, and after the outer peripheral portion 5 of the blank 4 has passed through the outer edge flat surface 14, the concentration of the load on the inner edge flat surface 11 is alleviated compared to the conventional case, Bottom-out is prevented.
  • Example 1 White PET with a thickness of 0.013 mm containing a white pigment made of a transparent PET film with a thickness of 0.017 mm and titanium oxide on both sides of a tin-free steel material with a thickness of 0.185 mm (SR material: cold rolled material once). Each film was laminated to obtain a resin-coated metal plate. Using this resin-coated metal plate, deep drawing was performed so that the transparent PET film was the inner surface under the following wrinkle pressing tool and molding conditions, and the range of wrinkle pressing load that could be formed was confirmed. 1. [Evaluation methods] ⁇ : Drawable, ⁇ : Cup side wall ⁇ , x bottom bottom, *: Film peeling at the open end of the cup.
  • Example 2 In Example 1, except that a 0.240 mm tin-free steel material (SR material) was used, deep drawing was performed in the same manner, and the range of wrinkle pressing load that could be formed was confirmed.
  • SR material 0.240 mm tin-free steel material
  • Comparative Example 2 In Comparative Example 1, except that a 0.240 mm tin-free steel material (SR material) was used, deep drawing was performed in the same manner, and the range of wrinkle pressing load that could be formed was confirmed.
  • SR material 0.240 mm tin-free steel material
  • Example 3 In Example 1, except that the drawing ratio was 1.8 and the drawn cup diameter was 78 mm, deep drawing was performed in the same manner, and the range of wrinkle pressing load that could be formed was confirmed.
  • Comparative Example 3 In Comparative Example 1, deep drawing was performed in the same manner except that the drawing ratio was 1.8 and the drawing cup diameter was 78 mm, and the range of wrinkle pressing load that could be formed was confirmed.
  • Example 4 In Example 3, except that a 0.240 mm tin-free steel material (SR material) was used, deep drawing was performed in the same manner, and the range of wrinkle pressing load that could be formed was confirmed.
  • SR material 0.240 mm tin-free steel material
  • Comparative Example 4 In Comparative Example 3, except that a 0.240 mm tin-free steel material (SR material) was used, deep drawing was performed in the same manner, and the range of wrinkle pressing load that could be formed was confirmed.
  • SR material 0.240 mm tin-free steel material
  • the eaves pressing tool 40 continues from the deepest part of the taper surface 41 to the outer peripheral surface as a flat surface 42, and has a taper angle ⁇ : 0 ° 2′18 ′′, a taper starting diameter r2: 96.3 mm, and a step h2: 0.010 mm.
  • a draw die 45 having a shape with no outer edge flat surface and an upper surface substantially symmetrical with the heel pressing surface of the heel pressing tool 40 was used, and deep drawing was performed in the same manner as in Example 1 (see FIG. 3). See example)
  • Example 1 wrinkles occurred at the start of drawing, but did not develop, and wrinkles disappeared when drawing was completed.
  • the comparative example 1 when the drawing progresses and the thickness of the blank pressing area of the blank changes, wrinkles are generated on the inner side where a gap is formed between the pressing surface and the blank. was confirmed.
  • the reference example wrinkles at the outer edge portion developed as the drawing process progressed and remained completely disappeared.
  • cup side wall wrinkles were confirmed when drawing was completed.
  • the eaves pressing surface shape includes an inner edge flat surface 51 shown in FIG. 4a, a tapered surface 52 deepening outward from the inner edge flat surface, and a flat surface 53 extending from the deepest portion of the tapered surface to the outer peripheral edge.
  • Example 1 using an eaves pressing tool 50 having a taper angle ⁇ of 0 ° 2′18 ′′, a taper start diameter r2 of 96.3 mm, and a step h2 between the inner flat surface 51 and the flat surface 53 of 0.010 mm. In the same manner as above, deep drawing was performed, and the range of wrinkle pressing load that could be formed was confirmed.
  • Comparative Example 6 In Comparative Example 5, deep drawing is similarly performed except that the taper angle ⁇ is 0 ° 3′32 ′′, the taper start diameter r2 is 90.3 mm, and the step h2 between the inner edge flat surface 51 and the flat surface 53 is 0.015 mm. This was done and the range of wrinkle pressing load that could be formed was confirmed.
  • the draw die 65 is formed with an annular flat end portion 66 having a predetermined width extending horizontally from a molding action surface (corner portion) on the inner peripheral edge, and a taper surface having a taper angle ⁇ : 0 ° 2′18 ′′ toward the lower outside. 67 was formed, and it was set as the shape which has the flat surface 68 toward the outer peripheral surface from the deepest part.
  • this heel pressing tool 60 and the draw die 65 deep drawing was similarly performed using the same resin-coated metal plate as in Example 1, and the range of the ridge pressing load that could be formed was confirmed.
  • Example 5 In Example 1 described above, except that a tin-free steel material having a plate thickness of 0.185 mm (DR material: twice cold-rolled material) was used, deep drawing was performed in the same manner, and the wrinkle press load that can be formed was The range was confirmed.
  • DR material twice cold-rolled material
  • Comparative Example 8 In Comparative Example 5, except that a tin-free steel material (DR material) having a plate thickness of 0.185 mm was used, deep drawing was performed in the same manner, and the range of wrinkle pressing load that could be formed was confirmed.
  • DR material tin-free steel material having a plate thickness of 0.185 mm
  • Comparative Example 9 In Comparative Example 8, except that a tin-free steel material (DR material) having a plate thickness of 0.185 mm was used, deep drawing was performed in the same manner, and the range of wrinkle pressing load that could be formed was confirmed.
  • DR material tin-free steel material having a plate thickness of 0.185 mm
  • Table 1 shows the range of wrinkle-holding loads that can be molded in Examples 1 to 4, 5 and Comparative Examples 1 to 9.
  • the comparison of the range of moldable heel presser loads of Example 1 and Comparative Examples 5 to 7 and Example 5 and Comparative Examples 8 and 9 shows that the heel presser shape of the example is deep drawing. It can be seen that the moldability is excellent. In Comparative Example 7, film peeling occurred at the end of the cup opening when the tacking load was 33 to 45 kN. In addition, it was found from the confirmation of the range of the mold-pressing load that can be formed in this example that the DR material is more difficult to perform the drawing by suppressing cup side wall defects and bottom loss than the SR material.
  • Example 2 Using the resin-coated metal plate of Example 1, the taper angle ⁇ , the step h2, the taper start diameter r2, the outer edge flat surface start diameter r3, the inner / outer flat surface step h1, and the outer edge flat area ratio shown in Table 2 are changed. A deep-drawing molding was performed with a wrinkle pressing tool so that the transparent PET film was the inner surface, and the range of wrinkle pressing load that could be formed was confirmed. Further, the molding conditions at that time are the same as those in Example 1, and the flat area ratio is the total flat area (11319 mm 2) of the conventional heel pressing tool 30 in which the heel pressing surface of Comparative Example 1 is a flat surface. ) was determined.
  • Experimental Example 1 shows Example 1 described above. The results of the experiment are shown in Table 2.
  • the taper angle is 0 ° 1′38 ′′ to 0 ° 5′5 ′′
  • the step h2 is 0.005 to 0.013 mm
  • the taper starting diameter r2 is 79.6 to 89.4 mm
  • the outer edge is flat.
  • Surface aperture diameter r3 126.9 to 137.2 mm
  • inner / outer flat surface level difference h1 0 to 0.007 mm
  • the deep drawing of the metal plate has been described.
  • the present invention is not necessarily limited to the metal plate, and the deep drawing of a blank using a paper as a base material or a blank using a synthetic resin material as a base material. It can also be applied to molding.
  • the inner edge flat surface formed on the heel pressing surface of the heel pressing tool described above, the tapered surface deepening from the inner edge flat surface toward the outer periphery, and the outer edge flat surface may be formed on the upper surface of the draw die.
  • the heel pressing surface of the heel pressing tool is a flat surface. Or you may provide the said shape surface to both a scissors pressing tool and a draw die.
  • the range of wrinkle pressing load that can be molded is wide, and the drawing ratio from the blank can be made higher than the conventional one.
  • the base material is not limited to a metal material, and can be used for forming paper and a synthetic resin blank.

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Abstract

　ブランクの深絞り工程におけるカップ側壁皺や底抜けの発生を防止して、絞り比を高くすることができる深絞り成形方法及びその深絞り成形金型を提供する。　皺押さえ工具１の皺押さえ面、或いはドローダイ２の上面が、ドローパンチが通過する内縁から外縁に向けて、内縁フラット面１１、該内縁フラット面から外周に向かって深くなるテーパ面１２、最深平坦面１３及び外縁フラット面１４を設ける。

Description

深絞り成形方法及びその成形金型
　本発明は、金属缶等の深絞り成形方法及び成形金型、特に深絞り成形におけるカップ側壁皺や底抜け等の成形不良を防止できる深絞り成形方法及びその成形金型に関する。
　シームレス缶等の金属容器を得る工程において、平板素材（ブランク）から深絞り成形によりカップを成形し、得られたカップをさらに再絞り、或いは再絞り－しごき成形を行ってシームレス缶を得ている。前記深絞り成形は、ブランクを皺押さえ工具（ブランクホルダー、又はドローパッド等ともいう）とドローダイ上面とで挟んだ状態で、ドローパンチがブランクをドローダイ内に押し込むことによって深絞り成形されるが、その場合ブランクの深絞り成形が進行すると、ブランクに皺が発生し、該皺が皺押さえ工具とドローダイによって矯正されないと、成形されたカップ側壁に側壁皺が残留し、また皺の発生を抑制するために皺押さえ圧力を大きくすると深絞り成形中のカップに大きな張力が作用してカップの底抜けが発生し易い。そして、その傾向は、絞り比が高くなる程顕著になり、絞り比は材料によって自ずと制限されるが、良好な深絞り成形を行うため皺押さえ工具を改良することによって、皺及び底抜けの発生を抑制し、絞り比の向上を図る試みが提案されている。
　皺押さえ工具の押圧面は一般に平坦面に形成されているが、例えば、押圧面に同心状のリング溝を形成して押圧面を凹凸に形成し、絞り工程においてリング溝内に故意に小さな皺を発生させ、この皺を凹凸移行部に引っ掛けてブランク材に適度な張力を発生させて大きな皺とピンチングの発生を防ぐようにしたものが提案されている（特許文献１）。
　また、皺押さえ型に凹部を形成し、該凹部の押さえ面が外周に向かって深くなるテーパ面に形成したもの等が提案されている（特許文献２）。
　しかしながら、いずれも、元板厚が薄い金属板を高い絞り比で深絞り成形を行なう際に、その成形開始時の初期段階にブランクに発生する皺の抑制、或いは底抜けを防止する点で未だ満足のいくものではない。
　また、金属基材の片面又は両面にポリエステル樹脂等の樹脂を被覆した樹脂被覆金属板を用いてシームレス缶も製造されているが、陽圧缶の場合は前記金属板の厚みが薄く、ブランク径も小さいので、通常は、深絞り成形と、１回の再絞り成形及び複数のしごき成形を行えば良く、最終缶胴径までの工程数は少ない。
　一方、陰圧缶の場合は陽圧缶に比較して前記金属板の厚みが厚く、ブランク径も大きいので、最終缶胴径までの再絞り工程数が多くなり、多工程プレスを用いることになるが、生産性が悪く、しかも設備・工具費用が高く、且つ型換えに時間を要する。
　また、深絞り、再絞り工程におけるそれぞれの絞り比を高くすれば工程数の削減が可能となるが、単に絞り比を高くするとカップ側壁皺や底抜け等の成形不良が発生する。
　さらに、近年、軽量化の観点から元板厚の薄肉化が要望されており、より一層、深絞り成形におけるカップ側壁皺や底抜け等の成形不良が発生し易く、これらの防止が、特にティンフリースチール等の薄肉化された金属板を深絞り成形する際に要望されている。
特開２００２－１９２２５１号公報 実開昭６０－１４６５２４号公報
　そこで、本発明は、上記実情に鑑み創案されたものであって、シームレス缶等の金属容器の製造におけるブランクの深絞り成形によるカップ側壁皺や底抜け等の成形不良を防止し、また、前記深絞り成形時の絞り比を従来と比較して高くすることを可能にし、シームレス缶等の金属容器の製造における工程数の削減を可能にすることができる深絞り成形方法及びその成形金型を提供することを目的とする。
　前記目的を達成する本発明の深絞り成形金型は、ドローパンチ、ドローダイ及び皺押さえ工具を有し、ブランクからカップに深絞り成形する成形金型において、前記皺押さえ工具の皺押さえ面、或いはドローダイの上面が、前記ドローパンチが通過する内縁から外縁に向けて、内縁フラット面、該内縁フラット面から外周に向かって深くなるテーパ面、及び外縁フラット面からなることを特徴とするものである。
　上記深絞り金型において、前記外縁面積は、皺押さえ工具の皺押さえ面をフラット面と仮定して算出した皺押さえ全平面積の１１～３１％の範囲が好適に採用できる。
　また、前記深絞り金型において、前記外縁フラット面が前記内縁フラット面より凸面となるように内外フラット面段差を有しているように構成してもよい。
　さらに、前記深絞り金型において、前記テーパ面のテーパ角度が０゜１′～０゜６′であり、テーパ面の最深部が前記内縁フラット面に対して０．００５～０．０１３ｍｍの段差となっていることが望ましい。
　前記目的を達成するる本発明の深絞り成形方法は、ブランクを皺押さえ工具とドローダイで保持してドローパンチで前記ブランクからカップに成形する深絞り成形法において、前記皺押さえ工具の皺押さえ面、或いはドローダイの上面が、前記ドローパンチが通過する内縁から外縁に向けて、内縁フラット面、該内縁フラット面から外周に向かって深くなるテーパ面、及び外縁フラット面からなり、深絞り開始時には、前記ブランクを前記内縁フラット面と外縁フラット面で押圧保持し、深絞り成形の初期状態で、前記テーパ部で皺の発生を許容し、深絞り成形が進行して外縁フラット面による押圧が解除されると、前記ブランクがテーパ面及び内縁フラット面で皺を消滅させることを特徴とするものである。
　そして、前記ブランクの外周部は、前記深絞り成形方法において、前記皺押さえ工具の外縁フラット面による押圧解除後、前記テーパ部を通過中も押圧保持することが望ましい。
　本発明の深絞り成形金型によれば、絞り開始後にテーパ面から成る凹部で微細な皺が発生するが、絞りが進行しても増大せずに消滅し、且つ底抜けの抑制効果があり、成形許容範囲を拡大することができ、従来と比較して元板厚を薄肉化した場合でも高絞り比の深絞りカップを得ることができる。
　また、外縁フラット面積を前記のように皺押さえ全平面積の１１～３１％の範囲とすることによって、深絞り成形開始時にブランクの外周部を効果的に拘束保持して底抜けを防止することができる。
　さらに、前記のように内外フラット面段差を有することによって、深絞り成形初期にはブランクの外周部が拘束され、且つ途中のテーパ面から成る凹部では拘束されないので、内縁フラット面に荷重が集中することが緩和され、底抜けが防止される。
　さらにまた、前記金型において、テーパ面のテーパ角度、及びテーパ面の最深部が前記内縁フラット面に対する段差を、上記の範囲とすることによって、ブランクの外周部が外縁フラット面を抜けた後も効果的に拘束され、微細皺が大きくなることと底抜けを効果的に防止することができる。
　また、本発明の深絞り成形方法によれば、ブランクの深絞り工程におけるカップ側壁皺や底抜け等の成形不良の発生を効果的に防止して、絞り比を高くすることができるので、シームレス缶等の金属容器の製造における工程数の削減を可能にして生産性の向上に寄与する。また、元板厚を薄肉化した場合でもカップ側壁皺や底抜け等の成形不良が防止され、安定した絞り成形が行えることにより、シームレス缶等の金属容器の軽量化を図ることができる。
　そして、上記深絞り成形方法において、ブランクの外周部を、皺押さえ工具の外縁フラット面による押圧解除後、前記テーパ部を通過中も押圧保持することによって、微細皺が大きくなることを防止して、底抜けを効果的に防止することができる。
本発明の実施形態に係る皺押さえ工具の要部断面図である。 本発明の深絞り成形方法の工程図であり、（ａ）は絞り成形開始前の状態、（ｂ）は絞り成形初期の状態、（ｃ）は絞り成形途中の状態を示している。 本発明の実施例、比較例及び参考例に係る絞り成形経過における皺の発生状況を示す写真である。 比較例に係る絞り開始初期におけるブランクを保持した状態の皺押さえ工具の形状を示す断面概略図であり、（ａ）は比較例５、（ｂ）は比較例７である。
　１、３０、４０、５０、６０　皺押さえ工具
　２、４５、６５　ドローダイ
　３　ドローパンチ
　４　ブランク
　５　ブランクの外周部
　７　 成形作用面（ダイラジアス）
　８　ドローパンチ作用面（パンチラジアス）
１１、５１　内縁フラット面
１２、５２　テーパ面
１３　最深平坦面（段差面）
１４　外縁フラット面
１５　凹部
６２　ビード
　以下、本発明の実施形態を、図面を基に詳細に説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る皺押さえ工具の要部断面を示している。
　皺押さえ工具１は環状を呈し、図２に示すように、通常の深絞り成形と同様に環状のドローダイ２及び円柱状のドローパンチ３と同軸心に配置され、ドローダイ２に対して相対的に接近及び離間して、その工具下面の皺押さえ面とドローダイ上面との間でブランク４を一定荷重のもとで押圧保持するように構成されている。本実施形態では、ドローダイ２が固定され、皺押さえ工具１が下降してドローダイの上面(環状平坦面)と皺押さえ工具下面との間でブランク４を一定の皺押さえ荷重で押圧保持し、ドローパンチ３が下降してドローダイ２内に進入することにより、ブランク４を絞り成形する場合について説明するが、配置関係はその逆にすることも可能であり、必ずしも本実施形態に限るものではない。
　皺押さえ工具１は、中央部は少なくともドローパンチ３が進入し、且つドローパンチ３の下降に伴ってブランクがドローパンチの外周面に沿って移動できる内縁半径ｒ１の円筒空間を有している。皺押さえ面の表面形状は、前記ドローパンチ３が通過する内縁から外縁に向けて、内縁フラット面１１、該内縁フラット面１１から外周に向かって深くなるテーパ面１２、該テーパ面の最深平坦面(段差面)１３及び外縁フラット面１４からなる。
　内縁フラット面１１は、内縁半径ｒ１とテーパ開始径ｒ２との間で形成される環状平坦面であるが、深絞り成形途中のブランクの板厚分布（内側から外側に向けて厚みが増加している）に沿って効果的に皺を抑制するためには、可能な限り狭い方が望ましい。
　テーパ面１２は、後述する外縁フラット面１４による押圧を解除されたブランク４において皺が発達することを抑制し、そのテーパ角度θは、絞り成形途中のブランクの板厚分布に近似し、図２ｃに楕円破線で示すように、ブランク４の外周部５が優先的に接触する形状が望ましい。従って、該テーパ面１２の最適角度は、ブランク材の材質、厚さ、ブランク径、パンチ径によって相違するが、該テーパ角度θが大きく内縁フラット面１１との段差が大きすぎると、ブランク４の外周部５が外縁フラット面１４を抜けた後に押圧保持されないため、該凹部で大きな皺が形成されてしまう。この段差面１３は、テーパ面１２の最深部から外側に向けて水平な環状平坦面となっており、内縁フラット面１１と高さｈ２の段差面となっている。該段差面１３は、必ずしも設けなくてよいが、外縁フラット面１４による押圧を解除されたブランク４の外周部５を良好に拘束して皺の拡大、増加を阻止するのに有効である。前述のようにテーパ面１２のテーパ角度θは、ブランク４の材質、厚さ、ブランク径によって相違するが、０゜１′～０゜６′の範囲が望ましく、段差ｈ２はテーパ面１２の最深部が前記内側面に対して０．００５～０．０１３ｍｍの範囲内とするのが望ましい。
　外縁フラット面１４は、外縁フラット面開始径ｒ３からブランク直径とほぼ等しい皺押さえ径ｒ４との間で形成された環状平坦面であり、深絞り成形初期の一定ストロークまでブランク４の外周部を押圧してブランク４に張力を作用させる。そして、外縁フラット面１４によって深絞り成形初期に、テーパ面１２と段差面１３とで形成される凹部で過剰な皺の発生を防ぐ作用をする。また、外縁フラット面１４は、絞り成形開始時に内縁フラット面１１に荷重が集中しないように、内縁フラット面１１より外側に内外フラット面段差ｈ１をもって僅かに凸面に形成されている。
　尚、外縁フラット面１４の面積は、皺押さえ工具１の皺押さえ面をフラット面と仮定して算出した皺押さえ全平面積の１１～３１％が望ましく、前記皺押さえ全平面積の１１％未満であると、外縁フラット面１４でのブランク保持時間が短くなって底抜けが発生し易く、一方、３１％を越えると、前記凹部１５での皺が多く発生する。
　以上のように構成された実施形態の皺押さえ工具１により、円盤形状のブランク４から深絞り成形によりカップを得る工程を図２に基づいて説明する。
　円盤状に打ち抜かれたブランク４が図（２ａ）に示すように、皺押さえ工具１の皺押さえ面とドローダイ２の上面との間で所定の皺押さえ荷重下で押圧保持され、ドローパンチ３が下降することにより、ブランク４がドローダイ２のキャビティ内に押し込まれて、ドローダイ２の成形作用面（ダイラジアス）７によって曲げ加工を受けて絞り成形が進行する。その際、ブランク４における皺押さえ工具１の皺押さえ面とドローダイ上面に挟まれた環状部分は、半径方向に引き延ばされると共に円周方向に圧縮力を受け、この圧縮力によりブランク４の前記環状部分に皺が発生するが、その皺の発生を皺押さえによって前記環状部分を拘束することにより抑制している。従来の平坦な皺押さえ面の場合、絞りが進行することによって皺押さえ領域の厚みが変化すると空隙のできる内側で皺が発生している。本実施形態の皺押さえ面は、僅かな内外フラット面段差ｈ１を設け、且つ内縁フラット面１１と外縁フラット面１４との間にテーパ状の凹部１５を設けているので、図２（ａ）に示す状態から図２（ｂ）に示す状態に移行する深絞り成形初期の段階は、ブランク４の外周部５が主に外縁フラット面１４によって所定圧力で押圧されながら移動するので、ブランク４が強い引張荷重を受け、皺の発生を抑制する。また、従来は、深絞り成形初期にブランク４全体が押圧保持されて、成形作用面７とドローパンチ作用面（パンチラジアス）８の間で大きな引張荷重が発生するが、本実施形態によれば、内外フラット面段差ｈ１により、絞り成形初期にはブランク４の外周部５が優先的に押圧保持され、且つ途中の凹部１５では押圧保持されないので、成形作用面７とドローパンチ作用面８の間の引張荷重が緩和され、底抜けを防止する効果がある。
　そして、図２（ｃ）に示すようにブランク４の外周部５が外縁フラット面１４を抜け、凹部１５領域に達すると、外縁フラット面１４によるブランク４の外周部５の押圧保持が開放され、凹部１５内に位置するブランク４の外周部５に皺が発生しやすくなる。これに対して本実施形態では、皺の発生を防止するためにブランク４の外周部５が外縁フラット面１４を抜けたあとも、前記外周部５を軽く拘束して押圧保持を完全には解除しない構成としている。即ち、前記凹部１５を絞り成形途中のブランク４の板厚分布に近い形状とし、図２（ｃ）において楕円の一点鎖線で示すブランク４の外周部５が凹部１５の上下面に接触して拘束されるように、極低角度のテーパ面１２及びそれに続く最深平坦面１３を形成している。このような構成により、大きな皺の発生が抑制され、また、ブランク４の外周部５が外縁フラット面１４を抜けた後に、従来と比べて内縁フラット面１１に荷重が集中することが緩和され、底抜けが防止される。
　尚、この時、前記した大きな皺の抑制の際に発生する小さな皺は、内縁フラット面１１を通過することによって消滅し、図３の実施例の写真に示すように、カップ側壁皺や底抜け（破断）等の成形不良を生じることなく、良好に浅カップの深絞り成形が行われる。
［実施例１］ 
　板厚０．１８５ｍｍのティンフリースチール材（ＳＲ材：１回冷間圧延材）の両面に、厚み０．０１７ｍｍの透明ＰＥＴフィルムと酸化チタンから成る白色顔料を含有する厚み０．０１３ｍｍのホワイトＰＥＴフィルムをそれぞれラミネートして樹脂被覆金属板を得た。
　この樹脂被覆金属板を用いて、下記皺押さえ工具、成形条件で前記透明ＰＥＴフィルムが内面となるように深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
１．［評価方法］ 
　○：絞り成形可能、△：カップ側壁皺、×底抜け、
　※：カップ開口端のフィルム剥離。
２．皺押さえ工具（図３の実施例１参照） 
　テーパ角度θ：０°１′３８″、段差ｈ２：０．００７ｍｍ、テーパ開始径ｒ２：８０．７ｍｍ、外縁フラット面開始径ｒ３：１３６．６ｍｍ、内外フラット面段差ｈ１：０．００７ｍｍ、外縁フラット面積：１４０５ｍｍ２ 
３．成形条件
　ブランク径：１４３．０ｍｍ、絞り比：２．０、絞りカップ径（ドローパンチ径）：７３ｍｍ、ドローパンチラジアスＲｐ：６．０ｍｍ、
　ドローダイラジアスＲｄ：２．０ｍｍ、絞りクリアランスＣＬ：０．３５０ｍｍ、
　成形速度：１０ｓｐｍ、皺押さえ荷重（ｋＮ）：２３～５０ 
［比較例１］ 
　皺押さえ面がフラット面である従来の皺押さえ工具３０（皺押さえ全平面積：１１３１９ｍｍ２）（図３の比較例１参照）を使用し、皺押さえ工具以外は実施例１と同様に深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
［実施例２］ 
　実施例１において、０．２４０ｍｍのティンフリースチール材（ＳＲ材）を用いた以外は、同様に深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
［比較例２］ 
　比較例１において、０．２４０ｍｍのティンフリースチール材（ＳＲ材）を用いた以外は、同様に深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
［実施例３］ 
　実施例１において、絞り比：１．８、絞りカップ径：７８ｍｍとした以外は、同様に深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
［比較例３］ 
　比較例１において、絞り比：１．８、絞りカップ径：７８ｍｍとした以外は、同様に深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
［実施例４］ 
　実施例３において、０．２４０ｍｍのティンフリースチール材（ＳＲ材）を用いた以外は、同様に深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
［比較例４］ 
　比較例３において、０．２４０ｍｍのティンフリースチール材（ＳＲ材）を用いた以外は、同様に深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
［参考例］ 
　皺押さえ工具４０を、テーパ面４１の最深部から平坦面４２となって外周面まで続き、テーパ角度θ：０°２′１８″、テーパ開始径ｒ２：９６．３ｍｍ、段差ｈ２：０．０１０ｍｍの外縁フラット面が無い形状とし、上面が前記皺押さえ工具４０の皺押さえ面と略対称的な形状のドローダイ４５を使用し、実施例１と同様に深絞り成形をした。（図３の参考例参照） 
　そして、前記実施例１、比較例１及び参考例による深絞り成形の経過による皺の発生状況を観察した結果を図３に示す。
　その結果、実施例１は、絞り成形開始時に皺が発生するが発展せず、絞り成形完了時に皺が消滅した。
　一方、比較例１は、絞りが進行して、ブランクの皺押さえ領域の厚みが変化すると、皺押さえ面とブランクの間で空隙のできる内側で皺が発生して、絞り成形完了時にカップ側壁皺が確認された。
　また、参考例は、絞り成形の進行に伴って外縁部の皺が発達して、完全には消滅しないで残り、比較例１と同様に絞り成形完了時にカップ側壁皺が確認された。
［比較例５］ 
　皺押さえ面形状を、図４ａに示した内縁フラット面５１、該内縁フラット面から外側に向けて深くなるテーパ面５２、テーパ面の最深部から外周縁まで延びる平坦面５３からなる皺押さえ面形状とし、テーパ角度θ：０°２′１８″、テーパ開始径ｒ２：９６．３ｍｍ、内縁フラット面５１と平坦面５３の段差ｈ２：０．０１０ｍｍの皺押さえ工具５０を使用して、実施例１と同様に深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
［比較例６］ 
　比較例５において、テーパ角度θ：０°３′３２″、テーパ開始径ｒ２：９０．３ｍｍ、内縁フラット面５１と平坦面５３の段差ｈ２：０．０１５ｍｍとした以外は同様に深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
［比較例７］ 
　皺押さえ面形状を、図４ｂに示した内側フラット面から所定の距離を隔てビード深さが０．１０ｍｍのビード（凹部）６２を同心状に４重に形成した皺押さえ工具６０を用いた。一方、ドローダイ６５を、内周縁の成形作用面（コーナ部）から水平に延びる所定幅の環状平端部６６を形成すると共に、外側下方に向けてテーパ角度θ：０゜２′１８″のテーパ面６７を形成し、その最深部から外周面に向けて平坦面６８を有する形状とした。
　この皺押さえ工具６０とドローダイ６５を使用して、実施例１と同様の樹脂被覆金属板を用いて同様に深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
［実施例５］ 
　前述した実施例１おいて、板厚０．１８５ｍｍのティンフリースチール材（ＤＲ材：２回冷間圧延材）を用いた以外は、同様に深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
［比較例８］ 
　比較例５において、板厚０．１８５ｍｍのティンフリースチール材（ＤＲ材）を用いた以外は、同様に深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
［比較例９］ 
　比較例８において、板厚０．１８５ｍｍのティンフリースチール材（ＤＲ材）を用いた以外は、同様に深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
　そして、実施例１～４、５及び比較例１～９の成形可能な皺押さえ荷重の範囲を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　この結果、実施例１～４と、その実施例に対応する比較例１～４を比較すると、それぞれ実施例において成形可能な皺押さえ荷重の範囲が広く、金属板の元板厚が薄く、及び／又は絞り比が高くなると、深絞り成形における前記皺押さえ荷重の範囲が狭いことが判る。例えば、実施例１と比較例１とを比較すると、同一成形条件で実施例１に係る成形金型によれば０．１８５ｍｍＳＲ材を絞り比２．０での良好な成形が皺押さえ荷重３９～５０ｋＮの範囲で可能であったが、比較例１の成形金型によれば当該条件での良好な深絞り成形は皺押さえ荷重を変えても達成することができなかった。
　また、皺押さえ工具の形状に関して、実施例１と比較例５～７及び実施例５と比較例８、９の成形可能な皺押さえ荷重の範囲の比較から、実施例の皺押さえ形状が深絞り成形性に優れていることが判る。
　尚、比較例７は、皺押さえ荷重が３３～４５ｋＮにおいて、カップ開口端のフィルム剥離が生じた。
　また、本実施例における成形可能な皺押さえ荷重の範囲の確認により、ＤＲ材はＳＲ材よりもカップ側壁皺、底抜けを抑制して絞り成形を行う難易度が高いことが判明した。
　次いで、前記実施例の結果を踏まえ、皺押さえ工具の好ましい形状を検討するための実験を行った。
実験
　前記実施例１の樹脂被覆金属板を用いて、表２に示すテーパ角度θ、段差ｈ２、テーパ開始径ｒ２、外縁フラット面開始径ｒ３、内外フラット面段差ｈ１、及び外縁フラット面積率を種々変えた皺押さえ工具により、前記透明ＰＥＴフィルムが内面となるように深絞り成形を行い、成形可能な皺押さえ荷重の範囲を確認した。
　また、その時の成形条件は、前記実施例１と同様とし、前記フラット面積率は、前記比較例１の皺押さえ面がフラット面である従来の皺押さえ工具３０の皺押さえ全平面積（１１３１９ｍｍ２）に対する面積率を求めた。
　尚、実験例１は前述した実施例１を示している。
　実験の結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、実験例１～７はカップ側壁皺、底抜けが発生しない成形可能な皺押さえ荷重の範囲が広いことが確認され、それは前記表１に示した比較例１［実験例と同条件で深絞り成形］と比較して明らかである。
　そして、本実験例では、テーパ角度：０゜１′３８″～０゜５′５″、段差ｈ２：０．００５～０．０１３ｍｍ、テーパ開始径ｒ２：７９．６～８９．４ｍｍ、外縁フラット面開始径ｒ３：１２６．９～１３７．２ｍｍ、内外フラット面段差ｈ１：０～０．００７ｍｍ、外縁フラット面積比率１１．３％～３０．２％の範囲の全てを満たす場合に、良好な絞り成形ができる皺押さえ荷重の範囲が広くなることが確認された。
　尚、上記範囲は、テーパ角度０゜１′～０゜６′、外縁フラット面積比率１１～３１％の範囲が許容される。
　以上の実施例、実験例では、金属板の深絞り成形について説明したが、本発明は必ずしも金属板に限らず、紙を基材とするブランクあるいは合成樹脂材を基材とするブランクの深絞り成形にも適用できる。
　また、前述した皺押さえ工具の皺押さえ面に形成した内縁フラット面、該内縁フラット面から外周に向かって深くなるテーパ面、及び外縁フラット面は、ドローダイの上面に形成しても良い。その場合、皺押さえ工具の皺押さえ面は、平坦面とする。もしくは、皺押さえ工具とドローダイの両者に当該形状面を付与してもよい。
　本発明の深絞り成形金型およびその成形方法によれば、成形可能な皺押さえ荷重の範囲が広く、ブランクからの絞り比を従来と比べて高くすることができるので、特に金属缶、合成樹脂被覆金属缶の深絞り成形に適用することによって、元板厚の薄肉化、成形設備の簡略化ができ、産業上の利用可能性が高い。また、基材は金属材に限らず、紙、合成樹脂ブランクの成形にも利用可能である。

Claims (6)

  1. 　ドローパンチ、ドローダイ及び皺押さえ工具を有し、ブランクからカップに深絞り成形する成形金型において、前記皺押さえ工具の皺押さえ面、或いはドローダイの上面が、前記ドローパンチが通過する内縁から外縁に向けて、内縁フラット面、該内縁フラット面から外周に向かって深くなるテーパ面、及び外縁フラット面からなることを特徴とする深絞り成形金型。
  2. 　前記外縁フラット面積が、皺押さえ工具の皺押さえ面をフラット面と仮定して算出した皺押さえ全平面積の１１～３１％であることを特徴とする請求項１に記載の深絞り成形金型。
  3. 　前記外縁フラット面が前記内縁フラット面より凸面となるように内外フラット面段差を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の深絞り成形金型。
  4. 　前記テーパ面のテーパ角度が０゜１′～０゜６′であり、テーパ面の最深部が前記内縁フラット面に対して０．００５～０．０１３ｍｍの段差となっていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の深絞り成形金型。
  5. 　ブランクを皺押さえ工具とドローダイで保持してドローパンチで前記ブランクからカップに成形する深絞り成形法において、前記皺押さえ工具の皺押さえ面、或いはドローダイの上面が、前記ドローパンチが通過する内縁から外縁に向けて、内縁フラット面、該内縁フラット面から外周に向かって深くなるテーパ面、及び外縁フラット面からなり、深絞り開始時には、前記ブランクを前記内縁フラット面と外縁フラット面で押圧保持し、深絞り成形の初期状態で、前記テーパ部で皺の発生を許容し、深絞り成形が進行して外縁フラット面による押圧が解除されると、前記ブランクがテーパ面及び内縁フラット面で皺を消滅させることを特徴とする深絞り成形方法。
  6. 　前記ブランクの外周部は、請求項５に記載の深絞り成形方法において、前記皺押さえ工具の外縁フラット面による押圧解除後、前記テーパ部を通過中も押圧保持することを特徴とする請求項５に記載の深絞り成形方法。
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