JP2598532B2 - 成形性に優れたプレス加工用金属薄板 - Google Patents

成形性に優れたプレス加工用金属薄板

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JP2598532B2
JP2598532B2 JP1296183A JP29618389A JP2598532B2 JP 2598532 B2 JP2598532 B2 JP 2598532B2 JP 1296183 A JP1296183 A JP 1296183A JP 29618389 A JP29618389 A JP 29618389A JP 2598532 B2 JP2598532 B2 JP 2598532B2
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隆明 比良
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B1/00Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/22Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B21B1/227Surface roughening or texturing

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、幅広い成形余裕範囲を有するプレス加工用
金属薄板に関するものである。
<従来の技術> 一般に、プレス加工用鋼板は、しわや割れ等の欠陥を
生じることなく、安定して成形できることが強く要求さ
れる。前記欠陥は金型内における材料の流れ込み易さに
大きく影響される。されはプレス成形条件、鋼板の機械
的性質と密接な関係にあることはいうまでもないが、金
型と鋼板間に作用する摺動抵抗(摩擦抵抗)に関与する
鋼板の表面粗さも一つの要因と考えられてきた。
鋼板はプレス加工性を高めるために、表面上に微細な
凹凸を有するダルロールによって調質圧延することによ
り、一定の粗さを付与される。従来、ロール表面のダル
加工法としてはショットブラスト法、放電ダル加工法が
用いられてきたが、両方法ともまず均一な粗度表面を得
ることが目的で、微妙な制御性という点では原理的に限
界がある。
このため、近年上記の方法に代わり、例えば特開昭56
−119687号公報や特公昭58−25557号公報のように、レ
ーザ・ビームをパルス状に照射して、ロール表面に無数
の凹凸を規則的に形成するレーザダル加工法が採られて
いる。しかしながら、そのダル形状、寸法の自由度は限
られており、プレス加工に適した凹凸形状を意図的に付
与するまでには至っていないのが現状である。
そして、プレス加工用鋼板はその機械的性質、表面粗
度等を踏まえた最適なしわ押え力のもとで、連続的に大
量に加工されるが、同一材質の鋼板でも突如として成形
不良が発生する場合がある。その要因は、鋼板の成形余
裕範囲(しわを発生させないしわ押え力の下限値から、
割れを起こさないそれの上限値までの範囲)が狭いた
め、成形時の微妙な条件変化に対応できない、あるい
は、成形条件の厳しい部位における局所的な面圧上昇に
よる型かじりによって、鋼板の型内への流れ込みが不均
一になることなどが考えられる。
<発明が解決しようとする課題> 本発明は、上記の成形不良を極力抑えるために、金属
薄板の成形余裕範囲を改善すると同時に、高面圧下にお
ける耐型かじり性をも向上させられるような、表面凹凸
構造を備えたプレス加工用金属薄板を提供することを目
的とする。
<課題を解決するための手段> 本発明は、金属板表面に大小2種類の池状凹部が形成
され、小さな池状凹部は大きな池状凹部を除く平坦部上
に設けられ、かつ該各凹部はそれぞれが連結しないよう
に形成されたことを特徴とする成形性に優れたプレス加
工用金属薄板である。
また、本発明では、前記池状凹部の面積率が20%以
上、前記池状凹部の深さが10μm以下で、かつ前記小さ
な池状凹部の寸法がその平面形状における面積等価円の
直径で10〜90μm、前記大きな池状凹部の寸法がその平
面形状における面積等価円の直径で100〜280μmである
ことが好ましい。
<作 用> 一般に、薄鋼板はその多くが、絞り加工や張出し加工
等の機械的加工によって目的とする形状に成形される。
その際、しわ押え部、ダイ肩部等では鋼板表面と金型
表面が潤滑油を介して接触状態において、鋼板の移動に
よる摺動が起こる。この潤滑油の効果を十分発揮させる
ことが、高しわ押え力の条件でも、鋼板の流れ込みを助
長し、スムーズな成形を行うために必要である。
鋼板表面に溝状の凹部を形成した場合には、鋼板と金
型との境界面に存在する潤滑油は、金型との面圧によっ
てその溝に沿って流出し、その効果が発揮されない。
これに対し、鋼板表面に池状の凹部を形成すると、潤
滑油は凹部にとどまり、金型との面圧、鋼板表面の変形
によって、凹部から鋼板と金型との接触面に供給され、
その役割を十分に果たすことが可能である。
但し、一つの部品をプレス成形する場合でも、各部位
で変形様式、面圧等の条件は異なる。また、池状の凹部
もその面積、深さ等の平面形状、断面形状により、耐え
られる面圧に限界があると考えられる。従って、単に池
状の凹部を鋼板表面に形成するだけでは、期待する効果
を得ることはできない。
そこで、低面圧で潤滑状態の優れた表面構造と高面圧
でのそれとをうまく組み合わせることによって、本発明
の目的を達成することが可能である。高面圧下に適する
表面構造を取り入れることで、局所的に発生する型かじ
りを防止できる確率が高いことはいうまでもない。
上記を考慮した鋼板表面の凹凸構造を模式的に示した
ものが第1図である。第1図(a)、(b)は本発明の
鋼板表面の例を示す平面図、第1図(c)、(d)はそ
れぞれ第1図(a)、(b)のI−I線、II−II線にお
ける断面形状を示す。すなわち、本発明では、鋼板表面
に大きな池状凹部と小さな池状凹部の大小2種類の池状
凹部が形成され、これら各凹部は独立してそれぞれが連
結しないように形成される。また、小さな凹部は大きな
凹部以外の、大きな凹部の周囲を構成する断面形状で凸
部にみえる領域(平坦部という)に形成される。凹部の
平面形状は正方形、円形を例としているが、どのような
形状でもかまわず、大きな凹部とその周囲を構成する図
1(c)、(d)に示す断面形状で凸部にみえる平坦部
上に形成された小さな凹部との形状が一致しなくても問
題はない。また、第1図の断面図では、凹部が矩形を呈
しているが、凹部から鋼板と金型との接触面への潤滑油
の供給のし易さを考えると、椀状あるいは皿状の方が望
ましい。平面図における凹部の配列も規則的であるが、
目的を逸脱しなければ、その配置も特に制約はしない。
第1図に示す表面構造のプレス成形における効果とし
ては、低面圧(低しわ押え力)域では断面形状で凸部に
みえる平坦部上に構成された小さな凹部が活発な潤滑作
用を呈し、高面圧域に移行するに連れて、該凹部の効用
は失せ、それに代わり大きな凹部が鋼板の流れ込み易さ
を補う潤滑状態に寄与する。
従って、上記表面構造を有する鋼板では、しわが発生
しやすい低面圧域から、割れが発生しやすい高面圧域ま
での広範囲にわたる成形領域をカバーすることができる
ので、成形不良を起こす確率が極めて低くなり、製品歩
留り向上の点からも有利である。
また、鋼板と金型との接触面に侵入した異物を起点と
する型かじりなども、大きな凹部が異物の受け皿とな
り、未然にそれを防止する機能をも果たし得る。
次に、本発明の数値限定の理由について説明する。
池状凹部の幾何学的特性がプレス加工性に及ぼす影響
を調べるために、第7図に示すような表面を備えた2種
類の鋼板を調質圧延して製作した。この際、凹部中心間
を45゜の線で結んだ時、中心間距離が150μmとなるよ
うに配列し、凹部の平面形状である正方形の一辺の長さ
を60μmまたは120μmとし、凹部の深さはほぼ5μm
に統一した。調質圧延に使用したロールは、印刷技術で
利用されるフォトエッチング法によって表面加工した。
ロール表面は、第7図の鋼板表面と全く反対の凹凸形状
を備えており、鋼板表面の凹部はロール表面では凸部に
相当する。
これらの鋼板の表面に潤滑油を塗布し、プレス加工性
を評価した。評価方法は、第8図に示すように、試験片
6の両面から先端20mmRの球面をもつ工具7に押付力8
を加えておき、この押付力8と直角方向9に試験片を引
き抜く摺動試験方法により、摺動抵抗を測定した。
第9図に押付力を50kgf、100kgf、200kgfと変化させ
たときの実験結果を示す。押付力50kgfでは、小さい凹
部を備えた鋼板の方が、大きい凹部を備えた鋼板より摺
動抵抗が低く、押付力が200kgfになると逆に、大きい凹
部の方が摺動抵抗は低くなる。押付力がプレス加工にお
ける、しわ押え力に相当するものと考えると、低面圧で
は鋼板表面に小さな凹部が存在する方が摺動抵抗を低く
保つことができ、面圧が高くなると大きな凹部の方がそ
の傾向が顕著になる。
次に、これらの大小凹部の適切な寸法を定めるための
実験を行った。まず、第7図に示すような表面を備えた
鋼板を、正方形凹部の一辺の長さ(一辺長)、あるいは
凹部中心間の長さを変えて、幾種類も作製し、第8図の
評価方法で摺動抵抗を調べた。
第10図は、押付力30kgfで試験片を引き抜いた時の摺
動抵抗を、凹部が占める面積率に対して、凹部の一辺長
をパラメータにグラフ化したものである。凹部の一辺長
が100μm以上では摺動抵抗にあまり変化は見られない
が、80μm以下では摺動抵抗が低下していき、特に凹部
面積率で25%以上を占めると更に顕著である。また、ロ
ール表面に意図的に付与できる凹凸の平面形状の最小径
は、フォトエッチング法などで使用されるレーザ・ビー
ムの径でも10μm程度である。これらのことから、小さ
な凹部の寸法は円、多角形等のあらゆる形状とその所有
面積を考慮して、凹部平面形状の外径、すなわち平面形
状における面積等価円の直径で10〜90μmが適してい
る。
第11図は、押付力200kgfにおける摺動抵抗を、第10図
と同様に表したものである。凹部の一辺長が100μm以
上で、凹部面積率が20%以上の場合に、摺動抵抗を低下
させるのに効果がある。但し、凹部の一辺長が250μm
を超えると、高い面圧でも凹部に存在する潤滑油を有効
に作用させることが困難になる。これらのことから、大
きな凹部の寸法は円、多角形等のあらゆる形状とその所
有面積を考慮して、凹部平面形状の外径、すなわち平面
形状における面積等価円の直径で100〜280μmが適当で
ある。
また、凹部の深さの影響は図示しないが、10μmを超
えると摺動抵抗は大きくなる傾向にあるので、10μm以
下が望ましい。
<実施例> 以下、本発明の実施例について説明する。
ロール表面のダル加工法に公知の技術フォトエッチン
グ法を用い、規則的な正方形の台地状の突起を有する調
質圧延用ロールを3種類作製した。これらのロールの表
面構造の代表的寸法を、第2図の記号に従い、表1に示
す。
調質圧延の手順は、まず表1のロールNo.2又はNo.3を
使用し、第3図(a)に示すように大きな凹部を鋼板表
面に形成させた後、ロールNo.1により第3図(b)のよ
うな小さな池状凹部を付与する。ロールNo.1とNo.2の組
み合わせで、第1図(a)、(b)に示す鋼板が作製で
き、ロールNo.1とNo.3の組み合わせで、断面形状で凸部
にみえる平坦部上に1個の小さな池状凹部が存在する鋼
板表面となる。前者を発明鋼板1、後者を発明鋼板2と
する。
そして、大きな池状凹部を転写する際の圧下率を2.0
%としたところ、発明鋼板の大きな池状凹部深さは4μ
m、発明鋼板2は5μmとなり、さらに機械的性質を劣
化させない程度の軽圧下で、深さ2μmの小さな池状凹
部が両者とも付与された。また、発明鋼板1の凹部の面
接率は58%、発明鋼板2の凹部の面積率は56%であっ
た。
発明鋼板の性能を確認するために、第4図に示す円錐
台成形をブランク径210φ、成形高さ50mmの条件で実施
した。評価としては、しわ押え力を次第に増加させ、割
れが発生するときのしわ押え力を成形範囲の上限値と
し、下限値は第5図のような円錐台側面に発生したしわ
高さを測定し、その高さが3mm以下を示すときの最小し
わ押え力とし、その範囲の広いものほど、成形性に優れ
ていると判断することにした。
実験に先立ち比較鋼板も数種類用意し、評価した。比
較鋼板1はショット・ダル鋼板で、中心面平均粗さSRa
0.8μm、比較鋼板2はレーザ・ダル鋼板で、中心面平
均粗さSRa 1.0μmである。比較鋼板3、4はそれぞれ
発明鋼板1の大きな凹部だけ、小さな凹部だけを所有す
る鋼板である。発明鋼板、比較鋼板とも同一原板からダ
ル圧延し、板厚は0.8mmである。
潤滑油として洗浄油を使用し、実験した結果を第6図
に示す。
1種類の池状凹部だけを有する比較鋼板3、4でも、
比較鋼板1のショット・ダル鋼板、比較鋼板2のレーザ
・ダル鋼板よりも、成形余裕範囲の割れ限界がかなり改
善された。更に比較鋼板3、4を組み合わせた発明鋼板
1、また、発明鋼板1の大きな池状凹部と小さな池状凹
部の比率を少し変えた発明鋼板2では、大きさの異なる
凹部による相乗効果で、成形余裕範囲の飛翔的に拡張さ
れた。
以上の実験結果により、鋼板表面に付与した池状の凹
部は、プレス成形性を向上させるのに有効であり、それ
を二重構造にすることで、格段の成果を得ることができ
たことが分かる。
<発明の効果> 以上説明したように、本発明によれば、金属板表面に
プレス成形に適した凹凸構造を施すことにより、成形余
裕範囲の広いプレス加工用金属薄板を提供することがで
き、歩留り向上の点からも有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は本発明の鋼板表面を例示した平
面図であり、第1図(c)、(d)はそれぞれ第1図
(a)、(b)のI−I線、II−II線での断面図であ
る。第2図(a)は本発明鋼板を作製する際に使用した
調質圧延ロールの平面図で、第2図(b)は第2図
(a)のIII−III線での断面図である。第3図は鋼板表
面に2種類の池状凹部を付与する調質圧延工程の説明図
である。第4図は成形余裕範囲を調査するために用いた
円錐台成形の概略図である。第5図は成形した円錐台側
面に発生したしわ形状としわ高さの測定箇所を示す斜視
図である。第6図は発明鋼板と比較鋼板について円錐台
成形を行った結果、得られた成形余裕範囲を示す図であ
る。第7図は本発明の実験に供した池状凹部の大きさが
異なる鋼板の表面状態を模式的に示した拡大図である。
第8図は第7図の鋼板のプレス加工性を評価する試験方
法の説明図である。第9図は摺動試験結果を示すグラフ
である。第10図及び第11図は凹部の寸法を規定するのに
用いたそれぞれ押付力30kgf、200kgfにおける摺動試験
結果を示したグラフである。 1……調質圧延ロール、2……鋼板、 3……パンチ、4……ダイ、 5……しわ押え、6……試験片、 7……球面工具、8……押付力、 9……引抜方向。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鑓田 征雄 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株 式会社技術研究本部内 (56)参考文献 特開 平2−37901(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属板表面に大小2種類の池状凹部が形成
    され、小さな池状凹部は大きな池状凹部を除く平坦部上
    に設けられ、かつ該各凹部はそれぞれが連結しないよう
    に形成されたことを特徴とする成形性に優れたプレス加
    工用金属薄板。
  2. 【請求項2】前記池状凹部の面積率が20%以上、前記池
    状凹部の深さが10μm以下で、かつ前記小さな池状凹部
    の寸法がその平面形状における面積等価円の直径で10〜
    90μm、前記大きな池状凹部の寸法がその平面形状にお
    ける面積等価円の直径で100〜280μmであることを特徴
    とする成形性に優れたプレス加工用金属薄板。
JP1296183A 1989-11-16 1989-11-16 成形性に優れたプレス加工用金属薄板 Expired - Lifetime JP2598532B2 (ja)

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