CN109641294B - 剪切加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种剪切加工方法,在对于将焊接部的阶差宽度较大以及/或者强度为1000MPa以上的钢板与其他钢板进行焊接而得到被加工件,按照与焊接部交叉的剪切线进行剪切加工的剪切加工中,形成残留应力较小、表面特性优良的剪切加工面,并且使冲头的寿命长期化。本发明的剪切加工方法为,使用冲头和冲模对具有焊接部的被加工件进行剪切加工,其中,在冲头的刀尖设置有2个突起,通过上述2个突起从两侧夹持被加工件的焊接部的全部或者一部分,按照与焊接部交叉的剪切线对被加工件进行剪切加工。
Description
技术领域
本发明涉及在汽车、家电制品、建筑构造物、船舶、桥梁、建筑机械、各种工厂等中使用的由铁、铜、锌、锡、铝、钛、镁、或者以这些为基础的合金构成的金属板的剪切加工方法,特别涉及在焊接接合了的金属板的剪切加工面中能够提高疲劳特性以及耐氢脆化特性的剪切加工方法。
背景技术
基于冲压的金属薄板的冲裁、冲孔等剪切加工,由于生产效率较高、而且加工成本较低价,因此在电子设备、汽车用部件等的加工中被广泛使用。但是,当对超过1000MPa的高强度钢板进行剪切加工时,在冲裁端面(剪切加工面)中拉伸残留应力(以下,只要不特别否定,则将拉伸残留应力简单记载为“残留应力”。)变高,容易产生氢脆化断裂(也称为放置断裂、延迟破坏。),存在耐疲劳特性降低这样的问题。
此外,已知在对通过焊接将相同种类或者不同种类的钢板接合而成的拼焊板(TWB:Tailor Welded Blank)等被加工件进行剪切加工的情况下,在由焊接金属以及热影响部构成的焊接部(以下,简称为“焊接部”。)的剪切加工面中,耐氢脆化特性以及耐疲劳特性进一步降低。
此外,在本说明书中所记载的金属薄板,是指在进行了基于冲压的冲裁或者冲孔的剪切加工之后,成为该剪切部的扩孔加工或者凸缘向上加工的对象的冷轧板,或者,厚度为3.0mm以下的板、且是由铁、铜、锌、锡、铝、钛、镁或者以这些分别为基础的合金构成的金属板。
实施了冲裁加工之后的被加工件的冲裁端面包括:被加工件被冲头压入而形成的凹陷;向冲头与冲模之间的空间(以下,有时简称为“间隙”。)内导入被加工件,局部地被拉伸而形成的剪切面;在剪切面形成中途,被加工件断裂而形成的断裂面;以及在被加工件的冲裁背面产生的毛刺。
通常,为了将上述冲裁端面中的凹陷、剪切面、断裂面以及毛刺的产生量抑制为所需要的范围内、使延伸凸缘性、耐疲劳特性以及耐氢脆化特性等加工后的端面特性提高,而进行间隙、工具形状的调整。
例如,在专利文献1中公开如下内容:使用具有弯曲刀且具有规定的曲率半径、刀肩部角度的工具,使间隙成为被加工件的厚度的25%以下,使加工后的端面中的加工硬化以及拉伸残留应力降低,上述弯曲刀在冲床以及/或者冲模的切刀部的前端部具有凸部的形状。
此外,在非专利文献1中报告了如下内容:使间隙与被加工件的厚度之间的厚度比为1%以下,在较高的压缩应力下进行剪切加工,使冲裁面的拉伸残留应力降低。此外,在专利文献2中公开了如下方法:将延展性优良的方向、楔形状的冲头的刀尖方向设定为10°以下,而进行翻边性优良的冲孔加工。
此外,在专利文献3中公开了一种冲压成型机,具备对不同种类部件进行成型的上模以及对各个不同种类部件进行成型的下模,对不同种类部件同时进行成型。在上述上模具有:对各个部件进行成型的多个上模部;设置于上述上模部的中央部的坯料支架;以及在上述上坯料支架的下表面上向下方突出地形成的凸状的切断部。
此外,在专利文献4中公开了一种修边装置,包括对被冲压加工了的被加工物进行支撑的下刀、以及相对于该下刀前进而对上述被加工物的一部分进行剪切的上刀。修边装置在上述上刀的一部分一体地设置有向上刀的行进方向突出、在上刀的下降时先切入上述被加工物的突出刀。
如果能够对剪切加工进行控制而使剪切端面的残留应力降低,则能够使耐氢脆化特性、耐疲劳特性提高(例如,参照专利文献1以及非专利文献1)。但是,通过专利文献1的方法形成的剪切加工面具有难点。即,当使冲头形状在切断棱线方向上均匀时,在上述剪切加工面中,存在在延展性、韧性较低的焊接部容易产生断裂这样的课题。
当以优先使焊接部的残留应力降低的方式对剪切加工条件进行控制时,在加工件的剪切加工面中,能够进一步提高耐疲劳特性、耐氢脆化特性,但当如非专利文献1的方法那样,使冲头和冲模的间隙与被加工件的厚度之间的厚度比为1%以下时,由于冲头的稍微的偏移,而存在冲头与冲模接触,冲头以及/或者冲模破损的危险性。
此外,当冲头和冲模的间隙与被加工件的厚度之间的厚度比为1%以下时,冲头以及/或者冲模的侧面磨损而间隙变化,在加工件的剪切加工面中,存在无法充分得到耐疲劳特性、耐氢脆化特性的提高效果这样的课题。
此外,专利文献2的冲孔方法、专利文献3的冲压成型方法以及专利文献4的修边装置,均未公开按照与焊接部交叉的剪切线进行剪切加工的剪切加工。即,专利文献1~3均未公开是焊接部的剪切加工面的残留应力降低的条件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-224151号公报
专利文献2:日本特开2014-111283号公报
专利文献3:日本特开2009-183989号公报
专利文献4:日本实开平4-060318号公报
非专利文献
非专利文献1:第63次塑性加工连合讲演会讲演论文集,338页
发明内容
发明要解决的课题
因此,鉴于现有技术的课题,本发明的课题在于,在对于将焊接部的阶差宽度较大以及/或者强度为1000MPa以上的钢板与其他钢板(包括强度为1000MPa以上的钢板)进行焊接而得到被加工件,按照与焊接部交叉的剪切线进行剪切加工的剪切加工中,形成残留应力较小的剪切加工面,并且使冲头的寿命长期化,本发明的目的在于提供解决该课题的剪切加工方法。通过减小残留应力,由此断裂面的表面特性改善,作为结果而耐氢脆化特性改善。
用于解决课题的手段
本发明人对解决上述课题的方法进行锐意研究。作为其结果,发现了如下内容:如果在冲头的刀尖按照所需要的间隔设置2个突起、例如楔状的突起,并以使焊接部的全部或者一部分位于在2个突起之间的方式对被加工件进行剪切加工,则即使在焊接部的阶差宽度较大的情况下,也(x)能够形成残留应力较小、表面特性优良的剪切加工面,并且,(y)能够抑制刀尖的突起的磨损发展而延长冲头的寿命。
此外,本发明人发现了如下内容:即使在被加工件是将强度为1000MPa以上的钢板与其他钢板(包括强度为1000MPa以上的钢板)进行焊接而得到的被加工件的情况下,也(x)能够形成残留应力较小、表面特性优良的剪切加工面,并且,(y)能够抑制刀尖的突起的磨损发展而延长冲头的寿命。
本发明是基于上述见解而进行的,其主旨如以下所述。
(1)一种剪切加工方法,使用至少具有冲模、限位器以及冲头的剪切加工装置,以与将2块金属板焊接而得到的被加工件的焊接部交叉的方式进行剪切,其特征在于,
冲头在其刀尖具有2个突起,
上述被加工件的焊接部的全部或者一部分位于上述冲头的2个突起之间。
(2)如上述(1)所述的剪切加工方法,其特征在于,上述2个突起为,在冲头的切刀所成的棱线与冲头的移动方向所形成的截面中,从冲头的基端部朝向突起的前端,相互对置的边分离开。
(3)如上述(1)或者(2)所述的剪切加工方法,其特征在于,上述2个突起的前端的形状为,在上述冲头的切刀所成的棱线与上述冲头的移动方向所形成的截面中,均为平坦状、圆弧状或者斜面状。
(4)如上述(1)或者(2)所述的剪切加工方法,其特征在于,上述2个突起的前端的形状为,在上述冲头的切刀所成的棱线与上述冲头的移动方向所形成的截面中,分别为平坦状、圆弧状或者斜面状,并且不同。
(5)如上述(1)~(4)任一项所述的剪切加工方法,其特征在于,上述2个突起为,在与被加工件的焊接部平行的方向上以相同的高度形成。
(6)如上述(1)~(4)任一项所述的剪切加工方法,其特征在于,上述2个突起为,在与被加工件的焊接部平行的方向上以逐渐降低的高度形成。
(7)如上述(1)~(6)任一项所述的剪切加工方法,其特征在于,上述2个突起的前端的间隔D(mm)相对于焊接部的宽度d(mm)为0.8×d以上3.0×d(mm)以下。
(8)如上述(1)~(7)任一项所述的剪切加工方法,其特征在于,在上述冲头的切刀所成的棱线与上述冲头的移动方向所形成的截面中,由上述2个突起的对置的边、上述棱线、以及将上述2个突起的前端之间连结的线围起的面积即S,以及在各个突起中由与另一方的突起对置的边、上述棱线、从突起的前端向上述棱线垂下的垂线围起的面积的合计的1/2即S’,满足下述式(1)。
0<S≤6×S’···(1)
(9)如(8)所述的剪切加工方法,其特征在于,上述2个突起的形状相对于与上述冲头的移动方向平行的轴为对称,
由上述2个突起的对置的边、上述棱线、以及将上述2个突起的前端之间连结的线围起的面积S为下述式(2),
在各个突起中,由与另一方的突起对置的边、上述棱线、以及从突起的前端向上述棱线垂下的垂线围起的面积S’为下述式(3),
下述式(2)的值与下述式(3)的值满足下述式(1)。
0<S≤6×S’···(1)
S=(L+D)×H/2={L+(L+2×H×tan(θ))}×H/2···(2)
S’=H×{H×tan(θ)}/2···(3)
0.8×d≤D≤3.0×d
H:突起的高度(mm)
L:2个突起的基端部的间隔(mm)
θ:在各个突起中由与另一方的突起对置的边和从该突起的前端向上述棱线垂下的垂线形成的角度(°)
D:2个突起的前端的中心的间隔(mm)
d:焊接部的宽度(mm)
(10)如(8)或者(9)所述的剪切加工方法,其特征在于,上述面积S为上述面积S’的2倍以上。
(11)如上述(9)所述的剪切加工方法,其特征在于,上述角度θ为5°以上80°以下。
(12)如(8)~(11)任一项所述的剪切加工方法,其特征在于,上述2个突起的形状为等腰三角形。
(13)如上述(1)~(12)任一项所述的剪切加工方法,其特征在于,上述冲头与冲模的间隙为被加工件的厚度的0.5~30%。
发明的效果
根据本发明,在对于将焊接部的阶差宽度较大以及/或者强度为1000MPa以上的钢板与其他钢板(包括强度为1000MPa以上的钢板)进行焊接而得到被加工件,按照与焊接部交叉的剪切线进行剪切加工的剪切加工中,能够形成残留应力较小、表面特性优良、拉伸特性、耐疲劳特性以及耐氢脆化特性优良的剪切加工面,并且,能够使冲头的寿命长期化。
附图说明
图1是表示通过在刀尖具备2个突起的冲头进行包括焊接部的被加工件的剪切加工的剪切加工装置的一个形态的图。
图2是表示通过图1所示的剪切加工装置,对于在焊接部具有阶差的被加工件,通过突起从两侧夹持焊接部的全部,按照与焊接部交叉的剪切线进行剪切加工的形态的图。
图3是表示图1所示的剪切加工装置的侧面形态的图。
图4是例示前端的形状不同的突起的图。(a)表示前端的形状为平坦状的突起,(b)表示前端的形状为圆弧状(R形状)的突起,(c)表示前端的形状为斜面状(倾斜角β)的突起。
图5是表示突起的长边方向的形状的图。(a)表示长边方向的高度相同的突起,(b)表示长边方向的高度直线地逐渐降低的突起,(c)表示长边方向的高度曲线地逐渐降低的突起。
图6是示意地表示将板厚不同的金属板进行了焊接的被加工件的截面形态、以及与被加工件的焊接部的两侧抵接的2个突起的截面形态,并对本发明的剪切加工方法的基本概念进行说明的图。
图7是说明在冲头的切刀所成的棱线与上述冲头的移动方向所形成的截面中,上述2个突起的形状为相同的等腰三角形的情况下的本发明的剪切加工方法的基本概念的图。
图8是表示对剪切加工面中的残留应力进行了测定的结果的图。(a)表示S/S’=2的情况下的残留应力,(b)表示S/S’=4的情况下的残留应力。
图9是表示对剪切加工面中的残留应力进行了测定的结果的图。(a)表示S/S’=6的情况下的残留应力,(b)表示S/S’=8的情况下的残留应力。(c)表示图8以及图9的横轴将焊接部的中心位置设为0而离中心位置的距离为x(mm)。
图10表示使用在冲头的刀尖未设置2个突起的剪切加工装置,对剪切加工面中的残留应力进行了测定的结果。
具体实施方式
以下,基于附图对本发明的剪切加工方法(以下,有时称为“本发明方法”。)进行说明。
图1表示通过在刀尖具备2个突起的冲头进行包括焊接部的被加工件的剪切加工的剪切加工装置的一个形态的立体图。图2是图1所示的剪切加工装置的主视图,且表示以在焊接部具有阶差的被加工件1的焊接部9的全部或者一部分位于上述冲头的2个突起2b、2c之间的方式,通过冲模3以及限位器8固定上述被加工件1,并按照与焊接部交叉的剪切线进行剪切加工的形态。图3表示图1所示的剪切加工装置的侧面形态。在图中,X轴、Y轴以及Z轴表示相互正交的三个轴。
在本发明方法中,“突起”是从冲头的刀尖向上述冲头的移动方向突出的突起,在冲头的切刀所成的棱线与冲头的移动方向所形成的截面中,优选为从该突起的基端部沿着该突起的前端方向而突起的宽度变小。
在图1以及图2中,图示了前端的形状为尖锐的“楔形状”的突起2b以及突起2c,但在本发明方法中,突起的前端的形状只要有助于提高焊接部的剪切加工面的表面特性,则不限定于特定的形状。
图4例示前端的形状不同的突起。图4(a)表示在冲头的切刀所成的棱线与冲头的移动方向所形成的截面中,前端的形状为平坦状的突起。图4(b)表示在冲头的切刀所成的棱线与冲头的移动方向所形成的截面中,前端的形状为圆弧状(R形状)的突起。图4(c)表示在冲头的切刀所成的棱线与冲头的移动方向所形成的截面中,前端的形状为斜面状(倾斜角β)的突起。突起的形状根据被加工件的形态以及剪切加工的形态来适当地选择,但详细情况将后述。此外,在图中,W为突起的基端部的宽度,H为突起的高度。
2个突起以被加工件的焊接部的全部或者一部分位于2个突起之间的方式形成于冲头的刀尖。即,为了从上述焊接部的两侧夹持被加工件的焊接部的全部或者一部分,2个突起形成于上述冲头的冲头面上的至少刀尖(参照图1~3)。但是,如后述那样,突起的高度(H)不需要必须为一定。
图5(a)~(b)表示突起的长边方向(冲头的切刀所成的棱线与冲头的移动方向垂直的方向)的形状的例子。图5(a)的突起在其长边方向上高度一定,图5(b)的突起在其长边方向上高度直线地逐渐降低,图5(c)的突起在其长边方向上高度曲线地逐渐降低。
通常,为了防止突起的破损,在冲头面上形成在其长边方向上高度一定的突起(参照图5(a))。但是,考虑到被加工件的形态以及/或者剪切加工的形态,例如,在与被加工件相比能够充分确保具备突起的冲头的硬度的情况、具备突起的冲头的损伤不成为问题的情况下,可以如图5(b)所示那样,形成在其长边方向上高度直线地逐渐降低的突起,此外,也可以如图5(c)所示那样,形成在其长边方向上高度曲线地逐渐降低的突起。
如图1以及图2所示那样,剪切加工装置10具备具有楔形状的2个突起2b和突起2c的冲头2、冲模3以及限位器8。限位器8对冲模3上所载放的被加工件1进行固定。被加工件1为,将通过轧制而成型为板状的、板厚以及根据需要而强度不同的两种金属板(例如钢板)进行焊接而构成,在中央具有存在阶差的焊接部9(参照图2)。
如图2所示那样,在剪切加工时,使冲头2的刀尖上所设置的2个突起2b和突起2c分别与金属板1a和金属板1b抵接,夹持被加工件1的存在阶差的焊接部9的两侧,并按照与焊接部交叉的剪切线对被加工件1进行剪切加工。图2表示对焊接部存在阶差的被加工件进行剪切加工的形态,但本发明方法,当然能够对焊接部无阶差的被加工件(包括将强度不同、相同板厚的金属板通过焊接而接合的被加工件)进行剪切加工。
当将冲头2按下时,如图2的虚线所示,首先,冲头2的突起2c的前端2c’与冲模3上所载放的被加工件1的厚度较厚的金属板1b抵接。当将冲头2进一步按下时,冲头2的突起2b的前端2b’与被加工件1的厚度较薄的金属板1a抵接。
当在冲头2的突起2b与突起2c之间从两侧夹持有被加工件1的焊接部9的状态下,当将冲头2进一步按下而按压被加工件1时,被加工件1的包括夹持在突起2b与突起2c之间的焊接部在内的部分向下方扭曲而弯曲。被加工件1在向下方扭曲的弯曲状态下,受到冲头2与冲模3的剪切作用而被剪切。
上述被加工件的焊接部的全部或者一部分需要位于突起2b与突起2c之间,但优选焊接部的全部位于突起2b与突起2c之间,至少优选焊接金属的全部位于突起2b与突起2c之间。
图6是示意地表示2个突起的截面形态,并对本发明的剪切加工方法的基本概念进行说明的图。在上述冲头的切刀所成的棱线与上述冲头的移动方向(X方向)所形成的截面中,由上述2个突起的对置的边22b、22c、上述棱线、以及将上述2个突起2b、2c的前端2b’、2c’之间连结的线围起的面积设为S。在图6左侧的突起中,将由与另一方的突起对置的边22b、上述棱线、以及从突起的前端2b’向上述棱线垂下的垂线H1围起的面积设为S’1。同样,在图6右侧的突起中,将由与另一方的突起对置的边22c、上述棱线、以及从突起的前端2c’向上述棱线垂下的垂线H2围起的面积设为S’2。将两个突起截面的面积的合计(S’1+S’2)的1/2设为S’。此时,优选满足下述式(1)。
0<S≤6×S’···(1)
突起间的面积S如果超过0,则能够得到约束效果。另一方面,即使突起间的面积S超过6×S’,也未充分发现上述约束效果,因此突起间的面积S优选为6×S’以下。
图1、图2以及图6是2个突起的基端部不重复的例子,但2个突起也可以在其截面中重复。在该情况下,将从锥面的交点到突起的前端之间的高度作为突起的高度即可。
为了充分地发现约束效果,突起间的面积S优选为2×S’以上。即,优选满足下述式(1)’。
2×S’≤S≤6×S’···(1)’
更优选为3×S’以上。
此外,关于上限,为了可靠地发现约束效果,更优选为5×S’以下。
图7示意地表示将板厚不同的金属板焊接而得到的被加工件的截面形态、以及与被加工件的焊接部的两侧抵接的2个突起的截面形态,以在冲头的切刀所成的棱线与上述冲头的移动方向所形成的截面中,上述2个突起的形状为相同的等腰三角形的形状的情况为例对本发明的剪切加工方法的基本概念进行说明。X轴、Y轴以及Z轴表示相互正交的三个轴。
设置于冲头的刀尖的突起2b和突起2c为,在沿着被加工件1的剪切线方向确保均匀的剪切力这一点上,优选为相同的形状。图2表示相同的“楔形状”的突起。此外,突起的形状在抑制突起前端的损伤这一点上,优选为左右对称的形状(参照图4(a)以及(b)),但只要能够确保表面特性优良的剪切加工面,则也可以是左右非对称的楔形状(参照图4(c))。
在被加工件的焊接部的阶差宽度(金属板的板厚之差)较大的情况下,为了沿着被加工件的宽度方向(剪切线方向)确保均匀的剪切力,也可以在冲头的刀尖设置不同形状的突起(例如,图4(a)所示的突起和图4(b)所示的突起),此外,也可以设置左右对称的形状的突起(例如,图4(a)所示的突起或者图4(b)所示的突起)以及左右非对称的形状的突起(例如,图4(c)所示的突起)。
如图7所示那样,突起2b(2c)优选为,在上述冲头的切刀所成的棱线与上述冲头的移动方向所形成的截面中,从与冲头的刀尖相连的基端部23b(23c)朝向突起的前端2b’(2c’),其宽度变小。
图7的符号22b以及22b’是构成图7中左侧的突起的锥面的轮廓,以下为了简单而称为“锥面22b”等。此外,同样,符号22c、22c’是构成图7中右侧的突起的锥面的轮廓,因此在以下为了简单而称为“锥面22c”等。
锥面22b与锥面22b’(锥面22c与锥面22c’)所形成的角度α优选为10°以上160°以下。当α低于10°时,突起成为薄型,变得容易破损,因此α优选为10°以上。更优选为30°以上。另一方面,当α超过160°时,对突起的焊接部作用压缩力,消除残留应力的效果(以下,称为“约束效果”。)降低,因此α优选为160°以下。更优选为140°以下。
在图7中,突起2b和突起2c的高度为H,突起2b的基端部的宽度Wb与突起2c的基端部的宽度Wc相同。突起2b和突起2c以突起2b的前端2b’与突起2c的前端2c’的间隔为D、突起2b的基端部23b与突起2c的基端部23c的间隔为L的方式设置于冲头。
突起2b(2c)的前端2b’(2c’)在Z轴方向上形成为圆弧状(参照图4(b)),但前端2b’(2c’)也可以形成为平坦状(参照图4(a))。通过将前端2b’(2c’)形成为圆弧状或者平坦状,由此能够防止冲头的破损。即,在突起的锥面所形成的角度α为锐角的情况,突起有可能破损,但通过前端形状为圆弧状或者平坦状,能够保护突起进而保护冲头。
被加工件1是将板厚t1较厚的金属板1b与板厚t2较薄的金属板1a通过焊接而接合了的被加工件,具有包括金属板1a的热影响部9a和金属板1b的热影响部9b在内的宽度为d的阶差宽度Δt(=t1-t2)的焊接部9。此外,本发明方法还包括Δt=0的被加工件的剪切加工。
当将具有突起2b和突起2c的冲头按下时,突起2c的前端2c’与焊接部9的热影响部9b外侧的金属板1b上的抵接点s1抵接。并且,当将冲头按下时,突起2b的前端2b’与焊接部9的热影响部9a外侧的金属板1a上的抵接点s2抵接。
在突起2b和突起2c与被加工件1抵接之后,通过突起2b和突起2c从两侧夹持焊接部9,突起2b和突起2c在剪切加工时对焊接部的位置进行固定,并且,在通过突起2b的锥面22b和突起2c的锥面22c从两侧按压焊接部9的同时,对被加工件1进行剪切加工。
通过上述剪切加工,能够在包括焊接部的被加工件的整个宽度上,形成残留应力较小、表面特性优良的剪切加工面。此外,在上述剪切加工中,冲头的突起的前端未与硬化了的焊接部的热影响部抵接,因此与突起与焊接部抵接的情况相比,能够抑制突起的磨损的发展,而能够延长冲头的寿命。
图7表示了通过2个突起将被加工件的焊接部的全部从该焊接部的两侧夹持而进行剪切加工的形态,但也可以通过2个突起将被加工件的焊接部的一部分从该一部分的两侧夹持而进行剪切加工。在该情况下,与硬化了的焊接部的热影响部抵接的突起的前端的形状,优选为能够确保所需要的剪切力,并且突起的磨损难以发展的形状(例如,参照图4(c))。
在具有焊接部的被加工件的剪切加工中,当在设置于冲头的2个突起之间夹着焊接部的全部或者一部分的状态下对上述被加工件进行剪切加工时,能够在包括焊接部的被加工件的整个宽度(与焊接部交叉的剪切线)上,形成残留应力较小、表面特性优良的剪切加工面的理由,推测为如下那样。
当突起与焊接部的全部或者一部分的两侧抵接时,焊接部被固定于所抵接的突起之间,焊接部的位置在冲模上不会偏移(即,被加工件不会在冲模上偏移),并且,通过突起的锥面对上述焊接部作用压缩应力,在该状态下进行剪切加工。
在包括热影响部的焊接部中,由于焊接时的入热而结晶粒粗大化,延展性以及/或者韧性降低,因此通常在剪切加工面上残留了拉伸应力的情况下,在剪切加工面中有可能容易产生龟裂。如果降低在焊接部的剪切加工面残留的拉伸应力,则能够抑制剪切加工面中的龟裂的产生以及/或者氢脆化断裂。
当在通过突起的锥面对焊接部作用有压缩应力的状态下,对焊接部进行剪切加工时,在剪切加工后,残留于剪切加工面的拉伸应力被缓和,能够形成残留应力较小的剪切加工面。由此,在本发明方法中,能够显著地抑制焊接部的剪切加工面中的龟裂的产生以及/或者氢脆化断裂。
本发明人,将突起的高度H设为一定,改变突起的刀尖的间隔D、突起的基端部的间隔L以及/或者锥面角度α,并且,改变被加工件的焊接部的阶差宽度Δt,而对被加工件进行剪切加工,并对焊接部的剪切加工面中的龟裂的产生状况进行了调查,确认到2个突起对焊接部的约束效果。
作为其结果,辨明了如下情况:2个突起对焊接部的约束效果,取决于突起的前端的间隔D、突起的基端部的间隔L,如果由2个突起的锥面形成并对焊接部的全部或者一部分进行覆盖的空间(有时称为“突起空间”。)的截面积S、与突起的截面积2S’的1/2(=S’)之间的关系满足下述式(1),则与Δt无关,能够显著地发现2个突起对焊接部的约束效果。
2×S’≤S≤6×S’···(1)
S=(L+D)×H/2={L+(L+2×H×tan(α/2))}·H/2
S’=H×{H×tan(α/2)}/2
0.8×d≤D≤3.0×d
H:突起的高度(mm)
L:突起的基端部的间隔(mm)
α突起的一对锥面所形成的角度(°)
D:突起的前端的中心的间隔(mm)
d:焊接部的宽度(mm)
并且,如果上述2个突起的形状为左右对称的形状,则能够得到与上述2个突起的形状为等腰三角形同样的效果。在上述2个突起的形状为左右对称的形状的情况下,在图6中,能够表示为θ1=θ2=θ、H1=H2=H。
即,当在上述冲头的切刀所成的棱线与上述冲头的移动方向所形成的截面中,上述2个突起的形状相对于与上述冲头的移动方向平行的轴对称的情况下,在由上述2个突起的对置的边、上述棱线、以及将上述2个突起的前端间连结的线围起的面积S为下述式(2),在各个突起中,由与另一方的突起对置的边、上述棱线、以及从突起的前端向上述棱线垂下的垂线围起的面积S’为下述式(3),下述式(2)的值和下述式(3)的值满足下述式(1)的情况下,能够显著地发现2个突起对焊接部的约束效果。
0<S≤6×S’···(1)
S=(L+D)×H/2={L+(L+2×H×tan(θ))}×H/2···(2)
S’=H×{H×tan(θ)}/2···(3)
0.8×d≤D≤3.0×d
H:突起的高度(mm)
L:2个突起的基端部的间隔(mm)
θ:在各个突起中,由与另一方的突起对置的边和从该突起的前端向上述棱线垂下的垂线形成的角度(°)
D:2个突起的前端的中心的间隔(mm)
d:焊接部的宽度(mm)
另外,根据与上述2个突起的形状为等腰三角形的情况下相同的理由,上述角度θ优选为5°以上80°以下。更优选为15°以上70°以下。此外,上述面积S为上述面积S’的2倍以上,并优选满足下述式(1)’。
2×S’≤S≤6×S’···(1)’
如图6所示,在上述2个突起的形状非对称的情况下,在由2个突起的对置的边22b、22c、上述棱线L、以及将上述2个突起2b、2c的前端2b’、2c’间连结的线D围起的面积为下述式(4),在各个突起中,由与另一方的突起对置的边22b、22c、上述棱线L、以及从突起的前端2b’,2c’向上述棱线L垂下的垂线H1、H2围起的面积S’1以及S’2的合计为下述式(5),下述式(4)的值和下述式(5)的值满足下述式(1),焊接部的宽度d与2个突起的前端的中心的间隔D之间的关系满足下述式(6)的情况下,能够显著地发现2个突起对焊接部的约束效果。
0<S≤6×S’···(1)
S=D×(H1+H2)×1/2-(S’1+S’2)
=(H1cosθ1+L+H2cosθ2)×(H1+H2)×1/2-[H1×{H1×tan(θ1)}×1/2+H2×{H2×tan(θ2)}×1/2]···(4)
S’=1/2×(S’1+S’2)
=1/2×[H1×{H1×tan(θ1)}×1/2+H2×{H2×tan(θ2)}×1/2]···(5)
0.8×d≤D≤3.0×d···(6)
H1、H2:各个突起的高度(mm)
L:2个突起的基端部的间隔(mm)
θ1、θ2:在各个突起中,由与另一方的突起对置的边和从该突起的前端向上述棱线垂下的垂线形成的角度(°)
d:焊接部的宽度(mm)
D:2个突起的前端的中心的间隔(mm),由下述式表示。
D=H1cosθ1+L+H2cosθ2···(7)
根据与上述2个突起的形状为等腰三角形的情况相同的理由,上述角度θ1、θ2分别优选为5°以上80°以下。更优选为15°以上70°以下。此外,上述面积S为上述面积S’的2倍以上,并优选满足下述式(1)’。
2×S’≤S≤6×S’···(1)’
在剪切加工时,宽度d的焊接部的全部或者一部分固定于2个突起之间,因此2个突起的前端的中心的间隔D优选为0.8×d以上。更优选为1.0×d以上。另一方面,当突起的前端的抵接位置(图5中,s1和s2)从焊接部过于远离时,难以发现上述约束效果,因此2个突起的前端的中心的间隔D优选为3.0×d以下。更优选为2.8×d以下。
此外,在突起的形状左右非对称的情况下,突起的前端的中心成为通过突起的中心线的位置。例如,在图4(c)所示的前端形状为倾斜角β的斜面状的左右非对称的突起的情况下,突起的前端的中心为通过突起的中心线的位置。
在2个突起的前端的间隔D为0.8×d(d:焊接部的宽度)以上3.0×d以下的条件下,确保满足上述式(1)的“由2个突起的锥面形成并对焊接部进行覆盖的突起空间的截面积S”(以下,有时称为“突起空间截面积S”。)。
在本发明方法中,在剪切加工时,通过设置于冲头的刀尖的2个突起,将被加工件的焊接部的全部或者一部分从两侧夹持而固定,因此即使焊接部的阶差宽度Δt较大,焊接部的位置也被固定,而被加工件不会在冲模上偏移地进行剪切加工。因此,与在冲头的刀尖未设置突起的以往的剪切加工相比,能够使冲头与冲模的间隔(以下有时称为“间隙”。)变得比较大。
根据本发明人的试验结果,在对将板厚t1的金属板与板厚t2(<t1)的金属板进行焊接、在焊接部具有阶差宽度Δt(=t1-t2)的被加工件进行剪切加工的情况下,间隙优选为t=(t1+t2)/2的0.5~30%。即使在Δt=0的情况下,间隙优选为板厚t1(t2)的0.5~30%。
当间隙低于被加工件的厚度t(也包括=(t1+t2)/2、t1=t2的情况)的0.5%时,在冲头的刀尖以及/或者突起的前端有可能产生崩边,因此间隙优选为被加工件的厚度t的0.5%以上。更优选为1.0%以上。
另一方面,当间隙超过被加工件的厚度t的30%时,在剪切加工时,被加工件的弯曲有可能变大而产生较大的毛刺,因此间隙优选为被加工件的厚度t的30%以下。更优选为25%以下。
在本发明的剪切加工方法中,需要以加工件的焊接部的全部或者一部分进入设置于冲头的刀尖的2个突起之间的方式设置上述2个突起,但除了上述2个突起以外也可以形成有其他突起。但是,从剪切加工装置的维护的简化、不使对上述2个突起施加的力降低这样的观点出发,在冲头的刀尖上优选除了上述2个突起以外不设置突起。
在本发明方法中,进行剪切加工的被加工件例如是将由铜、锌、锡、铝、钛、镁以及以这些为基础的合金构成的金属板通过焊接进行接合而成的被加工件。被加工件的材质只要是能够进行剪切加工的材质即可,不限定于特定的材质。此外,被加工件的厚度只要是能够进行剪切加工的厚度即可,不限定于特定的厚度。
在冷剪切加工中,从保持剪切加工品的形状·尺寸精度的观点出发,被加工件的厚度优选为6.0mm以下。特别是,在剪切加工品的形状·尺寸精度要求较高的情况下,被加工件的厚度更优选为3.0mm以下。被加工件为,在对将板厚不同的金属板进行焊接、在焊接部具有阶差的被加工件进行剪切加工的情况下,如上所述,厚金属板的板厚优选为6.0mm以下,更优选为3.0mm以下。
另一方面,当薄金属板的板厚非常薄时,有时无法充分确保焊接部强度,因此薄金属板的板厚度优选为0.1mm以上。更优选为0.5mm以上。
但是,在按照与焊接部交叉的剪切线对具有焊接部的被加工件进行剪切加工的情况下,只要能够顺利地进行焊接部的剪切,并得到表面特性优良的剪切加工面,则被加工件的厚度、焊接部的阶差宽度不限定于特定的范围。
实施例
接下来,对本发明的实施例进行说明,实施例中的条件是为了确认本发明的实施可能性以及效果而采用的一个条件例,本发明不限定于该一个条件例。本发明只要不脱离本发明的主旨地实现本发明的目的,则能够采用各种条件。
(实施例)
将板厚1.4mm的780MPa级钢板与板厚1.6mm的1180MPa级钢板进行焊接而制造被加工件(阶差宽度Δt=0.2mm,以下称为“78-118件”。),通过图1~3所示的剪切加工装置(在冲头的刀尖具有2个突起)对78-118件进行了剪切加工。
突起的形状为,高度H=1mm,基端部的宽度Wb(Wc)=2mm,角度α=90°。焊接部的宽度d为2mm,因此突起的前端的间隔D=2~5mm,突起的基端部的间隔L=0~3mm。
表1表示剪切加工条件。由2个突起的锥面形成并覆盖焊接部的空间的截面积(空间截面积)S为1~4mm2,突起的截面积的2S’为1mm2,因此S与S’在表1中除了No.4的条件以外,还满足上述式(1)。间隙为被加工件的厚度t(=(t1+t2)/2)的10%。
[表1]
使用伺服冲压机,使冲头速度为100mm/秒而进行剪切加工,在包括焊接部的剪切加工面中测定了残留应力。此外,将包括焊接部的剪切加工面在1~100g/L浓度的硫氰酸铵液中浸渍72小时,而调查了耐氢脆化特性。
图8~图10表示对剪切加工面中的残留应力进行了测定的结果。图8(a)表示表1中No.1的S/S’=2的情况下的残留应力,图8(b)表示表1中No.2的S/S’=4的情况下的残留应力,图9(a)表示表1中No.3的S/S’=6的情况下的残留应力,图9(b)表示表1中No.4的S/S’=8的情况下的残留应力。
如图9(c)所示那样,横轴将焊接部的中心位置设为0,离中心位置的距离为x(mm)。残留应力是在板厚的中心部测定出的残留应力。在剪切加工面中,通过X射线衍射法测定格子间距离的变化而求出残留应力。
根据图8(a)、图8(b)以及图9(a)可知,当S/S’满足上述式(1)时,焊接部的剪切加工面中的残留应力较小。图9(b)为S/S’=8、从上述式(1)偏离的情况下的残留应力。可知焊接部的中心部的残留应力较大,但在除了中心部以外的剪切加工面中残留应力较小。推测其原因在于,基于突起的固定焊接部的效果并未达到中心部。
图10表示使用在冲头的刀尖未设置2个突起的剪切加工装置对剪切加工面的残留应力进行了测定的结果。在焊接部存在产生了1000MPa以上的较高拉伸残留应力的部位。
表2表示剪切加工面的硫氰酸铵液浸渍试验的结果。
[表2]
○:无断裂×:有断裂
在通过未设置突起的冲头进行了剪切加工的剪切加工面中,当在10g/L以上的浓度的硫氰酸铵液中浸渍了72小时之后,在焊接部产生断裂。
另一方面,可知在冲头上设置2个突起并进行剪切加工而形成的剪切加工面中,氢脆化断裂得到抑制。在S>6S’的情况下,在10g/L以上的浓度中无法确认氢脆化断裂抑制效果。
工业上的可利用性
如上所述,根据本发明,在对于将焊接部的阶差宽度较大以及/或者强度为1000MPa以上的钢板与其他钢板(包括强度为1000MPa以上的钢板)进行焊接而得到被加工件,按照与焊接部交叉的剪切线进行剪切加工的剪切加工中,能够形成残留应力较小、表面特性优良、拉伸特性、耐疲劳特性以及耐氢脆化特性优良的剪切加工面,并且,能够使冲头的寿命长期化。因此,本发明在钢板加工工业中可利用性较高。
符号的说明
1被加工件
1a薄金属板
1b厚金属板
2冲头
2a、2b、2c突起
2b’、2c’突起的前端
3冲模
8限位器
9焊接部
9a、9b热影响部
10剪切加工装置
22b、22b’突起的锥面
22c、22c’突起的锥面
23b、23c突起的基端部
t1、t2金属板的板厚
d焊接部的宽度
Δt焊接部的阶差宽度
s1、s2突起的刀尖的抵接点
L突起的基端部的间隔
D2个突起的前端的中心的间隔
H突起的高度
W、Wb、Wc突起的基端部的宽度
α突起的一对锥面所成的角度
Claims (13)
1.一种剪切加工方法,使用至少具有冲模、限位器以及冲头的剪切加工装置,以与将2块金属板焊接而得到的被加工件的焊接部交叉的方式进行剪切,其特征在于,
冲头在其刀尖具有2个突起,
上述被加工件的焊接部的全部或者一部分位于上述冲头的2个突起之间,
上述突起是从冲头的刀尖向上述冲头的移动方向突出的突起,
在上述2个突起之间从两侧夹持有上述被加工件的焊接部的状态下,将包括被上述2个突起夹持的焊接部在内的部分先向下方弯曲,上述被加工件在向下方扭曲的弯曲状态下,受到冲头与冲模的剪切作用而被剪切。
2.如权利要求1所述的剪切加工方法,其特征在于,
上述2个突起为,在冲头的切刀所成的棱线与冲头的移动方向所形成的截面中,从冲头的基端部朝向突起的前端,相互对置的边分离开。
3.如权利要求1或者2所述的剪切加工方法,其特征在于,
上述2个突起的前端的形状为,在上述冲头的切刀所成的棱线与上述冲头的移动方向所形成的截面中,均为平坦状、圆弧状或者斜面状。
4.如权利要求1或者2所述的剪切加工方法,其特征在于,
上述2个突起的前端的形状为,在上述冲头的切刀所成的棱线与上述冲头的移动方向所形成的截面中,分别为平坦状、圆弧状或者斜面状,并且不同。
5.如权利要求1所述的剪切加工方法,其特征在于,
上述2个突起为,在与被加工件的焊接部平行的方向上以相同的高度形成。
6.如权利要求1所述的剪切加工方法,其特征在于,
上述2个突起为,在与被加工件的焊接部平行的方向上以逐渐降低的高度形成。
7.如权利要求1所述的剪切加工方法,其特征在于,
上述2个突起的前端的间隔D相对于焊接部的宽度d为0.8×d以上3.0×d以下。
8.如权利要求1所述的剪切加工方法,其特征在于,
在上述冲头的切刀所成的棱线与上述冲头的移动方向所形成的截面中,由上述2个突起的对置的边、上述棱线、以及将上述2个突起的前端之间连结的线围起的面积即S,以及在各个突起中由与另一方的突起对置的边、上述棱线、从突起的前端向上述棱线垂下的垂线围起的面积的合计的1/2即S’,满足下述式(1),
0<S≤6·S’···(1)。
9.如权利要求8所述的剪切加工方法,其特征在于,
上述2个突起的形状相对于与上述冲头的移动方向平行的轴为对称,
由上述2个突起的对置的边、上述棱线、以及将上述2个突起的前端之间连结的线围起的面积S为下述式(2),
在各个突起中,由与另一方的突起对置的边、上述棱线、以及从突起的前端向上述棱线垂下的垂线围起的面积S’为下述式(3),
下述式(2)的值与下述式(3)的值满足下述式(1),
0<S≤6×S’···(1)
S=(L+D)×H/2={L+(L+2×H×tan(θ))}×H/2···(2)
S’=H×{H×tan(θ)}/2···(3)
0.8×d≤D≤3.0×d
H:突起的高度
L:2个突起的基端部的间隔
θ:在各个突起中由与另一方的突起对置的边和从该突起的前端向上述棱线垂下的垂线形成的角度
D:2个突起的前端的中心的间隔
d:焊接部的宽度。
10.如权利要求8或者9所述的剪切加工方法,其特征在于,
上述面积S为上述面积S’的2倍以上。
11.如权利要求9所述的剪切加工方法,其特征在于,
上述角度θ为5°以上80°以下。
12.如权利要求8或者9所述的剪切加工方法,其特征在于,
上述2个突起的形状为等腰三角形。
13.如权利要求1所述的剪切加工方法,其特征在于,
上述冲头与冲模的间隙为被加工件的厚度的0.5~30%。
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