JP5626127B2 - 鋼板の水素割れ特性のばらつきを低減する打ち抜き加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車部品等の薄鋼板プレス成形後、特に、高強度鋼板で問題となる耐水素割れ特性（耐遅れ破壊特性ともいう）のばらつきの低減を実現する打ち抜き加工方法に関する。

自動車部品等の薄鋼板プレス成形後の製品について、特に高強度鋼板に関する課題の一つに耐水素割れがある。この課題を克服する方法として、耐水素割れ特性を改善する加工方法が種々提案され、実施されている。特許文献１には、打ち抜き加工部の耐水素割れ特性を改善するため、クリアランスを小さくする打ち抜き加工が記載されている。ここで、クリアランスとはポンチとダイスの直径の差[mm]の半分を鋼板の板厚[mm]で割ったものに100をかけた値（％）である。

特開平１０−１１８７２５号公報

しかし、従来のクリアランス制御方法では、耐水素割れ特性は改善する方向に向かうものの、同じクリアランスでも耐遅れ破壊特性にばらつきがあり、ばらつきをなくすことが課題となっている。本発明は、この課題を解決することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明者らは、同じクリアランスでも耐水素割れ特性にばらつきがでる原因を鋭意検討した。その結果、同じクリアランスで打ち抜いても、クリアランスを小さくしていくと、ポンチとダイスの中心軸のわずかなずれにより、場所によって実質の打ち抜き時のポンチとダイスの隙間にばらつきが生じ、これが、鋼板の耐水素割れ特性にばらつきが生じる原因となることを突き止めた。さらに、ポンチの中心軸とダイスの中心軸のずれをＸ[mm]、ダイスの半径をＲ[mm]、ポンチの半径をｒ[mm]、板厚をｔ[mm]として、（Ｒ−ｒ＋Ｘ）／ｔに100を掛けた値（％）を8.75％以内にすることにより、場所による打ち抜き加工時のポンチとダイスの隙間の実質のばらつきを小さくすることができ、結果的に、クリアランス制御とポンチの中心軸とダイスの中心軸の制御を組み合わせることにより、打ち抜き加工部の耐水素割れ特性のばらつきを低減することができることを突き止めた。

すなわち、本発明は、以下の通りである。
（１）鋼板の打ち抜き加工断面において、ポンチの中心軸とダイスの中心軸の相対位置のずれを所定の範囲内に制御することにより、打ち抜き穴の位置によるポンチとダイスの隙間のばらつきを小さくし、鋼板の水素割れ特性のばらつきを低減する打ち抜き加工方法であって、前記ポンチの中心軸と前記ダイスの中心軸のずれをＸ[mm]、前記ダイスの半径をＲ[mm]、前記ポンチの半径をｒ[mm]、板厚をｔ[mm]として、（Ｒ−ｒ＋Ｘ）／ｔに100を掛けた値（％）が8.75％以内であることを特徴とする、鋼板の水素割れ特性のばらつきを低減する打ち抜き加工方法。

本発明によれば、薄鋼板の打ち抜き加工断面の耐遅れ破壊特性のばらつきを簡便に抑えることができる。

せん断加工断面の模式図を示す。 別のせん断加工断面の模式図を示す。 ポンチの中陣軸とダイスの中陣軸のずれの模式図を示す。

本発明者は、まず、同じクリアランスでも耐水素割れ特性がばらつく複数の試料について、打ち抜き加工断面を詳細に観察した。

ポンチとダイスを用いて鋼板を図中の上から下に打ち抜いたときの打ち抜き加工断面を図１に示す。図１に示されるように、一次せん断面２は、打ち抜き側でだれ１に隣接して現れ、せん断面特有の打ち抜き方向に平行な筋が観測される領域と定義する。一次せん断面しか観察されない場合は、一次せん断面は、単にせん断面ともいう。図中、aは、せん断面の板厚方向長さ、tは、板厚、３は、破断面である。

また、せん断打ち抜き加工において例えばクリアランスが小さいときには、図２に示すように、１次せん断面４に続いて生じる破断面３中に二次せん断面５を呈する。ここで、二次せん断面５は、図２において、一次せん断面４より打ち抜き方向で下流側のせん断面と定義する。なお、本発明の打ち抜き加工断面とは、ポンチ及びダイスによる打ち抜き加工で得られた加工断面をいう。図中、ａは、一次せん断面の板厚方向長さ、ｂは、二次せん断面の板厚方向長さ、ａ＋ｂは、せん断面の板厚方向長さ、tは、板厚である。

本発明者らは、同じクリアランスでも鋼板の耐水素割れ特性がばらつく複数の試料について、打ち抜き加工断面を詳細に観察して、同じクリアランスでも、耐遅れ破壊特性がばらつく理由を検討した。表１に示す板厚およびビッカース硬さである機械特性を有する熱延鋼板を供試材とし、これらの鋼板から表１に示すクリアランス、ダイスの直径、ポンチの直径、ダイスの中心軸とポンチの中心軸のずれの条件で、１回のみで打ち抜きを行った。打ち抜きはポンチ及びダイスを用いて、打ち抜いた形状は円形φ20mmとし、ポンチとダイスのクリアランス、および、ポンチの中心軸とダイスの中心軸の相対位置を変えて試料を作製した。鋼板の耐水素割れ特性は、打ち抜き後、鋼材が割れるか割れないかを判定することにより実施した。そして、せん断面率＝せん断面の板厚方向長さ（ａ＋ｂ）
／板厚（ｔ）×１００（％）として、せん断面率を、図３に示す同一サンプル中で２箇所、ポンチとダイスの隙間がもっとも大きい位置８（Ａ点）とポンチとダイスの隙間がもっとも小さい位置９（Ｂ点）で測定した。その結果、表１に示すように、同じクリアランスでも、同一サンプル中で場所により加工断面のせん断面率が均一な場合もあれば、不均一が大きい場合もあることを見出し、これが同じクリアランスでも表１のように耐遅れ破壊特性がばらつく原因であるとの結論に達した。なお、せん断面率１００％では、破断面３が無くなった状態になる。この場合、１次せん断面４と二次せん断面５はつながった状態となる。

さらに、クリアランスが同じでも耐水素割れ特性がばらつく場合について、図３に示すように、ポンチの中心軸７とダイスの中心軸６のずれをＸ[mm]、ダイスの半径をＲ[mm]、ポンチの半径をｒ[mm]、板厚をｔ[mm]とすると、Ｒ−ｒ＋Ｘ[mm]は実質のポンチとダイスの隙間の最大値となっており、この実質のポンチとダイスの隙間の最大値を板厚ｔで割った値に100をかけた値(%)、すなわち（Ｒ−ｒ＋Ｘ）／ｔ＊100（％）を8.75％以内にすると、加工断面のせん断面率に不均一は見られなくなり、鋼板の耐水素割れ特性はばらつかず、良好となるのに対し（Ｒ−ｒ＋Ｘ）／ｔに100を掛けた値（％）を8.75％より大きくすると、加工断面のせん断面率に不均一が生じ、耐水素割れ特性がばらつくことを見出した。

これは、ポンチの中心軸７とダイスの中心軸６のずれが小さく、（Ｒ−ｒ＋Ｘ）／ｔに100を掛けた値（％）が8.75％以内の場合には、加工断面のせん断面率に不均一が生じない。これは、残留応力の高くなる破断面が生じないことによるものと思われる。逆に、ポンチの中心軸とダイスの中心軸のずれが大きく、（Ｒ−ｒ＋Ｘ）／ｔに100を掛けた値（％）が8.75%超の場合には、加工断面のせん断面率が不均一を生じるが、これは、残留応力の高くなる破断面が生じていることによると考えられる。

表２に示す板厚、および、同表のビッカース硬さである機械特性を有する熱延鋼板を供試材とし、これらの鋼板から表２に示すクリアランス、ダイスの直径、ポンチの直径、ダイスの中心軸とポンチの中心軸のずれの条件で、１回のみで打ち抜きを行った。打ち抜きはポンチ及びダイスを用いて、打ち抜いた形状は円形φ20mmとし、ポンチとダイスのクリアランスおよび、ポンチの中心軸とダイスの中心軸の相対位置を変えて試料を作製した。鋼板の耐水素割れ特性は、打ち抜き後、大気中に1日放置し、鋼材が割れるか割れないかを判定することにより実施した。表２に示す結果から明らかなように、ポンチとダイスの中心軸のずれを小さくし、（Ｒ−ｒ＋Ｘ）／ｔに100を掛けた値（％）が8.75％以内になると、加工断面の線断面率の不均一は見られなくなり、鋼板の耐水素割れ特性はばらつかず、良好となることが判る。

本発明は、薄鋼板プレス成形での遅れ破壊が問題になるあらゆる産業に利用することができる。

１ だれ
２ せん断面（一次せん断面ともいう）
３ 破断面
４ 一次せん断面
５ 二次せん断面
６ ダイスの中心軸の位置
７ ポンチの中心軸の位置
８ せん断面率を測定した断面の位置A点
９ せん断面率を測定した断面の位置B点

Claims (1)

1. 鋼板の打ち抜き加工断面において、ポンチの中心軸とダイスの中心軸の相対位置を制御することにより、打ち抜き穴の位置によるポンチとダイスの隙間のばらつきを小さくし、鋼板の水素割れ特性のばらつきを低減する打ち抜き加工方法であって、
   前記ポンチの中心軸と前記ダイスの中心軸のずれをＸ[mm]、前記ダイスの半径をＲ[mm]、前記ポンチの半径をｒ[mm]、板厚をｔ[mm]として、（Ｒ−ｒ＋Ｘ）／ｔに100を掛けた値（％）が8.75％以内であることを特徴とする、鋼板の水素割れ特性のばらつきを低減する打ち抜き加工方法。

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