JP2005131699A

JP2005131699A - ステンレス鋼板のかしめ接合方法

Info

Publication number: JP2005131699A
Application number: JP2003373031A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Morikawa; 茂森川; Masahito Otsuka; 雅人大塚
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】硬度が高く、高強度のオーステナイト系ステンレス鋼板を、割れを生じることなく、所望の接合強度が得られる機械的かしめ接合方法を提供する。
【解決手段】固定アンビル３とその外周に分割配置された可動ダイ４、及びその上方に配置されたパンチ１を用いて２枚のオーステナイト系ステンレス鋼板Ｍ₁，Ｍ₂をかしめ接合する際に、固定アンビル３の上面とステンレス鋼板Ｍ₂の下面との間隔、すなわち可動ダイの空洞部高さ（Ｊｍ）と板厚（ｔ）との関係を、Ｊｍ／ｔ：０．６〜１．７の範囲に調整してかしめ接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼板を、スポットクリンチ接合，トックス接合等のかしめ接合法で接合する方法に関する。

一般にステンレス鋼板の接合方法としては、溶接法やボルト・ナット等による接合が行われている。しかし、溶接法によるステンレス鋼板の接合では、ステンレス鋼板の種類によって溶接条件等を変更する必要があるばかりでなく、溶接後のステンレス鋼表面に酸化スケールが付着するために美観が損なわれることもある。また、ボルト・ナット等による機械的な接合では、ステンレス鋼板に穴あけ工程が必要であるばかりでなく、ボルトやナット等の材料費用が必要になって高コストになる。
このため、最近では素材的な制約がなく、しかも簡便な接合法として、スポットクリンチ接合，トックス接合等のかしめ接合法の適用が検討されている。

スポットクリンチ接合に代表されるかしめ接合法は、図１に示されるように、複数の板状材を重ね、可動ダイ４を背当てにしてパンチ１により複数の板状材を局部的に押し込み、上面の板状材を塑性変形させるとともに、固定アンビル３側方の可動ダイ４を横方向に逃がすことにより下面の板状材を塑性変形させて、上下の板状材を機械的にかしめ接合するものである。
具体的に特許文献１において、めっき鋼板やめっき層上に塗膜を形成した塗装鋼板を機械的にかしめ接合することが提案されている。
この技術においては母材鋼板として特定の引張強さ，伸び，加工硬化指数およびランクフォード値を有するものを使用している。所定の機械的特性を有する鋼板を用いことにより外観品質に優れ、接合強度の高い接合部を得ている。しかしながら、機械的かしめ接合においては、加工治具であるパンチにカジリが発生しやすく金型寿命が短いという問題点がある。

特開２００１−９９１１３号公報

しかも、オーステナイト系ステンレス鋼板は、めっきを施して使用するような低炭素鋼に比べて硬度が高く、高強度であるため、低炭素鋼と同じ加工条件ではかしめ接合が行えない。
そこで、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、硬度が高く、高強度であっても機械的かしめ接合が可能な条件を探索し、オーステナイト系ステンレス鋼板を機械的かしめ接合する方法を提供することを目的とする。

本発明のオーステナイト系ステンレス鋼板のかしめ接合方法は、その目的を達成するため、固定アンビルの外周に分割配置された可動ダイ上にオーステナイト系ステンレス鋼板を重ねて載置し、上方からパンチを当該ステンレス鋼板に押し当てて局部的に押し込み、上面のオーステナイト系ステンレス鋼板を塑性変形させるとともに、固定アンビルの外周に分割配置した可動ダイを横方向に逃がすことにより下面のオーステナイト系ステンレス鋼板を塑性変形させて、上下のオーステナイト系ステンレス鋼板を機械的にかしめ接合する際、固定アンビル上面とステンレス鋼板下面との間隔、すなわち可動ダイの空洞部高さ（Ｊｍ）と板厚（ｔ）との関係を、Ｊｍ／ｔ：０．６〜１．７の範囲に調整してかしめ接合することを特徴とする。

本発明によれば、硬度が高く、高強度であるオーステナイト系ステンレス鋼であっても、かしめ条件の選定により、円周方向への塑性変性量を確保することができるので、所望の接合強度を有するロック機構を形成することができる。
すなわち、２枚の鋼板をパンチで押込んでオーステナイト系ステンレス鋼板をかしめ接合する際、鋼板がアンビルに接触した後にオーステナイト系ステンレス鋼が塑性変形してアンビルの円周方向に容易に流動できれば、所望の接合強度を有するかしめ接合が可能となる。

本発明は、その条件を設定したことに特徴がある。
すなわち、図２に示すような固定アンビル上面とステンレス鋼板下面との間隔、すなわち可動ダイの空洞部高さ（Ｊｍ）と板厚（ｔ）との関係において、可動ダイの空洞部高さ（Ｊｍ）が板厚（ｔ）に対してＪｍ／ｔ＜０．６では、板厚（ｔ）に対する鋼板とアンビルの距離が小さすぎるため、鋼板がアンビルに接触した後に円周方向に塑性変性することが困難であり、ロック機構が形成できずに所望の接合強度を得ることができ難くなることを確認した。
オーステナイト系ステンレス鋼は軟鋼に比べて伸びが大きいが、可動ダイの空洞部高さ（Ｊｍ）が板厚（ｔ）に対してＪｍ／ｔ＞１．７になると、パンチ側の鋼板縦壁から破断する現象が発生することがある。

上記Ｊｍ／ｔの範囲は、素材の硬さや伸び、あるいは加工硬化係数等を考慮して、破断させることなく所望の接合強度が得られるかしめ接合条件として実験的に決定されるものであるが、オーステナイト系ステンレス鋼板を素材とした場合には、上記したように、Ｊｍ／ｔは０．６〜１．７の範囲にする必要がある。
Ｊｍ／ｔの範囲は、素材の特性に応じて適宜設定される数値である。フェライト系ステンレス鋼等、他のステンレス鋼板にあっても、素材の伸び等の機械的特性を考慮して、同じ考え方のもとに実験的に設定することができる。

表１に示す化学成分と機械的性質を有する板厚１．５ｍｍのＳＵＳ３０４，ＮＳＳ３０４ＥＳのオーステナイト系ステンレス鋼を供試材とした。
６５ｍｍ×２５ｍｍに剪断し、図１に示すかしめ接合装置にて、２枚の鋼板のかしめ接合を行った。
かしめ接合用工具として、パンチ径５．３ｍｍ，パンチＲ０．２ｍｍの円筒パンチとアンビル径６．０ｍｍ，アンビルＲ０．２ｍｍのアンビルと可動式４分割タイプの可動ダイを使用した。
図２に示すダイの空洞部高さＪｍを０．６〜３．０ｍｍの範囲とし、Ｊｍ／ｔを０．４〜２．０の範囲にしてかしめ接合を行った。
なお、潤滑剤は使用せず、パンチの加圧力は６トンに一定して行った。

かしめ接合した２枚の鋼板間の接合強度を、図３に示す十字引張試験片を用い、ＪＩＳＺ３１３７に準拠して測定した。接合の可否は、接合強度２００ｋｇｆ以上を適とした。
その結果を表２に示す。

上記結果からもわかるように、ＳＵＳ３０４よりも軟質なＮＳＳ３０４ＥＳの方が、かしめ接合が可能なＪｍ／ｔの範囲が広がっている。軟質で加工硬化し難い材料の方が、材料が円周方向に塑性変形しやすかったためであると推察される。また、全伸びが大きい材料ほど、Ｊｍ／ｔを大きく設定することが可能と推察される。いずれにしても、Ｊｍ／ｔを０．６〜１．７の範囲に設定すると、接合強度２００ｋｇｆ以上のかしめ接合が可能となっている。

以上に説明したように、本発明によれば、硬度が高く、高強度であるステンレス鋼であっても、かしめ条件の選定により、円周方向への塑性変性量を確保することができるので、所望の接合強度を発揮するロック機構を形成することができる。
ステンレス鋼板のかしめ接合方法が現実化されることにより、接合の際に金属板表面に酸化スケールの発生もなく、外観が美麗な接合部を得ることができる。また、ボルト・ナット接合のように予め穴を開ける工程やボルト・ナット等の材料費も不用であるため、低コストでの接合が可能となる。したがって、ステンレス鋼板の用途拡大に資することとなる。

スポットクリンチ方式による機械的かしめ接合方法を説明する図かしめ部構造を説明する断面図接合強度（十字引張）の測定方法を説明する図

符号の説明

１：パンチ２：ストッパ３：アンビル４：可動ダイ
Ｍ₁，Ｍ₂：ステンレス鋼板Ｆ：ロック部
Ｊｍ：ダイ空洞部高さ（ｍｍ）

Claims

固定アンビルの外周に分割配置された可動ダイ上にオーステナイト系ステンレス鋼板を重ねて載置し、上方からパンチを当該ステンレス鋼板に押し当てて局部的に押し込み、上面のオーステナイト系ステンレス鋼板を塑性変形させるとともに、固定アンビルの外周に分割配置した可動ダイを横方向に逃がすことにより下面のオーステナイト系ステンレス鋼板を塑性変形させて、上下のオーステナイト系ステンレス鋼板を機械的にかしめ接合する際、固定アンビル上面とステンレス鋼板下面との間隔、すなわち可動ダイの空洞部高さ（Ｊｍ）と板厚（ｔ）との関係を、Ｊｍ／ｔ：０．６〜１．７の範囲に調整してかしめ接合することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼板のかしめ接合方法。