JP2015157314A - Ｚｎ系めっき鋼板の打抜き方法 - Google Patents

Abstract

【課題】打抜き加工製品の打抜き端面の耐食性低下を抑制するＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の打抜き加工方法を提供する。【解決手段】打抜き加工するにあたり、前記のダイおよびパンチの何れかの肩部Ｒに以下に示す式（１）から算出した曲率半径を付与した金型を用いて、ダイとパンチの間のクリアランスを前記鋼板の板厚の１０％以下として打抜き加工を行うＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の打抜き加工方法。0.1?（（PＨＶ／SＨＶ）?tＳ／t）?t≰Ｒ≰0.5?（（PＨＶ／SＨＶ）?tＳ／t）?t）・・（１）ここで、ＰＨＶ：めっき金属の硬さ、ＳＨＶ：素地鋼板の硬さ、ｔ：めっき鋼板の板厚、ｔＳは素地鋼板の板厚、０．１〜０．５は係数である。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｚｎを含むめっき金属が被覆されているＺｎ系めっき鋼板を、打抜き加工に
より切断した際に発生する打抜き端面の耐食性低下を抑制する方法に関する。

従来、自動車部品や家電部品等の塑性加工製品は、冷延鋼板を塑性加工して所定寸法の形状をつくり、その後にＺｎめっきを施して（ポストＺｎめっき）部品を製造することが一般的であったが、近年においては、部品の耐食性や耐久性の向上および工程省略によるコスト低減の目的のため、素材としてＺｎやＺｎ合金を鋼板表面に被覆したＺｎ系めっき鋼板を用い、その鋼板を塑性加工して部品を製造することが多くなっている。本明細書では、ＺｎやＺｎを含む合金を鋼板の表面にめっきした鋼板を、Ｚｎ系めっき鋼板と称する。 Ｚｎ系めっき鋼板の塑性加工のうち、絞り加工や張出し加工、曲げ加工では、めっき層に割れや剥離などのダメージを受けるものの、金型条件や加工条件、潤滑油種類などの条件変更により、これらのダメージは回避あるいは抑制することができる。しかし、最終製品形状とするためにフランジを除去するなどの、Ｚｎ系めっき鋼板を任意形状に切断するような加工では、切断した端面はめっき金属が全く存在しない、あるいは部分的に存在しない状態になってしまう。このように、切断端面にめっき金属がない領域が存在すると、その領域から赤錆が発生しやすくなり、その赤錆が、めっき金属が存在する平面部にまで拡大し、製品の外観や強度を劣化させる問題が出てくる。
Ｚｎ系めっき鋼板の切断方法としては、通常、パンチとダイによる打抜き加工が行われている。そして、この打抜き端面の防錆能力を向上させる方法として、例えば、特許文献１に示すように、打抜き端面の全部または一部に表面処理剤（防錆剤）を塗布する金属板製部品の製造方法が知られている。あるいは、
特許文献２に示すように、打抜き端面をＡｌやＺｎ系めっき鋼板などを素材とした被覆部材で覆う方法が提案されている。また、特許文献３では、板厚２ｍｍ以下のＺｎ系めっき鋼板において、パンチかダイの何れかの肩部に前記Ｚｎ系めっき鋼板の板厚の０．１〜０．５倍の曲率半径を持たせた金型を用いて打抜き加工を行い、打抜き加工後の打抜き端面のせん断面比率が９０％以上で、かつせん断面の亜鉛被覆率が５０％以上とする方法も提案されている。この技術は、Ｚｎ系めっきが鋼板に対して有する犠牲防食作用を利用しようとするものである。

特開２００６−３１５０５２号公報 特開２０００−３４５８６号公報 特許第５２７２５１８号公報

このように、特許文献１や特許文献２で提案されている方法では、表面処理剤（防錆剤）の塗布や被覆部材の製造を別途行う必要があるため、表面処理剤とその塗布作業あるいは被覆部材の素材や製造に拘わるコストが増加して、結果として打抜き加工自体のコストが高くなるという問題が発生する。
また、特許文献３のＺｎ系めっき鋼板の切断方法は、切断端面の全域にめっき金属が存在すれば、どのような環境においても防錆能力が向上するが、せん断面の亜鉛被覆率が５０％であっては、被覆されている亜鉛は打抜き端面全体の５０％以下となるため、製品が置かれる環境によって犠牲防食作用が不十分で赤錆が発生してしまい適用できない場合が出てくる。

そのため、本発明では、Ｚｎ系めっき鋼板の切断方法に関して、コスト上昇を抑制して
、打抜き端面での赤錆発生も抑制する方法を提供することを目的とする。

本発明の加工方法は、その目的を達成するため、ダイとパンチおよび板押えからなる金型を用いてＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を打抜き加工する方法であって、前記のダイおよびパンチの何れかの肩部の曲率半径Ｒを、以下に示す式（１）から算出される値の範囲内とし、ダイとパンチの間のクリアランスを前記鋼板の板厚の１０％以下として打抜き加工を行うことを特徴としている。
0.1×（（P_ＨＶ／S_ＨＶ）×t_Ｓ／t）×t≦Ｒ≦0.5×（（P_ＨＶ／S_ＨＶ）×t_Ｓ／t）×t）・・（１）
ここで、Ｐ_ＨＶ：めっき金属の硬さ、Ｓ_ＨＶ：素地鋼板の硬さ、ｔ：めっき鋼板の板厚、ｔ_Ｓは素地鋼板の板厚である。

本発明のＺｎ系めっき鋼板の打抜き加工方法においては、式（１）で示したように、めっき金属の硬さと素地鋼板の硬さとの比率および素地鋼板の厚みを基にして、ダイあるいはパンチの肩部の曲率半径Ｒを決定している。つまり、めっき金属の硬さと素地鋼板の硬さとの比率は、めっき金属の変形レベルを考慮している項目であり、素地鋼板の板厚は、打抜き端面にめっき金属を廻り込ませる領域を考慮している。これらの項目は、何れも打抜き端面へのめっき金属の廻り込みを重視しているものであり、これらの項目を考慮して決定した肩部の曲率半径Ｒを有する金型を用いることにより、めっき金属の廻り込みによる打抜き端面でのめっき被覆領域を大きくすることができる。
また、被打抜き加工素材として、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を用いており、その他のＺｎ系めっき鋼板より打抜き端面の防食機能が高いことから、打抜き端面の全面にめっき金属が被覆していなくても比較的高い打抜き端面の耐食性を確保することができる。

本発明の打抜き加工方法の実施の一形態で、（ａ）ダイに肩部Ｒを付与した打抜き加工方法を説明する模式図（ｂ）パンチに肩部Ｒを付与した打抜き加工方法を説明する模式図

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の対象となるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板は、素地鋼板の表面にＡｌとＭｇを含有したＺｎ合金をめっき金属として被覆したものである。ダイやパンチの肩部に曲率半径Ｒを付与しないで打抜き加工した場合には、打抜き端面の一部分にめっき金属が廻り込んで被覆されるが、この被覆されためっき金属からＺｎとＡｌとＭｇが溶出して、めっき金属が被覆されていない部分に溶出した金属で構成された保護皮膜が形成される。これによって打抜き端面の耐食性が他のＺｎ系めっき鋼板より比較的高くなる特性があり、部品自体の耐食性も向上する。また、打抜き端面以外の平面部の耐食性も、他のＺｎ系めっき鋼板と比較すると優れている特性がある。 Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の素地鋼板は特に限定されず、例えば低炭素鋼や中炭素鋼、高炭素鋼、合金鋼などを使用することができる。また、良好なプレス成形性が必要とされる場合は、低炭素Ｔｉ添加鋼、低炭素Ｎｂ添加鋼などからなる深絞り用鋼板が素地鋼板として好ましい。

本発明の打抜き加工方法は、打抜き端面へのめっき金属の廻り込みを重視している。打抜き加工を行った際は、パンチによるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板への加圧によって、その鋼板が変形した後に、前記鋼板のダイ側（パンチ加圧面の反対側）面の近傍で亀裂が発生して切断されるが、打抜き端面にめっき金属を多く廻り込ませるためには、パンチの加圧によるめっき金属の変形・移動を促進させることが必要である。
めっき金属の変形は、変形能が高いほど、つまり硬さが低いほど大きくなる。つまり、打抜き端面へのめっき金属の廻り込みを多くするには、めっき金属と素地鋼板の硬さを考慮する必要がある。
また、素地鋼板の端面にめっき金属をより広く廻り込ませないと端面の耐食性が低下するため、めっき金属を変形させる必要量も金型の肩部の曲率半径Ｒを決定する因子となる。必要なめっき金属の変形量は素地鋼板の板厚で決定させるが、めっき鋼板の板厚が同じであれば素地鋼板の板厚が決まるとめっき金属の厚みも決まるため、肩部の曲率半径Ｒにはめっき鋼板の板厚に対する素地鋼板の板厚の比率が影響することになる。
しかし、上記のめっき金属と素地鋼板との硬さ比率やめっき鋼板と素地鋼板の板厚比率が同じであっても、めっき鋼板自体の板厚が変化した場合には、打抜き端面のダレやバリの発生に影響を与える。上記の比率のみで肩部の曲率半径Ｒを決定してしまうと、めっき鋼板の板厚が薄い場合には、ダレやバリが発生しやすくなってしまう。
本発明者らは、打抜き端面にめっき金属を廻り込ませて、打抜き穴の品質を確保するための肩部の曲率半径Ｒが、めっき金属と素地鋼板の硬さの比率およびめっき鋼板と素地鋼板の厚みの比率、めっき鋼板の板厚によって左右されることを把握して本発明を完成させた。
肩部の曲率半径Ｒの決定は、上記に示した式（１）で行うが、めっき金属が素地鋼板より硬い場合には、めっき金属の変形がしにくいため肩部の曲率半径Ｒを比較的大きくする必要がある。逆にめっき金属の硬さが素地鋼板のそれより低い場合には、めっき金属が変形しやすいため、曲率半径Ｒを小さくしてもめっき金属の廻り込みを実現することができる
また、めっき金属の打抜き端面への廻り込みは、打抜き端面の素地鋼板表面により広く実現させることが必要であるが、めっき金属の厚みが厚くて素地鋼板の板厚が薄い方が端面の素地鋼板表面により広くめっき金属を存在させやすいため、肩部の曲率半径Ｒはめっき金属が厚いほど、つまりはめっき鋼板と素地鋼板との板厚比率が低いと小さくすることができる。逆にめっき金属の厚みが薄いほど、つまりめっき鋼板と素地鋼板との板厚比率が高いと肩部の曲率半径Ｒを大きくする必要がある。
しかし、上記の比率が同じでも、めっき鋼板自体の板厚が異なる場合には、打抜いたときのめっき鋼板の変形状態も異なってくる。めっき鋼板の板厚が小さくなると、打抜き端面にダレやバリが発生にしやすくなり、端面の品質を劣化させてしまう。
本発明者らは、種々の検討を行った結果、めっき金属と素地鋼板の硬さの比率およびめっき鋼板と素地鋼板の厚みの比率、めっき鋼板の板厚に係数の０．１から０．５の値を乗じることによって肩部Ｒを導き出せることを見出した。係数が０．１より小さい場合はめっき金属の廻り込みが不十分となり、０．５より大きい場合には、打抜き加工した端面のダレが発生してしまう。
さらに、パンチとダイのクリアランスに関しては、めっき鋼板の板厚の１０％以下としている。クリアランスを１０％を超える設定にすると、打抜き加工した端面のダレが大きくなってしまう。
パンチの加圧で打抜いた部品の端面にめっき金属を廻り込ませる場合は、図１（ａ）に図示したようにダイに肩部Ｒを付与し、打抜かれた穴にめっき金属を廻り込ませる場合は、図１（ｂ）に図示したようにパンチに肩部Ｒを付与する。

Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇめっき鋼板１として、めっき鋼板の板厚と片面のめっき金属の厚みと素地鋼板の硬さを変更したものを用いた。打抜き加工は、直径が９ｍｍのパンチ２と、クリアランスによって内径を変更したダイ３を用いるとともに、肩部Ｒ４もパンチ２とダイ３に各々付与しており、板押え５でＺｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇめっき鋼板１を固定して行った。

打抜き加工端面の状態については、端面の断面を観察してめっき金属の廻り込み領域とダレ発生有無を確認した。めっき金属の廻り込み領域は、端面の厚みに対するめっき金属の廻り込み長さの比率で評価した。

結果を表１に示す。Ｎｏ．１０は、ダイとパンチの間のクリアランスが１５％で過大であったためダレが発生した。Ｎｏ．１６はダイ肩Ｒの曲率半径が０．８ｍｍであり、これは式（１）式における範囲外の金型条件であったため、打抜き端面へのめっき金属の廻り込み率が７０％であり、１００％にならなかった。
Ｎｏ．３はダイ肩Ｒが０．６ｍｍであり、これは式（１）における範囲より大きい金型条件であったため、ダレが発生した。
本発明の打抜き加工方法に従えば、打抜き端面の全域に渡ってめっき金属を廻り込ませることができ、ダレの発生もなかった。

本発明にかかる打抜き加工方法は、Ｚｎ−６％Ａｌ−３％Ｍｇめっき鋼板を素材として、打抜き加工により製作する部品の打抜き端面の耐食性低下を抑制する上で好適である。

１ Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板
２ パンチ
３ ダイ
４ 肩部Ｒ
５ 板押え

Claims (1)

1. ダイとパンチおよび板押えからなる金型を用い、
   Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を打抜き加工する方法であって、
   前記のダイおよびパンチの何れかの肩部Ｒの曲率半径が、式（１）から算出される値の範囲内であり、
   ダイとパンチの間のクリアランスが、前記Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の板厚の１０％以下であることを特徴とするＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板の打抜き加工方法。
   0.1×（（P_ＨＶ／S_ＨＶ）×t_Ｓ／t）×t≦Ｒ≦0.5×（（P_ＨＶ／S_ＨＶ）×t_Ｓ／t）×t）・・（１）
   ここで、Ｐ_ＨＶ：めっき金属の硬さ、Ｓ_ＨＶ：素地鋼板の硬さ、ｔ：めっき鋼板の板厚、ｔ_Ｓは素地鋼板の板厚、０．１〜０．５は係数である。
   である。
   

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