JP2004276064A

JP2004276064A - プレス成形性の良好な金属板

Info

Publication number: JP2004276064A
Application number: JP2003070319A
Authority: JP
Inventors: Kensho Yuasa; 健正湯淺; Atsushi Sugibashi; 敦史杉橋; Akihiro Miyasaka; 明博宮坂
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】本発明は、プレス成型時のワレやかじりを抑制し、かつ、プレス成型時の板押さえ圧変更の必要性が少ない、プレス成形性の良好な金属板を提供する。
【解決手段】表面に１００〜４０００個／ｍｍ^２の独立した凹部を有し、その凹部の個々の開口面積が７０μｍ^２以上１００００μｍ^２以下であり、該凹部を除く表面の平均深さがろ波うねり曲線に対し１μｍ以上で、かつ板厚の１／５以下である、プレス成形性の良好な金属板。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス成形して用いられる金属板、特に家電、建材、自動車等の部材として用いられるアルミ板、銅板、鋼板及びこれらの金属板にめっきを施したもの、さらには、プレス後塗装して用いられる自動車用冷延鋼板、熱延鋼板、及びこれらにめっきを付着させた鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属板をプレス成形する際は、ブランク押さえ圧（以下ＢＨＦと記すこともある）の調整が必要である。
【０００３】
ＢＨＦとは、プレス成形される金属板を挟み込んで保定する強さであり、ＢＨＦが強すぎると、金型内部へ金属板がスムーズに流入せず、ワレやかじりを生じる一方で、ＢＨＦが弱すぎると、金型内部へ金属板が流入しすぎて、シワを生じることになる。
【０００４】
一般的に、ワレやかじりの生じない最大のＢＨＦと、シワの発生しない最小のＢＨＦの差が大きければ「成型可能範囲が広い」と表現し、その金属板はプレス成形し易いとされる。
【０００５】
従来、該用途に用いられる金属板のプレス成形性を向上させる手段として、特許文献１に記載のように、特定の粗度やうねりを表面に付与する技術、また、特許文献２に記載のように、特定の凹部を分布させる技術、さらに、特許文献３に記載のように、特殊な皮膜を表面に形成する技術等がある。また、特許文献４に記載されているように、金属板表面に加工用潤滑油が貯留される凹部を設ける技術がある。
【０００６】
これらは、いずれもプレス成型時の金属板のかじりや破断を発生させない程度に、表面摩擦係数を低下させる一方で、塗装後の鮮映性に代表されるような成形性以外の性能には、悪影響を及ぼさないことを目的とする。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−４０２０号公報
【特許文献２】
特開平９−２９３０５号公報
【特許文献３】
特開２００１−２７９４６１号公報
【特許文献４】
特開平５−６９００６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの手段は、プレス成型時に板を保定するブランク押さえ圧にかかわらず、表面摩擦係数を一律に低下させるものであった。
【０００９】
プレス成形性の良し悪しは、ブランク押さえ圧の範囲の広さで表される。即ち、高いブランク押さえ圧でもワレやかじりが発生しにくい一方で、低いブランク押さえ圧でもシワが発生しにくい場合、その板は、ブランク押さえ圧の範囲の広いプレス成形性良好な板と言える。
【００１０】
ここで、板の表面摩擦係数がブランク押さえ圧にかかわらず一律に低ければ、低いブランク押さえ圧でシワが生じやすくなるために、ブランク押さえ圧の範囲は拡大しない。
【００１１】
従来技術を適用する金属板をプレス成形しようとする場合、それ以外の金属板のプレス成型とは異なる、より強い板押さえ圧を設定してプレスしないと、成形後の部材にシワが生じる場合も見られた。
【００１２】
本発明は、プレス成型時のワレやかじりを抑制し、かつ、プレス成型時の板押さえ圧変更の必要性が少ない、プレス成形性の良好な金属板を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前述した従来技術にさらに検討を加えた結果、表面に１ｍｍ^２当たり１００個以上かつ４０００個以下の独立した凹部を有し、その凹部は、個々の開口面積が７０μｍ^２以上かつ１００００μｍ^２で、凹部を除く表面のろ波うねり曲線に対する平均深さを１μｍ以上かつ板厚の１／５以下とすることで、前記課題を解決し、プレス成形性に優れる金属板が得られることを見いだした。
【００１４】
即ち、本願発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）表面に１００〜４０００個／ｍｍ^２の独立した凹部を有し、その凹部の個々の開口面積が７０μｍ^２以上１００００μｍ^２以下であり、該凹部を除く表面の平均深さがろ波うねり曲線に対し１μｍ以上で、かつ板厚の１／５以下であるプレス成形性の良好な金属板。
（２）さらに、前記凹部を除く表面は、ＪＩＳＢ０６０１に準じる表面粗度測定法にて０．１μｍ≦Ｒａ≦５．０μｍを有し、かつ５０≦ＰＰＩ≦５００および０．１μｍ≦Ｗｃａ≦５．０μｍである（１）に記載のプレス成形性の良好な金属板。
（３）さらに、前記凹部を除く表面は、ＪＩＳＢ０６０１に準じる表面粗度測定法にて０．１μｍ≦Ｒａ≦２．０μｍを有し、かつ５０≦ＰＰＩ≦３００および０．１μｍ≦Ｗｃａ≦５．０μｍである（１）に記載のプレス成形性の良好な金属板。
（４）表面に２００〜１０００個／ｍｍ^２の独立した凹部を有し、その凹部の個々の開口面積が７０μｍ^２以上１００００μｍ^２以下であり、該凹部を除く表面の平均深さがろ波うねり曲線に対し１μｍ以上かつ板厚の１／５以下で、さらに該凹部を除く表面は、ＪＩＳＢ０６０１に準じる表面粗度測定法にて０．１μｍ≦Ｒａ≦２．０μｍを有し、かつ５０≦ＰＰＩ≦３００および０．１μｍ≦Ｗｃａ≦５．０μｍであるプレス成形性の良好な金属板。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の技術は、プレス用途に用いられることの多い、鋼板、アルミ板、銅板、チタン板や、これら金属板に亜鉛、ニッケル、クロム、銅、コバルト、シリコン、鉄等の任意の金属又はこれらの合金によるめっきを施した金属板等の任意の金属板に適用できる。
【００１６】
本発明にて規定される金属表面への粗度及び凹部の付与手段は、該金属板を以下に例示する方法の内、いずれか１種又は複数の組合せにより加工することで得られる。
【００１７】
例えば、レーザー等の高エネルギー線を局部的に、ロール表面に照射して溶解させることで、照射部の周辺に盛り上がりを形成する方法や、ロール表面の粉末状金属にレーザーを局部的に照射して溶融し、付着させるレーザープロトタイピングや、微細パターンを有するレジストを用いて、局所的なロール表面へのめっきや、析出条件の調整により、粒状に析出させた電気めっき等の手法のいずれか、または、それらに類する他の手法にて、表面に凸形状を付与したロールで圧延することにより、前述の金属板は得られる。
【００１８】
また、従来既知の方法により、金属板表面のＲａ、ＰＰＩ、Ｗｃａを調整した後で、ショットブラストやグリットブラストのような硬質小粒の衝突、電子ビームやレーザー等のエネルギー線による局所的な加熱、化学薬品による溶解等の手段で、凹形状を金属板に付与しても良い。
【００１９】
ここで、例えば、亜鉛めっき鋼板のようにめっきされた金属板において、表面の凹形状が、めっき層を貫通することで、外観や耐食性等の特性が損なわれる場合は、凹形状の深さは、めっき厚みを超えてはならない。
【００２０】
この場合、前述の凹形状付与方法において、ロールの凸部高さを調整したり、金属表面に照射するエネルギー線の強度を抑制すべきである。
【００２１】
前述の手段により得られた本発明記載の金属板は、プレス成形する際にワレまたはかじりが発生し易いＢＨＦが高い場合には、従来よりも高いＢＨＦでもワレ又はかじりが生じず、一方、シワが発生し易いＢＨＦが低い場合には、従来技術と同等のＢＨＦでもシワが生じない。従って、本発明においては、結果として、成型可能なＢＨＦの設定範囲が広くなり、プレス成形の作業性を改善できる。
【００２２】
以下、プレス成形において、ワレ又はかじりが発生し易いＢＨＦが高い場合と、シワが発生し易いＢＨＦが低い場合の、それぞれについて説明する。
【００２３】
まず、プレス成形においてＢＨＦが高い場合、特に金型と金属表面の接触面圧が高くなる金型の肩部やビード部において、本発明を適用しない金属板表面では、表面の凹凸がつぶれて、潤滑油が保たれず、急激に摩擦力が上昇して、ワレやかじりが生じ易くなるが、本発明を適用した表面では、独立して配置された凹部内に潤滑油が封じられることで、過剰な摩擦の増加を抑制する。
【００２４】
表面に配置される凹部の数は、１ｍｍ^２当たり１００〜４０００個が適当である。これが１００個よりも少なければ、高いＢＨＦでの潤滑油保持効果が不十分で、数が多いほどその効果は高く、望ましくは２００個以上の凹部で効果がより大きいが、１０００個を超えると効果が徐々に飽和する。また、現在見出されている工業的な手段では１ｍｍ^２当たり４０００個を超えて、独立した凹部を設けることは難しい。
【００２５】
凹部の個々の面積については、７０〜１００００μｍ^２が適当である。７０μｍ^２未満の独立した凹部を設けることは、現在の工業的手法によっては困難であり、１００００μｍ^２を超える凹部を、互いに連結しないように独立して配置することも困難である。
【００２６】
凹部の深さは、１μｍ未満では、保持される潤滑油の量が少ないために、本発明の課題解決には不十分で、深くなるにつれて潤滑性確保の効果は向上するが、３μｍを超えると、徐々に効果は飽和する。凹部の深さが金属板の厚みの１／５を超えると、金属板の機械的物性に悪影響を与える。また、該金属板がめっき材の場合は、凹部がめっき層を貫通すると、めっき層の機能が損なわれる場合があるので、留意すべきである。
【００２７】
なお、凹部を除いた表面のうねりが大きいと、前述の凹部を設ける効果が低下するため、ＪＩＳＢ０６０１にて表されるＷｃａ値≦５．０μｍとすることが望ましい。一方、Ｗｃａを０．１μｍ未満にすることは、工業的に困難である。したがって、Ｗｃａを０．１〜５．０μｍとすることが好ましい。
【００２８】
次に、プレス成形においてＢＨＦが低い場合、表面摩擦係数の低下による悪影響を配慮しないと、プレス金型内に金属板が過剰に流入して、シワが発生しやすく、対策として、厳格なＢＨＦ管理が必要となり、生産性に影響を及ぼすことがあるが、本発明においては、低面圧の摩擦係数を支配する凹部以外の表面テクスチャを適切に規定しているため、このような問題を低減できる。
【００２９】
凹部以外の表面テクスチャは、用途に応じて任意に決められるが、低いＢＨＦで適切な摩擦係数を保つには、ＪＩＳＢ０６０１に準じて測定した算術平均粗さＲａ値の範囲が０．１μｍ以上５．０μｍ以下、ピークカウントＰＰＩは５０以上５００以下の範囲で選択することが好ましい。
【００３０】
Ｒａが０．１μｍ未満では、工業的に製造が困難で、５．０μｍを超えると、摩擦係数が低下して、プレス成型時にシワが発生し易い傾向がある、また、ロール圧延による製造では、Ｒａが高いとＷｃａも同時に増加して、塗装後の鮮映性等の美麗な外観を保ちにくい。０．１μｍ≦Ｒａ≦２．０μｍの範囲が、摩擦係数及び塗装後鮮映性を適切に保つために、より好ましい範囲と言える。
【００３１】
ＰＰＩが５０未満では、低いＢＨＦでもプレスかじり等生じる可能性が高く、５００を超えるＰＰＩは、工業的に製造することは困難である。また、ＰＰＩが高くなるにつれて、低いＢＨＦでのシワが発生し易くなる傾向があるので、ＰＰＩ≦３００に制御するのが、より好ましい。
【００３２】
Ｗｃａは、０．１μｍ未満にすることが工業的に困難で、５．０μｍを超えると塗装後鮮映性が悪化する。塗装後鮮映性は、塗膜厚みが薄くなると悪化しやすい傾向があるので、塗膜全体で１００μｍ程度の厚みで、十分に鮮映性を確保しようとする場合、Ｗｃａは２．０μｍ以下が好ましい。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３４】
供試原板として、冷延鋼板、溶融亜鉛めっき冷延鋼板、アルミ板を用いた。各原板に対し、表１に示すとおりの加工を施して、評価を行った。
【００３５】
なお、凹部の面積と深さは、レーザー式３次元顕微鏡画像より、画像処理にて算出し、凹部以外のＲａ、ＰＰＩ、Ｗｃａは、前述のレーザー式３次元顕微鏡にて、凹部を通過しない計測線を選択して、ＪＩＳＢ０６０１に準じて算出した。
【００３６】
【表１】

【００３７】
成形性の評価方法として、円錐台絞り成形試験を実施した。
【００３８】
円錐台絞り成形試験は、図１に示すプレス成形を行い、ブランク押さえ圧を変化させて、プレス材を観察することで、シワ発生しない最低ＢＨＦと、ワレ発生しない最高ＢＨＦを求めた。
【００３９】
なお、プレス前のブランク径は２００ｍｍφ、ダイス径１４０ｍｍφ、ダイス肩Ｒ１０ｍｍ、ポンチ径７８ｍｍφ、ポンチ肩Ｒ８ｍｍ、潤滑油として出光Ｚ３を塗布し、成形高さは４５ｍｍとした。
【００４０】
塗装後鮮映性は、次に示す自動車外板用の塗装を実施後、ＰＧＤ法により比較した。
【００４１】
塗装仕様は、リン酸亜鉛系化成処理、エポキシ系カチオン電着塗装２５μｍ、中塗り３５μｍ又は８５μｍ、メタリックベース１５μｍ、トップクリア４５μｍを順次積層した。塗装付着厚みは、いずれも狙い値であり、測定値は、表３に記すとおりである。
【００４２】
鮮映性評価は、ＰＧＤ法を用いた。即ち、塗装面に反射させた図形の像を目視確認する試験法で、測定値が高いほど、高鮮映性を表す。東京光電（株）製の鮮明度光沢時計ＰＧＤ−ＩＶを用いて、測定した。
【００４３】
【表２】

【００４４】
円錐台絞り成型試験による成形性の評価結果は、表２のとおりである。
【００４５】
冷延鋼板に対する実施例１〜３は、比較例１〜２に対して、成型可能範囲が拡大している。
【００４６】
溶融亜鉛めっき鋼板に対する実施例４〜７は、比較例３に対して、成型可能範囲が拡大している。
【００４７】
アルミ板に対する実施例８は、比較例４に対して、成型可能範囲が拡大している。
【００４８】
【表３】

【００４９】
塗装後の鮮映性評価結果は、表３のとおりである。
【００５０】
いずれの実施例も、比較例に対して同等の塗装後鮮映性を示した。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、プレス成形して用いられる金属板、特に家電、建材、自動車等の部材として用いられるアルミ板及び鋼板、さらには、プレス後塗装して用いられる自動車用冷延鋼板、熱延鋼板、及びこれらにめっきを付着させた鋼板につき、プレス成型時のワレやかじりを抑制し、かつ、プレス成型時の板押さえ圧変更の必要性が少ない、成形性良好な金属板を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】円錐台絞り成形試験の説明図。

Claims

表面に１００〜４０００個／ｍｍ^２の独立した凹部を有し、その凹部の個々の開口面積が７０μｍ^２以上１００００μｍ^２以下であり、該凹部を除く表面の平均深さがろ波うねり曲線に対し１μｍ以上で、かつ板厚の１／５以下であるプレス成形性の良好な金属板。
さらに、前記凹部を除く表面は、ＪＩＳＢ０６０１に準じる表面粗度測定法にて０．１μｍ≦Ｒａ≦５．０μｍを有し、かつ５０≦ＰＰＩ≦５００、および０．１μｍ≦Ｗｃａ≦５．０μｍである請求項１に記載のプレス成形性の良好な金属板。
さらに、前記凹部を除く表面は、ＪＩＳＢ０６０１に準じる表面粗度測定法にて０．１μｍ≦Ｒａ≦２．０μｍを有し、かつ５０≦ＰＰＩ≦３００および０．１μｍ≦Ｗｃａ≦５．０μｍである請求項１に記載のプレス成形性の良好な金属板。
表面に２００〜１０００個／ｍｍ^２の独立した凹部を有し、その凹部の個々の開口面積が７０μｍ^２以上１００００μｍ^２以下であり、該凹部を除く表面の平均深さがろ波うねり曲線に対し１μｍ以上かつ板厚の１／５以下で、さらに該凹部を除く表面は、ＪＩＳＢ０６０１に準じる表面粗度測定法にて０．１μｍ≦Ｒａ≦２．０μｍを有し、かつ５０≦ＰＰＩ≦３００および０．１μｍ≦Ｗｃａ≦５．０μｍであるプレス成形性の良好な金属板。