JP4552383B2

JP4552383B2 - Press die design method with beads and press die with beads

Info

Publication number: JP4552383B2
Application number: JP2003111532A
Authority: JP
Inventors: 知克片桐; 隆明比良; 清次中島
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: JP2004314125A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビード付プレス金型設計方法およびビード付プレス金型に関し、詳しくは、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（以下、ＧＡ鋼板という。）をプレス加工するのに用いるビード付プレス金型のビード形状を最適に設計しうるビード付プレス金型設計方法および該設方法で最適なビード形状に設計されたビード付プレス金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＡ鋼板は、自動車用の防錆鋼板として広く用いられている。これら鋼板は、シート状に切断され、プレス工程により様々な部品形状に成形される。ＧＡ鋼板は、溶融亜鉛中に鋼板を浸漬・引き上げの後、直ちに加熱を行うことにより、下地鋼板中のFeを亜鉛めっき層中へ拡散・合金化させて製造される。めっき層は、Fe含有量の異なる数種類のFe‐Zn結晶相が層状に存在する複雑な層構造となっている。Fe‐Zn結晶相はいずれも、純粋なZn結晶はもとより通常自動車用部材に用いられる冷延鋼板よりも硬度が高い。このため、ＧＡ鋼板が曲げ加工を受けると、下地鋼板部分の塑性変形に追従できずに、めっき層の局所的な破壊が生じる。
めっき皮膜の微粉状剥離であるパウダリングは、このような皮膜のダメージにより発生し、加工量とめっき組成に強く依存する。パウダリング粉は、徐々に金型に堆積し、ピンプルと呼ばれる押し疵状欠陥の原因となる。実生産においては、一定生産量ごとに金型の清掃を行い、このような欠陥の低減を図っている。
【０００３】
このようなめっき皮膜損傷を実験室的に再現し、評価するため、例えば特許文献１に開示されているような試験用ビード付金型が検討されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２０１５７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
材料側からの対策として、めっき組成の最適化についても実行されているが、成形性など他の品質・性能要件から、必ずしも満足できるレベルとならない場合もある。金型設計の段階では、ビード部の主要な役割であるビーディング張力の大きさについては、有限要素法（ＦＥＭ）などＣＡＥを活用した綿密な計算が行われているが、パウダリングの観点から形状を検討・適用した例は皆無であり、めっき皮膜損傷が起こり難い金型ビード形状を決定しうる設計手法の開発が課題として残されていた。
【０００６】
本発明は、この課題を解決し、金型に設定されるビード部での皮膜損傷を軽減し、めっき皮膜の剥離（パウダリング）を低減させうるビード付プレス金型設計方法およびビード付プレス金型を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者らはプレス金型のしわ押え部等に付与するビード形状とパウダリングの関係について調査し、耐パウダリング性に優れたビード形状について検討を行った。その結果、ＧＡ鋼板がビード部で受ける加工ひずみの累積量とパウダリング量との間に強い相関関係を見出した。丸型や角型などビードの基本形状によらず、ビード部を鋼板が通過する際に曲げ、曲げ戻し変形を受ける部分でのひずみ履歴を累積した値で、プレス加工時のパウダリング発生量の大小が予測できることがわかった。さらに同じビード形状であっても、素材板厚の相違により累積ひずみは大きく異なり、同じパウダリングレベルを達成するためには、ビード形状を変える必要のあることが明らかとなった。
【０００８】
本発明はこれらの知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の板厚中心と板表面の周長差から計算されるビード部通過後のビード側鋼板表面のひずみ量の累積値が0.30以下となるようにビード形状を決定することを特徴とするビード付プレス金型設計方法にあり、また、該ビード付プレス金型設計方法により設計されたビード付プレス金型にある。
ここで、ひずみ量の累積値は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の曲げ変形時の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の板厚中心と板表面部の周長差を〔式１〕、〔式２〕のごとく対数ひずみで表し、それらの絶対値を〔式３〕のごとく合計した値で定義され、ビード側鋼板表面のひずみ量の累積値は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板のビード側表面が伸長側となる肩部ではｊ＝１として〔式１〕からεi(1)を算出し、合金化溶融亜鉛めっき鋼板のビード側表面が圧縮側となる肩部ではｊ＝２として〔式２〕からεi(2)を算出し、各肩部ごとに算出したビード側表面のεi(ｊ) の絶対値を〔式３〕のごとく合計した値で定義される。
〔式１〕：ストレッチモード（板の伸長側の表面に適用）
εi(1)＝ln｛（Ｒi ＋ｔ）／（Ｒi ＋0.5 ×ｔ）｝
〔式２〕：コンプレッションモード（板の圧縮側の表面に適用）
εi(2)＝ln｛Ｒi ／（Ｒi ＋0.5 ×ｔ）｝
〔式３〕累積ひずみΣ｜ε｜＝Σ｜εi(ｊ) ｜；ｊ＝１または２
Ｒi は金型の第ｉ肩部（肩部＝曲率一定の部分）の曲率半径、ｔは合金化溶融亜鉛めっき鋼板の板厚、Σ｜ε｜はひずみ量の累積値である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明にいう" ひずみ量の累積値" （＝累積ひずみ）は、曲げ変形時の板厚中心と板表面部の周長差を〔式１〕、〔式２〕のごとく対数ひずみで表し、それらの絶対値を〔式３〕のごとく合計した値で定義される。
〔式１〕：ストレッチモード（板の伸長側の表面に適用）
εi(1)＝ln｛（Ｒi ＋ｔ）／（Ｒi ＋0.5 ×ｔ）｝
〔式２〕：コンプレッションモード（板の圧縮側の表面に適用）
εi(2)＝ln｛Ｒi ／（Ｒi ＋0.5 ×ｔ）｝
〔式３〕累積ひずみΣ｜ε｜＝Σ｜εi(ｊ) ｜；ｊ＝１または２
ここで、Ｒi は金型の第ｉ肩部（肩部＝曲率一定の部分）の曲率半径、ｔはＧＡ鋼板の板厚であり、図２（ａ）に示すように定義される。例えば図２（ｂ）のような、ビード10を設けたビード付金型１と、該ビード10の受け溝であるグルーブ20を設けたダイ金型２とを組合わせてなるしわ押え部を通過するＧＡ鋼板３のビード側、グルーブ側の各表面の累積ひずみはそれぞれ次式で計算される。
（ビード側：）
Σ｜εi(ｊ) ｜＝｜ε1(1)｜＋｜ε2(2)｜＋｜ε3(1)｜＋｜ε4(1)｜
（グルーブ側：）
Σ｜εi(ｊ) ｜＝｜ε1(2)｜＋｜ε2(1)｜＋｜ε3(2)｜＋｜ε4(2)｜
種々仮定した金型形状について上記累積ひずみを計算し、その結果から、同一のビード形状であっても、ビード側とグルーブ側（鋼板表裏両面の一側と他側）で累積ひずみは変化すること、および、さらにビード側では、曲げ加工のほかにビード部での摺動による皮膜損傷の影響がグルーブ側に比べて大きいため、同一の累積ひずみで比較した場合、ビード側のパウダリング量が多くなる傾向があることがわかった。そこで、ビード側表面の皮膜損傷について解析を進め、累積ひずみが0.30を超えるとパウダリング量が急増する傾向を明らかとした。
【００１０】
本発明の設計方法では、上記ビード側鋼板表面の累積ひずみが0.30以下となるビード付金型ビード形状を設計値として決定するものであるから、該決定したビード形状に設計された本発明のビード付プレス金型ではパウダリング量が低いレベルに抑えられる。よって、この金型を用いることでパウダリング量を効果的に低減させうる。
【００１１】
本発明は、ＧＡ鋼板を素材としてプレス加工を行う際の金型形状の設計に適用される技術であり、金型材質や金型表面の特殊処理（浸炭・窒化・酸化、硬質クロムめっき、金属セメンテーションなど）、表面仕上げ・粗度に特別な制限はない。例えばＳＫＤ１１のごとき一般冷間加工用の金型材質や、ＳＫＤ１１表面に硬質クロムめっきを施した金型などに適用できる。
【００１２】
【実施例】
図３に示す各種ビード形状を与えて作製したモデル金型を用いて引き抜き試験を行い、めっき皮膜損傷レベルをテープ剥離法により評価するとともに、引き抜き加工により生じる累積ひずみを計算した。金型、試験片、引き抜き試験およびテープ剥離試験の各条件は以下の通りとした。
【００１３】
金型：材質ＳＫＤ１１（Ｈ_RＣ＝58〜62）、表面仕上げ＃1000、寸法形状⇒図３参照。なお、図３中のａ〜ｆは金型肩部曲率半径、記入数値はｍｍ長さである。
試験片：ＧＡ鋼板（軟鋼、板厚0.6 〜1.4mm 、めっき付着量（片面あたり）50〜70ｇ/m²、めっき層中のFe含有量11.5〜12.2mass% ）、幅40mm×長さ500mm 。
引き抜き試験：しわ押え荷重7840Ｎ、引き抜き速度20mm/s、防錆油1.5 ｇ/m²塗布、ｎ数＝３。
【００１４】
テープ剥離試験：試験材＝引き抜き試験した試験片、試験方法＝石油ベンジン浸漬脱脂後セロファンテープを試験材に貼付けた後引き剥がし、引き剥がしたセロファンテープをＯＨＰシートに貼付け（セロファンテープ測定面５×30mm）、蛍光Ｘ線分析（リガクＸ-ray Spectrometer3270／Moターゲット、管電圧50kV、電流50mmA 、分光結晶LiF ホルダーの測定面35mmφ）によりZnカウント数を測定。剥離量測定位置＝ビード通過後の鋼板のビード部のＲ終わり部から10mm離れた位置から５mmの部分の板幅中央部30mmの表と裏⇒図４参照。なお、各々の条件でｎ数＝３として上記の引き抜き試験を行い、Znカウント数を測定し、これらｎ数＝３のZnカウント数の平均値をパウダリング量として評価した。また、上記ＯＨＰシートに貼り付けたセロファンテープは、ホルダーの測定面の中心とセロファンテープ測定面の中心が一致するようにホルダーにセットして蛍光Ｘ線分析を行った。
【００１５】
試験結果を表１に示す。また、累積ひずみとパウダリング量の関係を整理して図１に示す。同一累積ひずみで比較した場合、ビード側のパウダリング量が多いことがわかる。そして、ビード側の累積ひずみが0.30以下の本発明例ではパウダリング量が低く抑えられているが、ビード側の累積ひずみが0.30超の比較例では累積ひずみの増量に伴ってパウダリング量が急増する傾向にあることがわかる。
【００１６】
【表１】

【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、ビード付プレス金型に設定されるビード部での皮膜損傷を軽減し、めっき皮膜の剥離（パウダリング）量を低減できるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】累積ひずみとパウダリング量の関係を示すグラフである。
【図２】累積ひずみの計算方法の説明図である。
【図３】モデル金型の寸法形状を示す断面図である。
【図４】テープ剥離試験による剥離量測定位置を示す模式図である。
【符号の説明】
１ビード付金型
２ダイ金型
３ＧＡ鋼板
４板厚中心線
５通板方向
６剥離量測定位置
10 ビード
20 グルーブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for designing a press die with a bead and a press die with a bead, and more specifically, a bead of a press die with a bead used for pressing an galvannealed steel sheet (hereinafter referred to as a GA steel sheet ) . The present invention relates to a method for designing a press die with a bead capable of optimally designing the shape, and a press die with a bead designed to have an optimum bead shape by the installation method.
[0002]
[Prior art]
GA steel plates are widely used as rust-proof steel plates for automobiles. These steel plates are cut into sheets and formed into various component shapes by a pressing process. The GA steel sheet is manufactured by diffusing and alloying Fe in the base steel sheet into the galvanized layer by heating immediately after immersing and pulling up the steel sheet in molten zinc. The plating layer has a complicated layer structure in which several types of Fe-Zn crystal phases having different Fe contents exist in layers. Both Fe-Zn crystal phases have higher hardness than pure Zn crystals and cold-rolled steel sheets that are usually used for automobile parts. For this reason, when the GA steel sheet is subjected to bending, local failure of the plating layer occurs without being able to follow the plastic deformation of the base steel sheet portion.
Powdering, which is fine powder peeling of the plating film, occurs due to such damage of the film and strongly depends on the processing amount and the plating composition. The powdering powder gradually accumulates on the mold and causes a pressing-like defect called pimple. In actual production, molds are cleaned for each fixed production volume in order to reduce such defects.
[0003]
In order to reproduce and evaluate such plating film damage in a laboratory, for example, a die with a test bead as disclosed in Patent Document 1 has been studied.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-151571 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
As countermeasures from the material side, optimization of the plating composition has also been carried out, but there are cases where the level is not always satisfactory due to other quality and performance requirements such as formability. In the mold design stage, the bead tension, which is the main role of the bead part, has been carefully calculated using CAE, such as the finite element method (FEM), but from the viewpoint of powdering. There have been no examples of studying and applying the shape, and the development of a design method that can determine the mold bead shape in which plating film damage hardly occurs has been left as an issue.
[0006]
The present invention solves this problem, reduces the film damage at the bead portion set in the mold, and reduces the peeling (powdering) of the plating film. The purpose is to provide a mold.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors investigated the relationship between the bead shape to be applied to the crease presser and the like of the press die and the powdering, and examined the bead shape having excellent powdering resistance. As a result, we found a strong correlation between the cumulative amount of processing strain that the GA steel plate receives at the bead and the amount of powdering. Regardless of the basic shape of the bead, such as round shape or square shape, it is the accumulated strain history at the part that undergoes bending and unbending deformation when the steel plate passes through the bead part. It turns out that big and small can be predicted. Furthermore, even with the same bead shape, the accumulated strain differs greatly depending on the thickness of the material plate, and it became clear that it is necessary to change the bead shape in order to achieve the same powdering level.
[0008]
The present invention has been made based on these findings, the gist of which is the surface of the bead side steel plate after passing the bead portion calculated from the difference in the circumferential length between the thickness center of the galvannealed steel plate and the plate surface. A method for designing a press die with a bead characterized by determining a bead shape so that a cumulative value of strain is 0.30 or less, and a press die with a bead designed by the method for designing a press die with bead. In the mold.
Here, the cumulative value of the strain amount is the difference in the circumferential length between the thickness center of the galvannealed steel sheet and the surface of the galvanized steel sheet during bending deformation of the galvannealed steel sheet. It is expressed as a logarithmic strain, defined by the sum of their absolute values as in [Equation 3], and the cumulative value of the amount of strain on the bead-side steel sheet surface is defined as: Εi (1) is calculated from [Equation 1] with j = 1 at the shoulder portion, and εi (1) from [Equation 2] with j = 2 at the shoulder portion where the bead side surface of the galvannealed steel sheet is the compression side. 2) is calculated, and Ru are defined in the total value as the absolute value of .epsilon.i (j) of the calculated bead surface in each shoulder [equation 3].
[Formula 1]: Stretch mode (applied to the surface on the extension side of the plate)
.epsilon.i (1) = ln {(Ri + t) / (Ri + 0.5.times.t)}
[Formula 2]: Compression mode (applied to the compression side surface of the plate)
.epsilon.i (2) = ln {Ri / (Ri + 0.5.times.t)}
[Expression 3] Cumulative strain Σ | ε | = Σ | εi (j) |; j = 1 or 2
Ri is the radius of curvature of the i-th shoulder of the mold (shoulder = constant curvature), t is the thickness of the galvannealed steel sheet, and Σ | ε | is the cumulative value of strain.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The “cumulative value of strain” (= cumulative strain) referred to in the present invention is the logarithmic strain as shown in [Expression 1] and [Expression 2], which is the difference in circumferential length between the center of the plate thickness and the surface of the plate during bending deformation. These absolute values are defined as a total value as shown in [Formula 3].
[Formula 1]: Stretch mode (applied to the surface on the extension side of the plate)
.epsilon.i (1) = ln {(Ri + t) / (Ri + 0.5.times.t)}
[Formula 2]: Compression mode (applied to the compression side surface of the plate)
.epsilon.i (2) = ln {Ri / (Ri + 0.5.times.t)}
[Expression 3] Cumulative strain Σ | ε | = Σ | εi (j) |; j = 1 or 2
Here, Ri is the radius of curvature of the i-th shoulder (shoulder = constant curvature) of the mold, and t is the thickness of the GA steel plate, which is defined as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 2 (b), it passes through a wrinkle presser portion formed by combining a die 1 with a bead 10 provided with a bead 10 and a die die 2 provided with a groove 20 as a receiving groove of the bead 10. The accumulated strain on each surface of the bead side and the groove side of the

GA

steel plate 3 to be calculated is calculated by the following equations.
(Bead side :)
Σ | εi (j) | = | ε1 (1) | + | ε2 (2) | + | ε3 (1) | + | ε4 (1) |
(Groove side :)
Σ | εi (j) | = | ε1 (2) | + | ε2 (1) | + | ε3 (2) | + | ε4 (2) |
Calculate the above cumulative strain for various assumed mold shapes, and from the results, even if the bead shape is the same, the cumulative strain will change on the bead side and groove side (one side and the other side of the steel sheet both sides). Furthermore, on the bead side, in addition to bending, the effect of film damage due to sliding at the bead is greater than on the groove side, so when compared with the same cumulative strain, the amount of powdering on the bead side is large. It turns out that there is a tendency to become. Therefore, we analyzed the film damage on the bead side surface and clarified the tendency that the amount of powdering increases rapidly when the cumulative strain exceeds 0.30.
[0010]
In the design method of the present invention, the beaded die bead shape in which the accumulated strain on the bead side steel plate surface is 0.30 or less is determined as a design value. Therefore, the bead of the present invention designed in the determined bead shape is used. With a press die, the amount of powdering can be kept at a low level. Therefore, the amount of powdering can be effectively reduced by using this mold.
[0011]
The present invention is a technique applied to the design of the mold shape when performing press working using a GA steel sheet as a raw material, and special processing of the mold material and the mold surface (carburizing / nitriding / oxidizing, hard chromium plating, metal There are no special restrictions on surface finish and roughness. For example, it can be applied to a general cold working mold material such as SKD11 or a mold having a hard chrome plating on the surface of SKD11.
[0012]
【Example】
A pull-out test was performed using model dies produced by giving various bead shapes shown in FIG. 3, and the plating film damage level was evaluated by a tape peeling method, and the cumulative strain generated by the pulling process was calculated. The conditions for the mold, test piece, pull-out test, and tape peel test were as follows.
[0013]
Mold: Material SKD11 (H _R C = 58 to 62), surface finish # 1000, dimension shape ⇒ Refer to FIG. In addition, af in FIG. 3 is a metal mold | die shoulder radius of curvature, and an entry numerical value is mm length.
Test piece: GA steel plate (soft steel, plate thickness 0.6 to 1.4 mm, plating adhesion amount (per one side) 50 to 70 g / m ² , Fe content in the plating layer 11.5 to 12.2 mass%), width 40 mm × length 500 mm.
Pull-out test: wrinkle presser load 7840N, pull-out speed 20mm / s, rust preventive oil 1.5g / m ² applied, n number = 3.
[0014]
Tape peeling test: test material = test piece subjected to pull-out test, test method = petroleum benzene soaked degreased cellophane tape applied to test material, peeled off, peeled cellophane tape attached to OHP sheet (cellophane tape measuring surface 5 x 30mm), X-ray fluorescence analysis (Rigaku X-ray Spectrometer 3270 / Mo target, tube voltage 50kV, current 50mmA, spectroscopic LiF holder measuring surface 35mmφ), Zn count was measured. Peeling amount measurement position = Front and back of 30 mm center part of 5 mm from the position 10 mm away from the R end of the bead part of the steel sheet after passing through the bead ⇒See FIG. The above pull-out test was performed with n = 3 under each condition, the Zn count was measured, and the average value of the Zn counts with n = 3 was evaluated as the amount of powdering. Further, the cellophane tape affixed to the OHP sheet was set in the holder so that the center of the measurement surface of the holder and the center of the cellophane tape measurement surface coincided with each other, and fluorescent X-ray analysis was performed.
[0015]
The test results are shown in Table 1. FIG. 1 shows the relationship between cumulative strain and powdering amount. When compared with the same cumulative strain, it can be seen that the amount of powdering on the bead side is large. In the present invention example in which the accumulated strain on the bead side is 0.30 or less, the amount of powdering is kept low, but in the comparative example in which the accumulated strain on the bead side exceeds 0.30, the amount of powdering increases rapidly as the cumulative strain increases. It turns out that there is a tendency to do.
[0016]
[Table 1]

[0017]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there exists an outstanding effect that the film | membrane damage in the bead part set to a press metal mold | die with a bead can be reduced, and the peeling (powdering) amount of a plating film can be reduced now.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between accumulated strain and powdering amount.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a cumulative strain calculation method.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a dimensional shape of a model mold.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a measurement position of a peeling amount by a tape peeling test.
[Explanation of symbols]
1 beaded mold 2 die mold 3 GA steel plate
4 Thickness center line 5 Feeding direction 6 Peeling amount measurement position
10 beads
20 groove

Claims

The bead shape should be determined so that the cumulative value of strain on the bead side steel plate surface after passing the bead portion calculated from the difference between the thickness center of the galvannealed steel plate and the plate surface is 0.30 or less. A feature of a press die design method with beads.
Here, the cumulative value of the strain amount is the difference in the circumferential length between the thickness center of the galvannealed steel sheet and the surface of the galvanized steel sheet during bending deformation of the galvannealed steel sheet. It is expressed as a logarithmic strain, defined by the sum of their absolute values as in [Equation 3], and the cumulative value of the amount of strain on the bead-side steel sheet surface is defined as: Εi (1) is calculated from [Equation 1] with j = 1 at the shoulder portion, and εi (1) from [Equation 2] with j = 2 at the shoulder portion where the bead side surface of the galvannealed steel sheet is the compression side. 2) is calculated, and Ru are defined in the total value as the absolute value of .epsilon.i (j) of the calculated bead surface in each shoulder [equation 3].
[Formula 1]: Stretch mode (applied to the surface on the extension side of the plate)
.epsilon.i (1) = ln {(Ri + t) / (Ri + 0.5.times.t)}
[Formula 2]: Compression mode (applied to the compression side surface of the plate)
.epsilon.i (2) = ln {Ri / (Ri + 0.5.times.t)}
[Expression 3] Cumulative strain Σ | ε | = Σ | εi (j) |; j = 1 or 2
Ri is the radius of curvature of the i-th shoulder of the mold (shoulder = constant curvature), t is the thickness of the galvannealed steel sheet, and Σ | ε | is the cumulative value of strain.

A press die with a bead designed by the press die design method according to claim 1.