JP2014069202A

JP2014069202A - めっき鋼箔の温間加工方法

Info

Publication number: JP2014069202A
Application number: JP2012215867A
Authority: JP
Inventors: Katsunari Norita; 克哉乘田; Norimasa Miura; 教昌三浦
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-21

Abstract

【課題】本発明は、厚さが３００μｍ以下の薄いめっき鋼箔であっても、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めっき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以下のめっき鋼箔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が接触するめっき鋼箔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℃以上かつめっき金属の融点未満の温度とした状態で、めっき鋼箔２に対して絞り加工を施す。
【選択図】図１

Description

本発明は、めっき鋼箔に対して絞り加工を行うめっき鋼箔の温間加工方法。

従来用いられていたこの種の金属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以下の薄いめっき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以下の薄いめっき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。めっき鋼箔（めっき鋼板）とは、原板の表面にめっき金属を被覆したものである。

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以下の薄いめっき鋼箔であっても、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めっき鋼箔の温間加工方法を提供することである。

本発明に係るめっき鋼箔の温間加工方法は、厚さが３００μｍ以下のめっき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めっき鋼箔の環状領域を２０℃以下とするとともに、環状領域の外部領域を４０℃以上かつめっき金属の融点未満の温度とした状態で、めっき鋼箔に対して絞り加工を施す。

本発明のめっき鋼箔の温間加工方法によれば、パンチの肩部が接触するめっき鋼箔の環状領域を２０℃以下とするとともに、環状領域の外部領域を４０℃以上かつめっき金属の融点未満の温度とした状態で、めっき鋼箔に対して絞り加工を施すので、厚さが３００μｍ以下の薄いめっき鋼箔であっても、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によるめっき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。板厚の違いによる降伏応力変化の相違を示すグラフである。加工温度によるダイへのめっき金属付着有無をめっき鋼箔ごとに示す図である。加工温度による表面摩擦係数をめっき鋼箔ごとに示す図である。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によるめっき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、めっき鋼箔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。めっき鋼箔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がめっき鋼箔２とともにダイ１８の内側に押し込まれ、めっき鋼箔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がめっき鋼箔２に接触されることにより、パンチ１２の肩部１２ｄが接触するめっき鋼箔２の環状領域２ａが冷却される。なお、めっき鋼箔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によりめっき鋼箔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、めっき鋼箔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によってめっき鋼箔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。

めっき鋼箔２は、鋼箔の少なくとも片方の１面に、例えばＳｉが３〜１５質量％添加されているＡｌ、Ｚｎ、Ｚｎ合金（Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇなど）等のめっき金属を被覆したものである。鋼箔としては、オーステナイト径ステンレス鋼又はフェライト系ステンレス鋼等のステンレス鋼の箔や、炭素鋼（普通鋼）の箔などが用いられる。めっき鋼箔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を用いてのめっき鋼箔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に対向するようにめっき鋼箔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によりめっき鋼箔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、めっき鋼箔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、めっき鋼箔２の環状領域２ａを２０℃以下かつ０℃以上にするとともに、めっき鋼箔２の外部領域２ｂを４０℃以上かつめっき金属の融点未満、例えばＡｌめっきは６００℃未満、Ｚｎめっきは４００℃未満、Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇめっきは３００℃未満とする。

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、加工温度に対する降伏応力の変化を板厚ごとに示している。普通鋼は、加工温度が上昇することによって降伏応力が低下する。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℃以上で降伏応力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。めっき鋼箔やめっき鋼板も普通鋼を原板としていることから、降伏応力の現象は同様となる。

また、外部領域２ｂをめっき金属の融点未満としているのは、外部領域２ｂの温度をめっき金属の融点よりも高くすると、パンチやダイにめっき金属が付着して加工する際に疵が発生したり、ダイ１８とめっき鋼箔との摩擦抵抗が、めっき金属が溶融してダイ１８に付着することによって高くなってしまったりするためである。図３には、Ａｌめっき鋼箔やＺｎめっき鋼箔、Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇめっき鋼箔に関して、加工温度に対するダイ１８へのめっき金属の付着の有無を示している。また、図４には、Ａｌめっき鋼箔やＺｎめっき鋼箔、Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇめっき鋼箔に関して、加工温度に対する表面摩擦係数を示す。めっき金属のダイ１８への付着は、めっき金属の融点以上の加工温度で発生しており、表面摩擦係数もめっき金属の融点以上で急激に高くなっている。これによって外部領域２ｂにおけるめっき鋼箔の上限温度は、めっき金属の融点未満にする必要がある。

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がめっき鋼箔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、めっき鋼箔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及びめっき鋼箔２に潤滑油を供給する。

次に、図５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６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Ａｌめっき鋼箔の絞り加工を行った。このＡｌめっき鋼箔は、厚さが約９０μｍのオーステナイト系ステンレス鋼箔の両面に、片面あたり厚さ約５μｍのＡｌ−９質量％ＳｉのＡｌめっきを施したものである。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、Ａｌめっき鋼箔及びＡｌめっき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５に示すように、厚さが１００μｍのＡｌめっき鋼箔の場合、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Ａｌめっき鋼板の場合、上述の厚さが１００μｍのＡｌめっき鋼箔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Ａｌめっき鋼箔の最適な加工温度は、厚さが８００μｍのＡｌめっき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Ａｌめっき鋼板の加工方法を、厚さが１００μｍのＡｌめっき鋼箔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６に示すように、厚さが１００μｍのＡｌめっき鋼箔は、厚さが８００μｍのＡｌめっき鋼板よりも熱伝導性が高い。換言すれば、厚さが１００μｍのＡｌめっき鋼箔は、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Ａｌめっき鋼箔において外部領域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Ａｌめっき鋼箔の場合、厚さが８００μｍのＡｌめっき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Ａｌめっき鋼箔の降伏応力変化とＡｌめっき鋼板の降伏応力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Ａｌめっき鋼箔の場合、厚さが８００μｍのＡｌめっき鋼板と比較して１／２以下の加熱量で、厚さが８００μｍのＡｌめっき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Ａｌめっき鋼箔の場合、厚さが８００μｍのＡｌめっき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５，図６を用いた説明では、厚さが１００μｍのＡｌめっき鋼箔について述べているが、厚さが３００μｍ以下のＡｌめっき鋼箔であれば同じ温度域で十分な深絞りを実現できる。また、他のめっき鋼箔でも同様に深絞り加工ができる。これは、厚さが３００μｍ以下のめっき鋼箔２であれば、降伏応力変化に対する熱影響度やめっき金属の溶融に関しても厚さ１００μｍのめっき鋼箔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以下の極めて薄いめっき鋼箔２についても同じ温度域で十分な深絞りを実現できる。

このようなめっき鋼箔２の温間加工方法では、パンチ１２の肩部１２ｄが接触するめっき鋼箔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℃以上かつめっき金属の融点未満の温度とした状態で、めっき鋼箔２に対して絞り加工を施すので、めっき鋼箔に対して絞り加工を施すので、厚さが３００μｍ以下の薄いめっき鋼箔であっても、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。

２めっき鋼箔
２ａ環状領域
２ｂ外部領域
１２パンチ
１２ｄ肩部

Claims

厚さが３００μｍ以下のめっき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℃以上かつめっき金属の融点未満の温度とした状態で、前記めっき鋼箔に対して絞り加工を施すことを特徴とするめっき鋼箔の温間加工方法。
前記めっき鋼箔としては、Ａｌめっき鋼箔、Ｚｎめっき鋼箔、Ｚｎ合金めっき鋼箔であることを特徴とする請求項１記載のめっき鋼箔の温間加工方法。