WO2023037703A1 - しごき加工パンチ - Google Patents

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WO2023037703A1
WO2023037703A1 PCT/JP2022/025313 JP2022025313W WO2023037703A1 WO 2023037703 A1 WO2023037703 A1 WO 2023037703A1 JP 2022025313 W JP2022025313 W JP 2022025313W WO 2023037703 A1 WO2023037703 A1 WO 2023037703A1
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WO
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ironing
punch
dot
shaped
peripheral surface
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PCT/JP2022/025313
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English (en)
French (fr)
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昂大 神山
政臣 田村
友彦 中村
翔平 高木
Original Assignee
東洋製罐株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/28—Deep-drawing of cylindrical articles using consecutive dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D51/00—Making hollow objects
    • B21D51/16—Making hollow objects characterised by the use of the objects
    • B21D51/26—Making hollow objects characterised by the use of the objects cans or tins; Closing same in a permanent manner

Definitions

  • the present invention relates to an ironing punch used for ironing, and furthermore, to an ironing method for thinning a metal cylindrical body using this punch, and an ironing can obtained by the ironing method. Also related.
  • Ironing is a severe plastic working that is performed to reduce the thickness of metal. (also called), etc. Such ironing is performed by passing a hollow metal cylinder through a narrow space (in-die space) surrounded by an annular die using a rod-shaped punch. Specifically, a punch is inserted into the metal cylindrical body to be thinned, and the metal cylindrical body is sandwiched between the punch and the ring-shaped die. By moving (sliding), the thickness of the metal cylinder is reduced.
  • Patent Literatures 1 and 2 disclose techniques for manufacturing seamless cans (also called ironed cans or drawn and ironed cans) by applying such ironing.
  • the punch In such ironing, the punch must be pulled out from the thinned metal cylindrical body after the ironing is finished.
  • the problem here is that in the ironing process, the inner surface of the body of the metal cylinder, which is the work piece, is strongly pressed against the outer peripheral surface of the punch, so that a large frictional resistance acts and the punch is pulled out. not only the productivity is low, but also the inner surface of the body of the formed metal cylinder may be damaged by the drawing. It is the actual situation that almost no investigation has been made on the drawability of the punch during ironing.
  • Patent Literature 3 discloses a seamless metal can having a thermoplastic resin layer formed on its inner surface, in which a large number of dot-like protrusions are formed on the thermoplastic resin layer on its inner surface. ing.
  • This technique alleviates the molecular orientation of the thermoplastic resin layer caused by ironing by forming dotted projections, thereby suppressing the decrease in dent resistance caused by molecular orientation in the thermoplastic resin layer. That's what it means. That is, in Patent Document 3, ironing is performed using a punch having dotted (dot-shaped) concave portions formed on the outer peripheral surface in order to form dotted convex portions on the thermoplastic resin layer on the inner surface of the can. becomes. As can be understood from this, even in Patent Document 3, the drawability of the ironing punch is not examined at all.
  • an object of the present invention is to provide an ironing punch having excellent drawing properties after ironing.
  • Another object of the present invention is to provide an ironing method for thinning a metal cylindrical body using the above-described punch, and an ironed can obtained by the ironing method.
  • the inventors of the present invention conducted many experiments and researched the pullability of the punch after ironing.
  • the present inventors have found the knowledge that it is improved, and have completed the present invention.
  • an ironing punch characterized in that dot-shaped recesses are distributed on the outer peripheral surface of the punch, and protuberances are formed on at least part of the peripheral edge of the dot-shaped recesses. .
  • the raised portion is formed along the entire periphery of the dot-shaped concave portion; or (2) the raised portion is formed on a part of the peripheral edge portion of the dot-shaped recessed portion; can take the form of In particular, as in (2) above, when the raised portion is formed in a part of the peripheral portion, (2-1) The raised portion (partially raised portion) is formed on a portion of the peripheral edge portion of the dot-shaped concave portion on the side opposite to the tip side of the punch; (2-2) When viewed in cross section along the axial direction of the punch, the dot-shaped recesses have a shape in which the deepest part is unevenly distributed on the side opposite to the tip end of the punch; (2-3) the eccentricity of the deepest part is in the range of 30 to 100%; is preferred.
  • the ironing punch is inserted into the metal cylinder, the metal cylinder is passed through an annular die to perform ironing, and after the ironing is completed, the punch is pulled out.
  • an ironing method characterized by thinning the metal cylindrical body is provided.
  • the metal cylinder has an organic resin layer on its inner surface; (4) the organic resin layer is formed of a thermoplastic resin; is desirable.
  • the ironing can further comprises a hollow cylindrical body and a bottom closing the lower end of the body, Dot-shaped projections are distributed on the inner peripheral surface of the body, and when viewed in a longitudinal section along the axial direction, the vertices of the dot-shaped projections are unevenly distributed in the direction opposite to the bottom.
  • an ironing can characterized by: This ironed can is manufactured by ironing using an ironing punch having raised portions (partial raised portions) as shown in (2) above.
  • an organic resin layer is laminated on the inner peripheral surface of the body portion, and the dot-shaped convex portions are distributed on the surface of the organic resin layer; is preferred.
  • the ironing punch of the present invention has dot-shaped recesses distributed on the outer peripheral surface, and a major feature is that raised portions are formed on at least a part of the periphery of the dot-shaped recesses. That is, when ironing is performed on the metal cylinder using a punch in which the dot-shaped concave portions of the above-described form are distributed, the inner peripheral surface of the metal cylinder becomes thin due to the ironing process. A convex portion is formed corresponding to the dot-shaped concave portion, but when the punch is pulled out after the ironing process, the pressure contact force between the outer surface of the punch and the inner peripheral surface of the metal cylinder exists at the edge of the dot-shaped concave portion. It is relieved by the protuberance, as a result of which the ironing punch can be easily pulled out and high productivity can be ensured.
  • the raised portion as described above is formed over the entire periphery of the dot-shaped concave portion, or is formed in a portion of the periphery, particularly in a portion opposite to the tip end of the punch (punch pull-out direction side). be done.
  • the ironing punch of the present invention can be classified into an annular protrusion type and a partial protrusion type according to the shape of such protrusions, and in both cases, the punch has good pull-out properties.
  • FIG. 1 is a partially enlarged schematic vertical cross-sectional view showing a vertical cross-section of an ironing punch (annular protuberance type) of the present invention together with a thin-walled work piece (metal cylindrical body).
  • FIG. 3 is a partially enlarged schematic plan development view of the outer peripheral surface of the ironing punch shown in FIG. 2 ;
  • FIG. 3 is a partially enlarged schematic plan development view of the inner peripheral surface of the workpiece (metal cylindrical body) shown in FIG. 2 ;
  • FIG. 1 is a partially enlarged schematic vertical cross-sectional view showing a vertical cross-section of an ironing punch (annular protuberance type) of the present invention together with a thin-walled work piece (metal cylindrical body).
  • FIG. 3 is a partially enlarged schematic plan development view of the outer peripheral surface of the ironing punch shown in FIG. 2 ;
  • FIG. 3 is a partially enlarged schematic plan development view of the inner peripheral surface of the workpiece (metal cylindrical body) shown in FIG. 2 ;
  • FIG. 4 is a schematic vertical cross-sectional view showing the engagement relationship between the ironing punch and the thinned seamless can at the end of the ironing when the workpiece is a metal seamless can.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the form of rollback that occurs when the ironing punch is pulled out;
  • FIG. 8 is a partially enlarged schematic plan development view of the outer peripheral surface of the ironing punch shown in FIG. 7 ;
  • FIG. 8 is a partially enlarged side cross-sectional view of a workpiece (metal cylinder) thinned by ironing using the ironing punch of FIG. 7 ;
  • FIG. 9 is a view showing the engagement relationship between the punch in FIG. 7 and the workpiece (metal cylindrical body) in FIG. 9 at the end of ironing.
  • the figure which shows an example of the ironing can forming process when ironing is performed in multiple stages.
  • Ironing is known as a representative method of plastic working of metals, and is widely used, for example, in the production of high-height, thin-walled seamless metal cans (also called ironed cans).
  • ironing die C is applied to the outer surface of the cylinder B.
  • the thickness of the cylindrical body B can be reduced. Therefore, in such ironing, the inner peripheral surface of the metal cylindrical body B is firmly pressed against the outer peripheral surface of the ironing punch A.
  • the ironing punch A has a tubular (cylindrical) shape, and is generally made of cemented carbide similar to the ironing die C described later, and is formed relatively thick so as not to be deformed by ironing. It is A drive shaft S (not shown in FIG. 1, but 5) are connected.
  • the metal that is the constituent material of the metal cylinder B that is subjected to ironing as described above may be various metals or alloy materials, such as aluminum, copper, iron, or these metals. It may be an alloy, a tin-plated steel sheet such as tinplate, or a surface-treated steel sheet such as an aluminum sheet subjected to a chemical conversion treatment.
  • the inner peripheral surface of the metal cylinder B (the surface in close contact with the outer peripheral surface of the ironing punch A) may be coated with a thermoplastic resin such as a polyester resin such as polyethylene terephthalate. Such a resin coating can prevent the inner surface from being corroded or damaged.
  • the ironing die C must be made of a considerably hard material because the higher the ironing rate, the higher the surface pressure applied to the ironing die C.
  • hard materials include so-called cemented carbide obtained by sintering a mixture of tungsten carbide (WC) and a metal binder such as cobalt, metal carbides such as titanium carbide (TiC), and titanium carbonitride.
  • cermet obtained by sintering a mixture of a titanium compound such as (TiCN) and a metal binder such as nickel or cobalt, or silicon carbide (SiC), silicon nitride ( Si3N4 ), alumina ( Al2O3 ) , hard ceramics such as zirconia (ZrO 2 ), and the like.
  • the working surface of the ironing die C (the surface in contact with the cylindrical body B which is the workpiece) can be coated with a carbon film such as a diamond film. Such a carbon film can be formed by vapor deposition such as CVD.
  • ⁇ Earing punch and metal cylinder of the present invention The ironing punch and the metal cylindrical body described above are closely engaged during the ironing process.
  • a raised portion is formed in a ring shape along the entire periphery of the dot-shaped concave portion. and a partially raised arcuate type in which a raised portion is formed on a part of the peripheral edge of the dot-shaped concave portion.
  • Annular ridge type ironing punch Please refer to FIG. 2 showing a longitudinal section of this type of ironing punch together with a thinned work piece (metal cylinder) and FIG.
  • the ironing punch 1 has a large number of dot-shaped concave portions 3 formed on its outer peripheral surface 1a.
  • the recessed portion 3 is recessed in a conical shape, a pyramidal shape, or the like, and a raised portion 5 is formed in a ring shape over the entire periphery of each peripheral portion (see FIG. 3 in particular). That is, the raised portion 5 is a portion raised from the punch outer peripheral surface 1a around the recessed portion 3. As shown in FIG.
  • FIG. 4 shows a plan developed view of the inner peripheral surface of the metal cylinder thinned by ironing.
  • the dot-shaped concave portions 3 are formed on the outer peripheral surface 1 a of the ironing punch 1 . That is, the dot-shaped convex portions 15 correspond to the dot-shaped concave portions 3 formed in the ironing punch 1 (see particularly FIGS. 3 and 4).
  • FIG. 5 shows the positional relationship between the ironing punch after ironing and the thinned metal cylinder 11 . This positional relationship is exactly the same when using an arcuate ironing punch 1, which will be described later.
  • the thinned metal cylindrical body 11 has a bottom portion 17 like a seamless can (ironing can), and the ironing punch 1 extends to the bottom portion 17 of the cylindrical body 11.
  • a region Q where the outer peripheral surface 1a of the punch 1 is in contact with the inner peripheral surface of the metal cylinder 11 is a region that functions as a work holding surface during ironing.
  • a drive shaft S is connected to a portion of the punch 1 above the region Q. By driving the shaft S, the ironing punch 1 moves in the working direction. The ironing punch 1 is moved in the drawing direction which is the opposite direction.
  • the movement of the metal cylinder 11 in the height direction of the punch 1 is restricted by the stopper 20 in order to pull out the ironing punch 1.
  • FIG. 5 has become so.
  • the metal cylindrical body 11 has a bottom portion 17 like a can, assist air is blown at the same time as the drive shaft S pulls it out. can be easily pulled out.
  • the metal cylinder 11 does not have a bottom portion 17, such as a hollow pipe, the metal cylinder 11 may be held firmly by the punch 1 and moved.
  • the tip on one side of the body 11 (the tip on the processing direction side) is formed to have a small diameter, and has a shape that prevents the punch 1 from coming off.
  • the contact area between the outer peripheral surface 1a of the punch 1 and the inner peripheral surface 11a of the metal cylinder 11 is significantly reduced.
  • the frictional resistance is greatly reduced when the ironing punch 1 is pulled out, so that the ironing punch 1 can be smoothly pulled out without applying a large load, and ironing can be performed with extremely high productivity. It can be done.
  • the ring-shaped raised portion 5 formed on the outer peripheral surface 1a of the ironing punch 1 is formed by plastically deforming the outer peripheral surface 1a to form the recessed portion 3. Specifically, using a rod-shaped driving jig having an axially symmetrical tapered shape at its tip, the outer peripheral surface 1a of the ironing punch 1 is driven vertically to be recessed. A raised portion 5 is formed in a ring shape around it.
  • Patent Document 3 Patent No. 3327137 describes means such as ultrasonic processing, ion irradiation, laser processing, and electron beam irradiation as means for forming point-like concave portions on the outer peripheral surface 1a of the ironing punch 1. (see paragraph [0064]), but these means do not allow the formation of ridges. This is because the concave portion is formed by scraping, not by plastic working.
  • the size of such a ring-shaped raised portion 5 for example, the difference (D2-D1) between the outer diameter D2 and the inner diameter D1 (corresponding to the diameter of the dot-shaped recessed portion 3) of the raised portion 5 and the height h are dot-shaped.
  • the diameter D1 of the dot-shaped recesses 3 should be 0.2 to 1.0 to ensure that the protrusions 5 are not damaged during ironing. It is preferable that the thickness is about 1 mm and the depth d is about 0.2 to 10.0 ⁇ m.
  • the size (D2-D1) and the height h of the protuberances 5 can be appropriately adjusted, although it varies somewhat depending on the material of the punch 1.
  • the punch 1 can be pulled out without causing unnecessary deformation of the metal cylindrical body 11 which is a workpiece, without excessively forcibly punching out.
  • the size (D2-D1) and the height h of the ring-shaped raised portion 5 will be larger or smaller than necessary.
  • the frequency of deformation (rollback) in which the upper end opening of the metal cylinder 11 protrudes outward increases considerably.
  • the upper end opening of the metal cylinder 11 is in a straight state, but if the punch 1 is forcibly pulled out, , as shown in FIG. 6(b), rollback occurs in which the upper end opening protrudes outward.
  • the occurrence rate of such rollback can be reduced to almost zero. If the diameter D1 or the depth d is not in the appropriate range, or if the ironing process is performed using the punch 1 in which the protuberances 5 are not formed on the peripheral edges of the dot-shaped concave portions 3, the rollback amount is 5.5. It is likely to be 0 mm or more, and the frequency of occurrence of such a large rollback may be 20 to 30 or more out of 100 pieces.
  • the ring-shaped protuberances 5 are distributed in the above-described area Q of the ironing punch 1 so as to be evenly distributed in the length direction and the circumferential direction of the ironing punch 1. From the viewpoint that it is suitable for smooth drawing, and that the frictional resistance is greatly reduced without significantly reducing the strength of the punch 1, the area Q is provided with 30 to 400 protrusions/cm 2 at an area ratio. 5 is preferably distributed.
  • a metal cylindrical body (work piece) 11 obtained by ironing (thinning) using the ironing punch 1 as described above is formed into the dot-like shape as shown in FIGS.
  • dot-shaped convex portions 15 are formed on the inner peripheral surface 11a thereof. That is, when the inner surface of the cylindrical body 11 is coated with an organic resin, the formation of the protrusions 15 sufficiently relaxes the orientation of the organic resin coating, thereby enhancing the dent resistance.
  • Partial raised type ironing punch In the present invention, please refer to FIGS. 7 to 10 for the partial raised type ironing punch.
  • a part of the periphery of the dot-shaped recessed portion 3 Punch A protuberance 4 can be formed on the side opposite to the tip of 1).
  • the protuberance 4 can also be formed by driving using a jig having a tip corresponding to the shape of the recess 3 .
  • Such protuberances 4 partially exist at the peripheral edges of the dot-shaped recesses 3 .
  • the protrusion 4 cannot be formed by scraping means such as ultrasonic processing or laser processing.
  • the recess 3 formed by the above-described driving has the deepest part P (corresponding to the apex of the conical shape) on the side opposite to the tip 1b of the punch 1 (punch 1
  • the shape is eccentric in the drawing direction side of the connector). That is, since the dent has the shape of the concave portion 3, the raised portion 4 is formed on the side where the deepest portion P of the concave portion 3 is eccentric. For example, such a raised portion 4 has an arcuate or nearly arcuate shape.
  • the ring-shaped protrusion 5 is formed.
  • the apex P' is unevenly distributed in the direction opposite to the processing direction side (that is, the punch tip 1b side). That is, since such convex portions 13 are formed, when the inner surface is coated with an organic resin, the orientation is relaxed by the convex portions 13, and a decrease in dent resistance can be suppressed.
  • a convex portion 13 has a shape corresponding to the concave portion 3 described above, a gentle inclined surface 13a having a small inclination angle ⁇ ' corresponding to the gentle inclined surface 3a of the concave portion 3 is formed.
  • the steeply inclined surface 3b of the concave portion 3 there is a steeply inclined surface 13b having a large inclination angle ⁇ '.
  • the ironing punch 1 When the ironing is completed, the ironing punch 1 is inserted into the interior of the thinned metal cylindrical body 11, and the outer peripheral surface 1a of the ironing punch 1 is formed on the inner periphery of the thinned metal cylindrical body 11. It is held in firm contact with the surface. 5, the ironing punch 1 extends to the bottom portion 17 of the cylindrical body 11, and the outer peripheral surface 1a of the ironing punch 1 extends to the inner periphery of the metal cylindrical body 11. As already described, the area Q in contact with the surface functions as a work holding surface during ironing. For example, a drive shaft S is connected to a portion above the region Q of the ironing punch 1.
  • the ironing punch 1 By driving the shaft S, the ironing punch 1 moves in the machining direction, and after the ironing is completed, the ironing punch 1 moves in the machining direction.
  • the ironing punch 1 is moved in the drawing direction which is the opposite direction. Therefore, in order to pull out the ironing punch 1 , the movement of the metal cylinder 11 in the direction of pulling out the punch 1 is restricted by the stopper 20 .
  • the recessed part 3 is formed in the outer peripheral surface 1a with the deepest part P eccentrically shaped.
  • a convex portion 13 having an eccentric vertex P' is formed on the inner peripheral surface 11a of the cylindrical body 11 (see FIG. 9).
  • the contact area between the outer peripheral surface 1a of the punch 1 and the inner peripheral surface 11a of the metal cylindrical body 11 is small, and the punch 1 can be pulled out more smoothly. be able to. As a result, it is possible to more effectively avoid unnecessary deformation of the metal cylinder 11 that occurs when it is pulled out.
  • the deepest portion P is not eccentric, and when viewed in cross section along the sliding direction, , the concave portion 3 has a line-symmetrical shape, and the surface that contacts when the punch 1 is pulled out has a large inclination angle. This tends to reduce the productivity, increase the load on the drive shaft S and the like, and shorten the life of the apparatus.
  • the eccentricity of the deepest portion P is preferably in the range of 30-100%, particularly 75-95%. If the eccentricity ratio is less than 30%, the inclination angle ⁇ of the gently sloping surface of the concave portion 3 becomes large, and the pullout property of the punch 1 is impaired. However, it has been experimentally confirmed that by setting the eccentricity to 30% or more, particularly 75% or more, the occurrence rate of large deformation with a rollback amount of 5.0 mm or more can be reduced to almost zero. there is Further, when the eccentricity ratio approaches 100%, the edge of the concave portion 3 on the side opposite to the processing direction becomes a sharp corner, and the ironing punch 1 tends to be easily damaged.
  • the depth of the concave portion 3 (corresponding to d in FIG. 2) is preferably about 0.2 to 10.0 ⁇ m, like the ring-type ironing punch 1 described above. If the depth (d) is excessively large, the drawability of the ironing punch 1 may be impaired. 13 becomes smaller, and as a result, the relaxation of the orientation of the organic resin film becomes insufficient, and the dent resistance tends to be impaired.
  • the recesses 3 are preferably evenly distributed in the longitudinal direction and the circumferential direction of the ironing punch 1, and the area Q has 30 to 400/ It is preferable that the recesses 3 are distributed with an area ratio of cm 2 .
  • a convex portion 13 having an eccentric vertex P′ corresponding to the concave portion 3 is formed on the inner peripheral surface 11a of the metal cylindrical body 11. is formed, the frictional resistance is greatly reduced when the ironing punch 1 is pulled out, the life of the device is lengthened, and the productivity is also enhanced. Further, when an organic resin coating is formed on the inner surface of the metal cylindrical body 11, the orientation of the organic resin coating is sufficiently relaxed, and the dent resistance is enhanced.
  • the planar shape of the dot-shaped recesses 3 is not particularly limited, and may be circular, elliptical, square, or the like, in both the annular protrusion type and the partial protrusion type. However, it depends on the shape of the punch used for forming the concave portion 3, and a circular shape is particularly preferable in that it has no anisotropy and is most resistant to breakage during drawing. However, in the arc-shaped ironing punch 1, when the recess 3 is formed by driving the jig obliquely, the recess 3 is often formed into a slightly distorted circle as shown in FIG.
  • the ironing process using the above-described ironing punch 1 is used to reduce the wall thickness of various metal cylinders 11. Most preferably, ironing cans (seamless cans) that are thinned and increased in height are used. Used for press molding for manufacturing. FIG. 11 shows the manufacturing process of such a metal can.
  • a blank plate (for example, an aluminum plate) 101 to be used for forming a metal can is first punched to obtain a disk 103 for the metal can (see FIG. 11(a)).
  • An organic resin coating may be laminated on one surface of the base plate 101, particularly on the side that serves as the inner surface of the can.
  • the thickness of the base plate 101 varies depending on the type of metal, the purpose of the can, and the size of the can, but it is generally good to have a thickness of 0.10 to 0.50 mm. It should have a thickness of 0.10 to 0.30 mm, and a thickness of 0.15 to 0.40 mm in the case of a light metal plate such as aluminum.
  • Organic resin coatings include those derived from paints such as acrylic paints, urethane paints, silicone paints, and fluorine paints, and those derived from thermoplastic resins. It has been conventionally used to suppress the surface roughness of In the present invention, an organic resin coating made of a thermoplastic resin is particularly suitable.
  • the thermoplastic resin coating can be easily laminated on the base plate 101 by lamination rolls, and furthermore, molecular orientation is achieved by bending and stretching by drawing or ironing, thereby enhancing barrier properties against corrosive components. and heat resistance can be improved.
  • the molecular orientation of the organic resin coating tends to cause fibrillation of the resin, which makes it easier for the can to crack in the height direction due to impact, resulting in poor dent resistance.
  • dot-shaped protrusions 15 (or 13) are formed on the inner surface of the can by ironing using a punch 1 having dot-shaped recesses 3, and these protrusions 15 (or 13) cause molecular orientation. It is alleviated, and a decrease in dent resistance can be avoided.
  • thermoplastic resin examples include low-density polyethylene, high-density polyethylene, polypropylene, poly-1-butene, poly-4-methyl-1-pentene, ethylene, propylene, 1-butene and 4-methyl-1-pentene.
  • Polyolefins such as random or block copolymers of ⁇ -olefins such as, ethylene-vinyl compound copolymers such as ethylene-vinyl acetate copolymers, ethylene-vinyl alcohol copolymers, ethylene-vinyl chloride copolymers, Polystyrene, acrylonitrile/styrene copolymer, ABS, styrenic resin such as ⁇ -methylstyrene/styrene copolymer, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, vinyl chloride/vinylidene chloride copolymer, polymethyl acrylate, polymethacryl Polyvinyl compounds such as methyl acid, polyamides such as nylon 6, nylon 6-6, nylon 6-10, nylon 11 and nylon 12, thermoplastic polyesters such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyphenylene oxide, etc. or mixtures thereof Any resin can be exempl
  • a punch 105 for punching having an outer diameter corresponding to the diameter of the disc 103 and a die 107 holding the raw plate 101 and having an opening corresponding to the diameter of the disc 103 are used. That is, by punching out the raw plate 101 held on the die 107 with the punch 105, a disk 103 having a predetermined size is obtained.
  • the base plate 101 may be punched into other shapes (for example, a rectangular shape) depending on the shape of the molded product manufactured in this manufacturing process.
  • the disk 103 obtained as described above is subjected to a drawing process to obtain a low-height drawn can (cylindrical body with a bottom) 109 (see FIG. 11(b)).
  • a disk 103 punched out is held on a die 111, and the periphery of this disk 103 is held by a jig 113 for suppressing wrinkles.
  • An opening is formed in the die 111 , and a drawn can 109 is obtained by pressing the disk 103 into the opening of the die 111 using a drawing punch 115 .
  • a radius (curvature) is formed at the corner of the upper end of the opening of the die 111 (the side holding the disc 103), so that the die 111 can be opened quickly without breaking the disc 103.
  • the outer diameter of the punch 115 is set to be smaller than the diameter of the opening of the die 111 by approximately the thickness of the disc 103 . That is, thinning is hardly performed in this drawing process.
  • the drawing process may be performed multiple times depending on the shape of the molded product.
  • the drawn can 109 obtained above is subjected to an ironing process, whereby a metal can (thin-walled seamless can) 11 having a high height and a thin wall is formed (see FIG. 11(c). ).
  • the ring-shaped or partially raised ironing punch 1 according to the present invention is inserted into the drawn can 109 obtained by the above-described drawing process, and is applied to the inner surface of the ring-shaped ironing die 121 .
  • the punch 1 By lowering the punch 1 while pressing the outer surface of the tubular body 109 , the side wall of the drawn can (tubular body) 109 is thinned by the die 121 .
  • the metal can (thin-walled seamless can) 11 of the present invention which is thinned and whose height is increased according to the degree of thinning, is obtained.
  • the punching does not require slidability, but as the drawing progresses to the ironing, the die used and the workpiece become more difficult. Requires slidability between workpieces.
  • Ironing in particular, requires the most slidability because surface pressure exceeding the yield stress of the workpiece is applied. That is, a large surface pressure is also applied between the inner peripheral surface of the drawn can 109, which is the work piece, and the outer peripheral surface 1a of the ironing punch 1. Accordingly, the ironing punch 1 of the above-described annular ridge type is applied. Then, due to the contact with the raised portion 5, the ring-shaped concave portion 12 and the dot-shaped convex portion 15 are formed on the inner peripheral surface of the drawn can 109 (metal can 11) (see FIG. 2).
  • the above-mentioned ironing can be performed in multiple stages. For example, by arranging a plurality of ironing dies in the processing direction and performing ironing in multiple stages, the ironing rate can be increased, the thickness can be reduced, and the height can be increased. A raised metal can 11 can also be obtained.
  • FIG. 12 shows an example of a multistage ironing process.
  • a ring-shaped redraw die 111a and ironing dies 121a to 121c are arranged in this order along the processing direction.
  • a guide ring 135 is arranged on the downstream side, and a retaining ring 137 and a retaining rod 137a for forming the bottom portion are provided in this order on the downstream side.
  • the ironing dies 121a to 121c described above have a smaller diameter as they are arranged on the downstream side in the processing direction, so that a more severe thinning is performed.
  • the drawn can 109 is held on the redraw die 111a by the holder 141, and in this state, the ironing punch 1 of the present invention is placed inside the drawn can 109. is inserted, and the punch 1 is moved in the processing direction while pressing the outer surface of the drawing can 109 against the inner surface (working surface) of the redraw die 111a and the ironing dies 121a to 121c, thereby performing redrawing and ironing.
  • the side wall of the can 109 is gradually thinned, and the metal can 11 (metal cylindrical body) having a higher height is obtained.
  • FIG. 12 Although three ironing dies are arranged in FIG. 12, of course, this number can be two, or more than three ironing dies can be arranged.
  • the ironing punch 1 is pulled out. That is, in the present invention, the frictional resistance at the time of drawing is greatly reduced, and the ironing production efficiency is enhanced.
  • the drawing process and the ironing process in the processes of FIGS. can also be carried out under dry conditions, such as a non-lubricating system that does not use
  • the metal can 11 (metal cylindrical body) after the ironing punch 1 has been pulled out is subjected to external printing and neck-in processing, for example, and is offered for sale.
  • ironing punch B metal cylinder (workpiece)
  • ironing die 1 ironing punch 1a: outer peripheral surface of ironing punch 1 3: dot-shaped concave portion 4, 5: raised portion 11: metal cylinder 11a: inner peripheral surface of metal cylinder 11 13, 15: Dot-shaped protrusions

Abstract

金属のしごき加工に使用されるしごき加工パンチ１において、パンチ１の外周面１ａには、ドット状凹部３が分布しており、ドット状凹部３の周縁部の少なくとも一部には、隆起部５が形成されている。

Description

しごき加工パンチ
　本発明は、しごき加工に使用されるしごき加工パンチに関するものであり、さらには、このパンチを用いて金属製筒体の薄肉化を行うしごき加工方法や、該しごき加工方法により得られるしごき缶にも関する。
　しごき加工は、金属の薄肉化のために行われる過酷な塑性加工であり、薄肉化され、ハイトが高くなった金属製筒体（薄肉化金属製筒体）、例えば薄肉化シームレス缶（しごき缶とも呼ばれる）などの製造に適用される。このようなしごき加工は、中空形状の金属製筒体を、ロッド形状のパンチを用いて環状のダイで囲まれている狭い空間（ダイ内空間）を通すことにより行われる。具体的には、薄肉化しようとする金属製筒体の内部にパンチを挿入し、該パンチと環状のダイとによって該金属製筒体を挟み込み、この状態でパンチと環状ダイとを相対的に移動（摺動）させることによって、金属筒体の薄肉化を図るというものである。例えば、特許文献１や２には、このようなしごき加工を適用してシームレス缶（しごき缶或いは絞りしごき缶と呼ばれることもある）を製造する技術が開示されている。
　ところで、このようなしごき加工においては、しごき加工終了後に、薄肉化された金属製筒体からパンチを引き抜かなければならない。ここで、問題となるのは、しごき加工においては、パンチの外周面に被加工物である金属製筒体の胴部内面が強く押し付けられているため、大きな摩擦抵抗が作用し、パンチの引き抜きをスムーズに行うことができず、生産性が低いばかりか、場合によっては、成形された金属製筒体の胴部内面が引き抜きによって傷つけられてしまうなどの問題が生じることである。
　このようなしごき加工に際してのパンチの引き抜き性については、ほとんど検討されていないのが実情である。
　例えば、特許文献３には、内面に熱可塑性樹脂層が形成されている金属製シームレス缶であって、内面の熱可塑性樹脂層に多数の点状凸部が形成されているシームレス缶が開示されている。この技術は、しごき加工によって生じる熱可塑性樹脂層の分子配向を、点状凸部を形成することによって緩和し、これにより熱可塑性樹脂層での分子配向に起因する耐デント性の低下を抑制するというものである。即ち、特許文献３では、缶内面の熱可塑性樹脂層に点状凸部を形成するために、外周面に点状（ドット状）凹部が形成されているパンチを用いてしごき加工が行われることとなる。
　このことから理解されるように、特許文献３においても、しごき加工パンチの引き抜き性については全く検討されていない。
ＷＯ２０１７／０３３７９１ 特開２０１８－６９２５６号公報 特許第３３２７１３７号公報
　従って、本発明の課題は、しごき加工後の引き抜き性に優れたしごき加工パンチを提供することにある。
　本発明の他の課題は、上記のパンチを用いて金属製筒体の薄肉化を行うしごき加工方法及び該しごき加工方法により得られるしごき缶を提供することにある。
　本発明者等は、しごき加工後のパンチの引き抜き性について多くの実験を重ねて研究した結果、パンチの外面に、打ち込みにより多数のドット状凹部を形成することにより、パンチの引き抜き性が大幅に向上するという知見を見出し、本発明を完成させるに至った。
　本発明によれば、金属のしごき加工に使用されるしごき加工パンチにおいて、
　前記パンチの外周面には、ドット状凹部が分布しており、該ドット状凹部の周縁部の少なくとも一部には、隆起部が形成されていることを特徴とするしごき加工パンチが提供される。
　上記のしごき加工パンチにおいては、前記ドット状凹部を形成するための打ち込み形式に応じて、
　（１）前記隆起部は、前記ドット状凹部の周縁部の全周にわたって形成されていること、
或いは
　（２）前記隆起部は、前記ドット状凹部の周縁部の一部に形成されていること、
という形態を採り得る。
　特に、上記（２）のように、前記隆起部が周縁部の一部に形成されているときには、
　（２－１）前記隆起部（部分隆起部）は、前記ドット状凹部の周縁部のパンチ先端側とは反対側の部分に形成されていること、
　（２－２）パンチの軸方向に沿った断面でみて、前記ドット状凹部は、パンチ先端側とは反対側に最深部が偏在している形状を有していること、
　（２－３）前記最深部の偏心率が３０～１００％の範囲にあること、
という態様が好適である。
　本発明によれば、また、上記のしごき加工パンチを金属製筒体内に挿入し、環状ダイ内に、該金属製筒体を通すことによりしごき加工を行い、しごき加工終了後、該パンチを引き抜くことにより、金属製筒体を薄肉化することを特徴とするしごき加工方法が提供される。
　かかるしごき加工方法においては、
　（３）前記金属製筒体は、内面に有機樹脂層を備えていること、
　（４）前記有機樹脂層が、熱可塑性樹脂により形成されていること、
が望ましい。
　本発明によれば、さらに、中空筒状胴部と、該胴部の下端を閉じている底部とを有するしごき缶において、
　前記胴部の内周面には、ドット状凸部が分布しており、軸方向に沿った縦断面でみて、該ドット状凸部の頂点が、底部とは反対側方向に偏在していることを特徴とするしごき缶が提供される。
　このしごき缶は、前記（２）で示すような隆起部（部分隆起部）が形成されているしごき加工パンチを用いてのしごき加工により製造される。
　かかるしごき缶においては、
　（５）前記胴部の内周面には、有機樹脂層が積層されており、該有機樹脂層の表面に、前記ドット状凸部が分布していること、
が好適である。
　本発明のしごき加工パンチは、外周面にドット状凹部が分布しているが、このドット状凹部の周縁部の少なくとも一部に隆起部が形成されていることが大きな特徴である。
　即ち、上記のような形態のドット状凹部が分布しているパンチを用いて金属製筒体のしごき加工を行うと、しごき加工による薄肉化に伴って、金属製筒体の内周面には、このドット状凹部に対応して凸部が形成されるが、しごき加工後にパンチを引き抜く際、パンチの外面と金属製筒体の内周面との圧接力が、ドット状凹部周縁に存在する隆起部によって緩和されており、この結果、しごき加工パンチの引き抜きを容易に行うことができ、高い生産性を確保することができる。
　上記のような隆起部は、ドット状凹部の周縁部の全周にわたって形成されるか、或いは該周縁部の一部、特にパンチ先端側とは反対側の部分（パンチの引き抜き方向側）に形成される。このような隆起部の形態により、本発明のしごき加工用パンチは、環状隆起タイプと部分隆起タイプに分けることができ、何れの場合にも、パンチの引き抜き性は良好である。
しごき加工による被加工物（金属製筒体）の薄肉化を説明するための図。 本発明のしごき加工パンチ（環状隆起タイプ）の縦断面を、薄肉化された被加工物（金属製筒体）と共に示す部分拡大概略縦断面図。 図２に示されているしごき加工パンチの外周面の部分拡大概略平面展開図。 図２に示されている被加工物（金属製筒体）の内周面の部分拡大概略平面展開図。 被加工物が金属製シームレス缶であるときのしごき加工終了時のしごき加工パンチと薄肉化されたシームレス缶との係合関係を示す概略縦断面図。 しごき加工パンチの引き抜きによって発生するロールバックの形態を説明するための図。 本発明のしごき加工パンチ（部分隆起タイプ）の縦断面（図８でのＸ断面）を示す図。 図７に示されているしごき加工パンチの外周面の部分拡大概略平面展開図。 図７のしごき加工パンチを用いてのしごき加工により薄肉化された被加工物（金属製筒体）の部分拡大側断面図。 しごき加工終了時の図７のパンチと、図９の被加工物（金属製筒体）との係合関係を示す図。 しごき加工を利用したプレス成形プロセスの一例を示す図。 しごき加工を多段で行うときのしごき缶成形プロセスの一例を示す図。
＜しごき加工について＞
　しごき加工は、金属の塑性加工の代表的な手法として知られており、例えばハイトが高く、薄肉化されたシームレス金属缶（しごき缶とも呼ばれる）の製法に広く利用されている。このしごき加工は、図１に示されているように、しごき加工パンチＡにより被加工物である金属製筒体Ｂを加工方向に移動させる際に、該筒体Ｂの外面にしごきダイＣを圧接して摺擦することにより、筒体Ｂの薄肉化を図るものである。従って、このようなしごき加工では、金属製筒体Ｂの内周面は、しごき加工パンチＡの外周面に強固に圧接されることとなる。
　このようなしごき加工において、そのしごき率は、しごき加工前の金属製筒体の板厚ｔ０、加工後の板厚をｔ１としたとき、下記式で表され、このしごき率が大きいほど、しごきダイＣさらにはパンチＡに加わる面圧が大きく、過酷な成形となる。
　　　しごき率（％）＝１００×（ｔ０－ｔ１）／ｔ０
　しごき加工パンチＡは、チューブ状（筒状）形状を有するが、一般に、後述するしごきダイＣと同様の超硬合金により形成され、しごき加工によって変形を生じないように、比較的厚肉に形成されている。また、このパンチＡの一方側の端部（図１における加工方向に対して上流側）の内面には、パンチＡを加工方向へ移動させるための駆動シャフトＳ（図１において図示せず、図５においてＳで示す）が接続されている。
　また、上記のようなしごき加工に供される金属製筒体Ｂの構成素材である金属は、種々の金属ないし合金材であってよく、例えば、アルミニウム、銅、鉄或いは、これらの金属を含む合金、さらにはブリキなどの錫めっき鋼板や化成処理を施したアルミニウム板などの表面処理鋼板であってよい。また、金属製筒体Ｂの内周面（しごき加工パンチＡの外周面と密着している面）は、熱可塑性樹脂、例えばポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂により被覆されていてもよい。このような樹脂被覆により、内面の腐食や傷付きを防止することができる。
　さらに、しごきダイＣには、しごき率が高くなるほど、著しく高い面圧が加わるため、かなり硬質の材料で形成することが必要である。このような硬質材料としては、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所謂超硬合金や、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。さらに、このようなしごきダイＣの加工面（被加工材である筒体Ｂと接触する面）をダイヤモンド膜などの炭素膜により被覆することもできる。このような炭素膜は、ＣＶＤなどの蒸着により形成することができる。
＜本発明のしごき加工パンチと金属製筒体＞
　上述したしごき加工パンチと金属製筒体とは、しごき加工に際して密着係合するのであるが、本発明におけるしごき加工パンチには、ドット状凹部の周縁部の全周にわたって隆起部がリング状に形成されている環状隆起タイプと、ドット状凹部の周縁部の一部に隆起部が形成されている部分隆起タイプ弧状タイプとがある。
１．環状隆起タイプのしごき加工パンチ；
　このタイプのしごき加工パンチの縦断面を、薄肉化された被加工物（金属製筒体）と共に示す図２及び該パンチの部分拡大概略平面展開図を示す図３を参照されたい。
　図２及び図３において、このしごき加工パンチ１は、その外周面１ａにドット状の凹部３が多数形成されている。この凹部３は、円錐形状、角錐形状などの錐形状に凹んでいるが、それぞれの周縁部には、その全周にわたって隆起部５がリング状に形成されている（特に図３参照）。即ち、この隆起部５は、凹部３の周囲のパンチ外周面１ａから盛り上がった部分である。
　また、しごき加工によって薄肉化された金属製筒体の内周面の平面展開図を示す図４を併せて参照されたい。
　しごき加工パンチ１の外周面１ａに、ドット状凹部３が形成されている結果として、薄肉化された金属製筒体１１の内周面１１ａには、ドット状凸部１５が多数形成される。即ち、このドット状凸部１５は、しごき加工パンチ１に形成されているドット状凹部３に対応している（特に図３及び図４参照）。
　ところで、しごき加工が終了したときには、薄肉化された金属製筒体１１は、その内部にしごき加工パンチ１が挿入され、しごき加工パンチ１の外周面１ａが薄肉化された金属製筒体１１の内周面にしっかりと接触した状態に保持されている。例えば、しごき加工が終了した状態のしごき加工パンチと薄肉化された金属製筒体１１との位置関係は、図５に示されているとおりである。この位置関係は、後述する弧状タイプのしごき加工パンチ１を用いた場合も全く同じである。
　即ち、薄肉化された金属製筒体１１は、シームレス缶（しごき缶）のように、底部１７を有しており、しごき加工パンチ１は、この筒体１１の底部１７まで延びており、該パンチ１の外周面１ａが金属製筒体１１の内周面と接触している領域Ｑが、しごき加工に際しての加工保持面として機能する領域となっている。一般に、パンチ１の領域Ｑよりも上方の部分に駆動シャフトＳが連結されており、このシャフトＳの駆動により、しごき加工パンチ１が加工方向へ移動し、しごき加工終了後は、加工方向とは反対方向となる引き抜き方向にしごき加工パンチ１を移動させることとなる。
　従って、しごき加工終了後では、図５に示されているように、しごき加工パンチ１の引き抜きのために、ストッパー２０により、金属製筒体１１のパンチ１の高さ方向への移動が制限されるようになっている。
　なお、図５に示されているように、金属製筒体１１が、缶のように、底部１７を有する形態の場合には、駆動シャフトＳによる引き抜きと同時に、アシストエアが吹き込まれ、パンチ１の引き抜きを容易に行い得るようになっている。また、金属製筒体１１が、中空パイプのように、底部１７を有していない形態の場合には、パンチ１がしっかりと金属製筒体１１を保持して移動させ得るように、該筒体１１の一方側の先端（加工方向側の先端）が小径に形成され、パンチ１が抜けないような形状となっている。
　例えば、しごき加工終了後の形態からしごき加工パンチ１を引き抜く際に、しごき加工パンチ１の外周面と金属製筒体１１の内周面とが、前記領域Ｑで完全に密着していると、摩擦抵抗が極めて大きくなり、引き抜き作業の効率が悪く、生産性の低下を免れないし、引き抜きに際して金属製筒体１１の内周面の荒れ（熱可塑性樹脂層が形成されているときには、その剥がれ）などを生じさせたり、さらには、駆動シャフトＳ等にかかる負荷が大きくなり、装置寿命を低下させるなどの問題を生じさせる。しかるに、本発明によれば、図２、図３に示されているように、しごき加工パンチ１の外周面１ａに多数形成されているドット状凹部３の周縁部の全周にわたって、リング状の隆起部５が多数分布しており、この隆起部５の上端が金属製筒体１１の内周面１１ａに圧接され、金属製筒体１１の内周面１１ａには隆起部５に対応して若干凹んだ凹部１２がリング状に形成される。即ち、パンチ１の外周面１ａと金属製筒体１１の内周面１１ａとの接触面積が著しく小さくなっている。この結果、本発明では、しごき加工パンチ１の引き抜きに際して摩擦抵抗が大きく低減され、大きな負荷をかけずに、しごき加工パンチ１の引き抜きをスムーズに行うことができ、極めて高い生産性でしごき加工をおこなうことができるのである。
　かかる本発明において、しごき加工パンチ１の外周面１ａに形成されるリング状の隆起部５は、この外周面１ａを塑性変形させて凹部３を形成させることにより形成される。具体的には、軸対称の先細形状が先端に形成されているロッド形状の打ち込み治具を用い、しごき加工パンチ１の外周面１ａを、鉛直方向に打ち込んで凹ませることにより、凹部３と共に、その周囲に隆起部５がリング状に形成されるのである。例えば、特許文献３（特許第３３２７１３７号）には、しごき加工パンチ１の外周面１ａに点状凹部を形成する手段として、超音波加工、イオン照射、レーザ加工、電子ビーム照射などの手段が記載されているが（段落［００６４］参照）、これらの手段では、隆起部を形成することはできない。塑性加工によらず、削り取りにより凹部を形成するからである。
　このようなリング形状の隆起部５の大きさ、例えば隆起部５の外径Ｄ２と内径Ｄ１（ドット状凹部３の径に相当）との差（Ｄ２－Ｄ１）や高さｈは、ドット状凹部３の径Ｄ１や深さｄに依存し（図２参照）、しごき加工に際して、隆起部５が破損しないような大きさとするために、ドット状凹部３の径Ｄ１が０．２～１．１ｍｍ程度であり、且つその深さｄが０．２～１０．０μｍ程度とすることが好適である。パンチ１の材質によっても多少異なるが、ドット状凹部３の径Ｄ１及び深さｄを上記のような範囲に設定することにより、隆起部５の大きさ（Ｄ２－Ｄ１）や高さｈが適度な大きさとなり、過度な無理抜きを回避することができ、被加工品である金属製筒体１１に不必要な変形を生じさせることなく、パンチ１を引き抜くことができる。
　例えば、ドット状凹部３の径Ｄ１或いは深さｄが上記範囲外となると、リング状の隆起部５の大きさ（Ｄ２－Ｄ１）や高さｈが必要以上に大きく或いは必要以上に小さいものとなり、パンチ１の引き抜きにより、金属製筒体１１の上端開口部が外方に突出した変形（ロールバック）が生じる頻度がかなり高くなる。
　即ち、理想的な成形形態は、図６（ａ）に示されているように、金属製筒体１１の上端開口部分はストレートな状態となっているが、パンチ１の引き抜きが無理抜きとなると、図６（ｂ）に示されている様に、上端開口部が外方に突出したロールバックが生じるようになってしまう。ドット状凹部３の径Ｄ１或いは深さｄを適正な範囲に設定しておくことにより、このようなロールバックの発生率をほぼゼロとすることができる。径Ｄ１や深さｄが適正な範囲でない場合、或いはドット状凹部３の周縁部に隆起部５が形成されていないパンチ１を用いてしごき加工を行った場合には、ロールバック量が５．０ｍｍ以上となり易く、このような大きなロールバックを生じる頻度が１００個当り２０～３０個、或いはそれ以上となるおそれがある。
　さらに、リング状の隆起部５は、しごき加工パンチ１の長さ方向及び周方向に均等に分布するように、前述したしごき加工パンチ１の領域Ｑに分布していることがしごき加工パンチ１の引き抜きをスムーズに行う上で好適であり、さらにパンチ１の強度をさほど低下せずに摩擦抵抗を大きく低減させるという観点から、該領域Ｑに、３０～４００個／ｃｍ２の面積割合で隆起部５が分布していることが望ましい。
　上記のようなしごき加工パンチ１を用いてのしごき加工（薄肉化）により得られる金属製筒体（被加工品）１１は、図２及び図４に示されているように、上記のドット状凹部３に対応して、その内周面１１ａにドット状の凸部１５が形成されることとなる。即ち、このような凸部１５の形成により、該筒体１１の内面に有機樹脂被覆が形成されている場合には、有機樹脂皮膜の配向が十分に緩和され、耐デント性が高められる。
２．部分隆起タイプのしごき加工パンチ；
　本発明において、部分隆起タイプのしごき加工パンチについては、図７～図１０を参照されたい。
　このタイプでは、打ち込み用の治具を斜め方向から治具を打ち込んで（先端部側から付け根部側）、ドット状凹部３を形成することにより、ドット状凹部３の周縁部の一部（パンチ１の先端部とは反対側）に隆起部４を形成することができる。また、凹部３の形状に相当する先端部を有する治具を用いての打ち込みによっても隆起部４を形成することができる。このような隆起部４は、ドット状凹部３の周縁部に部分的に存在するものである。環状隆起タイプのパンチの項でも説明したが、超音波加工やレーザ加工などの削り取りによる手段では、隆起部４を形成することはできない。
　図７及び図８を参照して、上記のような打ち込みによって形成される凹部３は、その最深部Ｐ（錐形状の頂点に相当）は、パンチ１の先端１ｂとは反対方向側（パンチ１の引き抜き方向側）に偏心した形状となっている。即ち、打痕が凹部３の形状となるため、凹部３の最深部Ｐが偏心している側に、隆起部４が形成されることとなる。例えば、このような隆起部４は、弧状或いは弧状に近い形状を有している。環状隆起タイプでは、凹部３の最深部が偏心していないため、リング形状の隆起部５が形成されるわけである。
　本発明において、上記のような形態の凹部３では、図７に示されている様に、しごき加工パンチ１の先端側の側面が、傾斜角αが小さななだらかな傾斜面３ａとなっており、反対側の面が、傾斜角βが大きな急傾斜の面３ｂとなっている。
　上記のような形態を有するパンチ１を用いてしごき加工を行うと、図９に示されているように、金属製筒体１１の内周面には、上記のドット状凹部３に対応して、頂点Ｐ’が加工方向側（つまりパンチ先端１ｂ側）とは反対側方向に偏在した形状の凸部１３が形成されることとなる。即ち、このような凸部１３が形成されているため、この内面が有機樹脂で被覆されているときには、その配向が凸部１３によって緩和され、耐デント性の低下を抑制することができる。また、このような凸部１３は、上述した凹部３に対応して形状を有しているため、凹部３のなだらかな傾斜面３ａに対応して傾斜角α’が小さいなだらかな傾斜面１３ａを有しており、凹部３の急傾斜の面３ｂに対応して、傾斜角β’が大きな急傾斜の面１３ｂを有している。
　しごき加工が終了したときには、薄肉化された金属製筒体１１は、その内部にしごき加工パンチ１が挿入され、しごき加工パンチ１の外周面１ａが薄肉化された金属製筒体１１の内周面にしっかりと接触した状態に保持されている。即ち、前述した図５にも示されているように、しごき加工パンチ１は、この筒体１１の底部１７まで延びており、しごき加工パンチ１の外周面１ａが金属製筒体１１の内周面と接触している領域Ｑが、しごき加工に際しての加工保持面として機能する領域となっていることは、既に述べたとおりである。例えば、しごき加工パンチ１の領域Ｑよりも上方の部分に駆動シャフトＳが連結されており、このシャフトＳの駆動により、しごき加工パンチ１が加工方向へ移動し、しごき加工終了後は、加工方向とは反対方向となる引き抜き方向にしごき加工パンチ１が移動される。このため、しごき加工パンチ１の引き抜きのために、ストッパー２０により、金属製筒体１１のパンチ１の引き抜き方向への移動が制限されるようになっている。
　前述した部分隆起タイプのしごき加工パンチ１を用いてのしごき加工では、その外周面１ａに最深部Ｐが偏心した形状の凹部３が形成されており、これに対応して、薄肉化された金属製筒体１１の内周面１１ａには頂点Ｐ’が偏心した形状の凸部１３が形成されている（図９参照）。このため、しごき加工終了後にしごき加工パンチ１を引き抜くと、図１０に示されている様に、しごき加工パンチ１の凹部３のなだらかな傾斜面３ａが、金属製筒体１１の内周面の凸部１３のなだらかな傾斜面１３ａに面接しながら引き抜かれていくことになり、この結果、しごき加工パンチ１の引き抜きをスムーズに行うことができるばかりか、弧状の隆起部４がパンチ１の引き抜き方向側（パンチ先端とは反対側）に形成されているため、パンチ１の外周面１ａと金属製筒体１１の内周面１１ａとの接触面積が小さく、パンチ１の引き抜きを一層スムーズに行うことができる。この結果、引き抜き時に生じる金属製筒体１１の不要な変形をより一層有効に回避することができる。
　例えば、しごき加工パンチ１の外周面１ａに形成されている凹部３の周縁に隆起部４が形成されていない場合には、最深部Ｐが偏心しておらず、摺動方向に沿った断面でみて、凹部３が線対称の形状を有することとなり、パンチ１の引き抜きに際して面接する面の傾斜角が大きな面となるため、パンチ１の引き抜きに対しての抵抗力が大きく、パンチの引き抜きをスムーズに行うことができず、生産性が低下し、また、駆動シャフトＳ等にかかる負荷も大きくなり、装置寿命が低下する傾向がある。
　また、このような弧状タイプのしごき加工パンチ１を用いた場合おいても、パンチ１の引き抜き性が向上しており、図６（ｂ）に示されている様なロールバックの発生率をほぼゼロとすることができる。
　上述したしごき加工パンチ１の外周面１ａに形成されている凹部３の最深部Ｐの偏心率は、下記式で表される。
　　　偏心率＝１００ｄ／（１／２）Ｄ＝（２ｄ／Ｄ）×１００
　　式中、
　　　ｄは、頂点Ｐと凹部３の中心との距離（頂点Ｐの偏心量）であり、
　　　Ｄは、凹部３の径を示す。
　本発明においては、この最深部Ｐの偏心率が３０～１００％、特に７５～９５％の範囲にあることが好ましい。偏心率が３０％より低くなると、凹部３のなだらかな傾斜面の傾斜角αが大きくなり、パンチ１の引き抜き性が損なわれ、例えばロールバック量が５．０ｍｍ以上の大きな変形の発生率が約３０％程度となってしまうが、偏心率を３０％以上、特に７５％以上とすることにより、ロールバック量が５．０ｍｍ以上の大きな変形の発生率をほぼゼロにできることが実験で確認されている。また、偏心率が１００％に近くなると、凹部３の加工方向とは反対側の端部が鋭利な角部となり、しごき加工パンチ１の破損を生じ易くなる傾向がある。
　また、上記の凹部３の深さ（図２のｄに相当）は、前述したリングタイプのしごき加工パンチ１と同様、０．２～１０．０μｍ程度であることが好ましい。この深さ（ｄ）が過度に大きいと、しごき加工パンチ１の引き抜き性が損なわれるおそれがあり、また、深さ（ｄ）が過度に小さいと、凹部３に対応して形成される凸部１３が小さくなり、この結果、有機樹脂皮膜の配向緩和が不十分となり、耐デント性が損なわれる傾向にある。
　さらに、前述したリングタイプのしごき加工パンチ１と同様、凹部３は、しごき加工パンチ１の長さ方向及び周方向に均等に分布していることが好ましく、該領域Ｑに、３０～４００個／ｃｍ２の面積割合で凹部３が分布していることが好適である。
　本発明において、上述した弧状タイプのしごき加工パンチ１を用いてしごき加工を行うと、金属製筒体１１の内周面１１ａに、凹部３に対応して偏心した頂点Ｐ’を有する凸部１３が形成され、しごき加工パンチ１を引き抜く際の摩擦抵抗が大きく低減され、装置寿命が長くなり、生産性も高められる。
　また、金属製筒体１１の内面に有機樹脂被覆が形成されている場合には、有機樹脂皮膜の配向が十分に緩和され、耐デント性が高められる。
＜ドット状凹部３の形態＞
　上述した本発明のしごき加工パンチ１は、環状隆起タイプ及び部分隆起タイプの何れにおいても、ドット状凹部３の平面形状は、特に制限されず、円形、楕円形、四角形等の形状であってよいが、異方性がなく、引き抜きに際して、もっとも破損をしにくいという点で、凹部３の形成に使用するポンチの形状に依存し、特に円形であることが好適である。但し、弧状タイプのしごき加工パンチ１では、斜めに治具を打ち込んで凹部３を形成するときには、図８に示されているように、やや歪んだ円形となる場合が多い。
＜しごき加工を利用したプレス成形プロセス＞
　上述したしごき加工パンチ１を用いてのしごき加工は、種々の金属製筒体１１の薄肉化に利用されるが、もっとも好適には、薄肉化されハイトが高くなったしごき缶（シームレス缶）を製造するためのプレス成形に利用される。図１１には、このような金属缶の製造プロセスを示した。
　この図１１において、金属缶の成形に用いる素板（例えばアルミニウム板）１０１は、先ず、打ち抜き加工に付せられ、これにより、金属缶用の円板１０３が得られる（図１１（ａ）参照）。この素板１０１の一方の面、特に缶内面となる側には、有機樹脂被覆が積層されていてもよい。
　素板１０１の厚みは、金属の種類、缶の用途或いはサイズによっても相違するが、一般に０．１０乃至０．５０ｍｍの厚みを有するのがよく、この内でも表面処理鋼板の場合には、０．１０乃至０．３０ｍｍの厚み、またアルミニウム等の軽金属板の場合には０．１５乃至０．４０ｍｍの厚みを有するのがよい。
　有機樹脂被覆としては、アクリル系塗料、ウレタン系塗料、シリコン系塗料、フッ素系塗料などの塗料に由来する被覆や、熱可塑性樹脂に由来するものであり、耐腐食性や、過酷な成形加工に際しての表面荒れなどを抑制するために、従来から使用されている。本発明においては、特に熱可塑性樹脂により形成された有機樹脂被覆が好適である。
　即ち、熱可塑性樹脂による被覆は、ラミネートロールにより容易に素板１０１に積層することができ、しかも、絞り加工やしごき加工による曲げ延ばしによって分子配向し、これにより、腐食成分に対するバリア性を高めることができ、さらに耐熱性も高められる。一方、特許文献３にも開示されている様に、有機樹脂被覆の分子配向により樹脂のフィブリル化傾向を生じ、これにより、衝撃により缶高さ方向の割れが生じ易くなり、耐デント性が悪化する傾向がある。しかるに、本発明では、ドット状凹部３を有するパンチ１を用いてのしごき加工により、缶内面にドット状凸部１５（或いは１３）が形成され、この凸部１５（或いは１３）により分子配向が緩和され、耐デント性の低下を回避することができる。
　尚、上記の熱可塑性樹脂としては、例えば低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ１－ブテン、ポリ４－メチル－１－ペンテンあるいはエチレン、プロピレン、１－ブテン、４－メチル－１－ペンテン等のα－オレフィン同志のランダムあるいはブロック共重合体等のポリオレフィン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコール共重合体、エチレン・塩化ビニル共重合体等のエチレン・ビニル化合物共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、ＡＢＳ、α－メチルスチレン・スチレン共重合体等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニル・塩化ビニリデン共重合体、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル等のポリビニル化合物、ナイロン６、ナイロン６－６、ナイロン６－１０、ナイロン１１、ナイロン１２等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性ポリエステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイド等あるいはそれらの混合物のいずれかの樹脂を例示することができる。
　これらの熱可塑性樹脂の内でも、加工性や耐腐食性、缶内容物の香味保持性の点ではポリエステル系樹脂が特に適している。
　打ち抜き加工では、円板１０３の直径に相当する外径を有する打ち抜き用パンチ１０５と、素板１０１を保持し且つ円板１０３の直径に相当する開口を有するダイ１０７が使用される。即ち、パンチ１０５によりダイ１０７上に保持された素板１０１を打ち抜くことにより、所定の大きさの円板１０３が得られる。
　尚、かかる製造プロセスで製造する成形物の形態によっては、素板１０１は、他の形状（例えば矩形状）に打ち抜かれることもある。
　上記のようにして得られた円板１０３は、絞り加工に付せられ、これにより、ハイトの低い絞り缶（有底筒状体）１０９が得られる（図１１（ｂ）参照）。
　かかる絞り加工においては、ダイ１１１上に打ち抜かれた円板１０３が保持され、この円板１０３の周囲はしわ押え用の治具１１３によって保持されている。ダイ１１１には、開口が形成されており、絞り用のパンチ１１５を用いてダイ１１１の開口内に円板１０３を押し込むことにより、絞り缶１０９が得られることとなる。
　尚、このダイ１１１の開口の上端のコーナー部（円板１０３を保持している側）にアール（曲率部）が形成されており、円板１０３が速やかに且つ折れることなく、ダイ１１１の開口内に押し込まれるようになっており、パンチ１１５の外径は、円板１０３のほぼ厚みに相当する分だけ、ダイ１１１の開口の径よりも小さく設定されている。即ち、この絞り加工では、薄肉化はほとんど行われない。尚、絞り加工は成形品の形状に応じて複数回行う場合もある。
　次いで、上記で得られた絞り缶１０９は、しごき加工に付せられ、これにより、ハイトが高く且つ薄肉化された金属缶（薄肉化シームレス缶）１１が成形される（図１１（ｃ）参照）。
　このしごき加工では、上記の絞り加工により得られた絞り缶１０９の内部に、本発明にかかる環状隆起タイプ或いは部分隆起タイプのしごき加工パンチ１を挿入し、リング形状のしごきダイ１２１の内面に該筒状体１０９の外面を圧接しながら、パンチ１を降下させることにより、ダイ１２１により、絞り缶（筒状体）１０９の側壁が薄肉化されていくこととなる。これにより、薄肉化され、且つ薄肉化の程度に応じてハイトが高くなった本発明の金属缶（薄肉化シームレス缶）１１が得られることとなる。
　図１１から理解されるように、この打ち抜き加工、絞り加工及びしごき加工の一連の工程において、打ち抜き加工では、摺動性は不要であるが、絞り加工からしごき加工になるほど、用いる金型と被加工物との間の摺動性を要する。特にしごき加工では、被加工物の降伏応力を超える面圧が加わるため、最も摺動性を要する。即ち、被加工物である絞り缶１０９の内周面としごき加工パンチ１の外周面１ａとの間にも大きな面圧がかかることとなり、これに伴い、前述した環状隆起タイプのしごき加工パンチ１では、隆起部５との接触により、絞り缶１０９（金属缶１１）の内周面にはリング状凹部１２とドット状凸部１５が形成されることとなる（図２参照）。
　また、上記のしごき加工は、多段で行うこともでき、例えば、しごきダイを、加工方向に複数配置し、しごき加工を多段で行うことにより、しごき率を高くし、より薄肉化され、ハイトが高くなった金属缶１１を得ることもできる。図１２には、しごき加工を多段で行うプロセスの一例が示されている。
　図１２における工程では、加工方向に沿って、それぞれリング形状のリドローダイ１１１ａ，しごきダイ１２１ａ～１２１ｃが、この順に配列されており、加工方向に対して最も下流側に位置しているしごきダイ１２１ｃの下流側には、ガイドリング１３５が配置され、さらに下流側には、底部成形を行う保持リング１３７及び保持ロッド１３７ａが、この順に設けられている。
　上記のしごきダイ１２１ａ～１２１ｃは、加工方向下流側に配置されているものほど小径となり、より過酷な薄肉化が行われるようになっている。
　このような複数段でのしごき加工（再絞り－しごき加工）では、絞り缶１０９をリドローダイ１１１ａ上にホルダ１４１により保持しておき、この状態で絞り缶１０９の内部に本発明のしごき加工パンチ１を挿入し、リドローダイ１１１ａ，しごきダイ１２１ａ～１２１ｃの内面（加工面）に絞り缶１０９の外面を圧接しながら、パンチ１を加工方向に移動させることにより、再絞り、しごき加工が行われ、絞り缶１０９の側壁が薄肉化されていき、よりハイトが高くなった金属缶１１（金属製筒体）が得られることとなる。
　なお、図１２では、３つのしごきダイが配置されているが、勿論、この数を２とすることもできるし、３よりも多い数のしごきダイを配置することもできる。
　図１１や図１２のプロセスで示されているしごき加工が終了した後は、図５で示されているように、金属缶１１の上端にストッパー２０が配置され、その移動が制限された状態で、しごき加工パンチ１の引き抜きが行われる。即ち、本発明では、この引き抜きの際の摩擦抵抗が大きく軽減されており、しごき加工の生産効率が高められているわけである。
　上述した図１１，１２のプロセスにおける絞り工程やしごき加工工程は、クーラントを流しながらウエットな条件下で行うこともできるし、クーラントを使用せず、固体潤滑材を用いた低潤滑方式や潤滑剤を使用しない無潤滑方式などのドライな条件下で行うこともできる。
　しごき加工パンチ１が引き抜かれた後の金属缶１１（金属製筒体）は、例えば外面印刷や、ネックイン加工が行われ、販売に供される。
　　　Ａ：しごき加工パンチ
　　　Ｂ：金属製筒体（被加工物）
　　　Ｃ：しごき加工用ダイ
　　　１：しごき加工パンチ
　　　１ａ：しごき加工パンチ１の外周面
　　　３：ドット状凹部
　　　４，５：隆起部
　　１１：金属製筒体
　　１１ａ：金属製筒体１１の内周面
　　１３，１５：ドット状凸部
 

Claims (11)

  1. 　金属のしごき加工に使用されるしごき加工パンチにおいて、
    　前記パンチの外周面には、ドット状凹部が分布しており、該ドット状凹部の周縁部の少なくとも一部には、隆起部が形成されていることを特徴とするしごき加工パンチ。
  2. 　前記隆起部は、前記ドット状凹部の周縁部の全周にわたって形成されている請求項１に記載のしごき加工パンチ。
  3. 　前記隆起部は、前記ドット状凹部の周縁部の一部に形成されている請求項１に記載のしごき加工パンチ。
  4. 　前記隆起部は、前記ドット状凹部の周縁部のパンチ先端側とは反対側の部分に形成されている請求項３に記載のしごき加工パンチ。
  5. 　パンチの軸方向に沿った断面でみて、前記ドット状凹部は、パンチ先端側とは反対側に最深部が偏在している形状を有している請求項４に記載のしごき加工パンチ。
  6. 　前記最深部の偏心率が３０～１００％の範囲にある請求項５に記載のしごき加工パンチ。
  7. 　請求項１に記載のしごき加工パンチを金属製筒体内に挿入し、環状ダイ内に、該金属製筒体を通すことによりしごき加工を行い、しごき加工終了後、該パンチを引き抜くことにより、金属製筒体を薄肉化することを特徴とするしごき加工方法。
  8. 　前記金属製筒体は、内面に有機樹脂層を備えている請求項７に記載のしごき加工方法。
  9. 　前記有機樹脂層が、熱可塑性樹脂により形成されている請求項８に記載のしごき加工方法。
  10. 　中空筒状胴部と、該胴部の下端を閉じている底部とを有するしごき缶において、
    　前記胴部の内周面には、ドット状凸部が分布しており、軸方向に沿った縦断面でみて、該ドット状凸部の頂点が、底部とは反対側方向に偏在していることを特徴とするしごき缶。
  11. 　前記胴部の内周面には、有機樹脂層が積層されており、該有機樹脂層の表面に、前記ドット状凸部が分布している請求項１０に記載のしごき缶。
     
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