JP2015157314A - Zn系めっき鋼板の打抜き方法 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
、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×((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は素地鋼板の板厚である。
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。
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。
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。
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。
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
2 パンチ
3 ダイ
4 肩部R
5 板押え
Claims (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×((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。
である。
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JP2014034431A JP2015157314A (ja) | 2014-02-25 | 2014-02-25 | Zn系めっき鋼板の打抜き方法 |
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2014
- 2014-02-25 JP JP2014034431A patent/JP2015157314A/ja active Pending
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