JP2004298906A

JP2004298906A - 塗装金属板の絞り加工方法

Info

Publication number: JP2004298906A
Application number: JP2003093238A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Ando; 彰啓安藤; Kazuyuki Sakamoto; 和志坂本; Katsuhide Nishio; 克秀西尾; Kenji Hara; 健治原
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【目的】塗装金属板に絞り加工を施す際に、塗膜剥離を起こすことのない絞り加工方法を提供する。
【構成】塗装金属板を予め各種条件で絞り加工して塗膜剥離状況を確認するとともに、塗装前の原金属板を素材として前記加工条件と同じ条件で成形シミュレーションを実施して両結果から塗膜剥離発生最小主歪みを推定し、塗装金属板絞り加工時に、塗膜が剥離しやすい箇所の歪みが前記塗膜剥離発生最小主歪みに達しないようにコーナーカット量と絞り加工条件を調整することにより、塗膜剥離を防止する。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、塗膜剥離を抑えた塗装金属板の絞り加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
めっき鋼板やステンレス鋼板などの金属板を原板とし、その表面に樹脂塗膜を形成した塗装金属板が、家電製品，自動車，建材等を中心として使用されている。中でも、亜鉛系や亜鉛−アルミニウム系などのめっき鋼板を塗装原板とした塗装鋼板が最も多く使用されている。以下では、めっき鋼板を塗装原板とした塗装鋼板を例にとって説明するが、もちろん、塗装原板がめっき鋼板に限定されたものではない。
めっき鋼板を塗装原板とした塗装鋼板は、塗布型クロメート処理等の塗装前処理を施した後で、塗装原板に対する密着性および耐食性を考慮した下塗り塗膜を形成し、さらに外観，耐候性等に優れた上塗り塗膜を形成したプレコート鋼板（図１参照）が、その後適宜形状に成形加工され、各部材として使用されている（例えば、特開平８−２５７４９５号公報，特開２００２−３０７６０５号公報，特開２００２−３２２５７３号公報参照）。
そして、成形加工コストの低減と、製品の外観向上のため、絞り加工を施して使用されることが多くなってきている（例えば、特開平８−１１７８８１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
塗装金属板に成型加工を施すとき、耐食性や意匠性の観点から、加工部において塗膜割れや塗膜剥離を起こさないことが要求される。特に加工時に歪発生量が大きい絞り加工においても、塗膜割れや塗膜剥離が無いことが要求される。
ところで、塗膜割れや塗膜剥離は、塗膜自身の特性や金属板と塗膜の密着性に大きく依存しているので、加工法に合わせた塗膜塗料の改良や、密着性向上のための処理法の改良等がなされている。しかしながら、加工時、特に絞り加工時に塗膜割れや塗膜剥離を抑制するために加工条件を検討した報告は少ない。
【０００４】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、塗装金属板に絞り加工を施す際に、塗膜剥離を起こすことのない絞り加工方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の塗装金属板の絞り加工方法は、その目的を達成するため、塗装金属板を予め各種条件で絞り加工して塗膜剥離状況を確認するとともに、塗装前の原金属板を素材として前記加工条件と同じ条件で成形シミュレーションを実施して両結果から塗膜剥離発生最小主歪みを推定し、塗装金属板絞り加工時に、塗膜が剥離しやすい箇所の歪みが前記塗膜剥離発生最小主歪みに達しないようにコーナーカット量と絞り加工条件を調整することを特徴とする。
【０００６】
【作用】
本発明者等は、まず、塗装金属板に絞り加工を施すとき、加工部に塗膜割れや塗膜剥離が起こるメカニズムについて検討した。
そしてそのメカニズムを、次のように推定した。
例えば、金属板に角筒状の絞り加工を施す際、パンチ肩部には縦方向の引張応力が、コーナーダイＲ部には縦方向の引張応力と横方向の圧縮応力が作用する（図２参照）。そして、塗装原板と塗膜との間で歪みの釣合いが取れなくなると、図３のように塗膜割れあるいは塗膜剥離が発生することになる。
【０００７】
塗膜や金属板に引張り応力が作用すると、厚さの減少を伴う伸び、すなわち引張り歪みが生じ、その伸び限界を超えると塗膜割れや原板割れが発生する。また、めっき鋼板を塗装原板とする場合には、一般にめっきの伸び限界は塗膜の伸び限界よりも低いため、めっきの伸び限界を超えるとめっき割れが発生し、その結果塗膜に局所的な引張り応力がかかって伸びが生じ、塗膜割れが発生する。
一方、圧縮応力が作用する場合には、金属板では厚さの増加を伴う縮み、すなわち圧縮歪みが生じるのに対し、塗膜ではほとんど縮みが起こらず、金属板の縮み方向に対して塗膜が余ることになり、塗膜の圧縮歪みが限界を超えると塗膜剥離が発生すると推定される。
【０００８】
塗装金属板を絞り加工するとき、塗膜および塗装原板が健全であれば、塗装原板に発生する歪みと塗膜に発生する歪みは均等であり、塗装されていない金属板を絞り加工したときに各部位に発生する歪みと均等の歪みが、塗装金属板を絞り加工したときの塗膜の各部位にも発生していると推測される。
そこで、塗装原板の歪みから塗膜の歪みを推定することが可能であると考えられる。そして、この推測値が、塗装金属板の塗膜の種類や成形しようとする形状に応じて決まる数値を超えると塗膜の剥離等が起こるようになる。
したがって、塗装されていない金属板を絞り加工したときに各部位に生じる歪みを何らかの方法で検知できれば、塗装金属板を絞り加工したときに塗膜剥離を発生させる上記限界数値を知ることができる。
【０００９】
本発明では、塗膜を形成していない金属板を絞り加工するときに各部位に生じる歪みを、コンピューターによる成形シミュレーション（ＣＡＥ解析）を活用することにより推定した。
そして、上記推定値を、塗装金属板を同じ条件で絞り加工したときの塗膜剥離状況と対応させれば、塗膜剥離圧縮歪みを推定・設定することができる。
【００１０】
ところで、上記したように、角筒絞り加工の際にはコーナーダイＲ部において塗膜剥離が発生しやすい。図４に示したような形状に角筒絞り加工するとき、剪断歪みが零である方向の歪みである主歪みは、コーナーダイＲ部では絞り方向が最大主歪みの方向であり、その直角方向が最小主歪みの方向となる。最小主歪みは圧縮歪みであるので負の値になっており、その値が小さいほど、すなわち絶対値が大きいほど圧縮の歪みが大きくなっていることになる。つまり、コーナーダイＲ部では、最小主歪みが小さくなって、塗膜剥離が起こりやすいことになる。
【００１１】
したがって、塗膜を形成していない金属板を絞り加工したときのコーナーダイＲ部の最小主歪みをＣＡＥ解析により予測し、塗膜が剥離した塗装金属板の剥離箇所と対応させて剥離発生最小歪みを設定し、実際の塗装金属板絞り加工時に、塗膜剥離が起こりやすい箇所の最小歪みが前記剥離発生最小歪みに達しないような条件で絞り加工を行えば、塗膜剥離が発生することはない。
【００１２】
なお、角筒絞り加工する際には、絞り高さが高いほどコーナーダイＲ部の圧縮歪みは大きくなる。さらに、コーナーカット量を大きくするほどフランジから縦壁への材料流入が促進され、コーナーダイＲ部の圧縮歪みは大きくなって、塗膜剥離が起こりやすくなる。
したがって、剥離発生最小歪みの推測・設定にあたっては、コーナーカット量および絞り高さを変えた予備実験が必要である。
【００１３】
【実施の態様】
降伏強さ３４４ＭＰａ，引張強さ３７０ＭＰａ，伸び３０％の引張特性を有する板厚０．４ｍｍの冷延鋼板を原板とした。
当該冷延鋼板に片面当たりの付着量７５ｇ／ｍ^２で５５％Ａｌ−Ｚｎ合金めっき層を形成した後、クロム換算付着量４０ｍｇ／ｍ^２の塗布型クロメート皮膜を形成し、ポリエステル樹脂系プライマー層とその上にフッ素樹脂系塗膜層を、樹脂塗膜の合計で２５μｍの厚さで形成し、９０ｍｍ×９０ｍｍに裁断した塗装鋼板を絞り加工実験の供試材とした。
【００１４】
塗装鋼板について、図５に示すように０〜３０ｍｍのコーナーをカットし、油圧プレス試験機で、４０ｍｍ×４０ｍｍ，Ｒｐ；５ｍｍ，Ｒｃ；１０ｍｍのパンチと、４１．２ｍｍ×４１．２ｍｍ，Ｒｄ；５ｍｍ，Ｒｃ；１０．６ｍｍのダイを使用し、しわ押え力；１０ｋＮで、絞り高さ３０ｍｍまで絞り加工を行って、塗膜の剥離状況を調べた。
その結果を表１に示す。
表中、○は塗膜剥離がなかったコーナーカット量と絞り高さの組み合わせであり、×は塗膜が剥離したコーナーカット量と絞り高さの組み合わせである。
【００１５】

【００１６】
一方、めっき層および塗膜を形成していない上記冷延鋼板を素材とし、４０ｍｍ×４０ｍｍ，Ｒｐ；５ｍｍ，Ｒｃ；１０ｍｍのパンチと、４１．２ｍｍ×４１．２ｍｍ，Ｒｄ；５ｍｍ，Ｒｃ；１０．６ｍｍのダイを使用し、しわ押え力；１０ｋＮで、最大３０ｍｍまでの高さの絞り加工について、コンピューターによる成形シミュレーションを行い、各部位の歪み状態を解析した。
なお、角筒絞りした際、前記したようにコーナーダイＲ部で最小主歪みが最小になって当該部位に塗膜剥離が発生しやすいので、コーナーダイＲ部の最小主歪みと絞り高さの関係を取り出した。
その関係を、図６のように整理した。
【００１７】
前記したように、塗装鋼板を絞り加工するとき、原板に発生する歪みと、塗膜に発生する歪みは均等になっている。
したがって、塗装鋼板を絞り加工したとき、コーナーダイＲ部の塗膜の最小主歪みと絞り高さの関係も図６に示した関係と同じになる。図６には、表１の結果も併せて示す。白抜きの表記は塗膜剥離の発生しなかった条件、黒塗りの表記は塗膜剥離の発生した条件であり、今回の絞り加工条件では、コーナーダイＲ部における最小主歪みが−０．６３を限度として、それよりも負に大きくなると塗膜剥離が発生している。
すなわち、当該塗装鋼板を設定した高さまで絞り加工するとき、図６に示す関係を予め調べておくことによって、最小主歪みを検知しなくてもコーナーカット量に応じて設定した絞り高さまでの加工を行えば、塗膜剥離を発生させることなく絞り加工を行うことができる。
【００１８】
絞り加工時における絞り高さとコーナーダイＲ部の最小歪みの関係は、金型形状やしわ押え力等の加工条件に影響され、塗膜の剥離状況は加工条件の他に塗膜の特性や塗装前の処理条件にも影響される。したがって、図６に示されるような塗装金属板の絞り加工時において塗膜剥離を起こすコーナーダイＲ部の最小主歪みと絞り高さの関係は、予め使用する塗装金属板と加工条件に応じて予備的に検討しておく必要がある。
【００１９】
特定の加工条件のもとで、塗装金属板を用いた予備実験における塗膜剥離の有無と、塗装をしていない原板を用いた成形シミュレーションによる最小主歪みから推定した塗膜剥離発生最小主歪みを基に、塗膜剥離の有無を判定し、前記塗膜剥離発生最小主歪みを超えて塗膜剥離が発生すると予測される場合には、コーナーカット量や加工条件を変更して塗膜剥離発生最小主歪みを超えないようにすることで、実際の絞り加工において塗膜剥離を防止することができる。
図７に示すフローチャートの通りである。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、塗装金属板を用いた予備加工試験と、塗装原板を素材とした成形シミュレーションの両結果を基に、塗膜剥離が発生する最小主歪みを推定し、その最小主歪みに達しないようにコーナーカット量や絞り加工条件を調整することにより、絞り加工時の塗膜剥離が防止できる。
このため、塗装を施した金属板を素材とした絞り加工製品として、製品外観の良好なものを低コストで製造できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】塗装鋼板の断面構造の一例を示す図
【図２】角筒絞り加工の塗膜不具合発生位置と応力状態を説明する図
【図３】塗膜不具合の発生メカニズムを説明する図、（ａ）は塗膜割れで、（ｂ）は塗膜剥離
【図４】コーナーダイＲ部における歪み状態を説明する図
【図５】ブランクのコーナーカット形状を説明する図
【図６】最小主歪みと塗膜剥離有無の関係を示す図
【図７】塗装金属板の絞り加工時における塗膜剥離防止方法を説明するフローチャート

Claims

塗装金属板を予め各種条件で絞り加工して塗膜剥離状況を確認するとともに、塗装前の原金属板を素材として前記加工条件と同じ条件で成形シミュレーションを実施して両結果から塗膜剥離発生最小主歪みを推定し、塗装金属板絞り加工時に、塗膜が剥離しやすい箇所の歪みが前記塗膜剥離発生最小主歪みに達しないようにコーナーカット量と絞り加工条件を調整することを特徴とする塗装金属板の絞り加工方法。