表面处理金属板的制作方法

发明名称：成型材料制造方法以及用于该方法的表面处理金属板国际申请日：2014年10月23日国际申请号：pct/jp2014/078212国家申请号：201480069522.5本发明涉及对成型加工部进行减薄拉深加工的成型材料制造方法以及用于该方法的表面处理金属板。
背景技术：
：一般而言，以镀层钢板等表面处理金属板作为原材料，通过拉深加工等冲压成型方法来成型出凸状的成型加工部。在尤其需要成型加工部的尺寸精度的情况下，在成型加工部成型之后，对该成型加工部实施减薄拉深加工。减薄拉深加工是指，使凸模和凹模之间的间隙比减薄拉深加工前的成型加工部的板厚窄，利用凸模以及凹模对成型加工部的板面进行减薄拉深，使成型加工部的板厚与凸模和凹模之间的间隙一致的加工方法。作为用于这样的减薄拉深加工的模具，能举出例如下述的专利文献1等中所示的结构。即，现有的模具具备凸模和凹模。凸模为圆柱状构件，具有与向压凹孔压入的压入方向平行地呈直线状延伸的外周面，插入成型加工部的内部。凹模具有供成型加工部和凸模一同压入的压凹孔。压凹孔具有：肩部，配置于压凹孔的入口外缘并且由具有规定的曲率半径的曲面构成的；以及内周面，自肩部的r角以与压入方向平行的方式呈直线状延伸。成型加工部的板面在被压入压凹孔时通过肩部被减薄拉深，慢慢地被减薄至凸模的外周面与压凹孔的内周面之间的间隙的厚度。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平5-50151号公报技术实现要素：本发明所要解决的问题减薄拉深加工前的成型加工部的板厚沿着压入方向呈不均匀。具体地说，多数情况下，沿着压入方向的成型加工部的后端侧的板厚比成型加工部的前端侧的板厚更厚。像这样后端侧较厚的原因是，在使成型加工部成型时前端侧比后端侧被更大程度地延展。在如上所述的现有的模具中，凸模的外周面和压凹孔的内周面平行地延伸。因此，凸模的外周面和压凹孔的内周面之间的间隙沿着压入方向呈均匀，使得成型加工部的板厚较厚的部分被更多地减薄拉深。因此，板厚较厚部分的表面处理层有可能会被刮掉，产生粉末状的渣滓。粉末状的渣滓会引起在减薄拉深加工之后的成型加工部的表面形成微小的洼坑部(凹痕)、使用了该成型材料的产品性能变差等问题。本发明是为了解决上述的问题而完成的技术方案，其目的在于，提供一种能避免对局部表面产生较大负荷并能减少粉末状的渣滓的产生量的成型材料制造方法以及用于该方法的表面处理金属板。用于解决问题的方案本发明的成型材料制造方法包括：通过对表面处理金属板进行至少一次成型加工来使凸状的成型加工部成型的工序；以及在所述成型加工部成型之后通过减薄拉深加工用模具对所述成型加工部进行减薄拉深加工的工序，所述成型材料制造方法的特征在于，表面处理金属板具有设置于金属板的表面的表面处理层和设置于所述表面处理层的表面的润滑膜，减薄拉深加工用模具具备：凸模，插入所述成型加工部的内部；以及凹模，具有供成型加工部和凸模一同压入的压凹孔，压凹孔包括：肩部，配置于压凹孔的入口外缘并且由具有规定的曲率半径的曲面构成；以及内周面，自肩部的r角(radiusend)沿成型加工部的压入方向延伸，通过凸模以及凹模的相对位移，供成型加工部的外表面滑动，内周面以如下方式设置：以与凸模的外周面不平行的方式延伸，并且以使成型加工部的减薄拉深量沿着压入方向呈固定的方式，在该内周面与外周面之间具有与减薄拉深加工前的成型加工部的沿着压入方向的不均匀的板厚分布相对应的间隙。此外，本发明的表面处理金属板用于包括了通过对表面处理金属板进行至少一次成型加工来使凸状的成型加工部成型的工序和在使所述成型加工部成型之后通过减薄拉深加工用模具对所述成型加工部进行减薄拉深加工的工序的成型材料制造方法，所述表面处理金属板的特在于，具有：表面处理层，设置于金属板的表面；以及润滑膜，设置于所述表面处理层的表面。发明效果通过本发明的成型材料制造方法，由于压凹孔的内周面以如下方式设置：以与凸模的外周面不平行的方式延伸，并且以使成型加工部的减薄拉深量沿着压入方向呈固定的方式，在该内周面与外周面之间具有与减薄拉深加工前的成型加工部的沿着压入方向的不均匀的板厚分布相对应的间隙，因而能避免对局部表面产生较大负荷，能减少粉末状的渣滓的产生量。特别是，由于表面处理金属板具有设置于金属板的表面的表面处理层和设置于表面处理层的表面的润滑膜，因而能在更广泛的加工条件下减少粉末状的渣滓的产生量。附图说明图1是表示本发明的实施方式的成型材料制造方法的流程图。图2是表示包括通过图1的成型工序来成型的成型加工部的成型材料的立体图。图3是表示包括进行了图1的减薄拉深工序之后的成型加工部的成型材料的立体图。图4是图2的成型加工部1的剖视图。图5是用于图1的减薄拉深工序s2的减薄拉深加工用模具的剖视图。图6是放大表示使用图5的减薄拉深加工用模具对成型加工部进行减薄拉深加工的状态的肩部周边的说明图。图7是示意性地表示图6的肩部与zn系镀层钢板的镀层的关系的说明图。图8是表示各种镀层中图6的镀层的粗糙度歪斜rsk的图表。图9是表示不具有润滑膜的zn-al-mg系合金镀层钢板的减薄拉深率y与x(＝r/tre)的关系的图表。图10是表示具有厚度为0.5μm以上并且1.2μm以下的润滑膜的zn-al-mg系合金镀层钢板的减薄拉深率y与x(＝r/tre)的关系的图表。图11是表示具有厚度为2.2μm的润滑膜的zn-al-mg系合金镀层钢板的减薄拉深率y与x(＝r/tre)的关系的图表。图12是表示具有厚度为1.8μm的润滑膜的zn-al-mg系合金镀层钢板的减薄拉深率y与x(＝r/tre)的关系的图表。图13是表示具有厚度为0.2μm的润滑膜的zn-al-mg系合金镀层钢板的减薄拉深率y与x(＝r/tre)的关系的图表。图14是表示图8的合金化热浸镀锌钢板、热浸镀锌钢板以及电镀锌钢板的减薄拉深率y与x(＝r/tre)的关系的图表。具体实施方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。实施方式1图1是表示本发明的实施方式的成型材料制造方法的流程图，图2是表示包括通过图1的成型工序s1来成型的成型加工部1的成型材料的立体图，图3是表示包括进行了图1的减薄拉深工序s2之后的成型加工部1的成型材料的立体图。如图1所示，本实施方式的成型材料制造方法包括成型工序s1和减薄拉深工序s2。成型工序s1是通过对表面处理金属板进行至少一次成型加工而使凸状的成型加工部1(参照图2)成型的工序。成型加工包括拉深加工、挤压加工等冲压加工。表面处理金属板具有设置于金属板的表面的表面处理层和设置于表面处理层的表面的润滑膜。表面处理层包括涂膜、镀层。润滑膜是指例如以聚乙烯树脂粉末以及在聚乙烯树脂颗粒的颗粒表面结合了氟化树脂的微粉末的氟化聚乙烯树脂颗粒作为润滑剂，将其复合散布于表面处理层的表面而得到的树脂涂膜。在本实施方式中，对于表面处理金属板，以在对钢板的表面实施了镀zn(锌)之后，在镀层的表面形成有润滑膜的zn系镀层钢板为例进行说明。如图2所示，本实施方式的成型加工部1是以如下方式成型的凸部：在zn系镀层钢板成型为盖体之后，从该盖体的顶部进一步突出。以下，将从成型加工部1的基部1b朝向顶部1a的方向称为压入方向1c。该压入方向1c表示往设置于后述的减薄拉深加工用模具的凹模的压凹孔压入成型加工部1(参照图5)的方向。减薄拉深工序s2是通过后述的减薄拉深加工用模具对成型加工部1进行减薄拉深加工的工序。减薄拉深加工是指如下的加工方法：使减薄拉深加工用模具的凸模与凹模之间的间隙比减薄拉深加工前的成型加工部的板厚窄，并通过凸模以及凹模将成型加工部的板面减薄拉深，使成型加工部的板厚与凸模和凹模之间的间隙一致。即，使减薄拉深加工后的成型加工部1的壁厚比减薄拉深加工前的成型加工部1的壁厚薄。如图3所示，通过进行减薄拉深加工，使构成成型加工部1的基部1b的外表面的曲面的曲率半径变小。经过这样的成型工序s1以及减薄拉深工序s2制造的成型材料，即通过本实施方式的成型材料制造方法制造的成型材料能用于各种用途，尤其是用于例如对电机壳体等的成型加工部1的尺寸精度有所要求的用途。接着，图4是图2的成型加工部1的剖视图。如图4所示，减薄拉深加工前的成型加工部1的板厚沿着压入方向1c呈不均匀。具体地说，沿着压入方向1c的成型加工部1的基部1b侧的板厚比成型加工部1的顶部1a侧的板厚更厚。换句话说，成型加工部1的板厚从沿着压入方向1c的后端侧(基部1b侧)朝向前端侧(顶部1a侧)慢慢地变薄。造成这样不均匀的板厚分布的原因是在通过成型工序s1使成型加工部成型时，顶部1a侧比基部1b侧更大程度地被延展。需要说明的是，板厚的缩减率沿着压入方向1c呈固定或者不固定。缩减率是指，将规定位置的板厚t1与从该规定位置向前端侧仅推进单位距离d的位置处的板厚t2之差除以单位距离d的值(＝(t2-t1)/d)。接着，图5是用于图1的减薄拉深工序s2的减薄拉深加工用模具2的剖视图，图6是将放大表示使用图5的减薄拉深加工用模具2对成型加工部进行减薄拉深加工的状态的肩部211周边的说明图。在图5中，减薄拉深加工用模具2具备凸模20和凹模21。凸模20是插入上述的成型加工部1的内部的凸状体。凸模20的外周面20a以与朝向压凹孔210压入的压入方向1c平行的方式呈直线状延伸。凹模21是具有供成型加工部1和凸模20一同压入的压凹孔210的构件。压凹孔210具有肩部211和内周面212。肩部211配置于压凹孔210的入口外缘，由具有规定的曲率半径的曲面构成。内周面212是从肩部211的r角211a沿着压入方向1c延伸的壁面。肩部211的r角211a是指构成肩部211的曲面的位于压凹孔210的里侧的末端。内周面212沿着压入方向1c延伸是指内周面212的延伸方向包括了压入方向1c的成分。如后面详细说明的那样，压凹孔210的内周面212以与凸模20的外周面20a不平行的方式延伸(不平行地延伸)。当成型加工部1和凸模20一起被压入压凹孔210时，如图6所示，成型加工部1的板面通过肩部211被减薄拉深。此外，成型加工部1的外表面通过凸模20以及凹模21的相对位移而在内周面212上滑动。本实施方式的减薄拉深加工用模具2由于如上所述，内周面212以与凸模20的外周面20a不平行的方式延伸，因而内周面212也会将成型加工部1的板面减薄拉深(减厚)。内周面212以如下的方式设置：以使成型加工部1的减薄拉深量沿着压入方向1c呈固定的方式，在内周面212与凸模20的外周面20a之间具有与减薄拉深加工前的成型加工部1的沿着压入方向1c的不均匀的板厚分布相应的间隙212a。这里所说的间隙212a是指如图5所示凸模20被压入到压凹孔210内直到完成减薄拉深加工的位置时内周面212与外周面20a之间的间隙。减薄拉深量是指减薄拉深加工前的板厚tb与减薄拉深加工后的板厚ta之差(＝tb-ta)。换句话说，内周面212以如下方式设置：使沿着压入方向1c的各位置处的与外周面20a的间隙212a为将同位置处的减薄拉深加工前的成型加工部1的板厚减去一定值(所需的减薄拉深量)之后的值。将沿着压入方向1c的各位置的间隙212a设为c(d)，将同位置处的减薄拉深加工前的成型加工部1的板厚设为tb(d)，将所需的减薄拉深量设为a的情况下，内周面212设置为满足c(d)＝tb(d)-a。需要说明的是，d是指离沿着压入方向1c的成型加工部1的基部1b的距离。再换句话说，内周面212以如下方式设置：以与减薄拉深加工前的沿着压入方向1c的成型加工部1的板厚的缩减率相同的比例，使内周面212与外周面20a的间隙212a沿着压入方向1c缩小。在假设沿着压入方向1c的减薄拉深加工前的成型加工部1的板厚的缩减率固定的情况下，内周面212由以与成型加工部1的板厚的缩减率对应的角度延伸的直线状锥面构成。另一方面，在沿着压入方向1c的减薄拉深加工前的成型加工部1的板厚的缩减率不固定的情况下，以使成型加工部1的板厚的缩减率近似于固定值，并以与该近似值对应的角度延伸的方式，由锥面构成内周面212。通过如此构成内周面212，从而即使沿着压入方向1c的成型加工部1的板厚分布不均匀，也能使减薄拉深加工对成型加工部1的表面的负荷沿着压入方向1c均匀。由此，能避免对局部表面产生较大负荷，能减少粉末状的渣滓(镀渣等)的产生量。接着，参照图7对由于通过肩部211进行的减薄拉深而产生镀渣的机制进行说明。图7是示意性地表示图6的肩部211与zn系镀层钢板的镀层10的关系的说明图。如图7所示，在zn系镀层钢板的镀层10的表面存在微小的凹凸10a。在没有润滑膜的状态下，该凹凸10a有可能会在如图6所示通过肩部211对成型加工部1的板面进行减薄拉深时被肩部211刮掉，成为镀渣。镀渣的产生量与肩部211的曲率半径r以及zn系镀层钢板的板厚t的比值r/t有关。由于肩部211的曲率半径r越小，局部变形越多从而镀层10的表面与肩部211的滑动阻力越大，因而镀渣的产生量增大。此外，由于zn系镀层钢板的板厚t越大，通过肩部211进行的减厚量越大从而施加到zn系镀层钢板表面的负荷增大，因而镀渣的产生量增大。即，比值r/t越小，镀渣的产生量越大，比值r/t越大，镀渣的产生量越小。另一方面，由于在镀层表面包覆有润滑膜的状态下，镀层10的表面与肩部211的滑动阻力减少，因而产生镀渣的比值r/t表现为比没有润滑膜的状态小的值。尤其是在减薄拉深加工结束时夹在r角211a和凸模20之间的位置，减薄拉深加工前的成型加工部1的板面被肩部211减厚得最多。因此，从抑制镀渣的产生量的观点来看，镀渣的产生量与r/tre尤为有关，其中，r/tre是肩部211的曲率半径r与减薄拉深加工结束时夹在r角211a和凸模20之间的位置处的减薄拉深加工前的成型加工部1的板厚tre的比值。此外，镀渣的产生量还通过肩部211进行的减薄拉深率有关。在将r角211a和凸模20之间的间隙设为cre，将减薄拉深加工结束时夹在r角211a和凸模20之间的位置处的减薄拉深加工前的成型加工部1的板厚设为tre的情况下，减薄拉深率由{(tre-cre)/tre}×100表示。间隙cre相当于夹在r角211a和凸模20之间的位置处的减薄拉深加工后的成型加工部1的板厚。减薄拉深率越大，施加到zn系镀层钢板表面的负荷越大，镀渣的产生量越大。接着，图8是表示各种镀层中图6的镀层10的粗糙度歪斜rsk的图表。镀渣的产生量还与镀层10的粗糙度歪斜rsk有关。粗糙度歪斜rsk由日本工业标准b0601规定，由下述的式子表示。【式1】这里，rq为：均方根粗糙度(＝振幅分布曲线的二阶矩的平方根)∫z3(x)dx为：振幅分布曲线的三阶矩粗糙度歪斜rsk表示镀层10的凹凸10a(参照图7)的凸部的存在概率。粗糙度歪斜rsk越小，则凸部越少，越能抑制镀渣的产生量。需要说明的是，关于粗糙度歪斜rsk，本申请人在日本特开2006-193776号公报中也进行了说明。如图8所示，作为zn系镀层钢板的种类，可以例举出zn-al-mg系合金镀层钢板、合金化热浸镀锌钢板、热浸镀锌钢板以及电镀锌钢板。zn-al-mg系合金镀层钢板以在钢板表面实施由包含zn和6质量％的al(铝)和3质量％的mg(镁)的合金构成的镀层的钢板为代表。本申请人调查了各镀层钢板的粗糙度歪斜rsk，如图8所示，发现zn-al-mg系合金镀层钢板的粗糙度歪斜rsk包含在小于-0.6并且-1.3以上的范围内，其它的镀层钢板包含在-0.6以上并且0以下的范围内。接着，例举实施例。本发明人以分别改变减薄拉深率和r/tre的方式，以下述的条件进行了zn-al-mg系合金镀层钢板的减薄拉深加工。作为zn-al-mg系合金镀层钢板，使用了不具有润滑膜的镀层钢板(比较例)以及具有润滑膜的镀层钢板(发明例)这两者。需要说明的是，zn-al-mg系合金镀层钢板的板厚为1.8mm，其镀层附着量为90g/m2。【表1】表1样本的化学成分(质量％)【表2】表2样本的机械性能【表3】表3实验条件图9是表示不具有润滑膜的zn-al-mg系合金镀层钢板的减薄拉深率y与x(＝r/tre)的关系的图表。图9的纵轴是由{(tre-cre)/tre}×100表示的减薄拉深率，横轴是由r/tre表示的肩部211的曲率半径r与减薄拉深加工结束时夹在r角211a与凸模20之间的位置处的减薄拉深加工前的成型加工部1的板厚tre的比值。○是表示评价为能抑制镀渣的产生，×是表示评价为不能抑制镀渣的产生。此外，●表示尺寸精度偏离了规定范围。如图9所示，确认了在zn-al-mg系合金镀层钢板的情况下，即粗糙度歪斜rsk为小于-0.6并且-1.3以上的材料的情况下，使减薄拉深率设为y，使r/tre设为x，在由y＝14.6x-4.7表示的直线的下方的区域能抑制镀渣的产生。即，确认了在粗糙度歪斜rsk小于-0.6并且-1.3以上的原材料的情况下，通过以满足0＜y≤14.6x-4.7的方式决定肩部211的曲率半径r以及r角211a与凸模20之间的间隙cre，能抑制镀渣的产生。需要说明的是，在上述的条件式中，之所以规定了0＜y，是因为在减薄拉深率y为0％以下的情况下无法进行减薄拉深加工。接着，图10是表示具有厚度为0.5μm以上并且1.2μm以下的润滑膜的zn-al-mg系合金镀层钢板的减薄拉深率y与x(＝r/tre)的关系的图表。如图10所示，确认了在具有厚度为0.5μm以上并且1.2μm以下的润滑膜的zn-al-mg系合金镀层钢板的情况下，使减薄拉深率为y，使r/tre为x，在由y＝14.8x+3.5表示的直线的下方的区域能抑制镀渣的产生。即，确认了通过在zn-al-mg系合金镀层钢板的表面形成润滑膜，与不形成润滑膜的情况相比能在更广的范围内抑制镀渣的产生。接着，图11是表示具有厚度为2.2μm的润滑膜的zn-al-mg系合金镀层钢板的减薄拉深率y与x(＝r/tre)的关系的图表。如图11所示，确认了在具有厚度为2.2μm的润滑膜的zn-al-mg系合金镀层钢板的情况下，使减薄拉深率为y，使r/tre为x，在由y＝6.0x-3.2表示的直线的下方的区域能抑制镀渣的产生。即，确认了当润滑膜的厚度为2.2μm时，能抑制渣滓的产生的加工范围比不具有润滑膜时小。可以认为由于润滑膜增大了厚度，润滑膜自身成为产生渣滓的原因。接着，图12是表示具有厚度为1.8μm的润滑膜的zn-al-mg系合金镀层钢板的减薄拉深率y与x(＝r/tre)的关系的图表。如图12所示，确认了在具有厚度为1.8μm的润滑膜的zn-al-mg系合金镀层钢板的情况下，使减薄拉深率为y，使r/tre为x，在由y＝14.5x-4.6表示的直线的下方的区域能抑制镀渣的产生。即，确认了当使润滑膜的厚度薄到1.8μm时，能在与不具有润滑膜的情况相同程度的范围内抑制镀渣的产生。接着，图13是表示具有厚度为0.2μm的润滑膜的zn-al-mg系合金镀层钢板的减薄拉深率y与x(＝r/tre)的关系的图表。如图13所示，确认了在具有厚度为0.2μm的润滑膜的zn-al-mg系合金镀层钢板的情况下，使减薄拉深率为y，使r/tre为x，在由y＝15.0x-3.8表示的直线的下方的区域内能抑制镀渣的产生。即，确认了在润滑膜的厚度为0.2μm时，能在与不具有润滑膜的情况(图9)相同程度的范围内抑制镀渣的产生。即，确认了在润滑膜的厚度比0.2μm厚且小于1.8μm的情况下，与不具有润滑膜的情况相比更能抑制镀渣的产生。根据图10～图13所示的结果，确认了通过将润滑膜的厚度设为大于0.2μm并且小于1.8μm，与没有设置润滑膜的状态相比，能更可靠地在更广泛的加工条件下减少粉末状的渣滓的产生量。此外，确认了通过将润滑膜的厚度设为0.5μm以上并且1.2μm以下，能更可靠地在更广泛的加工条件下减少粉末状的渣滓的产生量。接着，图14是表示在图8的合金化热浸镀锌钢板、热浸镀锌钢板以及电镀锌钢板上设置了厚度为0.5μm以上并且1.2μm以下的润滑膜的情况下的减薄拉深率y与x(＝r/tre)的关系的图表。本发明人在下述的条件下也对合金化热浸镀锌钢板、热浸镀锌钢板以及电镀锌钢板进行了相同的实验。需要说明的是，冲压机等实验条件(参照表3)与上述的zn-al-mg系合金镀层钢板的减薄拉深加工相同。此外，合金化热浸镀锌钢板、热浸镀锌钢板的板厚为1.8mm，并使镀层附着量为90g/m2。对于电镀锌钢板，板厚为1.8mm，使镀层附着量为20g/m2。【表4】表4样本的化学成分(质量％)镀层种类csimnpsalti合金化热浸镀锌钢板0.0030.0050.140.0140.0060.0350.070热浸镀锌钢板0.0040.0060.150.0140.0070.0390.065电镀锌钢板0.0020.0040.130.0130.0080.0410.071【表5】表5样本的机械性能如图14所示，确认了在合金化热浸镀锌钢板、热浸镀锌钢板以及电镀锌钢板上设置了厚度为0.5μm以上并且1.2μm以下的润滑膜的情况下，即，在粗糙度歪斜rsk为-0.6以上并且0以下的材料的情况下，使减薄拉深率为y，使r/tre为x，在由y＝16.7x-5.4表示的直线的下方的区域内能抑制镀渣的产生。即，确认了在粗糙度歪斜rsk为-0.6以上并且0以下的材料上设置了厚度为0.5μm以上并且1.2μm以下的润滑膜的情况下，通过以满足0＜y≤16.7x-5.4的方式决定肩部211的曲率半径r以及r角211a与凸模20之间的间隙cre，能抑制镀渣的产生。在这样的减薄拉深加工用模具2以及成型材料制造方法中，由于内周面212被设置为以使成型加工部1的减薄拉深量沿着压入方向1c呈固定的方式，在内周面212与凸模20的外周面20a之间具有与减薄拉深加工前的成型加工部1的沿着压入方向1c的不均匀的板厚分布相应的间隙212a，因而能避免对局部表面产生较大负荷，能减少粉末状的渣滓的产生量。通过减少粉末状的渣滓的产生量，从而能消除在减薄拉深加工后的成型加工部1的表面形成微小的洼坑部(凹痕)或使用了该成型材料的产品性能变差或发生需要进一步进行去除粉末状渣滓的作业等问题。该方案在进行zn系镀层钢板的减薄拉深加工时尤其有效。特别是，由于表面处理金属板具有设置于金属板的表面的表面处理层和设置于表面处理层的表面的润滑膜，因而能在更广泛的加工条件下减少粉末状的渣滓的产生量。此外，由于润滑膜的厚度大于0.2μm并且小于1.8μm，因而能更可靠地在更广泛的加工条件下减少粉末状的渣滓的产生量。进而，由于润滑膜的厚度在0.5μm以上并且1.2μm以下，因而能更可靠地在更广泛的加工条件下减少粉末状的渣滓的产生量。当前第1页12