WO2014207947A1 - しごき加工用金型及び成形材製造方法 - Google Patents

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molding
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尚文 中村
山本　雄大
黒部　淳
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日新製鋼株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a die for ironing for performing ironing on a forming portion and a method for manufacturing a molding material.
  • a convex shaped processed part is formed by press forming such as drawing using a surface-treated metal plate such as a plated steel plate as a raw material.
  • a surface-treated metal plate such as a plated steel plate as a raw material.
  • ironing is performed on the forming portion after the forming portion is formed.
  • the clearance between the punch and the die is made narrower than the plate thickness of the forming part before ironing, and the plate surface of the forming part is ironed by the punch and die, This is a processing method in which the plate thickness of the forming portion is matched with the clearance.
  • the conventional mold includes a punch and a die.
  • the punch is a columnar member having an outer peripheral surface that extends linearly in parallel with the pressing direction into the pressing hole, and is inserted into the forming portion.
  • the die has an indentation hole into which the forming portion is pushed together with the punch.
  • the indentation hole is disposed at the outer edge of the indentation hole and is formed by a curved surface having a predetermined radius of curvature, and an inner peripheral surface linearly extending in parallel with the indentation direction from the R-stop of the shoulder portion And have.
  • the plate surface of the forming portion is squeezed by the shoulder portion when being pushed into the push hole, and is gradually reduced in thickness to the clearance between the outer peripheral surface of the punch and the inner peripheral surface of the push hole.
  • the plate thickness of the forming part before ironing is not uniform along the indentation direction. Specifically, the plate thickness on the rear end side of the forming portion along the pressing direction is often thicker than the plate thickness on the front end side of the forming portion. The reason why the rear end side becomes thick in this way is that the front end side is extended more greatly than the rear end side when the forming portion is formed.
  • the outer peripheral surface of the punch and the inner peripheral surface of the pressing hole extend in parallel. For this reason, the clearance between the outer peripheral surface of the punch and the inner peripheral surface of the pressing hole is uniform along the pressing direction, and the portion where the plate thickness of the molded portion is thicker is squeezed more. For this reason, the surface treatment layer in the thick plate portion is scraped off, and powdery wrinkles may occur.
  • the powdered wrinkles cause problems such as formation of minute dents (indentations) on the surface of the molded portion after ironing and deterioration of product performance using the molded material.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to avoid the occurrence of a large load on a part of the surface treatment layer, and to reduce the generation amount of powdery soot. It is to provide a mold for ironing and a method for producing a molding material.
  • a die for ironing according to the present invention is a die for ironing for performing ironing on a convex forming portion formed by using a surface-treated metal plate as a raw material. And a die having a pressing hole into which the forming portion is pressed together with the punch, and the pressing hole is disposed on the outer edge of the inlet of the pressing hole and is configured by a curved surface having a predetermined radius of curvature.
  • an inner peripheral surface that extends along the pushing direction of the forming portion from the R stop of the shoulder portion and on which the outer surface of the forming portion is slid by relative displacement of the punch and the die,
  • the inner peripheral surface extends non-parallel to the outer peripheral surface of the punch, and the non-performing direction along the indentation direction of the forming portion before ironing is set so that the ironing amount of the forming portion is constant along the indentation direction.
  • Clearer according to uniform thickness distribution It It is provided so as to have between the outer peripheral surface of the scan.
  • the forming material manufacturing method includes a step of forming a convex forming portion by performing at least one forming process on a surface-treated metal plate, and a mold for ironing after forming the forming portion.
  • a molding material manufacturing method including a step of performing ironing on a molding processing portion, wherein a die for ironing processing includes a punch inserted into the molding processing portion, and a pressing hole into which the molding processing portion is pushed together with the punch. And a pressing hole is arranged at the inlet outer edge of the pressing hole and is formed of a curved surface having a predetermined radius of curvature, and from the R-stop of the shoulder part in the pressing direction of the forming portion.
  • the molding process Amount can is provided so as to have between the outer peripheral surface of the clearance corresponding to the non-uniform thickness distribution along the pushing direction of the molding portion before ironing to be constant along the pushing direction.
  • the inner peripheral surface of the pressing hole extends non-parallel to the outer peripheral surface of the punch, and the ironing amount of the forming portion is in the pressing direction. Because it is provided to have a clearance according to the non-uniform plate thickness distribution along the indentation direction of the forming part before ironing so as to be constant along the outer peripheral surface, some surface treatment It is possible to avoid a large load on the layer and to reduce the amount of powdery soot generated.
  • FIG. 1 It is a flowchart which shows the molding material manufacturing method by embodiment of this invention. It is a perspective view which shows the molding material containing the shaping
  • FIG. 1 is a flowchart showing a molding material manufacturing method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing a molding material including a molding part 1 molded in the molding step S1 of FIG.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a molding material manufacturing method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing a molding material including a molding part 1 molded in the molding step S1 of FIG.
  • the molding material manufacturing method of the present embodiment includes a molding step S1 and an ironing step S2.
  • the forming step S1 is a step of forming the convex forming portion 1 (see FIG. 2) by performing at least one forming process on the surface-treated metal plate.
  • the forming process includes a pressing process such as a drawing process or an overhang process.
  • the surface-treated metal plate is a metal plate having a surface-treated layer provided on the surface.
  • the surface treatment layer includes a coating film and a plating layer.
  • the surface-treated metal plate will be described as a Zn-based plated steel plate in which Zn (zinc) -based plating is applied to the surface of the steel plate.
  • the forming portion 1 of the present embodiment is a convex portion that is formed so as to protrude further from the top of the cap body after the Zn-based plated steel sheet is formed on the cap body.
  • the direction from the base 1b of the forming portion 1 toward the top 1a is referred to as a pressing direction 1c.
  • This indentation direction 1c means the direction in which the shaping
  • the ironing step S2 is a step in which ironing is performed on the forming portion 1 using a die for ironing described later. With ironing, the clearance between the punch and die of the ironing die is narrower than the thickness of the molding part before ironing, and the plate surface of the molding part is punched with the punch and die.
  • This is a processing method in which the thickness of the forming portion is matched with the clearance between the die and the die. That is, the thickness of the forming portion 1 after ironing is made thinner than the thickness of the forming portion 1 before ironing.
  • molding process part 1 is made small by performing ironing.
  • the molding material manufactured through the molding step S1 and the ironing step S2, that is, the molding material manufactured by the molding material manufacturing method of the present embodiment can be used for various applications. This is particularly used in applications where the dimensional accuracy of the molded part 1 is required.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the forming portion 1 of FIG.
  • the thickness of the forming portion 1 before ironing is not uniform along the pressing direction 1c.
  • the plate thickness on the base portion 1 b side of the molding portion 1 along the pressing direction 1 c is thicker than the plate thickness on the top portion 1 a side of the molding portion 1.
  • the plate thickness of the forming portion 1 is gradually reduced from the rear end side (base portion 1b side) along the pushing direction 1c toward the front end side (top portion 1a side).
  • the reason for this non-uniform thickness distribution is that the top portion 1a side is extended more than the base portion 1b side when the forming portion is formed in the forming step S1.
  • the reduction rate of the plate thickness is constant or non-constant along the pressing direction 1c.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the ironing die 2 used in the ironing step S2 of FIG. 1, and FIG. 6 shows an ironing process for the forming portion using the ironing die 2 of FIG. It is explanatory drawing which expands and shows the shoulder part 211 periphery of the state which is performing.
  • the ironing die 2 includes a punch 20 and a die 21.
  • the punch 20 is a convex body that is inserted into the molding portion 1 described above.
  • the outer peripheral surface 20 a of the punch 20 extends linearly in parallel with the pressing direction 1 c into the pressing hole 210.
  • the die 21 is a member having a pressing hole 210 into which the molding unit 1 is pressed together with the punch 20.
  • the push hole 210 has a shoulder portion 211 and an inner peripheral surface 212.
  • the shoulder portion 211 is disposed on the outer edge of the entrance of the push hole 210, and is configured by a curved surface having a predetermined radius of curvature.
  • the inner peripheral surface 212 is a wall surface extending from the R stop 211a of the shoulder portion 211 along the pushing direction 1c.
  • the R stop 211 a of the shoulder portion 211 means a terminal end on the back side of the curved push-in hole 210 constituting the shoulder portion 211.
  • That the inner peripheral surface 212 extends along the pushing direction 1c means that the component of the pushing direction 1c is included in the extending direction of the inner peripheral surface 212.
  • the inner peripheral surface 212 of the push-in hole 210 extends non-parallel to the outer peripheral surface 20a of the punch 20 (but does not extend in parallel).
  • the plate surface of the forming unit 1 is squeezed by the shoulder 211 as shown in FIG. Further, the outer surface of the forming portion 1 is slid on the inner peripheral surface 212 by the relative displacement of the punch 20 and the die 21.
  • the inner peripheral surface 212 extends non-parallel to the outer peripheral surface 20a of the punch 20 as described above. Squeeze the face (thinning).
  • the inner circumferential surface 212 has a clearance 212a corresponding to a non-uniform plate thickness distribution along the pushing direction 1c of the forming part 1 before ironing so that the ironing amount of the forming part 1 is constant along the pushing direction 1c.
  • the clearance 212a here is a clearance between the inner peripheral surface 212 and the outer peripheral surface 20a when the punch 20 is pushed into the push hole 210 to the position where the ironing process is finished as shown in FIG. .
  • Amount and is ironing, which is the difference between the ironing unprocessed plate thickness t b and ironing after plate thickness t a ( t b -t a ).
  • the clearance 212a between the inner peripheral surface 212 and the outer peripheral surface 20a at each position along the pressing direction 1c is a constant value (required amount of ironing) from the plate thickness of the forming portion 1 before ironing at the same position. ) To reduce the value.
  • the clearance 212a at each position along the pushing direction 1c is C (d)
  • the plate thickness of the forming part 1 before ironing at the same position is T b (d)
  • the required ironing amount is A
  • d means the distance from the base 1b of the shaping
  • the clearance 212a between the inner peripheral surface 212 and the outer peripheral surface 20a is equal to the pressing direction 1c in the inner peripheral surface 212 at the same rate as the reduction rate of the thickness of the forming portion 1 along the pressing direction 1c before ironing. It is provided so that it may decrease along. If the reduction rate of the thickness of the forming part 1 before the ironing process along the pushing direction 1c is constant, the inner peripheral surface 212 extends at an angle corresponding to the reduction rate of the thickness of the forming part 1. It is comprised by the linear taper surface made.
  • the inner peripheral surface 212 is formed of a tapered surface so as to extend at an angle according to the above.
  • the inner peripheral surface 212 By configuring the inner peripheral surface 212 in this way, even if the plate thickness distribution of the forming portion 1 along the pressing direction 1c is non-uniform, the load on the surface of the forming portion 1 by ironing is pushed in the pressing direction. It can be uniform along 1c. Thereby, it can avoid that a big load arises in a part of plating, can prevent that a part of surface treatment layer is shaved largely, and can reduce the generation amount of a powdery flaw (plating flaw).
  • FIG. 7 is an explanatory diagram conceptually showing the relationship between the shoulder portion 211 of FIG. 6 and the plating layer 10 of the Zn-based plated steel sheet.
  • fine unevenness 10a exists on the surface of the plated layer 10 of the Zn-based plated steel sheet.
  • the unevenness 10 a may be scraped by the shoulder portion 211 when the plate surface of the forming portion 1 is squeezed by the shoulder portion 211, and may become a plating flaw.
  • the amount of plating wrinkles is correlated with the curvature radius r of the shoulder 211 and the ratio r / t of the plate thickness t of the Zn-based plated steel sheet.
  • the radius of curvature r of the shoulder portion 211 is smaller, the local strain increases and the sliding resistance between the surface of the plating layer 10 and the shoulder portion 211 increases, so that the amount of plating flaws increases.
  • the plate thickness t of the Zn-based plated steel sheet increases, the amount of thickness reduction by the shoulder portion 211 increases and the load applied to the surface of the Zn-based plated steel sheet increases, so the amount of plating flaws increases. That is, the smaller the ratio r / t, the greater the amount of plating flaws generated, and the larger the ratio r / t, the smaller the amount of plating flaws generated.
  • the plate surface of the forming part 1 before the ironing process at the position sandwiched between the R-stop 211a and the punch 20 is most reduced by the shoulder part 211.
  • the generation amount of the plating flaw is sandwiched between the radius of curvature r of the shoulder portion 211 and the R stop 211a and the punch 20 when the ironing process is finished. It has a ratio r / t re a strong correlation between the thickness t re a molding unit 1 before ironing at the position.
  • the amount of plating flaws is correlated with the ironing rate by the shoulder portion 211.
  • the ironing rate the clearance between the R stop 211a and the punch 20 is c re, and when the ironing process is finished, the forming part 1 before the ironing process at the position sandwiched between the R stop 211a and the punch 20 is used.
  • the plate thickness is t re , it is represented by ⁇ (t re ⁇ c re ) / t re ⁇ ⁇ 100.
  • the clearance c re corresponds to the plate thickness of the forming part 1 after the ironing process at a position sandwiched between the R stop 211a and the punch 20.
  • FIG. 8 is a graph showing the skewness Rsk of the plating layer 10 of FIG. 6 in various plating layers.
  • the amount of plating soot is also correlated with the skewness Rsk of the plating layer 10.
  • the skewness Rsk is defined by Japanese Industrial Standard B0601, and is represented by the following equation.
  • Skewness Rsk represents the existence probability of the convex part in the unevenness 10a (see FIG. 7) of the plating layer 10. As the skewness Rsk is smaller, the number of convex portions is smaller and the amount of plating defects is suppressed. Note that the skewness Rsk is also described in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-193776 by the present applicant.
  • examples of the Zn-based plated steel sheet include Zn—Al—Mg alloy-plated steel sheet, alloyed hot-dip galvanized steel sheet, hot-dip galvanized steel sheet, and electrogalvanized steel sheet.
  • a Zn—Al—Mg alloy-plated steel sheet is typically a steel sheet with a plating layer made of an alloy containing Zn, 6 mass% Al (aluminum) and 3 mass% Mg (magnesium). is there.
  • the skewness Rsk of the Zn—Al—Mg alloy-plated steel sheet is included in the range of less than ⁇ 0.6 and ⁇ 1.3 or more. It was found that the other plated steel sheets were included in the range of ⁇ 0.6 or more and 0 or less.
  • the inventors of the present invention performed ironing of a Zn—Al—Mg alloy-plated steel sheet under the following conditions so as to change the ironing rate and r / tre , respectively.
  • board thickness of a test material is 1.8 mm
  • the vertical axis of FIG. 9 is the ironing rate represented by ⁇ (t re ⁇ c re ) / t re ⁇ ⁇ 100, and the horizontal axis is the radius of curvature r of the shoulder portion 211 represented by r / t re , and the ironing process is completed.
  • the ratio of the thickness t re a molding unit 1 before ironing at a position sandwiched between the R blind 211a and the punch 20 during the.
  • ⁇ shows the evaluation that the generation of plating flaws could be suppressed
  • ⁇ shows the evaluation that the generation of plating flaws could not be suppressed.
  • ⁇ indicates that the dimensional accuracy is out of the predetermined range.
  • the present inventors performed the same experiment on the alloyed hot-dip galvanized steel sheet, hot-dip galvanized steel sheet, and electrogalvanized steel sheet under the following conditions. Note that the experimental conditions (see Table 3) of the press machine and the like are the same as the ironing of the Zn—Al—Mg alloy-plated steel sheet described above.
  • the alloyed hot-dip galvanized steel sheet and hot-dip galvanized steel sheet had a plate thickness of 1.8 mm and a plating adhesion amount of 90 g / m 2 .
  • the plate thickness was 1.8 mm, and the amount of plating was 20 g / m 2 .
  • the inner peripheral surface 212 is formed so that the ironing amount of the molding part 1 is constant along the pressing direction 1c and the molding part 1 before the ironing process 1 Since the clearance 212a corresponding to the non-uniform plate thickness distribution along the pressing direction 1c is provided between the punch 20 and the outer peripheral surface 20a, a large load is applied to a part of the surface treatment layer (plating layer 10). Can be avoided, and the generation amount of powdery soot (plating soot) can be reduced.
  • the surface-treated metal plate is described as a Zn-based plated steel plate, but the present invention can also be applied to other surface-treated metal plates such as an aluminum plate provided with a coating film on the surface.

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Abstract

本発明によるしごき加工用金型は、成形加工部の内部に挿入されるパンチと、パンチとともに成形加工部が押し込まれる押込穴を有するダイとを備えている。押込穴の内周面は、パンチの外周面と非平行に延在されているとともに、成形加工部のしごき量が押込方向に沿って一定となるようにしごき加工前の成形加工部の押込方向に沿う非均一な板厚分布に応じたクリアランスを外周面との間に有するように設けられている。

Description

しごき加工用金型及び成形材製造方法
　本発明は、成形加工部に対してしごき加工を行うためのしごき加工用金型及び成形材製造方法に関する。
　一般に、めっき鋼板等の表面処理金属板を素材として、絞り加工等のプレス成形により凸状の成形加工部が成形されている。成形加工部の寸法精度が特に必要とされる場合、成形加工部が成形された後に、その成形加工部に対してしごき加工が施される。しごき加工とは、パンチとダイとの間のクリアランスをしごき加工前の成形加工部の板厚よりも狭くして、パンチ及びダイにより成形加工部の板面をしごき、パンチとダイとの間のクリアランスに成形加工部の板厚を一致させる加工方法である。
　このようなしごき加工に用いる金型としては、例えば下記の特許文献１等に示されている構成を挙げることができる。すなわち、従来の金型は、パンチとダイとを備えている。パンチは、押込穴への押込方向と平行に直線状に延在された外周面を有する円柱状部材であり、成形加工部の内部に挿入される。ダイは、パンチとともに成形加工部が押し込まれる押込穴を有している。押込穴は、押込穴の入口外縁に配置されるとともに所定の曲率半径を有する曲面により構成された肩部と、肩部のＲ止まりから押込方向と平行に直線状に延在された内周面とを有している。成形加工部の板面は、押込穴に押し込まれるときに肩部でしごかれて、パンチの外周面と押込穴の内周面との間のクリアランスの広さまで徐々に減肉される。
特開平５－５０１５１号公報
　しごき加工前の成形加工部の板厚は押込方向に沿って非均一である。具体的には、押込方向に沿う成形加工部の後端側の板厚が成形加工部の先端側の板厚よりも厚いことが多い。このように後端側が厚くなるのは、成形加工部を成形する際に後端側よりも先端側が大きく延ばされるためである。
　上記のような従来の金型では、パンチの外周面と押込穴の内周面とが平行に延在されている。このため、パンチの外周面と押込穴の内周面との間のクリアランスは押込方向に沿って均一であり、成形加工部の板厚が厚い部分がより多くしごかれてしまう。このため、板厚が厚い部分の表面処理層が削れてしまい、粉状の滓が生じることがある。粉状の滓は、しごき加工後の成形加工部の表面での微小なくぼみ部（打痕）の形成や、その成形材を用いた製品性能の劣化等の問題を引き起こす。
　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、一部の表面処理層に大きな負荷が生じることを回避でき、粉状の滓の発生量を低減できるしごき加工用金型及び成形材製造方法を提供することである。
　本発明に係るしごき加工用金型は、表面処理金属板を素材として形成された凸状の成形加工部に対してしごき加工を行うためのしごき加工用金型であって、成形加工部の内部に挿入されるパンチと、パンチとともに成形加工部が押し込まれる押込穴を有するダイとを備え、押込穴は、押込穴の入口外縁に配置されるとともに所定の曲率半径を有する曲面により構成された肩部と、肩部のＲ止まりから成形加工部の押込方向に沿って延在されてパンチ及びダイの相対的な変位により成形加工部の外面が摺動される内周面とを含んでおり、内周面は、パンチの外周面と非平行に延在されているとともに、成形加工部のしごき量が押込方向に沿って一定となるようにしごき加工前の成形加工部の押込方向に沿う非均一な板厚分布に応じたクリアランスを外周面との間に有するように設けられている。
　本発明に係る成形材製造方法は、少なくとも１回の成形加工を表面処理金属板に行うことで凸状の成形加工部を成形する工程と、成形加工部を成形した後にしごき加工用金型により成形加工部にしごき加工を行う工程とを含む成形材製造方法であって、しごき加工用金型は、成形加工部の内部に挿入されるパンチと、パンチとともに成形加工部が押し込まれる押込穴を有するダイとを備えており、押込穴は、押込穴の入口外縁に配置されるとともに所定の曲率半径を有する曲面により構成された肩部と、肩部のＲ止まりから成形加工部の押込方向に沿って延在されてパンチ及びダイの相対的な変位により成形加工部の外面が摺動される内周面とを含んでおり、内周面は、パンチの外周面と非平行に延在されているとともに、成形加工部のしごき量が押込方向に沿って一定となるようにしごき加工前の成形加工部の押込方向に沿う非均一な板厚分布に応じたクリアランスを外周面との間に有するように設けられている。
　本発明のしごき加工用金型及び成形材製造方法によれば、押込穴の内周面は、パンチの外周面と非平行に延在されているとともに、成形加工部のしごき量が押込方向に沿って一定となるようにしごき加工前の成形加工部の押込方向に沿う非均一な板厚分布に応じたクリアランスを外周面との間に有するように設けられているので、一部の表面処理層に大きな負荷が生じることを回避でき、粉状の滓の発生量を低減できる。
本発明の実施の形態による成形材製造方法を示すフローチャートである。 図１の成形工程で成形された成形加工部を含む成形材を示す斜視図である。 図１のしごき工程が行われた後の成形加工部を含む成形材を示す斜視図である。 図２の成形加工部１の断面図である。 図１のしごき工程Ｓ２で用いられるしごき加工用金型の断面図である。 図５のしごき加工用金型を用いて成形加工部に対してしごき加工を行っている状態の肩部周辺を拡大して示す説明図である。 図６の肩部とＺｎ系めっき鋼板のめっき層との関係を概念的に示す説明図である。 各種のめっき層における図６のめっき層のスキューネスＲｓｋを示すグラフである。 図８のＺｎ－Ａｌ－Ｍｇ系合金めっき鋼板におけるしごき率ＹとＸ（＝ｒ／ｔre）との関係を示すグラフである。 図８の合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板及び電気亜鉛めっき鋼板におけるしごき率ＹとＸ（＝ｒ／ｔre）との関係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による成形材製造方法を示すフローチャートであり、図２は図１の成形工程Ｓ１で成形された成形加工部１を含む成形材を示す斜視図であり、図３は図１のしごき工程Ｓ２が行われた後の成形加工部１を含む成形材を示す斜視図である。
　図１に示すように、本実施の形態の成形材製造方法は、成形工程Ｓ１としごき工程Ｓ２とを含んでいる。成形工程Ｓ１は、少なくとも１回の成形加工を表面処理金属板に行うことで凸状の成形加工部１（図２参照）を成形する工程である。成形加工には、絞り加工や張り出し加工等のプレス加工が含まれる。表面処理金属板は、表面に表面処理層が設けられた金属板である。表面処理層には、塗膜やめっき層が含まれる。本実施の形態では、表面処理金属板は、Ｚｎ（亜鉛）系めっきが鋼板の表面に施されたＺｎ系めっき鋼板であるとして説明する。
　図２に示すように、本実施の形態の成形加工部１は、Ｚｎ系めっき鋼板がキャップ体に成形された後に、そのキャップ体の頂部からさらに突出するように成形された凸部である。以下、成形加工部１の基部１ｂから頂部１ａに向かう方向を押込方向１ｃと呼ぶ。この押込方向１ｃは、後述のしごき加工用金型のダイに設けられた押込穴（図５参照）に成形加工部１が押し込まれる方向を意味する。
　しごき工程Ｓ２は、後述するしごき加工用金型により成形加工部１にしごき加工を行う工程である。しごき加工とは、しごき加工用金型のパンチとダイとの間のクリアランスをしごき加工前の成形加工部の板厚よりも狭くして、パンチ及びダイにより成形加工部の板面をしごき、パンチとダイとの間のクリアランスに成形加工部の板厚を一致させる加工方法である。すなわち、しごき加工後の成形加工部１の肉厚は、しごき加工前の成形加工部１の肉厚よりも薄くされている。
　図３に示すように、しごき加工が行われることで、成形加工部１の基部１ｂの外面を構成する曲面の曲率半径が小さくされている。このような成形工程Ｓ１及びしごき工程Ｓ２を経て製造された成形材、すなわち本実施の形態の成形材製造方法により製造された成形材は、様々な用途に用いることができるが、例えばモータケース等の成形加工部１の寸法精度が求められる用途に特に用いられる。
　次に、図４は、図２の成形加工部１の断面図である。図４に示すように、しごき加工前の成形加工部１の板厚は押込方向１ｃに沿って非均一である。具体的には、押込方向１ｃに沿う成形加工部１の基部１ｂ側の板厚は、成形加工部１の頂部１ａ側の板厚よりも厚い。換言すると、成形加工部１の板厚は、押込方向１ｃに沿う後端側（基部１ｂ側）から先端側（頂部１ａ側）に向けて徐々に薄くなっている。このような非均一な板厚分布となるのは、成形工程Ｓ１にて成形加工部を成形する際に頂部１ａ側が基部１ｂ側よりも大きく延ばされるためである。なお、板厚の減少率は、押込方向１ｃに沿って一定であるか又は非一定である。減少率とは、所定位置の板厚ｔ1と、その所定位置から単位距離ｄだけ先端側に進んだ位置における板厚ｔ2との差を単位距離ｄで除した値である（＝（ｔ2－ｔ1）／ｄ）。
　次に、図５は図１のしごき工程Ｓ２で用いられるしごき加工用金型２の断面図であり、図６は図５のしごき加工用金型２を用いて成形加工部に対してしごき加工を行っている状態の肩部２１１周辺を拡大して示す説明図である。図５において、しごき加工用金型２は、パンチ２０とダイ２１とを備えている。パンチ２０は、上述の成形加工部１の内部に挿入される凸状体である。パンチ２０の外周面２０ａは、押込穴２１０への押込方向１ｃと平行に直線状に延在されている。
　ダイ２１は、パンチ２０とともに成形加工部１が押し込まれる押込穴２１０を有する部材である。押込穴２１０は、肩部２１１と内周面２１２とを有している。肩部２１１は、押込穴２１０の入口外縁に配置されており、所定の曲率半径を有する曲面により構成されている。内周面２１２は、肩部２１１のＲ止まり２１１ａから押込方向１ｃに沿って延在された壁面である。肩部２１１のＲ止まり２１１ａとは、肩部２１１を構成する曲面の押込穴２１０の奥側における終端を意味する。内周面２１２が押込方向１ｃに沿って延在されるとは、内周面２１２の延在方向に押込方向１ｃの成分が含まれることを意味する。後に詳しく説明するように、押込穴２１０の内周面２１２は、パンチ２０の外周面２０ａと非平行に延在されている（平行に延在されていない）。
　パンチ２０とともに成形加工部１が押込穴２１０に押し込まれると、図６に示すように成形加工部１の板面が肩部２１１でしごかれる。また、成形加工部１の外面は、パンチ２０及びダイ２１の相対的な変位により内周面２１２上を摺動される。本実施の形態のしごき加工用金型２では、上述のように内周面２１２がパンチ２０の外周面２０ａと非平行に延在されているので、内周面２１２も成形加工部１の板面をしごく（減肉する）。
　内周面２１２は、成形加工部１のしごき量が押込方向１ｃに沿って一定となるようにしごき加工前の成形加工部１の押込方向１ｃに沿う非均一な板厚分布に応じたクリアランス２１２ａをパンチ２０の外周面２０ａとの間に有するように設けられている。ここでいうクリアランス２１２ａとは、図５に示すようにしごき加工が終了される位置までパンチ２０が押込穴２１０内に押し込まれた際の内周面２１２と外周面２０ａとの間のクリアランスである。しごき量とは、しごき加工前の板厚ｔbとしごき加工後の板厚ｔaとの差である（＝ｔb－ｔa）。
　換言すると、内周面２１２は、押込方向１ｃに沿う各位置における外周面２０ａとのクリアランス２１２ａが、同位置におけるしごき加工前の成形加工部１の板厚から一定値（必要とされるしごき量）を減じた値となるように設けられている。押込方向１ｃに沿う各位置におけるクリアランス２１２ａをＣ（ｄ）とし、同位置におけるしごき加工前の成形加工部１の板厚をＴb（ｄ）とし、必要とされるしごき量をＡとした場合、内周面２１２は、Ｃ（ｄ）＝Ｔb（ｄ）－Ａを満たすように設けられる。なお、ｄは、押込方向１ｃに沿う成形加工部１の基部１ｂからの距離を意味している。
　さらに換言すると、内周面２１２は、しごき加工前の押込方向１ｃに沿う成形加工部１の板厚の減少率と同じ割合で、内周面２１２と外周面２０ａとのクリアランス２１２ａが押込方向１ｃに沿って減少するように設けられている。仮に、押込方向１ｃに沿うしごき加工前の成形加工部１の板厚の減少率が一定である場合、内周面２１２は、成形加工部１の板厚の減少率に応じた角度で延在された直線状のテーパ面により構成される。一方で、押込方向１ｃに沿うしごき加工前の成形加工部１の板厚の減少率が非一定である場合、成形加工部１の板厚の減少率を一定値に近似して、その近似値に応じた角度で延在されるように内周面２１２をテーパ面で構成する。
　このように内周面２１２が構成されることで、押込方向１ｃに沿う成形加工部１の板厚分布が非均一であっても、しごき加工による成形加工部１の表面への負荷を押込方向１ｃに沿って均一とすることができる。これにより、一部のめっきに大きな負荷が生じることを回避でき、一部の表面処理層が大きく削れることを防止でき、粉状の滓（めっき滓）の発生量を低減できる。
　次に、図７を参照して肩部２１１でのしごきによりめっき滓が発生するメカニズムを説明する。図７は、図６の肩部２１１とＺｎ系めっき鋼板のめっき層１０との関係を概念的に示す説明図である。図７に示すように、Ｚｎ系めっき鋼板のめっき層１０の表面には微細な凹凸１０ａが存在する。この凹凸１０ａは、図６で示したように肩部２１１によって成形加工部１の板面がしごかれる際に肩部２１１によって削られて、めっき滓となるおそれがある。
　めっき滓の発生量は、肩部２１１の曲率半径ｒ及びＺｎ系めっき鋼板の板厚ｔの比ｒ／ｔと相関を有する。肩部２１１の曲率半径ｒが小さいほど、局所的なひずみが増してめっき層１０の表面と肩部２１１との摺動抵抗が増大するので、めっき滓の発生量が増大する。また、Ｚｎ系めっき鋼板の板厚ｔが大きいほど、肩部２１１による減肉量が大きくなりＺｎ系めっき鋼板表面にかかる負荷が増大するので、めっき滓の発生量が増大する。すなわち、比ｒ／ｔが小さいほどめっき滓の発生量が増大し、比ｒ／ｔが大きいほどめっき滓の発生量が減少する。
　特に、しごき加工が終了する際にＲ止まり２１１ａとパンチ２０との間に挟まれる位置におけるしごき加工前の成形加工部１の板面が、肩部２１１によって最も減肉される。このため、めっき滓の発生量を抑える観点から見ると、めっき滓の発生量は、肩部２１１の曲率半径ｒと、しごき加工が終了する際にＲ止まり２１１ａとパンチ２０との間に挟まれる位置におけるしごき加工前の成形加工部１の板厚ｔreとの比ｒ／ｔreと強い相関を有する。
　また、めっき滓の発生量は、肩部２１１によるしごき率とも相関を有する。しごき率は、Ｒ止まり２１１ａとパンチ２０との間のクリアランスをｃreとし、しごき加工が終了する際にＲ止まり２１１ａとパンチ２０との間に挟まれる位置におけるしごき加工前の成形加工部１の板厚をｔreとした場合に、｛（ｔre－ｃre）／ｔre｝×１００で表わされる。クリアランスｃreは、Ｒ止まり２１１ａとパンチ２０との間に挟まれる位置におけるしごき加工後の成形加工部１の板厚に相当する。しごき率が大きいほど、Ｚｎ系めっき鋼板表面にかかる負荷が大きくなり、めっき滓の発生量が増大する。
　次に、図８は、各種のめっき層における図６のめっき層１０のスキューネスＲｓｋを示すグラフである。めっき滓の発生量は、めっき層１０のスキューネスＲｓｋとも相関を有する。スキューネスＲｓｋとは、日本工業規格Ｂ０６０１で規定されているものであり、下記の式によって表わされるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　スキューネスＲｓｋは、めっき層１０の凹凸１０ａ（図７参照）における凸部の存在確率を表わしている。スキューネスＲｓｋが小さいほど、凸部が少なく、めっき滓の発生量が抑えられる。なお、スキューネスＲｓｋについては、本出願人による特開２００６－１９３７７６号公報でも説明されている。
　図８に示すように、Ｚｎ系めっき鋼板の種類としては、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系合金めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板及び電気亜鉛めっき鋼板が挙げられる。Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系合金めっき鋼板は、代表的にはＺｎと６質量％のＡｌ（アルミニウム）と３質量％のＭｇ（マグネシウム）とを含む合金からなるめっき層を鋼板表面に施したものである。本出願人がそれぞれのスキューネスＲｓｋを調査したところ、図８に示すように、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系合金めっき鋼板のスキューネスＲｓｋは－０．６未満かつ－１．３以上の範囲に含まれ、その他のめっき鋼板は－０．６以上かつ０以下の範囲に含まれることが分った。
　次に、図９は、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系合金めっき鋼板におけるしごき率ＹとＸ（＝ｒ／ｔre）との関係を示すグラフである。本発明者らは、しごき率とｒ／ｔreとをそれぞれ変更するように下記の条件にてＺｎ－Ａｌ－Ｍｇ系合金めっき鋼板のしごき加工を行った。なお、供試材の板厚は１．８ｍｍで、そのめっき付着量は９０ｇ／ｍ2である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　図９の縦軸は｛（ｔre－ｃre）／ｔre｝×１００で表わされるしごき率であり、横軸はｒ／ｔreで表わされる肩部２１１の曲率半径ｒとしごき加工が終了する際にＲ止まり２１１ａとパンチ２０との間に挟まれる位置におけるしごき加工前の成形加工部１の板厚ｔreとの比である。○はめっき滓の発生を抑えることができたという評価を示し、×はめっき滓の発生を抑えることができなかったという評価を示している。また、●は寸法精度が所定範囲から外れたことを示している。
　図９に示すように、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系合金めっき鋼板の場合、すなわち、スキューネスＲｓｋが－０．６未満かつ－１．３以上の材料の場合、しごき率をＹとしｒ／ｔreをＸとしてＹ＝１４．６Ｘ－４．７で表わされる直線の下方の領域でめっき滓の発生を抑えることができることが確認された。すなわち、スキューネスＲｓｋが－０．６未満かつ－１．３以上の材料の場合、０＜Ｙ≦１４．６Ｘ－４．７を満たすように、肩部２１１の曲率半径ｒ及びＲ止まり２１１ａとパンチ２０との間のクリアランスｃreを決定することで、めっき滓の発生を抑えることができることが確認された。なお、上記の条件式において、０＜Ｙと規定しているのは、しごき率Ｙが０％以下の場合にはしごき加工にならないためである。
　次に、図１０は、図８の合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板及び電気亜鉛めっき鋼板におけるしごき率ＹとＸ（＝ｒ／ｔre）との関係を示すグラフである。本発明者らは、下記の条件にて合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板及び電気亜鉛めっき鋼板についても同様の実験を行った。なお、プレス機等の実験条件（表３参照）については、上述のＺｎ－Ａｌ－Ｍｇ系合金めっき鋼板のしごき加工と同様である。また、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板は、板厚が１．８ｍｍで、めっき付着量を９０ｇ／ｍ2とした。電気亜鉛めっき鋼板については、板厚１．８ｍｍで、めっき付着量を２０ｇ／ｍ2とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　図１０に示すように、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板及び電気亜鉛めっき鋼板の場合、すなわち、スキューネスＲｓｋが－０．６以上かつ０以下の材料の場合、しごき率をＹとしｒ／ｔreをＸとしてＹ＝１２．３Ｘ－７．０で表わされる直線の下方の領域でめっき滓の発生を抑えることができることが確認された。すなわち、スキューネスＲｓｋが－０．６以上かつ０以下の材料の場合、０＜Ｙ≦１２．３Ｘ－７．０を満たすように、肩部２１１の曲率半径ｒ及びＲ止まり２１１ａとパンチ２０との間のクリアランスｃreを決定することで、めっき滓の発生を抑えることができることが確認された。
　このようなしごき加工用金型２及び成形材製造方法では、内周面２１２は、成形加工部１のしごき量が押込方向１ｃに沿って一定となるようにしごき加工前の成形加工部１の押込方向１ｃに沿う非均一な板厚分布に応じたクリアランス２１２ａをパンチ２０の外周面２０ａとの間に有するように設けられているので、一部の表面処理層（めっき層１０）に大きな負荷が生じることを回避でき、粉状の滓（めっき滓）の発生量を低減できる。粉状の滓の発生量を低減することで、しごき加工後の成形加工部１の表面に微小なくぼみ部（打痕）が形成されたり、その成形材を用いた製品性能が劣化されたり、さらに粉状の滓の除去作業が発生したりする問題を解消できる。この構成は、Ｚｎ系めっき鋼板のしごき加工を行う際に特に有効である。
　また、スキューネスＲｓｋが－０．６未満である素材の場合に、｛（ｔre－ｃre）／ｔre｝×１００で表わされるＹとｒ／ｔreで表わされるＸとが０＜Ｙ≦１４．６Ｘ－４．７の関係を満たすように、肩部２１１の曲率半径ｒ及びＲ止まり２１１ａとパンチ２０との間のクリアランスｃreが決定されているので、肩部２１１でのしごきによる粉状の滓の発生量を低減できる。
　さらに、スキューネスＲｓｋが－０．６以上である素材の場合に、｛（ｔre－ｃre）／ｔre｝×１００で表わされるＹとｒ／ｔreで表わされるＸとが０＜Ｙ≦１２．３Ｘ－７．０の関係を満たすように、肩部２１１の曲率半径ｒ及びＲ止まり２１１ａとパンチ２０との間のクリアランスｃreが決定されているので、肩部２１１でのしごきによる粉状の滓の発生量を低減できる。
　なお、実施の形態では表面処理金属板がＺｎ系めっき鋼板であると説明したが、本発明は例えば塗膜が表面に設けられたアルミニウム板等の他の表面処理金属板にも適用できる。

Claims (12)

  1. 　表面処理金属板を素材として形成された凸状の成形加工部に対してしごき加工を行うためのしごき加工用金型であって、
    　前記成形加工部の内部に挿入されるパンチと、
    　前記パンチとともに前記成形加工部が押し込まれる押込穴を有するダイと
    　を備え、
    　前記押込穴は、前記押込穴の入口外縁に配置されるとともに所定の曲率半径を有する曲面により構成された肩部と、前記肩部のＲ止まりから前記成形加工部の押込方向に沿って延在されて前記パンチ及び前記ダイの相対的な変位により前記成形加工部の外面が摺動される内周面とを含んでおり、
    　前記内周面は、前記パンチの外周面と非平行に延在されているとともに、前記成形加工部のしごき量が前記押込方向に沿って一定となるように前記しごき加工前の前記成形加工部の前記押込方向に沿う非均一な板厚分布に応じたクリアランスを前記外周面との間に有するように設けられている、
    　しごき加工用金型。
  2. 　前記肩部の曲率半径及び前記Ｒ止まりと前記パンチとの間のクリアランスは、
    　前記肩部の曲率半径をｒとし、前記Ｒ止まりと前記パンチとの間のクリアランスをｃreとし、前記しごき加工が終了する際に前記Ｒ止まりと前記パンチとの間に挟まれる位置における前記しごき加工前の前記成形加工部の板厚をｔreとした場合に、
    　｛（ｔre－ｃre）／ｔre｝×１００で表わされるＹとｒ／ｔreで表わされるＸとが０＜Ｙ≦１４．６Ｘ－４．７の関係を満たすように決定されている、
    　請求項１記載のしごき加工用金型。
  3. 　前記表面処理金属板のスキューネスＲｓｋは－０．６未満である、請求項２記載のしごき加工用金型。
  4. 　前記肩部の曲率半径及び前記Ｒ止まりと前記パンチとの間のクリアランスは、
    　前記肩部の曲率半径をｒとし、前記Ｒ止まりと前記パンチとの間のクリアランスをｃreとし、前記しごき加工が終了する際に前記Ｒ止まりと前記パンチとの間に挟まれる位置における前記しごき加工前の前記成形加工部の板厚をｔreとした場合に、
    　｛（ｔre－ｃre）／ｔre｝×１００で表わされるＹとｒ／ｔreで表わされるＸとが０＜Ｙ≦１２．３Ｘ－７．０の関係を満たすように決定されている、
    　請求項１記載のしごき加工用金型。
  5. 　前記表面処理金属板のスキューネスＲｓｋは－０．６以上である、請求項４記載のしごき加工用金型。
  6. 　前記表面処理金属板は、鋼板の表面にＺｎ系めっきが施されたＺｎ系めっき鋼板である、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のしごき加工用金型。
  7. 　少なくとも１回の成形加工を表面処理金属板に行うことで凸状の成形加工部を成形する工程と、
    　前記成形加工部を成形した後にしごき加工用金型により前記成形加工部にしごき加工を行う工程と
    　を含む成形材製造方法であって、
    　前記しごき加工用金型は、
    　前記成形加工部の内部に挿入されるパンチと、
    　前記パンチとともに前記成形加工部が押し込まれる押込穴を有するダイと
    　を備えており、
    　前記押込穴は、前記押込穴の入口外縁に配置されるとともに所定の曲率半径を有する曲面により構成された肩部と、前記肩部のＲ止まりから前記成形加工部の押込方向に沿って延在されて前記パンチ及び前記ダイの相対的な変位により前記成形加工部の外面が摺動される内周面とを含んでおり、
    　前記内周面は、前記パンチの外周面と非平行に延在されているとともに、前記成形加工部のしごき量が前記押込方向に沿って一定となるように前記しごき加工前の前記成形加工部の前記押込方向に沿う非均一な板厚分布に応じたクリアランスを前記外周面との間に有するように設けられている、
    　成形材製造方法。
  8. 　前記肩部の曲率半径及び前記Ｒ止まりと前記パンチとの間のクリアランスは、
    　前記肩部の曲率半径をｒとし、前記Ｒ止まりと前記パンチとの間のクリアランスをｃreとし、前記しごき加工が終了する際に前記Ｒ止まりと前記パンチとの間に挟まれる位置における前記しごき加工前の前記成形加工部の板厚をｔreとした場合に、
    　｛（ｔre－ｃre）／ｔre｝×１００で表わされるＹとｒ／ｔreで表わされるＸとが０＜Ｙ≦１４．６Ｘ－４．７の関係を満たすように決定されている、
    　請求項７記載の成形材製造方法。
  9. 　前記表面処理金属板のスキューネスＲｓｋは－０．６未満である、請求項８記載の成形材製造方法。
  10. 　前記肩部の曲率半径及び前記Ｒ止まりと前記パンチとの間のクリアランスは、
    　前記肩部の曲率半径をｒとし、前記Ｒ止まりと前記パンチとの間のクリアランスをｃreとし、前記しごき加工が終了する際に前記Ｒ止まりと前記パンチとの間に挟まれる位置における前記しごき加工前の前記成形加工部の板厚をｔreとした場合に、
    　｛（ｔre－ｃre）／ｔre｝×１００で表わされるＹとｒ／ｔreで表わされるＸとが０＜Ｙ≦１２．３Ｘ－７．０の関係を満たすように決定されている、
    　請求項７記載の成形材製造方法。
  11. 　前記表面処理金属板のスキューネスＲｓｋは－０．６以上である、請求項１０記載の成形材製造方法。
  12. 　前記表面処理金属板は、鋼板の表面にＺｎ系めっきが施されたＺｎ系めっき鋼板である、請求項７から請求項１１までのいずれか１項に記載の成形材製造方法。
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