JP2014069201A - ステンレス鋼箔の温間加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、厚さが３００μｍ以下の薄いステンレス鋼箔であっても、割れの発生を抑えることができ、より確実に深絞りを実現できるステンレス鋼箔の温間加工方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】厚さが３００μｍ以下のフェライト系のステンレス鋼箔２をパンチ１２に対向するように配置し、パンチ１２の肩部１２ｄが接触するステンレス鋼箔２の環状領域２ａを２０℃以下とするとともに、環状領域２ａの外部領域２ｂを４０℃以上かつ１００℃以下の温度とした状態で、ステンレス鋼箔２に対して絞り加工を施す。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステンレス鋼箔に対して絞り加工を行うステンレス鋼箔の温間加工方法。

従来用いられていたこの種のステンレス鋼箔の温間加工方法としては、下記の特許文献１に示されている構成を挙げることができる。特許文献１には、厚さが８００〜１０００μｍ程度のフェライト系のステンレス鋼板に絞り加工を施す際に、パンチを０〜３０℃に冷却するとともに、板押えを６０〜１５０℃に加熱することが開示されている。

特開２００９−１１３０５９号公報

本発明者らは、特許文献１に記載されたような絞り加工を厚さが３００μｍ以下の薄いステンレス鋼箔に対して適用することを検討したが、以下の課題が生じた。すなわち、特許文献１に記載された方法は、厚さが８００〜１０００μｍ程度の比較的厚いステンレス鋼板に対する加工方法であり、当該方法を厚さが３００μｍ以下の薄いステンレス鋼箔に単純に適用しても、割れが生じて深絞りが実現できない場合があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、厚さが３００μｍ以下の薄いステンレス鋼箔であっても、割れの発生を抑えることができ、より確実に深絞りを実現できるステンレス鋼箔の温間加工方法を提供することである。

本発明に係るステンレス鋼箔の温間加工方法は、厚さが３００μｍ以下のフェライト系のステンレス鋼箔をパンチに対向するように配置し、パンチの肩部が接触するステンレス鋼箔の環状領域を２０℃以下とするとともに、環状領域の外部領域を４０℃以上かつ１００℃以下の温度とした状態で、ステンレス鋼箔に対して絞り加工を施す。

本発明のステンレス鋼箔の温間加工方法によれば、パンチの肩部が接触するステンレス鋼箔の環状領域を２０℃以下とするとともに、環状領域の外部領域を４０℃以上かつ１００℃以下の温度とした状態で、ステンレス鋼箔に対して絞り加工を施すので、厚さが３００μｍ以下の薄いステンレス鋼箔であっても、割れの発生を抑えることができ、より確実に深絞りを実現できる。

本発明の実施の形態１によるステンレス鋼箔の温間加工方法の実施に用いられる金型を示す構成図である。 板厚の違いによる引張強さ変化の相違を示すグラフである。 板厚の違いによる限界絞り比の相違を示すグラフである。 板厚の違いによる温度上昇の相違を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるステンレス鋼箔の温間加工方法の実施に用いられる金型１を示す構成図である。図に示すように、金型１には、ステンレス鋼箔２を挟むように配置された下型１０及び上型１５が設けられている。下型１０には、ベッド１１と、ベッド１１に固定されたパンチ１２と、パンチ１２の外周位置に配置されるとともにクッションピン１３を介してベッド１１に連結されたブランクホルダ１４とが設けられている。上型１５には、スライド１６と、ブランクホルダ１４の上方に配置されるとともにスペーサ１７を介してスライド１６に固定されたダイ１８とが設けられている。

スライド１６には、図示しないサーボモータが接続されている。スライド１６、スペーサ１７、及びダイ１８、すなわち上型１５は、サーボモータからの駆動力により、下型１０に対して近づく方向及び離れる方向に一体に駆動される。ステンレス鋼箔２がパンチ１２に対向されるように配置された後に、上型１５が下型１０に対して近づく方向に変位されることで、パンチ１２がステンレス鋼箔２とともにダイ１８の内側に押し込まれ、ステンレス鋼箔２に対して絞り加工が施される。

パンチ１２には、図示しない外部冷媒系に接続された導入路１２ａと、導入路１２ａを通して冷媒が導入される冷却室１２ｂと、冷却室１２ｂからの冷媒を排出する排出路１２ｃとが設けられている。すなわち、パンチ１２は、冷却室１２ｂへの冷媒の導入により冷却可能とされている。この冷却されたパンチ１２がステンレス鋼箔２に接触されることにより、パンチ１２の肩部１２ｄが接触するステンレス鋼箔２の環状領域２ａが冷却される。なお、ステンレス鋼箔２の冷却範囲は、少なくとも環状領域２ａが冷却されればよく、環状領域２ａだけでなく環状領域２ａの内側領域を含めて冷却してもよい。本実施の形態では、パンチ１２によりステンレス鋼箔２を冷却するように構成しているため、環状領域２ａだけではなく、環状領域２ａの内部領域まで冷却される。

図示はしないが、スプリング等を介してスライドに連結されたカウンターパンチをパンチに対向する位置に配置するとともに、冷媒が導入される冷却室をカウンターパンチに設けることで、ステンレス鋼箔２の冷却効果をより高めることができる。

ブランクホルダ１４及びダイ１８には、これらブランクホルダ１４及びダイ１８を加熱するためのヒータ１４ａ，１８ａが内蔵されている。これらの加熱されたブランクホルダ１４及びダイ１８によってステンレス鋼箔２が挟持されることにより、環状領域２ａの外部領域２ｂが加熱される。

ステンレス鋼箔２は、例えば樹脂層等の付加層が表裏両面に設けられていないフェライト系ステンレス鋼の裸材である。ステンレス鋼箔２としては、厚さが３００μｍ以下の薄いものが用いられる。

次に、図１の金型１を用いてのステンレス鋼箔２の温間加工方法について説明する。まず、上型１５が下型１０から離間されている状態のときに、パンチ１２に対向するようにステンレス鋼箔２をパンチ１２及びブランクホルダ１４の上に載置して、その後にブランクホルダ１４及びダイ１８によりステンレス鋼箔２が挟持される位置まで上型１５を降下させる。仮にパンチ１２が上方に配置されるとともにダイ１８が下方に配置されている場合には、ステンレス鋼箔２はダイ１８上に載置される。

このとき、パンチ１２を冷却するとともにブランクホルダ１４及びダイ１８を加熱することで、ステンレス鋼箔２の環状領域２ａを２０℃以下かつ０℃以上にするとともに、ステンレス鋼箔２の外部領域２ｂを４０℃以上かつ１００℃以下、好ましくは６０℃以上かつ８０℃以下とする。

環状領域２ａを２０℃以下としているのは、２０℃よりも高くすると、加工硬化による破断強度の上昇が十分に得られなくなるためである。また、環状領域２ａを０℃以上としているのは、環状領域を０℃未満にすると、パンチ１２や環状領域に霜が付着して成型品の形状性を損なうためであるとともに、離型時に温度収縮により成型品が潰れるおそれがある。

外部領域２ｂを４０℃以上としているのは、外部領域２ｂの温度を４０℃未満にすると、加工硬化による硬質化を抑止する効果が十分に得られないためである。図２には、加工温度に対する引張強さの変化を板厚ごとに示している。フェライト系ステンレス鋼は、加工温度が上昇することによって引張強さが低下する。これは、加工時に変形抵抗が加工温度の上昇によって低下することを意味しており、加工温度を上げることによって外部領域２ｂが変形しやすくなってパンチ１２とダイ１８間により多く材料流入し、これによって成形高さを高くすることができる。加工温度４０℃以上で引張強さの低下も大きくなっていることから、外部領域２ｂを４０℃以上としている。

また、外部領域２ｂを１００℃以下としているのは、外部領域２ｂの温度を１００℃よりも高くすると、外部領域２ｂの温度が環状領域２ａに伝わることで環状領域２ａの温度が高くなってしまい、加工硬化によるパンチ部の破断強度の上昇が十分に得られなくなるためである。

後述のように、外部領域２ｂの温度を６０℃以上かつ８０℃以下とすることで、より大きな絞り比（素材の直径／加工品の直径）での加工が可能となる。６０℃以上とすることで、加工硬化による硬質化を抑止する効果をより確実に得られるとともに、８０℃以下とすることで、環状領域２ａの温度上昇を抑えることができるためである。

また、外部領域２ｂの温度を４０℃以上かつ６０℃未満とすることで、深絞りを可能としつつ、金型１の温度回復に必要とされる時間（ステンレス鋼箔２に接することで温度が下がったブランクホルダ１４及びダイ１８を再び４０℃以上かつ６０℃未満の温度にするための時間）を短縮でき、加工効率を向上できる。

環状領域２ａ及び外部領域２ｂの温度を上述のような温度とした後に、上型１５をさらに降下させる。これにより、パンチ１２がステンレス鋼箔２とともにダイ１８の内側に押し込まれ、絞り加工が実施されて、ステンレス鋼箔２がハット形状に成形される。このような絞り加工の全体を通して、パンチ１２、ダイ１８及びステンレス鋼箔２に潤滑油を供給する。

次に、図３は板厚の違いによる限界絞り比の相違を示すグラフであり、図４は板厚の違いによる温度上昇の相違を示すグラフである。

本発明者らは、実施例として、厚さが１００μｍのステンレス鋼箔２の絞り加工を行った。また、比較例として、厚さが８００μｍのステンレス鋼板の絞り加工も行った。そして、ステンレス鋼箔２及びステンレス鋼板の直径を変えつつ、外部領域２ｂ（ブランクホルダ１４及びダイ１８）の温度を４０℃から１２０℃まで変化させ、割れが発生しない限界の絞り比（素材の直径／加工品の直径）を調査した。なお、パンチ１２の直径は４０．０ｍｍとし、パンチ肩Ｒは２．５ｍｍとし、ダイ１８の内径は４０．４ｍｍとし、ダイ肩Ｒは２．０ｍｍとし、環状領域２ａ（パンチ１２）の温度は１０〜２０℃とした。

図３に示すように、厚さが１００μｍのステンレス鋼箔２の場合、外部領域２ｂの温度を４０℃以上かつ１００℃以下とすることで、十分な深絞りを実現できることが判った。特に、外部領域２ｂの温度を６０℃以上かつ８０℃以下とすることで、より大きな絞り比の絞り加工が可能であることが判った。

一方で、厚さが８００μｍのステンレス鋼板の場合、上述の厚さが１００μｍのステンレス鋼箔２と同程度の深絞りを行うためには、外部領域２ｂの温度を８０℃以上かつ１６０℃以下とする必要があった。すなわち、厚さが１００μｍのステンレス鋼箔２の最適な加工温度は、厚さが８００μｍのステンレス鋼板の最適な加工温度よりも低温側にシフトすることが判った。この比較により、厚さが８００μｍのステンレス鋼板の加工方法を、厚さが１００μｍのステンレス鋼箔２に単純に適用しても深絞りが実現できないことが確認された。

なお、最適な加工温度が低温側にシフトするのは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、図４に示すように、厚さが１００μｍのステンレス鋼箔２は、厚さが８００μｍのステンレス鋼板よりも熱伝導性が高い。換言すれば、厚さが１００μｍのステンレス鋼箔２は、外部領域２ｂの熱が環状領域２ａに伝わり易いという特性を有する。このため、厚さが１００μｍのステンレス鋼箔２において外部領域２ｂの温度を高くし過ぎると、環状領域２ａの温度が高くなってしまい、加工硬化による破断強度上昇という効果が十分に得られなくなってしまう。従って、厚さが１００μｍのステンレス鋼箔２の場合、厚さが８００μｍのステンレス鋼板よりも低い温度でなければ加工性が低下してしまうため、最適な加工温度が低温側にシフトしていると考えられる。

また、図２に示すステンレス鋼箔２の引張強さ変化とステンレス鋼板の引張強さ変化とを比較すると、前者のほうが低温域での引張強さの変化が大きいことが判る。このため、厚さが１００μｍのステンレス鋼箔２の場合、厚さが８００μｍのステンレス鋼板と比較して１／２以下の加熱量で、厚さが８００μｍのステンレス鋼板と同程度の強度差を得ることができる。すなわち、厚さが１００μｍのステンレス鋼箔２の場合、厚さが８００μｍのステンレス鋼板よりも低い温度で軟化させることができるため、最適な加工温度が低温側にシフトしていると考えられる。

図２〜図４を用いた説明では、厚さが１００μｍのステンレス鋼箔２について述べているが、厚さが３００μｍ以下のステンレス鋼箔２であれば同じ温度域で十分な深絞りを実現できる。これは、厚さが３００μｍ以下のステンレス鋼箔２であれば、引張強さ変化に対する熱影響度が厚さ１００μｍのステンレス鋼箔２と同じ傾向を示すためである。なお、金型１によって加工できるものであれば、厚さが５μｍ以下の極めて薄いステンレス鋼箔２についても同じ温度域で十分な深絞りを実現できる。

このようなステンレス鋼箔２の温間加工方法では、パンチ１２の肩部１２ｄが接触するステンレス鋼箔２の環状領域２ａを２０℃以下とするとともに、環状領域２ａの外部領域２ｂを４０℃以上かつ１００℃以下の温度とした状態で、ステンレス鋼箔２に対して絞り加工を施すので、ステンレス鋼箔に対して絞り加工を施すので、厚さが３００μｍ以下の薄いステンレス鋼箔であっても、割れの発生を抑えることができ、より確実に深絞りを実現できる。このような温間加工方法は、重量を抑えつつ強度が必要となる例えば電池カバー等の容器を製造する際に特に有用である。

また、ステンレス鋼箔２に対して絞り加工を施す際に、外部領域２ｂの温度を６０℃以上かつ８０℃以下とするので、より大きな絞り比での加工が可能となる。

さらに、ステンレス鋼箔２に対して絞り加工を施す際に、外部領域２ｂの温度を４０℃以上かつ６０℃未満とするので、深絞りを実現しつつ金型１の温度回復に必要とされる時間を短縮でき、加工効率を向上できる。

２ ステンレス鋼箔
２ａ 環状領域
２ｂ 外部領域
１２ パンチ
１２ｄ 肩部

Claims (3)

1. 厚さが３００μｍ以下のフェライト系のステンレス鋼箔をパンチに対向するように配置し、前記パンチの肩部が接触する前記ステンレス鋼箔の環状領域を２０℃以下とするとともに、前記環状領域の外部領域を４０℃以上かつ１００℃以下の温度とした状態で、前記ステンレス鋼箔に対して絞り加工を施すことを特徴とするステンレス鋼箔の温間加工方法。
2. 前記ステンレス鋼箔に対して絞り加工を施す際に、前記外部領域の温度を６０℃以上かつ８０℃以下とすることを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼箔の温間加工方法。
3. 前記ステンレス鋼箔に対して絞り加工を施す際に、前記外部領域の温度を４０℃以上かつ６０℃未満とすることを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼箔の温間加工方法。

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