JP2004314125A

JP2004314125A - ビード付プレス金型設計方法およびビード付プレス金型

Info

Publication number: JP2004314125A
Application number: JP2003111532A
Authority: JP
Inventors: Tomokatsu Katagiri; 知克片桐; Takaaki Hira; 隆明比良; Seiji Nakajima; 清次中島
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: JP4552383B2

Abstract

【課題】金型に設定されるビード部での皮膜損傷を軽減し、めっき皮膜の剥離（パウダリング）を低減させうるビード付プレス金型設計方法およびビード付プレス金型を提供する。
【解決手段】鋼板３の板厚中心と板表面の周長差から計算されるビード１０部通過後のビード側鋼板表面のひずみ量の累積値が０．３０以下となるようにビード形状を決定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビード付プレス金型設計方法およびビード付プレス金型に関し、詳しくは、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（以下、ＧＡ鋼板という。）等の鋼板をプレス加工するのに用いるビード付プレス金型のビード形状を最適に設計しうるビード付プレス金型設計方法および該設方法で最適なビード形状に設計されたビード付プレス金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＡ鋼板は、自動車用の防錆鋼板として広く用いられている。これら鋼板は、シート状に切断され、プレス工程により様々な部品形状に成形される。ＧＡ鋼板は、溶融亜鉛中に鋼板を浸漬・引き上げの後、直ちに加熱を行うことにより、下地鋼板中のＦｅを亜鉛めっき層中へ拡散・合金化させて製造される。めっき層は、Ｆｅ含有量の異なる数種類のＦｅ‐Ｚｎ結晶相が層状に存在する複雑な層構造となっている。Ｆｅ‐Ｚｎ結晶相はいずれも、純粋なＺｎ結晶はもとより通常自動車用部材に用いられる冷延鋼板よりも硬度が高い。このため、ＧＡ鋼板が曲げ加工を受けると、下地鋼板部分の塑性変形に追従できずに、めっき層の局所的な破壊が生じる。めっき皮膜の微粉状剥離であるパウダリングは、このような皮膜のダメージにより発生し、加工量とめっき組成に強く依存する。パウダリング粉は、徐々に金型に堆積し、ピンプルと呼ばれる押し疵状欠陥の原因となる。実生産においては、一定生産量ごとに金型の清掃を行い、このような欠陥の低減を図っている。
【０００３】
このようなめっき皮膜損傷を実験室的に再現し、評価するため、例えば特許文献１に開示されているような試験用ビード付金型が検討されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２０１５７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
材料側からの対策として、めっき組成の最適化についても実行されているが、成形性など他の品質・性能要件から、必ずしも満足できるレベルとならない場合もある。金型設計の段階では、ビード部の主要な役割であるビーディング張力の大きさについては、有限要素法（ＦＥＭ）などＣＡＥを活用した綿密な計算が行われているが、パウダリングの観点から形状を検討・適用した例は皆無であり、めっき皮膜損傷が起こり難い金型ビード形状を決定しうる設計手法の開発が課題として残されていた。
【０００６】
本発明は、この課題を解決し、金型に設定されるビード部での皮膜損傷を軽減し、めっき皮膜の剥離（パウダリング）を低減させうるビード付プレス金型設計方法およびビード付プレス金型を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者らはプレス金型のしわ押え部等に付与するビード形状とパウダリングの関係について調査し、耐パウダリング性に優れたビード形状について検討を行った。その結果、鋼板がビード部で受ける加工ひずみの累積量とパウダリング量との間に強い相関関係を見出した。丸型や角型などビードの基本形状によらず、ビード部を鋼板が通過する際に曲げ、曲げ戻し変形を受ける部分でのひずみ履歴を累積した値で、プレス加工時のパウダリング発生量の大小が予測できることがわかった。さらに同じビード形状であっても、素材板厚の相違により累積ひずみは大きく異なり、同じパウダリングレベルを達成するためには、ビード形状を変える必要のあることが明らかとなった。
【０００８】
本発明はこれらの知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、鋼板の板厚中心と板表面の周長差から計算されるビード部通過後のビード側鋼板表面のひずみ量の累積値が０．３０以下となるようにビード形状を決定することを特徴とするビード付プレス金型設計方法にあり、また、該ビード付プレス金型設計方法により設計されたビード付プレス金型にある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明にいう” ひずみ量の累積値” （＝累積ひずみ）は、曲げ変形時の板厚中心と板表面部の周長差を〔式１〕、〔式２〕のごとく対数ひずみで表し、それらの絶対値を〔式３〕のごとく合計した値で定義される。
〔式１〕：ストレッチモード（板の伸長側の表面に適用）
εｉ（１）＝ｌｎ｛（Ｒｉ＋ｔ）／（Ｒｉ＋０．５ ×ｔ）｝
〔式２〕：コンプレッションモード（板の圧縮側の表面に適用）
εｉ（２）＝ｌｎ｛Ｒｉ／（Ｒｉ＋０．５ ×ｔ）｝
〔式３〕累積ひずみΣ｜ε｜＝Σ｜εｉ（ｊ）｜；ｊ＝１または２
ここで、Ｒｉは金型の第ｉ肩部（肩部＝曲率一定の部分）の曲率半径、ｔは板厚であり、図２（ａ）に示すように定義される。例えば図２（ｂ）のような、ビード１０を設けたビード付金型１と、該ビード１０の受け溝であるグルーブ２０を設けたダイ金型２とを組合わせてなるしわ押え部を通過する鋼板３のビード側、グルーブ側の各表面の累積ひずみはそれぞれ次式で計算される。
（ビード側：）
Σ｜εｉ（ｊ）｜＝｜ε１（１）｜＋｜ε２（２）｜＋｜ε３（１）｜＋｜ε４（１）｜
（グルーブ側：）
Σ｜εｉ（ｊ）｜＝｜ε１（２）｜＋｜ε２（１）｜＋｜ε３（２）｜＋｜ε４（２）｜
種々仮定した金型形状について上記累積ひずみを計算し、その結果から、同一のビード形状であっても、ビード側とグルーブ側（鋼板表裏両面の一側と他側）で累積ひずみは変化すること、および、さらにビード側では、曲げ加工のほかにビード部での摺動による皮膜損傷の影響がグルーブ側に比べて大きいため、同一の累積ひずみで比較した場合、ビード側のパウダリング量が多くなる傾向があることがわかった。そこで、ビード側表面の皮膜損傷について解析を進め、累積ひずみが０．３０を超えるとパウダリング量が急増する傾向を明らかとした。
【００１０】
本発明の設計方法では、上記ビード側鋼板表面の累積ひずみが０．３０以下となるビード付金型ビード形状を設計値として決定するものであるから、該決定したビード形状に設計された本発明のビード付プレス金型ではパウダリング量が低いレベルに抑えられる。よって、この金型を用いることでパウダリング量を効果的に低減させうる。
【００１１】
本発明は、ＧＡ鋼板を素材としてプレス加工を行う際の金型形状の設計に適用される技術であり、金型材質や金型表面の特殊処理（浸炭・窒化・酸化、硬質クロムめっき、金属セメンテーションなど）、表面仕上げ・粗度に特別な制限はない。例えばＳＫＤ１１のごとき一般冷間加工用の金型材質や、ＳＫＤ１１表面に硬質クロムめっきを施した金型などに適用できる。
【００１２】
【実施例】
図３に示す各種ビード形状を与えて作製したモデル金型を用いて引き抜き試験を行い、めっき皮膜損傷レベルをテープ剥離法により評価するとともに、引き抜き加工により生じる累積ひずみを計算した。金型、試験片、引き抜き試験およびテープ剥離試験の各条件は以下の通りとした。
【００１３】
金型：材質ＳＫＤ１１（Ｈ_ＲＣ＝５８〜６２）、表面仕上げ＃１０００、寸法形状⇒図３参照。なお、図３中のａ〜ｆは金型肩部曲率半径、記入数値はｍｍ長さである。
試験片：ＧＡ鋼板（軟鋼、板厚０．６〜１．４ｍｍ、めっき付着量（片面あたり）５０〜７０ｇ／ｍ^２、めっき層中のＦｅ含有量１１．５〜１２．２ｍａｓｓ％）、幅４０ｍｍ×長さ５００ｍｍ。
引き抜き試験：しわ押え荷重７８４０Ｎ、引き抜き速度２０ｍｍ／ｓ、防錆油１．５ｇ／ｍ^２塗布、ｎ数＝３。
【００１４】
テープ剥離試験：試験材＝引き抜き試験した試験片、試験方法＝石油ベンジン浸漬脱脂後セロファンテープを試験材に貼付けた後引き剥がし、引き剥がしたセロファンテープをＯＨＰシートに貼付け（セロファンテープ測定面５×３０ｍｍ）、蛍光Ｘ線分析（リガクＸ−ｒａｙＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ３２７０／Ｍｏターゲット、管電圧５０ｋＶ、電流５０ｍｍＡ、分光結晶ＬｉＦホルダーの測定面３５ｍｍφ）によりＺｎカウント数を測定。剥離量測定位置＝ビード通過後の鋼板のビード部のＲ終わり部から１０ｍｍ離れた位置から５ｍｍの部分の板幅中央部３０ｍｍの表と裏⇒図４参照。なお、各々の条件でｎ数＝３として上記の引き抜き試験を行い、Ｚｎカウント数を測定し、これらｎ数＝３のＺｎカウント数の平均値をパウダリング量として評価した。また、上記ＯＨＰシートに貼り付けたセロファンテープは、ホルダーの測定面の中心とセロファンテープ測定面の中心が一致するようにホルダーにセットして蛍光Ｘ線分析を行った。
【００１５】
試験結果を表１に示す。また、累積ひずみとパウダリング量の関係を整理して図１に示す。同一累積ひずみで比較した場合、ビード側のパウダリング量が多いことがわかる。そして、ビード側の累積ひずみが０．３０以下の本発明例ではパウダリング量が低く抑えられているが、ビード側の累積ひずみが０．３０超の比較例では累積ひずみの増量に伴ってパウダリング量が急増する傾向にあることがわかる。
【００１６】
【表１】

【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、ビード付プレス金型に設定されるビード部での皮膜損傷を軽減し、めっき皮膜の剥離（パウダリング）量を低減できるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】累積ひずみとパウダリング量の関係を示すグラフである。
【図２】累積ひずみの計算方法の説明図である。
【図３】モデル金型の寸法形状を示す断面図である。
【図４】テープ剥離試験による剥離量測定位置を示す模式図である。
【符号の説明】
１ビード付金型
２ダイ金型
３鋼板（ＧＡ鋼板）
４板厚中心線
５通板方向
６剥離量測定位置
１０ビード
２０グルーブ

Claims

鋼板の板厚中心と板表面の周長差から計算されるビード部通過後のビード側鋼板表面のひずみ量の累積値が０．３０以下となるようにビード形状を決定することを特徴とするビード付プレス金型設計方法。
請求項１記載のビード付プレス金型設計方法により設計されたビード付プレス金型。