[0001] 本发明涉及冲压加工用模具及冲压加工方法，更具体而言，涉及例如适合于成形铝制的罐的冲压加工用模具及其加工方法。

[0002] 以往，冲压加工作为以低成本大量生产工业产品的制造方法而使用。这样的冲压加工适于加工各种被加工材料，作为被加工材料的一例，除了能够例示例如钢、铜、铝等金属材料之外，还能够例示钛、镁等。

[0003] 作为上述的工业产品的一例，例如能够例示罐材。例如专利文献1所例示的由2片构成的罐材如上所述使用冲压加工用模具通过深冲减薄拉深加工成形罐身部等。

[0004] 另一方面，进行冲压加工的冲压加工用模具具备冲头部和冲模部，在它们之间通过适宜的间隙而分离的状态下对被加工材料进行冲压成形。

[0005] 在冲压加工中，冲头部及冲模部放置在严酷的环境下，因此，提出了例如专利文献2～5所示在模具的加工表面包覆金刚石膜、DLC(类金刚石碳)膜等碳膜。

[0006] 专利文献1：日本专利第6012804号

[0007] 专利文献2：日本特开2013－163187号公报

[0008] 专利文献3：日本特开平10－137861号公报

[0009] 专利文献4：日本特开平11－277160号公报

[0010] 专利文献5：日本特开平1－306023号公报

[0030] 以下，适当参照附图对本发明的冲压加工用模具及冲压加工方法进行具体说明。

[0031] ＜冲压加工用模具＞

[0032] 首先，参照图1及图2对实施方式的冲压加工用模具100进行说明。

[0033] 如图1等所示，冲压加工用模具100具有对金属材料进行冲压加工的功能，构成为具备减薄拉深加工用的冲头部11和冲模部21。

[0034] 此外，本实施方式的冲压加工包括例如对金属材料进行深冲加工(Draw加工)的方式、进行减薄拉深加工(Ironing加工)的方式、进行深冲减薄拉深加工(DI加工)的方式等的成形加工。

[0035] 以下，以将金属材料成形为罐体的减薄拉深加工为例进行说明，但本发明并不限定于这样的罐体的冲压加工，也能够应用于减薄拉深加工成感光鼓等其他形状的方式。

[0036] 本实施方式中的作为被加工材料的金属材料只要用于冲压加工就没有特别限制，除了能够应用例如铝、铁、钢、铜、钛等公知的各种金属材料之外，还能够应用它们的合金材料、包层材料、有机树脂等层叠而成的预涂材料等。其中在成形罐体的情况下特别优选上述的金属材料中的铝。

[0037] 在从金属材料3成形罐身部的减薄拉深加工中，如该图所示，在冲模部21与冲头部11之间夹设有在前一工序中加工成凸缘状的深冲筒形件的金属材料3的状态下通过冲头部
11实施冲压加工(在该情况下为减薄拉深加工)。

[0038] 此时，冲头部11的侧面11a与冲模部21的前端相向面21a之间的间隙C也根据工序、产品而不同，例如在饮料用铝罐的情况下，最终设定为100μm左右并且其误差范围仅容许±几μm(例如2～5μm)。除此之外，在如上所述例如从金属材料冲压加工罐体的情况下，也需要能够承受量产化的程度的高加工耐久性。

[0039] 因此，在本实施方式的冲压加工用模具100中，设为在冲头部11和冲模部21中的一方的与金属材料3接触的加工表面包覆金刚石膜DF，并且在冲头部11和冲模部21中的另一方的与金属材料3接触的加工表面包覆维氏硬度Hv8000以下的表面处理膜SF。

[0040] 这样的冲压加工用模具100能够在至少从作为被加工材料的罐材形成罐身部的减薄拉深加工中优选使用。

[0041] 以下，对本实施方式中的同时使用金刚石膜DF和Hv8000以下的表面处理膜SF的本发明的意义进行详述。

[0042] 首先，冲压加工可设想到基本上处于严酷的加工环境，因此，有时例如在冲模部中的至少与被加工材料接触的加工表面以低摩擦化和赋予耐久性为目的而包覆表面处理膜。对于这一点，近年来，从成膜性、硬度的观点出发，如专利文献2等例示的那样研究了DLC(类金刚石碳)膜的利用。

[0043] 在此，在包括上述的专利文献在内的大部分现有技术中都着眼于施加有相对较高的负荷的冲模部，但另一方面，在实际应用时的大量生产中，虽然与冲模部相比较为轻微，但在冲头部也能观察到磨损、被加工材料的胶粘等的损伤。因此，可以说鉴于稳定的成形性、模具的耐久性等，优选也在冲头部一侧包覆一些表面处理膜。

[0044] 鉴于这样的观点，在本实施方式中设为对冲头部11和冲模部21双方的加工表面都包覆表面处理膜。于是，冲头部11和冲模部21上的表面处理膜的组合能够设想以下的表1所示的模式。

[0045] [表1]

[0046]

[0047] 首先对模式A进行研究。

[0048] 该模式A的组合是不形成表面处理膜的情况，例如也在使用了冷却液等润滑剂的冲压加工等中实施。此外，对于“一方的工具”和“另一方的工具”，以下作为一例将“一方的工具”设为冲头部11，将“另一方的工具”设为冲模部21来进行说明。但是，本发明并不限于该例，也可以以与此相反的结构将“一方的工具”设为冲模部21等。

[0049] 例如在制罐工序中的减薄拉深加工中，如上所述，冲压加工用模具100也置于严酷的加工环境下。在该情况下，能够想象到每当进行冲压时各工具会产生磨损、热粘(日文：焼き付き)或者被加工材料的胶粘、堆积等各种问题。

[0050] 对于这样的课题，即使在另一方的工具形成有表面处理膜的模式B和模式C中，也会至少在无涂层处理的一方的工具侧产生同样的课题。

[0051] 因此，为了维持加工质量并抑制工具的磨损、热粘，需要利用表面处理膜包覆“一方的工具”和“另一方的工具”的加工表面。

[0052] 在这一点上，确实模式D和模式E能够在某种程度上确保耐磨损性、耐热粘性，但依然未解决下述的问题。

[0053] 即，即使在如模式D所示在“一方的工具”和“另一方的工具”中形成有DLC膜的情况下，虽然与无涂层相比耐磨损性等提高，但原本DLC膜在其特性上就难以增厚膜厚，耐久性存在改善的余地。

[0054] 并且，由于双方的工具为大致相同的硬度，因此，无法预测例如由于某些原因而使工具彼此发生了碰撞的情况下哪一方会发生破损，由此破损损害也可能会扩大。

[0055] 并且，在模式E中也同样存在上述的破损损害扩大的担忧，而且金刚石膜由于其性质上的问题、例如成膜时的温度高而带来基材的尺寸变化、因厚膜化而导致的成膜厚度(膜厚)的偏差、另外硬度高而无法容易地研磨等的理由，尺寸的调整非常困难，模具之间的尺寸管理困难而成为成本增加的要因。如上所述在制罐中的减薄拉深加工中也要求±几μm的尺寸管理的状况下，以该模式E的组合进行运用并不现实。

[0056] 因此，在本实施方式中，如模式F所示，设为在作为“一方的工具”的冲头部11的加工表面包覆DLC膜作为表面处理膜SF，在作为“另一方的工具”的冲模部21的加工表面包覆金刚石膜DF。

[0057] 此外，如上所述将“一方的工具”设为冲头部11，将“另一方的工具”设为冲模部21，但也可以由在冲模部21包覆DLC膜作为表面处理膜SF并在冲头部11包覆金刚石膜DF等相反的组合构成。但是，一般而言，往往冲模部21比冲头部11承受更严酷的加工负荷，在这一点上，为了整体上提高加工耐久性，优选在冲模部21包覆金刚石膜DF，并且在冲头部11包覆DLC膜作为表面处理膜SF。

[0058] 以下，对各个覆膜进行详述。

[0059] ＜金刚石膜DF＞

[0060] 如图2所示，本实施方式的金刚石膜DF形成于冲模部21的加工表面(与作为被加工材料的金属材料3接触的面)。

[0061] 对于这样的金刚石膜DF的形成方法，只要能够形成就没有限制，能够应用例如利用化学气相沉积(CVD)法的方式、利用物理气相沉积(PVD)的方式等公知的形成方法。

[0062] 在此，对于金刚石膜DF的厚度，能够应用基于上述的公知的方法形成的合理范围的厚度。作为这样的金刚石膜DF的厚度，作为一例优选为5～30μm左右。

[0063] 此外，金刚石膜DF至少形成于冲模部21的上述的加工表面即可，但也可以形成于其他部分。

[0064] 另外，本实施方式的金刚石膜DF的维氏硬度Hv优选为10000～12000。

[0065] ＜表面处理膜SF＞

[0066] 另外，如图2所示，本实施方式的表面处理膜SF形成于冲头部11的加工表面(与作为被加工材料的金属材料3接触的面)。

[0067] 本实施方式的表面处理膜SF是设定为与上述的金刚石膜DF相比硬度相对较低的表面处理膜。作为这样的表面处理膜SF，优选是维氏硬度Hv为1000～8000的类金刚石碳膜(DLC膜)。

[0068] 并且，对于上述的类金刚石碳膜(DLC膜)，其中作为本实施方式而优选不含氢的无氢DLC膜。这是因为，这样的无氢DLC膜(具有四面体非晶碳结构的DLC膜)具有例如维氏硬度Hv6000左右的硬度，因此，加工耐久性好，在冲压加工时与成对的金刚石膜DF的相性也良好。

[0069] 这样的类金刚石碳膜(DLC膜)的形成方法没有特别限制，能够应用例如使用气体作为原料并在腔室内将该气体分解而进行成膜的化学气相沉积(CVD)法、使用固体碳作为原料并使碳蒸发而进行成膜的物理气相沉积(PVD)法等公知的形成方法。

[0070] 对于表面处理膜SF的厚度，也能够应用基于上述的公知的方法形成的合理范围的厚度，作为一例优选为0.1～10μm左右。具体而言，本实施方式中的表面处理膜SF的厚度设定为比金刚石膜DF的厚度薄。通过采用这样的结构，能够享受以下阐述的优点。即，首先，具备上述的厚度的表面处理膜SF由于比金刚石膜DF薄，因此，因成膜导致的尺寸误差原本就小。除此之外，该表面处理膜SF的维氏硬度为Hv8000以下，比金刚石软，因此，能够通过使用公知的金刚石研磨颗粒而容易地进行研磨，能够降低加工成本，而且能够高精度地加工目标模具尺寸。

[0071] 此外，金刚石膜DF至少形成于冲模部21的上述的加工表面即可，但也可以形成于其他部分。

[0072] 另外，在本实施方式中使用了类金刚石碳膜作为表面处理膜SF，但只要硬度比金刚石膜DF低且能够实现上述的课题，就没有特别限制，例如也可以使用维氏硬度Hv3200～3800左右的TiC膜、Hv3000～3500左右的TiCN膜等其他表面处理膜。

[0073] ＜冲压加工方法＞

[0074] 下面，对本实施方式中的适合于形成无缝罐体的罐身部的减薄拉深加工的冲压加工方法进行说明。

[0075] 在本实施方式中，是一种使用冲头部及冲模部对铝等金属材料3进行冲压加工的冲压加工方法，其特征在于，在这些冲头部和冲模部中的一方的与金属材料接触的加工表面包覆有金刚石膜，在另一方的与金属材料接触的加工表面包覆有维氏硬度Hv8000以下的表面处理膜。

[0076] 此外，以下，作为一例说明无缝罐体的制罐工序中的减薄拉深加工的应用例，但本发明并不限定于该减薄拉深加工用途。

[0077] 即，也可以同样地应用于未图示的冲裁加工中的冲裁用冲头部及冲裁用冲模部的加工表面(与金属材料3接触的面)，也可以应用于深冲加工中的深冲加工用冲头部、深冲加工用冲模部以及压料夹具的加工表面(与金属材料3接触的面)。

[0078] 此时，至少在上述的减薄拉深加工中的冲压加工中，作为被加工材料的金属材料优选经由冷却液LQ(参照图1)由冲头部11及冲模部21冲压加工成无缝罐体。

[0079] 此外，作为冷却液LQ，只要实现冲压时的润滑性赋予、模具的冷却则能够应用公知的各种液体。特别优选列举出其成分中含有油分的液体，但也可以为不含油分的冷却液，也可以使用例如纯水等水作为冷却液。此外，若使用这样的油分比较少的冷却液进行加工则润滑性不足，因此，在通常的硬质合金制的模具的情况下被加工材料热粘于模具的加工面，因此无法进行良好的加工。与此相对，在使用了上述的由金刚石膜、DLC膜包覆的模具的情况下，它们的表面处理与软质金属、特别是铝的反应性差，耐热粘性优异，因此，即使在使用了水那样的油分少的冷却液的情况下也能够无问题地进行成形。通过使用这样的冷却液，能够削减在之后的清洗工序中使用的清洗剂、药剂等脱脂剂的使用量。并且，排水处理性也优异，因此，在进行了排水再利用等的情况下，可预见再利用率的提高，能够实现排水量的削减进而实现环境负荷的降低。

[0080] 在本实施方式中的冷却液LQ中，作为上述的油分，可列举出常用的水溶性金属加工油剂组成物所含的油分。作为该油分，可以为天然油分，也可以为合成油分。

[0081] 作为天然油分，例如可列举出石蜡类、环烷类、芳香族类等的矿物油。另外，作为天然油分也能够列举出脂肪酸甘油酯。

[0082] 作为合成油分，例如能够列举出聚烯烃等烃类、脂肪酸酯等酯类、聚亚烷基二醇等醚类、全氟化碳等含氟类、磷酸酯等含磷类、硅酸酯等含硅类等。

[0083] 作为上述列举的油分，可以单独使用，也可以混合2种以上使用。

[0084] 此外，作为上述的水溶性金属加工油剂，例如能够列举出JIS K2241规定的A1类(乳液型)、A2类(可溶型)、A3类(溶液型)的水溶性金属加工油剂等。

[0085] 另外，虽然在JIS标准中未规定，但也能够列举出被称为所谓的合成型(不含矿物油而含有化学合成的油分的金属加工油剂)的水溶性金属加工油剂。

[0086] 在本实施方式中，作为上述油分在冷却液LQ中的浓度，优选为4.0体积％以下。在该情况下，在使用本实施方式中含有油分的冷却液LQ的情况下，也可以首先调制含有超过4.0体积％的含有量的油分的原液，保管该原液直至使用时为止，在使用时将该原液用水等溶剂进行稀释而调制油分的浓度为4.0体积％以下的冷却液。

[0087] 即，油分在冷却液LQ中的浓度在使用状态下为4.0体积％以下即可。

[0088] 另外，作为冷却液LQ中的油分以外的成分，也可以适当含有常用的水溶性金属加工油剂组成物所含的成分，例如水、表面活性剂、防锈剂、极压添加剂、偶联剂、有色金属防蚀剂、防腐剂、消泡剂、螯合剂、着色料、香料等。

[0089] 这样，在本实施方式的无缝罐体的减薄拉深加工中，也可以在设有冷却液LQ的状态下通过冲头部11及冲模部21实施冲压加工。

[0090] 在例如金属材料3为铝的情况下有时会由于冲压加工而产生铝粉，由于该铝粉附着于模具、成形品而成为缺陷。与此相对，根据本实施方式，由于在设有冷却液LQ的状态下进行无缝罐体的减薄拉深加工，因此，能够适当地去除这样的加工中产生的铝粉。

[0091] 此外，本发明除了经由上述的冷却液LQ的冲压加工之外，也能够在不存在冷却液的干性环境下的冲压加工中应用。但是，在这样的干性环境下的冲压加工的情况下，为了使由冲压产生的加工热冷却，需要向模具内部设置冷却管等。由此，不仅整个装置复杂化，而且产生由加工热导致的被加工材料的强度下降，因此，加工限度也有可能会变低。由于这样的理由，在本实施方式中，虽然在不存在冷却液的干性环境下也可预见加工耐久性的提高，但可以说更优选在设有冷却液的状态下进行加工。

[0092] 实施例

[0093] ＜实施例1＞

[0094] 使用在实施方式中详述的冲压加工用模具100，使用深冲加工后的金属材料(深冲筒形件)3，进行减薄拉深加工而形成了具有罐身部的罐体(无缝罐体)。此外，在本实施例1中，在减薄拉深加工时使用水作为冷却液LQ、或者不设有冷却液LQ地成形加工了具有罐身部的罐体。

[0095] 其中，作为在冲头部11的加工表面包覆的表面处理膜SF，通过公知的物理气相沉积法(AIP法)将无氢DLC膜(维氏硬度Hv6000左右)形成为达到厚度1μm(膜厚1μm)。

[0096] 另一方面，作为在冲模部21的加工表面包覆的金刚石膜DF，通过公知的化学气相沉积法(热丝法)形成为达到厚度约10μm。

[0097] 实施例1中的减薄拉深加工经过以下说明的前一工序后通过液压机进行。

[0098] 首先，通过公知的曲柄压力机对板厚0.29mm的铝板(A3004)进行冲裁，经过深冲加工得到了 的浅底深冲筒形件。

[0099] 然后，将得到的浅底深冲筒形件设置于液压机的压边圈，使冲头部11以速度1m/s移动而进行了加工。作为更详细的加工经过，首先进行 的再拉深，在该状态下经过三次的减薄拉深加工，最终得到了板厚100μm的罐体。

[0100] 此时，在成为凸模(冲头部11侧)的减薄拉深冲头和压边圈包覆了上述的DLC膜，在成为凹模(冲模部21侧)的深冲冲模和减薄拉深冲模包覆了上述的金刚石膜。

[0101] 通过上述的加工方法连续地进行100罐的加工，通过目视确认了铝向冲头部11和冲模部21的胶粘。

[0102] 通过该目视得到的评价按照以下的基准进行。

[0103] 〇：无法目视识别出铝向冲头部11和冲模部21的胶粘。

[0104] △：能够确认向冲头部11和冲模部21的至少一方的胶粘。

[0105] ×：在加工中罐身破裂(日文：破胴)，无法得到罐体。

[0106] ＜实施例2＞

[0107] 除了在减薄拉深加工时不存在冷却液以外，与实施例1同样地成形加工了具有罐身部的罐体。

[0108] ＜比较例1＞

[0109] 除了对成为凹模(冲模部21侧)的深冲冲模和减薄拉深冲模包覆了与凸模(冲头部11侧)相同的DLC膜以外，与实施例1同样地成形加工了具有罐身部的罐体。

[0110] ＜比较例2＞

[0111] 除了成为凸模(冲头部11侧)的减薄拉深冲头和压边圈使用了未进行表面处理的硬质合金以外，与实施例1同样地成形加工了具有罐身部的罐体。

[0112] ＜比较例3＞

[0113] 除了成为凸模(冲头部11侧)的减薄拉深冲头和压边圈使用了未进行表面处理的硬质合金、在成为凹模(冲模部21侧)的深冲冲模和减薄拉深冲模包覆了上述的DLC膜以外，与实施例1同样地成形加工了具有罐身部的罐体。

[0114] ＜比较例4＞

[0115] 除了成为凸模(冲头部11侧)的减薄拉深冲头和压边圈以及成为凹模(冲模部21侧)的深冲冲模和减薄拉深冲模这双方都使用了未进行表面处理的硬质合金以外，与实施例1同样地成形加工了具有罐身部的罐体。

[0116] ＜比较例5＞

[0117] 除了成为凸模(冲头部11侧)的减薄拉深冲头和压边圈以及成为凹模(冲模部21侧)的深冲冲模和减薄拉深冲模这双方都使用了未进行表面处理的硬质合金、并且使用了乳液作为冷却液以外，与实施例1同样地成形加工了具有罐身部的罐体。

[0118] 表1表示以上的实施例1、2及比较例1～5的表面处理规格和评价结果。

[0119] [表2]

[0120]

[0121] 对表1的结果进行说明。

[0122] 首先，比较例5是不对模具进行表面处理、使用含有4.0体积％以上的油分的乳液作为冷却液的一般的DI加工的条件。

[0123] 在该比较例5中，当制罐数增加时，在冲头部11、冲模部21这双方都能够观察到磨损，但在几十罐级别下没有太大问题，能够进行加工。

[0124] 另一方面，若从比较例5如比较例4那样将冷却液变更为油分在4.0体积％以下的水，则润滑性不足，在加工中罐身破裂，无法得到罐体。

[0125] 对于比较例2～3，在上述专利文献中也说明过的那样的仅在冲模部21侧包覆有金刚石膜的情况下(比较例2)，能够实现在加工严苛的冲模部21侧的低摩擦化，因此，暂且能够得到罐体。但是，在这样的加工条件下，在几十罐级别的成形下能够观察到铝向未进行表面处理的冲头部11侧的胶粘，以此为起因在罐内表面会产生伤痕等。因此，随着制罐数增加，胶粘范围扩大，可认为早晚会发生罐身破裂。

[0126] 另外，在如比较例3那样将DLC膜用于冲模部21侧的情况下，虽然加工本身能够完成，但在加工严苛的冲模部21侧，耐热粘性不足，以此为起因能够观察到铝向模具的胶粘。

[0127] 比较例1是在冲头部11侧和冲模部21这两侧包覆有DLC膜的情况，在这样的加工条件下也能够观察到铝向冲模部21侧的胶粘，虽然能够进行几十罐级别下的加工，但随着制罐数增加，胶粘范围扩大，可认为早晚会发生罐身破裂。

[0128] 与此相对，若是实施例1～2所示的实施例的结构，冲头部11侧和冲模部21侧都观察不到铝的胶粘，即，示出了不仅加工耐久性优异，而且在油分少的环境下也能够无问题地进行加工。

[0129] 以上说明的实施方式及实施例能够在不脱离本发明的宗旨的范围内进行各种变形。

[0130] 产业上的可利用性

[0131] 本发明特别能够优选利用于需要兼顾优异的耐磨损性和模具管理成本的降低的冲压加工用模具。

[0132] 附图标记说明

[0133] 100 冲压加工用模具

[0134] 11 冲头部

[0135] 21 冲模部

[0136] 3 金属材料(被加工材料)。