JPH05502406A - 金属薄板またはそのブランクの深絞り特性を改良する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属薄板またはそのブランクの深絞り特性を改良する方法本発明は、金属薄板、 特に鋼板またはそのブランクの深絞り特性（ｅｍｂｏｕｔ　ｉｓｓａｇｅ）を改 良する方法と、この方法を深絞り中に用いる方法またはこの方法で金属薄板を予 め処理する方法と、この方法で処理された金属薄板とに関するものである。

周知の通り、深絞り加工の原理は深絞り製品の所望形状に応じて決められた形状 を有する型（ｍａｔｒｉｘ）とブランク保持具との間で金属薄板のブランクの周 縁部を保持し、ポンチを用いて塑性変形することにある。

以下の説明では深絞り作業中にブランクと接触する部材である型、ポンチおよび ブランク保持具をまとめて深絞り工具とよぶことにする。

深絞り加工のように塑性変形で成形する方法では、金属薄板−深絞り工具の摩擦 係数が重要な役目をする。この摩擦係数によって金属薄板の変形能力は制限され 、摩擦係数が高過ぎるとブランクが破断する。

摩擦を減らすために変更可能なパラメータは潤滑と、表面状態と深絞り工具の種 類である。

深絞り加工中にブランクと接触する深絞り工具の表面は一般に、ブランクの変形 を容易にし、ブランクと深絞り工具との間の摩擦係数を小さくしてブランクの磨 耗および破断の危険性を減らす液体またはオイル状の深絞り用潤滑剤で潤滑され ている。

しかし、深絞り圧力が高い時には、潤滑だけで金属薄板ブランクの磨耗と破断を 必ずしも十分に防（゛ことはできない。

この問題を解決するために、深絞りする金属薄板の表面を処理をする方法が提案 されている。特に、金属薄板−深絞り工具の摩擦係数を減らしてブランクの成形 をし易くするために、金属薄板の表面を化学的に処理する方法、例えば燐酸塩処 理等の方法が知られている。しかし、これらの処理方法はコストが高いため、深 絞りする全部の金属薄板に適用することはできない。

また、これらの方法の欠点は金属薄板表面の金属層の化学的特性が変化すること にある。この表面層は例え薄くても成形後の製品の表面に残るため、得られた製 品の用途によっては問題になり、また、これらの方法で得られた表面特性が成形 後に望まれる化学的処理で問題になることがある。さ゛らに、燐酸塩処理した製 品は、成形後の製品を溶接する際に大きな問題になる。

従来法の他の欠点は表面処理に必要な工業設備が大型化し、設備投資額が大きく なる点にある。金属薄板の燐酸塩処理設備は設備が大型になり、多量のエネルギ ーを消費するためランニングコストが高くなる。また、化学的処理方法は処理に 一定のの時間が必要であるため連続製造ラインの場合には、この処理のための設 備がかなり長くなり、大型化する。

一方、深絞り用オイルの潤滑特性を改良する試みもなされてきたが、高圧を受け る区域、特に深絞り工具の端縁部のように深絞り用オイルの潤滑が十分ではない 所で磨耗する危険性が残っている。

本発明の目的はこれらの問題を解決して、上記欠点の無い方法を提供することに ある。

本発明が提供する裸または被覆された金属薄板またはそのブランク、特に鋼の薄 板の深絞り特性を改良する方法は、深絞り前に、金属薄板または深絞り工具の上 にＬｉ、　ＮａおよびＫからなる群の中から選択されるアルカリ金属と、金属薄 板の構成金属に対して化学的に不活性な陰イオンとの燐酸塩の中から選択された 塩を堆積させる点に特徴がある。

本発明方法の第１の実施態様では、型、ブランク保持具およびポンチで構成され る深絞り工具を用いて金属薄板のブランクを深絞りする際に、上記の塩の溶液を 深絞り工具に塗布・堆積させる。

本発明方法の別の実施態様では、上記溶液を予め脱油した深絞り工具に塗布し、 次いで、乾燥させる。その後は、ブランクの深絞り加工を実施する前に深絞り用 潤滑剤を工具に塗布するか、金属薄板に予めオイルを塗布した後に金属薄板を直 接深絞りする。

本発明方法のさらに別の実施態様では、予めオイルを塗布した深絞り工具に上記 の塩またはその溶液を塗布する。

塗布は上記溶液を滴下して溶液を深絞り工具全体に分布させるか、型とブランク 保持具と対向した区域と深絞り工具の最も尖った区域等のように特に磨耗する区 域に局所化されて堆積させることができる。

本発明方法を用いることによって、ブランクの磨耗と破断の危険性は大幅に少な くなるか、全くなくなることもある。また、こうした危険性を大きくせずに、ブ ランク保持具の圧力を上げることができ、さらに、型とブランク保持具との間で ブランクの端縁部を確実に固定することができるので、端縁部が折れたり曲がっ たりするのを防止することができる。また、万一、深絞り加工中に磨耗が生じて も、本発明の塩を塗布した場合には深絞り工具に付着する危険がない。換言すれ ば、磨耗時に深絞りされる金属薄板の構成金属の一部が深絞り工具に付着したり 剥がれたりする危険がない。従って、本発明で深絞りした製品は次工程で工具に 付着して摩耗・劣化することはない。

本発明方法で深絞りの加工性が向上する説明として、本発明者が観察した事実は 、深絞り工具に堆積した塩が鹸化剤となり、この鹸化剤が深絞り用オイルと反応 して石鹸が生成し、この反応は、特に深絞り加工中に深絞り工具−ブランクの接 触表面に生じる圧力と温度条件によって生じるということである。

本発明方法の別の実施態様では、上記塩を深絞り前に金属薄板に予め堆積させる 。この堆積を金属薄板の製造時に行うこともできる。

従って、本発明の他の対象は、少なくとも片面にオイルと反応して石鹸を生成す る鹸化剤の膜を有することを特徴とする金属薄板にある。上記オイルは深絞り加 工で広く使用されているものである。本明細書中では［深絞りＪという用語は一 般に塑性変形によって金属薄板を成形する任意の方法を表している。

上記鹸化剤はＮａ、　Ｋおよびいからなる群の中から選択されたアルカリ金属塩 であるのが好ましく、それを金属薄板の表面に１０〜１００ｍｇ／ｍ’の比率で 堆積させるのが好ましい。

上記の塩は金属薄板の構成金属に対して化学的に不活性な燐酸塩から選択された 陰イオンの塩であるのが好ましい。

本発明のさらに別の対象は上記金属薄板の製造方法にある。

この方法の特徴は金属薄板の表面にアルカリ金属塩の水溶液を塗布してその塩を 堆積させた後、金属薄板を乾燥して溶媒を蒸発させる点にある。

上記溶液は水１リットル当たり上記の塩を１０〜１００ｇ含むのが好ましい。

また、この溶液はカリウムイオン、燐酸塩イオンおよびヒドウニつムイオンとで 構成され、中和されているのが好ましい。

金属薄板への溶液の塗布は吹付、浸漬または塗布によって行うことができる。塗 布後に金属薄板は直ちに乾燥させる。

上記の各実施態様で本発明方法を実施することによって、深絞り加工中の金属薄 板−工具の摩擦係数値は大幅に小さくなる。

この特性は裸の金属薄板でも、被覆された金属薄板、例えば亜鉛メッキされた金 属薄板でも同じである。

本発明方法で処理した金属薄板は、表面を化学処理した前記の従来の金属薄板に 比較して極めて経済的であるということは理解できよう。本発明の製造方法を実 施するのに必要な設備は大幅に空間を節約することができる。

本発明の上記以外の特徴と利点は以下の実施例の説明から明らかになろう。

以下の実施例は、上記の塩を深絞り工具に堆積させて本発明方法を実施した実験 と本発明方法で処理した後に深絞り加工を行った金属薄板の比較実験である。

以下、添付図面を参照して説明を行う。

第１図は摩擦係数を圧力の関数で表した２つの曲線を示すグラフで、各曲線は処 理１−だ金属薄板と未処理の金属薄板を同じ条件下で測定したものである。

第２図は金属薄板上に堆積した塩の量Ｑ（１ｍ’当たりのカリウムの量をｔＢで 表示）の関数で表したブランクが破断する時のブランク保持圧力Ｐの変化を示す 別の実験のグラフである。

最初に、深絞り工具上に塩を堆積させて行った試験について説明する。

この試験は課の金属薄板および片面を亜鉛電気メッキした金属薄板のブランクを 深絞りするための従来の深絞り工具で行った。

各深絞り工具に、１リツトルの水に５〜２０ｍｇの濃度で希釈したＫ　Ｉ　Ｐ　 Ｏ、・２Ｈ２０の溶液を塗布・堆積させた。

同じ工具を使用して、異なる作業条件下で多数のブランクを深絞り加工する試験 を行った。ポンチの直径の対するブランクの直径の比は２．１で、全ての試験で 共通である。

各試験では、ブランクを破断させるのに必要なブランクの締付は圧力（ｆｏｒｃ ｅ　ｄｅ　５ｅｒｒｅ−目ａｎ）をめた。

裸の金属薄板および片面被覆金属薄板について以下の試験を行った： （］、）Ｋ３ＰＯ，溶液を塗布しない従来方法による深絞り加工。

（２）予め脱油したポンチ、型およびブランク保持具に以下の２つの方法でに３ 　ＰＯ，溶液を塗布して深絞り加工した＝１つは塗布後に深絞り工具を予備乾過 せずに、従って、深絞り工具に過剰な水が残った状態で、ブランクを深絞り加工 する方法。

もう１つは深絞り工具を乾燥した後にブランクを深絞り加工する方法。

（３）油を塗布した深絞り工具に溶液を塗布して行う本発明による深絞り加工。

これらの試験結果は以下の第１表に示しである。この表には各試験でブランクを 破断させるのに必要なブランク締付は力を示しである。

！工炙 本発明方法によって、ブランクを破断させるブランク締付は力は裸の金属薄板の ブランクの場合には３３％、被覆金属薄板の場合には５０％に大きくなることが 分かる。

本発明方法によって、破断前のブランク締付は力を大幅に大きくすることができ 、従って、深絞りプレスの制御範囲を大きくすることができる。従って、本発明 方法を用いることによって、固着（ｇ「１ρｐａｇｅ）・破断の危険なしに、ブ ランク締付は力を大きくすることができるので、例えば、従来方の深絞り加工方 法より深い深絞り製品を一回のパスでで製造することができ、製品に皺や折れが できるのが少なくなる。

次に、従来法と比較して深絞り特性を著しく向上させるのに必要な深絞り工具に 堆積されるべき塩の量を決めるための試験も行った。

この試験結果は下記の第２表に示しである。第２表は、予め脱油した深絞り工具 に塩を塗布して各金属薄板を本発明による深絞り加工した場合の深絞り工具の面 積１ｍ２当たりのカリウムの濃度（ｍｇで表示ンを示している。これらの試験で は、溶液のカリウム濃度を変えて一定の量の溶液を深絞り工具に堆積させた。

第２表 カリウム１度（ｍｇ／ｍ”　） 従って、深絞り工具に溶液を塗布した後に乾燥し、従って、過剰な水分を蒸発さ せた場合には、必要なに、ＰＯ，・Ｈｔ　ＯＯ量が、深絞り工具を予め乾燥させ ないで深絞り加工した場合に比較して著しく減少することが分かる。

また、これらの試験中、本発明者は、比較的カリウム濃度の低い溶液を用いた場 合、換言すれば、堆積される塩の量を同じにして溶液量を多くする　（使用する 水の量を多くする）と、塩の作用が遅延し、型とブランク保持具との間に吸着（ ｖｅｎｔｏｕｓｅ）効果が生じて深絞り加工中が妨害されるということを確認し ている。

従って、必要な塩の量を減少させ且つ深絞り特性を改善させるためには、溶液を 塗布した後に深絞り工具の少なくとも一部を乾燥させるのが好ましい。この乾燥 はパルス状の加熱空気を用いて行うことができる。

本発明者はさらに、本発明方法を用いた深絞り特性の改善効果は、被覆金属薄板 の深絞り加工ではほぼ直ちに中に現れるが、裸の金属薄板のブランクを用いた場 合にはブランク締付は圧力を小さくして多数のブランクを深絞りした後にしか現 れないということも確認した。

次に、深絞り工具に塗布した塩の効果の耐久性を測定する試験を行った。すなわ ち、最初に溶液を塗布し、再塗布を行わずに連続して多数のブランクを深絞りし た。深絞り加工は第１の試験で得られた可能利得（裸の金属薄板の場合は約２１ ０ｋＮ）の約半分に対応するブランク締付は力で実施した。その結果、裸の金属 薄板のブランクでは５〜６枚、被覆金属薄板のブランクでは１０〜１２枚のブラ ンクを破断なしに深絞りすることができた。

これらの試験の結果から、本発明方法で深絞りを行う場合には濃度の高い溶液を 使用してプロセスを迅速化して深絞り特性を向上させることが好ましく、特に、 裸の金属薄板を深絞りする場合には、溶液を塗布した後に、深絞り加工の最初の ２〜３枚目のブランクに対するブランク締付は圧力を小さくするのが好ましいと いうことが分かる。

予め脱油した深絞り工具に溶液を塗布する場合には、この塗布によって潤滑が不 必要になるきいうことはないということは理解できよう。この潤滑は溶液を塗布 した後に深絞り工具を潤滑するか、予めオイルを付けた金属薄板のブランクを用 いて行うことができる。

次に、金属薄板に塩を塗布し、塗布後の金属薄板のブランクを深絞り加工した試 験を以下で記載する。

本発明方法を裸の金属薄板と被覆（亜鉛メッキ）金属薄板とで試験した。本発明 者は特に被覆金属薄板の深絞り特性が向上するということを観察した。

本発明者が実験室規模および工業的規模で行った実験から、未処理の金属薄板は 一部は低いブランク締付は圧力（４０バール）で深絞り破断するが、同じ金属薄 板を本発明方法で処理した場合には、１４０バールのブランク締付は圧力まで破 断はしないということが分かった。

従って、高圧力で深絞りを行うことができるだけでなく、深絞り範囲すなわち深 絞り成形で皺の原因となる低圧力限界とブランクが引き裂かれる高圧力限界とに よって制曜されるブランク締付は圧力範囲を大幅に大きくすることができる。

第３表は５つのサンプルからとった各試験片を深絞りした試験の結果を示してい る。サンプル１．２．３からの試験片への半分は実験室で処理し、サンプル４． ５からの試験片Ｂは工業的製造ラインで処理した。

試験片は鋼の薄板で、各試験片の表面に、１リツトル当たり６０ｇの燐酸ナトリ ウムを含む水溶液を塗布して燐酸すｌ−ＩＪウムを２０■／　ｒｎ　’の量に堆 積させた後、鋼板を乾燥し、最後に通常の保護オイルをコーティングした。

第３表 他の試験で、圧力の関数として摩擦係数の変化を示す第１図のグラフを得た。こ れらの曲線は、両面に厚さ１０μｍの電気亜鉛メッキ被覆を有する金属薄板を通 常の平行表面式摩擦計で測定して得たものである。

処理した金属薄板は未処理の金属薄板の場合に比べて摩擦係数が大幅に低いこと は容易に分かる。

第２図のグラフは金属薄板に堆積（片面のみ）した塩（この場合にはに、ＰＯ， の形の燐酸カリウム）の量Ｑ（１ｍ”当たりのカリウムのｍｇｌｔ＞を変えて行 った別の試験の結果を示している。

この量が約５　ｍｇ／　ｍ　２以下の場合には、ブランクの破断が生じるブラン ク締付は圧力の値Ｐは敗らばり、大抵の破断は圧力が４０バール近傍で起こり、 一方、この量が５ｍｇ／ｍ’以上の場合には１２０バールまで破断が観察されな いことが分かる。

本発明によって得られる深絞り特性の改良は、本発明で堆積した塩と深絞り作業 で広く使用されているオイルとを組み合わせた結果生じるものであるので、金属 薄板またはそのブランク上に塩を堆積した場合でも、深絞り加工の前に金属薄板 またはそのブランクにオイルを弓１く必要性がなくなるわけではないということ に注意しなければならない。

圧力（バール） ｐ 請求の範囲 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成４年３月１１日

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．深絞り加工の前に、裸または被覆された金属薄板またはそのブランク上また は深絞り工具上に、燐酸塩から選択されるＬｉ、ＮａおよびＫからなる群の中か ら選択されたアルカリ金属と、金属薄板の構成金属に対して化学的に不活性な陰 イオンとの塩を堆積させることを特徴とする裸または被覆された金属薄板または そのブランク、特に鋼の薄板の深絞り特性を改善させる方法。
2. ２．上記の塩を深絞り工具に塩の溶液を塗布して堆積させる請求項１に記載の方 法。
3. ３．上記溶液を深絞り工具の特定の区域に局所化させて塗布する請求項２に記載 の方法。
4. ４．塩を予め脱油した深絞り工具に堆積させる請求項２または３に記載の方法。
5. ５．溶液の塗布後に深絞り工具の少なくとも一部分を乾燥する請求項４に記載の 方法。
6. ６．溶液の塗布および／または乾燥後に深絞り工具に油を塗布する請求項４に記 載の方法。
7. ７．予め油を塗布した金属薄板のブランクを深絞りする請求項４に記載の方法。
8. ８．油を塗布した深絞り工具上に溶液を塗布する請求項４に記載の方法。
9. ９．溶液を深絞り工具上に分散して滴下して塗布する請求項２に記載の方法。
10. １０．溶液の塗布後、再度塗布を行う前に多数のブランクを深絞りする請求項２ に記載の方法。
11. １１．金属薄板の表面上にカリウム、ナトリウムまたはリチウムのイオン、燐酸 塩イオンおよびヒドロニウムイオンを含む水溶液を塗布し、次いで乾燥させて塩 を堆積させる請求項１に記載の方法。
12. １２．水溶液が塩を１０〜１００ｇ／ｌ含む請求項１１に記載の方法。
13. １３．溶液の塗布後に金属薄板を直ちに乾燥する請求項１１に記載の方法。
14. １４．溶液をコーティングで塗布する請求項１１に記載の方法。
15. １５．堆積される塩の量が金属薄板の面積１ｍ２当たり１０ｍｇ以上、１００ｍ ｇ／ｍ２以下である請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法で得られる金 属薄板。
16. １６．堆積される塩が式Ｋ３ＰＯ４の燐酸カリウムで、その堆積量はが１ｍ２当 たりのカリウムの量で５ｍｇ以上である請求項１５に記載の金属薄板。