JPS649395B2 - - Google Patents
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Description
本発明は焼結炭化物（超硬質合金）で作られた
金属加工工具に関し、特に、かかる材料で作られ
たダイスに関する。特に、本発明はタングステン
炭化物で作られた金属成形用ダイスに関する。 焼結炭化物の工具は、タングステン、タンタ
ル、モリブデン、又はチタンのような１つ又はそ
れ以上の耐火金属の炭化物と、クロムのような他
の金属単独又はこれと一諸に、コバルトを含有す
る粉末マトリツクス材料との混合物を水素の雰囲
気中で高温、高圧で焼結することによつて作られ
る。いずれの場合にも、コバルトがまず融解して
炭化物粒子間に延性結合を形成する。 鉄含有金属の加工を伴なう工程に使用されるタ
ングステン炭化物は、金属中の鉄がタングステン
炭化物のコバルトマトリツクスに付着し、その結
果、すりむけ（galling）によりダイスの面を破
損させてしまうという或る種の損傷を示してい
る。同様なメカニズムが、コバルトおよびクロム
のマトリツクス中にタングステン炭化物およびク
ロム炭化物を含む非鉄金属である、「ステライト」
として知られている材料で作られたダイスについ
ても起るものと考えられる。 上述の問題が起るような鉄金属の加工を伴なう
代表的な工程は、薄い金属板の平らな素材から、
カン、その他の容器の中空金属ボデーを製造する
工程である。素材は、少くとも１つの環状ダイス
とポンチによつて深絞りされる。この加工法は代
表的には、最終ボデーの長さに応じて１つ以上の
段階からなる。例えば、平らな素材を先ずカツプ
の形に絞り、引き続いて、カツプの側壁を伸長さ
せる。この伸長は、ポンチで支えられていたカツ
プを、側壁の希望長さが得られるまで、１つ又は
それ以上の環状ダイスに押し通すことによつて行
なわれる。これらのダイスは、伸長が、すべて又
は主として、カツプの基部（ベース）から側壁へ
の金属のいかなる著しい流れ（壁のアイアニン
グ）も伴なうことなしに、壁の厚さを減少するこ
とによつて得られるような寸法形状のものであ
る。別の例として、ダイスの１つ又はそれ以上
は、壁のアイアニングを或る程度同時に生ぜじめ
或は生ぜしめることなく、カツプの基部から金属
を引き伸ばすことによつて側壁を伸長させるよう
なものである。 容器のような中空金属ボデーを作るもう１つの
普通の方法は、平らな金属素材を環状ダイスを通
して押出す方法であり、この場合、素材はポンチ
によつてダイスから押出される。 使用されるダイスおよびポンチが焼結炭化物で
作られた加工面を有しているときには、上述した
種類の損傷が起る。 本発明によれば、上述したような焼結炭化物材
料で作られた金属加工工具要素の処理方法を提供
するものであつて、これは、工具要素の作業面
に、焼結炭化物の工具要素のマトリツクス金属と
この工具要素によつて加工される金属との相互作
用を阻止するような方法で工具要素の作業面を変
更するような物質のイオンを注入する操作からな
る。 本発明による１つの観点では、焼結タングステ
ン炭化物で作られた金属加工ダイスの処理方法を
提供するものであつて、これは、ダイスの作業面
に、焼結タングステン炭化物のマトリツクス金属
とダイスによつて成形される金属との相互作用を
阻止するような方法でダイスの作業面を変更する
ような物質のイオンを注入する操作からなる。 又、本発明によれば、焼結炭化物の工具要素の
マトリツクス金属とこの工具要素によつて加工さ
れる金属との相互作用を阻止するような方法で、
作業面を変更するような物質のイオンが注入され
た作業面をもつ焼結炭化物の金属加工工具要素を
提供するものである。 上述のイオン注入は、工具要素又はダイス作業
面全体、又は摩耗の集中する作業面の一部に対し
て行なわれる。 焼結炭化物の工具要素の特定な形態は、焼結タ
ングステン炭化物で作られたダイスである。 これらのダイスは、金属をダイスに押し入れ或
は押し通すためのポンチと関連して使用される。
ポンチは、鋼および又は焼結炭化物で作られ、こ
の場合、ポンチはダイスと同じ方法で処理するこ
とができる。 工具要素の他形態は次の通りである。 「ステライト」として知られている材料で作ら
れた線引抜ダイスのような焼結炭化物のダイス。 ２回の作業で、カンの端をカンのボデーに固定
する二重シームを形成するシーム用ロールおよ
び、シーム作業中カンの端の中央に係合するシー
ム用チヤツクからなるシーム用工具。 カンの金属端閉鎖部材を成形するためのポン
チ。 又本発明による他の観点では、作業面に、焼結
炭化物の工具要素のマトリツクス材料と物品を作
る金属との相互作用を阻止するような方法で工具
要素の作業面を変更するような物質のイオンを注
入した少くとも１つの焼結炭化物の工具要素を使
用して金属物品を製造する方法を提供する。 この方法においても、工具要素作業面へのイオ
ン注入は作業面全体又は摩耗の集中する作業面の
一部に対して行なわれる。 本発明による一つの方法では、注入イオンは、
焼結炭化物のマトリツクス中のコバルトと反応し
てコバルトの非金属組成物を作るようなものであ
り、例えば、コバルト炭化物を形成するために炭
素イオンが注入され、或はコバルト炭化物を形成
するためにCo+イオンが注入され、若しくは、コ
バルト炭化物を形成する炭素とコバルト酸化物を
形成する酸素の両方をもたらすようにCo+イオン
が注入される。 これらのイオンの注入深さはピーク（平均値）
がほぼ0.1μの正規分布となる。また、後述するイ
オンの種類に応じて、表面のコバルトは全体のう
ち10％乃至20％が、注入されたイオンと反応す
る。硬質炭化物の粒子はそれらの表面に生じた圧
縮力により硬化する。 コバルト炭化物又はコバルト酸化物の形成は、
コバルトと工具要素で加工される金属との間に起
る結合（welding）の可能性を減ずる。又、注入
されたイオンはコバルトと炭化物の粒子との間の
界面へ移動してその結合を良くするものと考えら
れる。 特に、注入された炭素イオンはタングステンの
空格子点をつくり、これらの空格子点は硬いダイ
ヤモンド状組織の炭素で占められる。 使用できる他のイオンの種類はB+，N+，O+，
Ｃ+，He+，Br+，Be+，Ne+、又はAr+を包含
する。 本発明による他の方法では、軟質の酸化物を形
成するイオンが、ダイスおよび又は金属をダイス
を通して押し込むためのポンチのような工具要素
の作業面に注入される。酸化物を形成するのに必
要な酸素はすでに存在していても良いし或いは同
時に注入されても良い。適当なイオンの種類は
Fe+，Cu+，Zn+，Mo+，Ag+，Cd+，In+，Sn+お
よびPb+である。工具要素のあるものは、そのそ
れ自体で固形潤滑剤を形成するに十分軟質である
ことに気付くべきである。 本発明による第３の方法では、注入されたイオ
ンは、潤滑剤分子の、工具要素の作業面への付着
を高めて境界潤滑を促進し、これによつて、ダイ
ス中に含まれたコバルトと成形される金属との間
の金属と金属との接触を阻止する。適当なイオン
の種類は、原子価の高い元素のもの、安定な硫化
物を形成する元素のものおよびアルカリ金属のも
のである。例えば、Li；Na；Mg；Ｋ；Ca；
Ti；Ｖ；Mo；Ｗ；又はBiのものである。 一般的には、イオンは、これらが、イオンの注
入される材料で硬い組成物を形成することができ
るようなものでなければならず、イオンは、次の
性質の１つ又はそれ以上を有し、即ちイオンが注
入された種類で組成物の強力に結合したネツトワ
ークを形成することができるように３よりも大き
い原子価をもたなければならず、そしてイオン
は、イオンの発生と注入を容易にするようできる
だけ軽くしなければならない。 今本発明を添附図面を参照して一層詳細に説明
する。 第１図を参照すると、代表的な焼結炭素引抜ダ
イスは、中心に穴２をもつた焼結炭素の円筒形ボ
デー１からなる。中心の穴２は、絞りセクターと
して知られる先細部分３、支持部分として知られ
る円筒形部分４および截頭円錐形部分５を有す
る。 線引抜ダイスを作るのに使用される他の焼結炭
化物材料は「ステライト」として知られるもので
ある。 実際には、一連のダイスが用いられ、最後のダ
イスは、製造されるべき線の直径に等しい直径を
もつた支持部分を有し、線に変えられるべき金属
ビレツトはダイスを通して引抜かれる。 焼結タングステン炭化物で作られた６個のかか
るダイスの中心の穴２に所定量のヘリウム、窒素
および炭素のイオンを注入した。かかるイオン注
入は半導体技術分野で採用されているイオン注入
と同様な方法で行なう。つまり、処理されるべき
物品すなわちダイスを注入イオン源の入つている
真空室の中に配置し、真空室内の圧力を約１×
10-6トルまで下げ、ダイス（物品）とイオン源と
の間の電位差を10〜400kevにしてイオンを、該
イオンがダイスの穴２の部分に注入されるのに十
分なエネルギでダイスの穴２の部分に当てる。適
当な時間が経つた後、イオン注入を停止してダイ
スを真空室から取り出す。 適当なイオン源は英国特許第1414626号に記載
されているような双陽極イオン源であり、このイ
オン源は長さ方向スリツトをもつ円筒形陰極と、
２本の中心に置かれた平行な陽極とから成り、陽
極は又、陰極のスリツトと一線をなしている。こ
れ又陰極のスリツトと一線をなしたスリツトをも
つ一本又はそれ以上の引出し電極を採用する。所
望のイオンを含むガス又は蒸気を円筒形陰極の空
所に導入し、或いは適当な気体イオン源がなけれ
ば、イオン材料の被覆を陰極の内側につけるのが
良く、そうすれば陰極内の電界中を循環している
勢いのある電子による衝突の結果、イオンを作る
ことができる。陰極は、陰極内の電子の旋回半径
が陰極の直径よりも大きいような寸法形状であ
る。上述の技術を利用して、３つのダイスに、略
１×1017イオン／cm2のイオン量を注入し、３つの
ダイスに、略５×1017イオン／cm2のイオンの量を
注入した。 次に、次の如くテストを行なつた。 ステージ１ 1017イオン／cm2のイオン量を注入し
た３つのダイスを使用して各々同じ生産バ
ツチから３トンの銅棒を引抜いた。 ステージ２ ５×1017イオン／cm2のイオン量を注
入した３つのダイスを使用して各々同じ生
産バツチから３トンの銅棒を引抜き、結果
を在来のイオン注入の施されていないダイ
スと比較した。 ステージ３ ステージ２で使用したダイスを再び
使用し、新たな１組のバツクアツプダイス
を使用して３トンの棒を引抜いた。 ステージ４ 線の直径（公称2.8448mm）が規準加
工公差から外れるまで同じダイスを使用し
た。ステージ３におけるように、新たな１
組のバツクアツプダイスを使用した。 実験のあらゆるステージについて、引抜速度は
37℃の温度で毎分約588.3ｍ（1930フイート）で
あつた。テストの結果は次の表に要約されてお
り、また第２図にグラフで示したある。
金属加工工具に関し、特に、かかる材料で作られ
たダイスに関する。特に、本発明はタングステン
炭化物で作られた金属成形用ダイスに関する。 焼結炭化物の工具は、タングステン、タンタ
ル、モリブデン、又はチタンのような１つ又はそ
れ以上の耐火金属の炭化物と、クロムのような他
の金属単独又はこれと一諸に、コバルトを含有す
る粉末マトリツクス材料との混合物を水素の雰囲
気中で高温、高圧で焼結することによつて作られ
る。いずれの場合にも、コバルトがまず融解して
炭化物粒子間に延性結合を形成する。 鉄含有金属の加工を伴なう工程に使用されるタ
ングステン炭化物は、金属中の鉄がタングステン
炭化物のコバルトマトリツクスに付着し、その結
果、すりむけ（galling）によりダイスの面を破
損させてしまうという或る種の損傷を示してい
る。同様なメカニズムが、コバルトおよびクロム
のマトリツクス中にタングステン炭化物およびク
ロム炭化物を含む非鉄金属である、「ステライト」
として知られている材料で作られたダイスについ
ても起るものと考えられる。 上述の問題が起るような鉄金属の加工を伴なう
代表的な工程は、薄い金属板の平らな素材から、
カン、その他の容器の中空金属ボデーを製造する
工程である。素材は、少くとも１つの環状ダイス
とポンチによつて深絞りされる。この加工法は代
表的には、最終ボデーの長さに応じて１つ以上の
段階からなる。例えば、平らな素材を先ずカツプ
の形に絞り、引き続いて、カツプの側壁を伸長さ
せる。この伸長は、ポンチで支えられていたカツ
プを、側壁の希望長さが得られるまで、１つ又は
それ以上の環状ダイスに押し通すことによつて行
なわれる。これらのダイスは、伸長が、すべて又
は主として、カツプの基部（ベース）から側壁へ
の金属のいかなる著しい流れ（壁のアイアニン
グ）も伴なうことなしに、壁の厚さを減少するこ
とによつて得られるような寸法形状のものであ
る。別の例として、ダイスの１つ又はそれ以上
は、壁のアイアニングを或る程度同時に生ぜじめ
或は生ぜしめることなく、カツプの基部から金属
を引き伸ばすことによつて側壁を伸長させるよう
なものである。 容器のような中空金属ボデーを作るもう１つの
普通の方法は、平らな金属素材を環状ダイスを通
して押出す方法であり、この場合、素材はポンチ
によつてダイスから押出される。 使用されるダイスおよびポンチが焼結炭化物で
作られた加工面を有しているときには、上述した
種類の損傷が起る。 本発明によれば、上述したような焼結炭化物材
料で作られた金属加工工具要素の処理方法を提供
するものであつて、これは、工具要素の作業面
に、焼結炭化物の工具要素のマトリツクス金属と
この工具要素によつて加工される金属との相互作
用を阻止するような方法で工具要素の作業面を変
更するような物質のイオンを注入する操作からな
る。 本発明による１つの観点では、焼結タングステ
ン炭化物で作られた金属加工ダイスの処理方法を
提供するものであつて、これは、ダイスの作業面
に、焼結タングステン炭化物のマトリツクス金属
とダイスによつて成形される金属との相互作用を
阻止するような方法でダイスの作業面を変更する
ような物質のイオンを注入する操作からなる。 又、本発明によれば、焼結炭化物の工具要素の
マトリツクス金属とこの工具要素によつて加工さ
れる金属との相互作用を阻止するような方法で、
作業面を変更するような物質のイオンが注入され
た作業面をもつ焼結炭化物の金属加工工具要素を
提供するものである。 上述のイオン注入は、工具要素又はダイス作業
面全体、又は摩耗の集中する作業面の一部に対し
て行なわれる。 焼結炭化物の工具要素の特定な形態は、焼結タ
ングステン炭化物で作られたダイスである。 これらのダイスは、金属をダイスに押し入れ或
は押し通すためのポンチと関連して使用される。
ポンチは、鋼および又は焼結炭化物で作られ、こ
の場合、ポンチはダイスと同じ方法で処理するこ
とができる。 工具要素の他形態は次の通りである。 「ステライト」として知られている材料で作ら
れた線引抜ダイスのような焼結炭化物のダイス。 ２回の作業で、カンの端をカンのボデーに固定
する二重シームを形成するシーム用ロールおよ
び、シーム作業中カンの端の中央に係合するシー
ム用チヤツクからなるシーム用工具。 カンの金属端閉鎖部材を成形するためのポン
チ。 又本発明による他の観点では、作業面に、焼結
炭化物の工具要素のマトリツクス材料と物品を作
る金属との相互作用を阻止するような方法で工具
要素の作業面を変更するような物質のイオンを注
入した少くとも１つの焼結炭化物の工具要素を使
用して金属物品を製造する方法を提供する。 この方法においても、工具要素作業面へのイオ
ン注入は作業面全体又は摩耗の集中する作業面の
一部に対して行なわれる。 本発明による一つの方法では、注入イオンは、
焼結炭化物のマトリツクス中のコバルトと反応し
てコバルトの非金属組成物を作るようなものであ
り、例えば、コバルト炭化物を形成するために炭
素イオンが注入され、或はコバルト炭化物を形成
するためにCo+イオンが注入され、若しくは、コ
バルト炭化物を形成する炭素とコバルト酸化物を
形成する酸素の両方をもたらすようにCo+イオン
が注入される。 これらのイオンの注入深さはピーク（平均値）
がほぼ0.1μの正規分布となる。また、後述するイ
オンの種類に応じて、表面のコバルトは全体のう
ち10％乃至20％が、注入されたイオンと反応す
る。硬質炭化物の粒子はそれらの表面に生じた圧
縮力により硬化する。 コバルト炭化物又はコバルト酸化物の形成は、
コバルトと工具要素で加工される金属との間に起
る結合（welding）の可能性を減ずる。又、注入
されたイオンはコバルトと炭化物の粒子との間の
界面へ移動してその結合を良くするものと考えら
れる。 特に、注入された炭素イオンはタングステンの
空格子点をつくり、これらの空格子点は硬いダイ
ヤモンド状組織の炭素で占められる。 使用できる他のイオンの種類はB+，N+，O+，
Ｃ+，He+，Br+，Be+，Ne+、又はAr+を包含
する。 本発明による他の方法では、軟質の酸化物を形
成するイオンが、ダイスおよび又は金属をダイス
を通して押し込むためのポンチのような工具要素
の作業面に注入される。酸化物を形成するのに必
要な酸素はすでに存在していても良いし或いは同
時に注入されても良い。適当なイオンの種類は
Fe+，Cu+，Zn+，Mo+，Ag+，Cd+，In+，Sn+お
よびPb+である。工具要素のあるものは、そのそ
れ自体で固形潤滑剤を形成するに十分軟質である
ことに気付くべきである。 本発明による第３の方法では、注入されたイオ
ンは、潤滑剤分子の、工具要素の作業面への付着
を高めて境界潤滑を促進し、これによつて、ダイ
ス中に含まれたコバルトと成形される金属との間
の金属と金属との接触を阻止する。適当なイオン
の種類は、原子価の高い元素のもの、安定な硫化
物を形成する元素のものおよびアルカリ金属のも
のである。例えば、Li；Na；Mg；Ｋ；Ca；
Ti；Ｖ；Mo；Ｗ；又はBiのものである。 一般的には、イオンは、これらが、イオンの注
入される材料で硬い組成物を形成することができ
るようなものでなければならず、イオンは、次の
性質の１つ又はそれ以上を有し、即ちイオンが注
入された種類で組成物の強力に結合したネツトワ
ークを形成することができるように３よりも大き
い原子価をもたなければならず、そしてイオン
は、イオンの発生と注入を容易にするようできる
だけ軽くしなければならない。 今本発明を添附図面を参照して一層詳細に説明
する。 第１図を参照すると、代表的な焼結炭素引抜ダ
イスは、中心に穴２をもつた焼結炭素の円筒形ボ
デー１からなる。中心の穴２は、絞りセクターと
して知られる先細部分３、支持部分として知られ
る円筒形部分４および截頭円錐形部分５を有す
る。 線引抜ダイスを作るのに使用される他の焼結炭
化物材料は「ステライト」として知られるもので
ある。 実際には、一連のダイスが用いられ、最後のダ
イスは、製造されるべき線の直径に等しい直径を
もつた支持部分を有し、線に変えられるべき金属
ビレツトはダイスを通して引抜かれる。 焼結タングステン炭化物で作られた６個のかか
るダイスの中心の穴２に所定量のヘリウム、窒素
および炭素のイオンを注入した。かかるイオン注
入は半導体技術分野で採用されているイオン注入
と同様な方法で行なう。つまり、処理されるべき
物品すなわちダイスを注入イオン源の入つている
真空室の中に配置し、真空室内の圧力を約１×
10-6トルまで下げ、ダイス（物品）とイオン源と
の間の電位差を10〜400kevにしてイオンを、該
イオンがダイスの穴２の部分に注入されるのに十
分なエネルギでダイスの穴２の部分に当てる。適
当な時間が経つた後、イオン注入を停止してダイ
スを真空室から取り出す。 適当なイオン源は英国特許第1414626号に記載
されているような双陽極イオン源であり、このイ
オン源は長さ方向スリツトをもつ円筒形陰極と、
２本の中心に置かれた平行な陽極とから成り、陽
極は又、陰極のスリツトと一線をなしている。こ
れ又陰極のスリツトと一線をなしたスリツトをも
つ一本又はそれ以上の引出し電極を採用する。所
望のイオンを含むガス又は蒸気を円筒形陰極の空
所に導入し、或いは適当な気体イオン源がなけれ
ば、イオン材料の被覆を陰極の内側につけるのが
良く、そうすれば陰極内の電界中を循環している
勢いのある電子による衝突の結果、イオンを作る
ことができる。陰極は、陰極内の電子の旋回半径
が陰極の直径よりも大きいような寸法形状であ
る。上述の技術を利用して、３つのダイスに、略
１×1017イオン／cm2のイオン量を注入し、３つの
ダイスに、略５×1017イオン／cm2のイオンの量を
注入した。 次に、次の如くテストを行なつた。 ステージ１ 1017イオン／cm2のイオン量を注入し
た３つのダイスを使用して各々同じ生産バ
ツチから３トンの銅棒を引抜いた。 ステージ２ ５×1017イオン／cm2のイオン量を注
入した３つのダイスを使用して各々同じ生
産バツチから３トンの銅棒を引抜き、結果
を在来のイオン注入の施されていないダイ
スと比較した。 ステージ３ ステージ２で使用したダイスを再び
使用し、新たな１組のバツクアツプダイス
を使用して３トンの棒を引抜いた。 ステージ４ 線の直径（公称2.8448mm）が規準加
工公差から外れるまで同じダイスを使用し
た。ステージ３におけるように、新たな１
組のバツクアツプダイスを使用した。 実験のあらゆるステージについて、引抜速度は
37℃の温度で毎分約588.3ｍ（1930フイート）で
あつた。テストの結果は次の表に要約されてお
り、また第２図にグラフで示したある。
【表】
グラフからわかるように、たつた３トンの線を
在来のイオン注入の施されていないダイスで引抜
いただけではあるが、経験が示すところによれ
ば、同じ条件のもとでの在来のイオン注入の施さ
れていないダイスによる歩溜り、換言すると、こ
の在来のダイスによつて作られる満足のゆく製品
の量は製造された線が標準の加工公差から外れる
ようになるまでの約５トンである（第２図参照） 実験の最初のステージは、たつた１×1017イオ
ン／cm2のイオン量ではダイスの摩耗を著しく減じ
ていないことを示唆している。バツクアツプダイ
スの摩耗はステージ２〜４におけるものよりも高
く、これは、ステージ１において使用した供給材
料とステージ２〜４での供給材料との間の或る違
いを指示するのかも知れない。 図面の第３図を参照すると、薄い金属カンの造
工程において一連の円筒形カンボデーを成形する
のに使用されるダイスリングは、焼結タングステ
ン炭化物の挿入体３２をもつた厚さ25.4mm、直径
略15.24cmの鋼製リング３１からなる。 挿入体３２は截頭円錐形部分３４および円筒形
部分３５を有する穴３３を中心に有し、円筒形部
分の直径は、カンボデーの加工片がダイスリング
を立ち去るときのカンボデー加工片の直径であ
る。穴３３の内面は正確に機械加工され且つ仕上
げられている。 穴３３の截頭円錐形部分３４と円筒形部分３５
との接合部のまわりに対称的に配置されている巾
12.7mmの円周ストリツプ３６に、Co+イオンを
120Kevのエネルギーで1017イオン／cm2の全量に
まで注入する。 実際には、カンボデーの製造では、金属素材
を、適当にホルダに取付けられるダイスリングに
往復運動するポンチで押し込む。一般的には、複
数個のかかるダイスリングを一連に並べて使用
し、次々のダイスリングの間に直径約0.0762mmの
差がある。ポンチは全体が鋼で作られても良いし
或は、ポンチに焼結炭化物のリングを取付けても
良い。後者の場合、焼結炭化物のリングがダイス
リングについて使用したイオン注入処理と同様な
イオン注入処理を受けても良い。 ブリキ板の代りに平らな軟硬を用いて困難な条
件のもとに、一組のイオンを注入したダイスリン
グで破損が起る前に350個のカンボデーを連続的
に製造した。これに対して同一ではあるが処理さ
れていないダイスはいかなるカンボデーをも製造
することに失敗した。 第４図は、取付物４２で保持され、焼結炭化物
で作られた押出しダイス挿入体４１を示してい
る。関連したポンチ４３は、その作業端に取付け
られた焼結炭化物の端キヤツプ４４をもつてい
る。挿入体４１は中心にテーパしている穴４５を
有し、そのより小さい直径はダイスによつて形成
されるべきカンボデーの直径である。穴４５の入
口には丸味が付けられているが、出口はシヤープ
な線４６を有している。この線４６とその隣接し
た領域は、ポンチ４３の端キヤツプ４４の表面が
有するように、前に説明した如きイオン注入処理
を受けている。 所望ならば、ポンチ４３の作動端に、完全な端
キヤツプの代りに焼結炭化物材料で作られた摩耗
リングを嵌めても良く、この場合、使用中露出す
る摩耗リングの表面にイオン注入処理を施す。 第５図は、金属カンの端キヤツプを製造する装
置を示し、該装置では、ポンチ５２とアンビル５
３との間で平らな金属素材５１が変形される。ポ
ンチ５２は、該ポンチ５２の主本体５５に取付け
られ焼結炭化物材料で作られた突出している周囲
部分５４を有している。アンビル５３は、これ又
焼結炭化物材料で作られた溝付環状部分５６を有
し、これは、図示のように、ポンチ５２の周囲部
分５４と協働する。ポンチ５２の周囲部分５４の
作業面およびアンビル５３の溝付部分５６の作業
面は上述したようなイオン注入処理を受ける。 適当な焼結炭化物材料はタングステン炭化物お
よび「ステライト」として知られるものである。 第６図は端キヤツプを金属カンボデーに取付け
る装置を示す。カンボデー６１は図示のように回
転するターンテーブル（図示せず）に取付けられ
る。カンボデー６１に前もつて置かれている端キ
ヤツプ６２をシーム用チヤツク６３で保持する。
第１のシームロール６４が端キヤツプ６２の外部
分６５を、これがカンボデー６１のフランジ６６
の下にカールするように変形させる。次に第２の
シームロール６７が端キヤツプ６２の外部分とカ
ンボデー６１のフランジ６６を一層変形させて第
６図の最終部分で示されているように密封を形成
する。 シームロール６４および６７の作業面は、シー
ム用チヤツク６３の端の周囲部分と同様に焼結炭
化物材料で作られる。シームロール６４，６７の
作業面は、これが焼結炭化物材料で作られるとき
シーム用チヤツク６３の作業面と同様に、上述し
たようなイオン注入処理を受ける。この場合にお
ける好ましい焼結炭化物材料は「ステライト」と
して知られている材料である。
在来のイオン注入の施されていないダイスで引抜
いただけではあるが、経験が示すところによれ
ば、同じ条件のもとでの在来のイオン注入の施さ
れていないダイスによる歩溜り、換言すると、こ
の在来のダイスによつて作られる満足のゆく製品
の量は製造された線が標準の加工公差から外れる
ようになるまでの約５トンである（第２図参照） 実験の最初のステージは、たつた１×1017イオ
ン／cm2のイオン量ではダイスの摩耗を著しく減じ
ていないことを示唆している。バツクアツプダイ
スの摩耗はステージ２〜４におけるものよりも高
く、これは、ステージ１において使用した供給材
料とステージ２〜４での供給材料との間の或る違
いを指示するのかも知れない。 図面の第３図を参照すると、薄い金属カンの造
工程において一連の円筒形カンボデーを成形する
のに使用されるダイスリングは、焼結タングステ
ン炭化物の挿入体３２をもつた厚さ25.4mm、直径
略15.24cmの鋼製リング３１からなる。 挿入体３２は截頭円錐形部分３４および円筒形
部分３５を有する穴３３を中心に有し、円筒形部
分の直径は、カンボデーの加工片がダイスリング
を立ち去るときのカンボデー加工片の直径であ
る。穴３３の内面は正確に機械加工され且つ仕上
げられている。 穴３３の截頭円錐形部分３４と円筒形部分３５
との接合部のまわりに対称的に配置されている巾
12.7mmの円周ストリツプ３６に、Co+イオンを
120Kevのエネルギーで1017イオン／cm2の全量に
まで注入する。 実際には、カンボデーの製造では、金属素材
を、適当にホルダに取付けられるダイスリングに
往復運動するポンチで押し込む。一般的には、複
数個のかかるダイスリングを一連に並べて使用
し、次々のダイスリングの間に直径約0.0762mmの
差がある。ポンチは全体が鋼で作られても良いし
或は、ポンチに焼結炭化物のリングを取付けても
良い。後者の場合、焼結炭化物のリングがダイス
リングについて使用したイオン注入処理と同様な
イオン注入処理を受けても良い。 ブリキ板の代りに平らな軟硬を用いて困難な条
件のもとに、一組のイオンを注入したダイスリン
グで破損が起る前に350個のカンボデーを連続的
に製造した。これに対して同一ではあるが処理さ
れていないダイスはいかなるカンボデーをも製造
することに失敗した。 第４図は、取付物４２で保持され、焼結炭化物
で作られた押出しダイス挿入体４１を示してい
る。関連したポンチ４３は、その作業端に取付け
られた焼結炭化物の端キヤツプ４４をもつてい
る。挿入体４１は中心にテーパしている穴４５を
有し、そのより小さい直径はダイスによつて形成
されるべきカンボデーの直径である。穴４５の入
口には丸味が付けられているが、出口はシヤープ
な線４６を有している。この線４６とその隣接し
た領域は、ポンチ４３の端キヤツプ４４の表面が
有するように、前に説明した如きイオン注入処理
を受けている。 所望ならば、ポンチ４３の作動端に、完全な端
キヤツプの代りに焼結炭化物材料で作られた摩耗
リングを嵌めても良く、この場合、使用中露出す
る摩耗リングの表面にイオン注入処理を施す。 第５図は、金属カンの端キヤツプを製造する装
置を示し、該装置では、ポンチ５２とアンビル５
３との間で平らな金属素材５１が変形される。ポ
ンチ５２は、該ポンチ５２の主本体５５に取付け
られ焼結炭化物材料で作られた突出している周囲
部分５４を有している。アンビル５３は、これ又
焼結炭化物材料で作られた溝付環状部分５６を有
し、これは、図示のように、ポンチ５２の周囲部
分５４と協働する。ポンチ５２の周囲部分５４の
作業面およびアンビル５３の溝付部分５６の作業
面は上述したようなイオン注入処理を受ける。 適当な焼結炭化物材料はタングステン炭化物お
よび「ステライト」として知られるものである。 第６図は端キヤツプを金属カンボデーに取付け
る装置を示す。カンボデー６１は図示のように回
転するターンテーブル（図示せず）に取付けられ
る。カンボデー６１に前もつて置かれている端キ
ヤツプ６２をシーム用チヤツク６３で保持する。
第１のシームロール６４が端キヤツプ６２の外部
分６５を、これがカンボデー６１のフランジ６６
の下にカールするように変形させる。次に第２の
シームロール６７が端キヤツプ６２の外部分とカ
ンボデー６１のフランジ６６を一層変形させて第
６図の最終部分で示されているように密封を形成
する。 シームロール６４および６７の作業面は、シー
ム用チヤツク６３の端の周囲部分と同様に焼結炭
化物材料で作られる。シームロール６４，６７の
作業面は、これが焼結炭化物材料で作られるとき
シーム用チヤツク６３の作業面と同様に、上述し
たようなイオン注入処理を受ける。この場合にお
ける好ましい焼結炭化物材料は「ステライト」と
して知られている材料である。
第１図は本発明を具体化している線引抜ダイス
の断面図、第２図は異なる種類の注入イオンをも
つた線引抜ダイスの性能の変化を示すグラフ図、
第３図は本発明を具体化するダイスリングの断面
図、第４図は本発明を具体化する押出しダイスお
よびポンチの断面図、第５図は金属カンの端を形
成する装置の概略断面図、第６図は金属カンの端
をカンのボデーに取付ける装置の概略図である。
の断面図、第２図は異なる種類の注入イオンをも
つた線引抜ダイスの性能の変化を示すグラフ図、
第３図は本発明を具体化するダイスリングの断面
図、第４図は本発明を具体化する押出しダイスお
よびポンチの断面図、第５図は金属カンの端を形
成する装置の概略断面図、第６図は金属カンの端
をカンのボデーに取付ける装置の概略図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 焼結炭化物材料で作られた金属加工工具要素
の処理方法において、焼結炭化物の工具要素のマ
トリツクス金属と工具要素で加工される金属との
相互作用を実質的に阻止するために工具要素の作
業面を変更するような物質のイオンを工具要素の
作業面に注入する操作を包含することを特徴とす
る金属加工工具要素の処理方法。 ２ 注入イオンはB+，Co+，O+，Br+，N+，
Ar+，Be+，He+又はNe+イオンである特許請求
の範囲第１項による処理方法。 ３ 注入イオンは軟質酸化物を形成するようなも
のである特許請求の範囲第１項による処理方法。 ４ 注入イオンはFe+，Cu+，Zn+，Mo+，Ag+，
Cd+，In+，Su+又はPb+である特許請求の範囲第
３項による処理方法。 ５ 注入イオンは、潤滑剤分子の、工具要素又は
ダイスの作業面への付着を容易にして、工具要素
中に含まれたコバルトと工具要素によつて加工さ
れる金属との間の金属と金属との接触を実質的に
阻止するようなものである特許請求の範囲第１項
による処理方法。 ６ イオンは、Li+，Na+，Mg+，K+，Ca+，
Ti+，V+，Mo+，W+又はBi+である特許請求の
範囲第５項による処理方法。 ７ イオンを５×1017イオン／cm2の濃度まで注入
する特許請求の範囲第１項〜第６項のうちいずれ
か１つの項による処理方法。 ８ 焼結炭化物材料は、コバルトおよびクロムの
マトリツクス中のタングステン炭化物およびクロ
ム炭化物からなる特許請求の範囲第１項による工
具要素。 ９ 焼結タングステン炭化物で作られた金属加工
ダイスの処理方法において、焼結タングステン炭
化物のマトリツクス金属とダイスによつて形成さ
れる金属との相互作用を実質的に阻止するために
ダイスの作業面を変更するような物質のイオンを
ダイスの作業面に注入する操作を包含することを
特徴とする金属加工ダイスの処理方法。 １０ 注入イオンはB+，Co+，O+，Br+，N+，
Ar+，Be+，He+又はNe+である特許請求の範囲
第９項による処理方法。 １１ 注入イオンはCo+，N+，He+イオンである
特許請求の範囲第９項による処理方法。 １２ 注入イオンは軟質酸化物を形成するような
ものである特許請求の範囲第９項による処理方
法。 １３ 注入イオンはFe+，Cu+，Zn+，Mo+，
Ag+，Cd+，In+，Su+又はPb+である特許請求の
範囲第１２項による処理方法。 １４ 注入イオンは、潤滑剤分子の、工具要素又
はダイスの作業面への付着を容易にして、工具要
素中に含まれたコバルトと工具要素によつて加工
される金属との間の金属と金属との接触を実質的
に阻止するようなものである特許請求の範囲第９
項による処理方法。 １５ イオンは、Li+，Na+，Mg+，K+，Ca+，
Ti+，V+，Mo+，W+又はBi+である特許請求の
範囲第１４項による処理方法。 １６ イオンを５×1017イオン／cm2の濃度まで注
入する特許請求の範囲第９項〜第１５項のうちい
ずれか１つの項による処理方法。 １７ 焼結炭化物の金属加工工具要素において、
焼結炭化物の工具要素のマトリツクス金属と工具
要素によつて加工される金属との相互作用を実質
的に阻止するために作業面を変更するような物質
のイオンが工具要素の作業面に注入されているこ
とを特徴とする金属加工工具要素。 １８ 焼結炭化物が焼結タングステン炭化物であ
る特許請求の範囲第１７項による金属加工工具要
素。 １９ 焼結炭化物は、コバルトおよびクロムのマ
トリツクス中のタングステン炭化物およびクロム
炭化物からなる特許請求の範囲第１７項による金
属加工工具要素。 ２０ 工具要素は金属加工ダイスである特許請求
の範囲第１７項〜１９項のうちいずれか１つの項
による金属工具要素。 ２１ 工具要素は引抜きおよび金属カンボデーの
壁アイアニングに使用されるダイスからなる特許
請求の範囲第２０項による工具要素。 ２２ 工具要素は線の引抜きに使用されるダイス
からなる特許請求の範囲第２０項による工具要
素。 ２３ 工具要素は、金属カンの端をカンボデーに
固定する二重シームを形成するためシーム用チヤ
ツクと関連して使用されるシームロームからなる
特許請求の範囲第１７項〜第１９項のうちいずれ
か１つの項による工具要素。 ２４ 工具要素は、金属カンの端キヤツプを形成
するためダイスからなる他の工具要素と関連して
使用されるポンチからなる特許請求の範囲第１７
項〜１９項のうちいずれか１つの項による工具要
素。 ２５ 作業面に、B+，N+，O+，Ｃ+，He+，
Co+，Br+又はBe+イオンが注入されている特許
請求の範囲第１７項〜第２４項のうちいずれか１
つの項による工具要素。 ２６ 作業面に、Fe+，Cu+，Zn+，Mo+，Ag+，
Cd+，In+，Sn+又はPb+イオンが注入されている
特許請求の範囲第１７項〜第２４項のうちいずれ
か１つの項による工具要素。 ２７ 注入面への潤滑剤分子の付着を容易にし
て、これらの面中に含まれたコバルトと工具要素
によつて加工される金属との間の金属と金属との
接触を実質的に阻止するようなイオンが作業面に
注入されている特許請求の範囲第１７項〜第２４
項のうちいずれか１つの項による工具要素。 ２８ 作業面に、Li+，Na+，Mg+，K+，Ca+，
Ti+，V+，Mo+，W+又はBi+イオンが注入され
ている特許請求の範囲第２７に項よる工具要素。 ２９ イオンの濃度は５×1017イオン／cm2である
特許請求の範囲第１１項〜第２８項のうちいずれ
か１つの項による工具要素。
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