CN110382131A - 剪切加工方法、剪切加工装置以及剪切加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及剪切加工方法、剪切加工装置以及剪切加工设备。在板状的被加工件(6)的厚度方向上作用剪切力而使被加工件(6)断裂的剪切加工方法包括：在与被加工件(6)的厚度方向垂直的面方向上具有作用点(21、31)的间隙(C)地开始对被加工件(6)作用剪切力的工序；在开始作用剪切力之后到被加工件(6)产生断裂面为止作用剪切力的工序；以及在开始作用剪切力之后到被加工件(6)产生断裂面的期间，根据被加工件(6)的厚度方向的变形使间隙(C)增加的工序。

Description

剪切加工方法、剪切加工装置以及剪切加工设备
技术领域
本发明涉及剪切加工方法、剪切加工装置以及剪切加工设备。
背景技术
例如在汽车、铁道车辆、建材、船舶、家用电器等所使用的金属零件的制造中，为了金属部件的切断、冲裁、冲孔、修边、修整等而实施剪切加工。在一般情况下，通过相对于与部件抵接的下刃从上侧压入上刃来执行剪切加工。此时，部件在上刃与下刃之间塑性变形，最终断裂。在这样的剪切加工中，已知在断裂后的部件端面会残留受到与塑性变形相伴随的加工硬化的影响的部分。在作为后续工序而实施凸缘向上(flange up)等的情况下，在受到加工硬化的影响的部分有时会产生裂纹。
因此，提出有用于抑制剪切加工时的部件的加工硬化而得到延伸凸缘加工性优异的剪切加工面的各种技术。例如，在专利文献1中记载了如下技术：利用数值模拟来适当地设定冲头刃的倾斜角度，由此得到延伸凸缘加工性优异的剪切加工面。此外，在专利文献2中记载了如下技术：随着从基于后续工序的延伸凸缘裂纹的模拟判定出的危险部位离开而逐渐增大间隙，由此得到延伸凸缘加工性优异的剪切加工面。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-88152号公报
专利文献2：日本特开2016-87642号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，只要剪切加工使部件塑性变形，则加工硬化本身就难以避免。此外，沿着连结上刃与下刃的面产生的部件的断裂面，横穿加工硬化集中产生的区域。因而，例如即便采用上述专利文献1、2所记载的技术，在断裂后的部件端面也依然残留受到加工硬化的影响的部分，延伸凸缘性等特性还存在改善的余地。
因此，本发明的目的在于提供新型且被改进了的剪切加工方法、剪切加工装置以及剪切加工设备，能够降低断裂后的部件端面上的加工硬化的影响。
用于解决课题的手段
根据本发明的几个观点，提供以下手段。
[1]一种剪切加工方法，在板状的被加工件的厚度方向上作用剪切力而使被加工件断裂，包括：
在与被加工件的厚度方向垂直的面方向上具有作用点的间隙地开始对被加工件作用剪切力的工序；
在开始作用剪切力之后到被加工件产生断裂面为止作用剪切力的工序；以及
在开始作用剪切力之后到被加工件产生断裂面为止的期间，根据被加工件的厚度方向的变形使上述间隙增加的工序。
[2]如[1]所记载的剪切加工方法，
通过多个剪切加工装置来实施上述剪切加工方法，该多个剪切加工装置具备下刃以及能够相对于上述下刃在被加工件的厚度方向上相对地移动的上刃，且沿着被加工件的面方向的下刃与上刃的间隙不同，
在使间隙增加的工序中，按照从多个剪切加工装置中间隙较小的剪切加工装置到间隙较大的剪切加工装置的顺序，对被加工件作用剪切力。
[3]如[1]所记载的剪切加工方法，
通过1台剪切加工装置来实施上述剪切加工方法，该剪切加工装置具备与被加工件的下表面抵接的下刃以及能够在被加工件的厚度方向上相对于下刃相对地移动的上刃，
该剪切加工方法包括：
使下刃与被加工件的下表面抵接的工序；
沿着被加工件的面方向与下刃具有间隙地使上刃在上述厚度方向上移动直到与被加工件的上表面抵接为止的工序；
使与被加工件的上表面抵接了的上刃进一步在被加工件的厚度方向上移动直到被加工件产生断裂面为止的工序；以及
在上刃与上述被加工件的上表面抵接之后到产生断裂面为止的期间，根据被加工件的厚度方向上的上刃与下刃的相对移动量使间隙增加的工序。
[4]如[3]所记载的剪切加工方法，
下刃能够在被加工件的面方向上相对于上刃相对地移动，
使间隙增加的工序包括根据上刃的移动量使上述下刃从上述上刃分离的工序。
[5]如[3]或[4]所记载的剪切加工方法，
使间隙增加的工序包括根据被加工件的厚度方向上的上刃以及下刃的相对移动量使间隙连续地增加的工序。
[6]如[3]或[4]所记载的剪切加工方法，
使间隙增加的工序包括根据被加工件的厚度方向上的上刃以及下刃的相对移动量使间隙阶段性地增加的工序。
[7]如[3]或[4]所记载的剪切加工方法，
使间隙增加的工序包括在根据被加工件的厚度方向上的上刃以及下刃的相对移动量决定出的单一的定时使间隙增加的工序。
[8]如[3]至[7]中任一项所记载的剪切加工方法，
在基准移动量的20％以上的移动量的范围内执行使间隙增加的工序，该基准移动量对应于在间隙被固定为规定值的情况下、从上刃与被加工件的上表面抵接到产生断裂面为止的被加工件的厚度方向上的上刃以及下刃的相对移动量。
[9]如[1]至[8]中任一项所记载的剪切加工方法，
被加工件是抗拉强度为270MPa以上的钢板。
[10]如[1]至[9]中任一项所记载的剪切加工方法，
被加工件是板厚为0.2mm以上2mm以下的钢板。
[11]一种剪切加工装置，具备：
下刃；
上刃，相对于下刃能够在接近分离方向上移动，在与接近分离方向垂直的方向上具有间隙地与下刃对置；以及
间隙调节机构，根据上刃的接近方向的移动量使间隙增加。
[12]如[11]所记载的剪切加工装置，
下刃能够在与上刃的接近分离方向垂直的方向上相对地移动，
间隙调节机构根据上刃以及下刃的接近方向的相对移动量使下刃从上刃分离。
[13]如[11]或[12]所记载的剪切加工装置，
间隙调节机构根据上刃以及下刃的接近方向的相对移动量使间隙连续地增加。
[14]如[13]所记载的剪切加工装置，
间隙调节机构包括：
第1倾斜面，能够在上刃以及下刃的相对移动方向上与上刃一起一体地移动；以及
第2倾斜面，与第1倾斜面滑动接触，能够在与上刃以及下刃的相对移动方向垂直的方向上与下刃一起一体地移动，
剪切加工装置还具备间隙保持机构，该间隙保持机构在第1倾斜面与第2倾斜面未滑动接触的状态下，保持间隙。
[15]如[13]所记载的剪切加工装置，
间隙调节机构包括弹性构件，该弹性构件为，与上述上刃的接近方向的移动相伴随，从与上述上刃的接近方向垂直的方向对下刃赋予对抗上述下刃受到的按压力的弹性力。
[16]如[11]或者[12]所记载的剪切加工装置，
间隙调节机构根据上刃以及下刃的接近方向的相对移动量使间隙阶段性地增加。
[17]如[11]或者[12]所记载的剪切加工装置，
间隙调节机构在根据上刃以及下刃的接近方向的相对移动量而决定出的单一的定时使间隙增加。
[18]如[11]至[17]中任一项所记载的剪切加工装置，
间隙调节机构在基准移动量的20％以上的移动量的范围内使间隙增加，该基准移动量对应于从加工开始到加工结束为止的上刃以及下刃的相对移动量。
[19]一种剪切加工设备，具备：输送装置，输送被加工件；以及多个剪切加工装置，沿着输送装置的输送路径配置，分担进行对被加工件的剪切加工，其中，
多个剪切加工装置分别具备：下刃；以及上刃，能够相对于下刃在接近分离方向上移动，且在与接近分离方向垂直的方向上具有间隙地与下刃对置，
多个剪切加工装置配置成，随着从输送路径的上游朝向下游而间隙变大。
根据本发明，在剪切加工中，通过使间隙朝变大的方向变化，由此能够降低断裂后的部件端面的加工硬化的影响。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的剪切加工装置的概要截面图。
图2A是示意性地表示图1所示的剪切加工装置的动作以及被加工件的举动的图。
图2B是示意性地表示图1所示的剪切加工装置的动作以及被加工件的举动的图。
图2C是示意性地表示图1所示的剪切加工装置的动作以及被加工件的举动的图。
图3A是与图2A对比而示意性地表示以往的剪切加工装置的动作以及被加工件的举动的图。
图3B是与图2B对比而示意性地表示以往的剪切加工装置的动作以及被加工件的举动的图。
图3C是与图2C对比而示意性地表示以往的剪切加工装置的动作以及被加工件的举动的图。
图4是表示本发明的一个实施方式的间隙调节机构的其他例子的概要截面图。
图5A是表示本发明的一个实施方式的间隙调节机构的另外的其他例子的概要截面图。
图5B是表示本发明的一个实施方式的间隙调节机构的另外的其他例子的概要截面图。
图6是表示本发明的一个实施方式的间隙调整机构的另外的其他例子的概要截面图。
图7是表示本发明的一个实施方式的间隙调整的另外的其他例子的概要截面图。
图8是用于对使间隙连续地增加的本发明的实施例进行说明的图表。
图9是用于对使间隙阶段性地增加的本发明的实施例进行说明的图表。
图10A是表示本发明的实施例的断裂后的被加工件的端面形状的照片。
图10B是表示比较例的断裂后的被加工件的端面形状的照片。
图11是表示本发明的实施例以及比较例的断裂后的被加工件的端面的平均维氏硬度的图表。
图12是表示本发明的实施例以及比较例的断裂后的被加工件的扩孔性的图表。
图13是用于对使间隙阶段性地增加的本发明的另外的实施例进行说明的图表。
图14是表示图13所示的实施例以及比较例的侧弯试验的开口率的图表。
图15是用于对使间隙在根据移动量而决定出的定时一并增加的本发明的实施例进行说明的图表。
图16是表示图16所示的实施例以及比较例的侧弯试验的开口率的图表。
图17A是示意性地表示使间隙在根据移动量决定出的定时一并增加的情况下的剪切加工装置的动作以及被加工件的举动的图。
图17B是示意性地表示使间隙在根据移动量决定出的定时一并增加的情况下的剪切加工装置的动作以及被加工件的举动的图。
图17C是示意性地表示使间隙在根据移动量决定出的定时一并增加的情况下的剪切加工装置的动作以及被加工件的举动的图。
图17D是示意性地表示使间隙在根据移动量决定出的定时一并增加的情况下的剪切加工装置的动作以及被加工件的举动的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行详细说明。另外，在本说明书以及附图中，对实质上具有相同功能构成的构成要素标注相同的符号，由此省略重复说明。
图1是表示本发明的一个实施方式的剪切加工装置1的概要截面图。参照图1可知，本实施方式的剪切加工装置1包括冲模2、冲头3、保持架4以及致动器5a。在冲模2上形成有与板状的被加工件6的下表面抵接的下刃21。在冲头3上形成有上刃31。冲头3由未图示的电动机或者液压机构等驱动，能够在被加工件6的厚度方向(上刃31以及下刃21的接近分离方向)上相对于冲模2相对移动。通过冲头3进行移动，由此上刃31从位于被加工件6上方的状态如图示那样与被加工件6的上表面抵接，并进一步被压入被加工件6。在上刃31被压入被加工件6的过程中，在下刃21与上刃31之间产生断裂面，由此，冲头3所压入的部分的被加工件6被切掉。保持架4与被加工件6的上表面抵接，在其与冲模2之间夹持被加工件6。致动器5a例如是电动机或者液压机构等。致动器5a与冲模2连结，使冲模2在被加工件6的面方向、即相对于被加工件6的厚度方向垂直的方向上移动。
另外，在上述说明中，对上刃31相对于下刃21在接近分离方向上相对移动的情况进行了说明，但并不限定于此，也可以是上刃31被固定、下刃21相对移动，还可以是上刃31以及下刃21相互相对移动。
此处，在被加工件6的面方向(与上刃31的接近分离方向垂直的方向)上，上刃31具有间隙C地与下刃21对置。通过致动器5a使冲模2在被加工件6的面方向上移动，由此能够使下刃21相对于上刃31接近或者分离。当下刃21接近上刃31时、间隙C缩小，当下刃21从上刃31分离时、间隙C扩大。致动器5a在上刃31与被加工件6的上表面抵接之后到被加工件6产生断裂面为止的期间，根据上刃31的移动量使间隙C增加。具体而言，致动器5a根据上刃31在被加工件6的厚度方向上的移动量使下刃21从上刃31分离。如此，在本实施方式中，致动器5a作为间隙调节机构发挥功能。另外，致动器5a可以根据上刃31的移动量使下刃21连续地从上刃31分离，或者也可以根据上刃31的移动量使下刃21从上刃31阶段性地分离。此外，致动器5a也可以在根据上刃31在厚度方向上的移动量而决定出的单一的定时，使下刃21从上刃31分离规定的距离。
图2A至图2C是示意性地表示图1所示的剪切加工装置1的动作以及被加工件6的举动的图。
在图2A中示出上刃31与被加工件6的上表面抵接的状态。此时，间隙C被设定为c0。在以下的说明中，将此时的上刃31的移动量H(被加工件6的厚度方向的移动量)设为0。从图2A所示的状态起，上刃31进一步移动而开始压入被加工件6，由此，在被加工件6的内部开始材料的塑性变形以及与其相伴随的加工硬化。此时，材料的加工硬化集中在沿着连结下刃21与上刃31的面的区域R1A。
在本实施方式中，图2A的状态相当于：在与被加工件6的厚度方向垂直的面方向上具有作用点的间隙地开始对被加工件6作用剪切力的工序(加工开始)。
在图2B中示出从图2A所示的状态起上刃31进一步移动而压入被加工件6的状态。此时，上刃31的移动量H为h1。在图2A所示的状态之后，致动器5a使冲模2移动，使下刃21从上刃31分离，由此，间隙C从c0增加至c1。在区域R1B中产生被加工件6内部的材料的加工硬化。区域R1B与区域R1A相比，具有在被加工件6的下表面侧扩展的形状。
在图2C中示出从图2B所示的状态起上刃31进一步移动而更深地压入被加工件6的状态。上刃31的移动量H为大于h1的h2。此时，在被加工件6中产生断裂面61。在图2B所示的状态之后，致动器5a使冲模2进一步移动，下刃21从上刃31进一步分离，由此，间隙C从c1进一步增加至c2。在区域R1C中产生被加工件6内部的材料的加工硬化。区域R1C与区域R1A相比，具有在被加工件6的下表面侧进一步扩展的形状。
在本实施方式中，图2B以及图2C的状态相当于：在开始了作用剪切力之后到在被加工件6产生断裂面为止作用剪切力的工序(加工结束)；以及在开始了作用剪切力之后到在被加工件6产生断裂面61为止的期间，根据被加工件6的厚度方向的变形使间隙增加的工序。
此处，如图2C所示，被加工件6的断裂面61横穿产生有加工硬化的区域R1C而产生。因而，在断裂后的被加工件6的端面残留有受到了加工硬化的影响的区域。但是，如后所述，在本实施方式中，在剪切加工中根据上刃31的移动量H使间隙C增加，由此，加工硬化分散产生在比以往更大的区域中。因此，在本实施方式中，断裂后的被加工件6的端面的加工硬化的影响比以往降低。
图3A至图3C是与图2A至图2C对比而示意性地表示以往的剪切加工装置的动作以及被加工件6的举动的图。在所图示的以往的例子中，在剪切加工的整个期间，间隙C被固定于c2(与图2C的间隙C相同)。
在图3A所示的状态下，在区域R2A中产生被加工件6内部的材料的加工硬化。与图2A所示的区域R1A相同，区域R2A是沿着连结下刃21与上刃31的面的区域。
在图3B所示的状态下，在区域R2B中产生被加工件6内部的材料的加工硬化。另外，图2B所示的区域R1B具有在被加工件6的下表面侧扩展的形状，但图3B所示的区域R2B不具有这样的扩展。
在图3C所示的状态下，在区域R2C中产生被加工件6内部的材料的加工硬化。另外，图2C所示的区域R1C具有在被加工件6的下表面侧进一步扩展的形状，但图3C所示的区域R2C不具有这样的扩展，区域R2C是沿着连结下刃21与上刃31的面的比较窄的区域。
此处，在图2C所示的本实施方式与图3C所示的以往的例子之间，在被加工件6中产生断裂面61时的间隙C相同(c2)，因此，断裂后的被加工件6的端面形状没有较大不同。此外，在断裂后的被加工件6的端面上残留有受到了加工硬化的影响的区域这一点也相同。但是，在本实施方式中，在断裂时产生加工硬化的区域R1C比以往的情况下的区域R2C更大。即，在本实施方式中，加工硬化分散产生在比以往更大的区域中。因而，在本实施方式中，与以往相比能够降低断裂后的被加工件6的端面中的加工硬化的影响。
图4是表示本发明的一个实施方式的间隙调节机构的其他例子的概要截面图。参照图4可知，在该例子中，剪切加工装置1作为间隙调节机构而具备线性凸轮机构5b。线性凸轮机构5b包括形成于冲头3的第1倾斜面51以及形成于冲模2的第2倾斜面52。第1倾斜面51能够与形成于冲头3的上刃31一起一体地在被加工件6的厚度方向上移动。此外，第2倾斜面52能够与第1倾斜面51滑动接触，且与形成于冲模2的下刃21一起一体地在被加工件6的面方向上移动。在剪切加工装置1中还设置有在被加工件6的面方向上将冲模2朝向冲头3施力的弹簧22。弹簧22作为间隙保持机构发挥功能，该间隙保持机构在第1倾斜面51与第2倾斜面52不滑动接触时保持间隙C。
在上述例子中，在由于冲头3沿着被加工件6的厚度方向移动而第1倾斜面51与第2倾斜面52接触的时刻，冲模2沿着被加工件6的面方向移动，下刃21开始从上刃31分离。之后，当在第1倾斜面51与第2倾斜面滑动接触的状态下冲头3向被加工件6的厚度方向继续移动时，与此相伴随而下刃21从上刃31连续地分离。如此，在上述的例子中，线性凸轮机构5b根据上刃31的移动量使下刃21从上刃31连续地分离。
在作为间隙调节机构而使用了线性凸轮机构5b的情况下，能够利用冲头3的驱动力使间隙C变化，因此，例如能够实现设备的简化、工序的高速化。与此相对，在作为间隙调节机构而使用了上述的致动器5a的情况下，能够作为相对于冲头3的驱动独立的动作而使间隙C变化，因此，例如能够任意地调节间隙C的变化方式(变化量、变化的比例、变化的开始时刻以及结束时刻等)。
图5A以及图5B是表示本发明的一个实施方式的间隙调节机构的另外的其他例子的概要截面图。
在图4中说明了的例子中，通过线性凸轮机构5b使设置有下刃21的刚性较高的冲模2沿着间隙变化的方向强制性地移动，由此使间隙C变化。
与此相对，在本例中，如参照图5A那样，剪切加工装置1的冲模2具备冲模主体2a以及弹性体5c，通过弹性体5c支承刚性较低的冲模主体2a的下刃21，由此控制间隙变化的方向上的下刃21的避让方式。
在允许冲模主体2a在间隙的变化方向上移动的状态下，弹性体5c支承冲模主体2a。
冲模主体2a具备薄壁部分，该薄壁部分为，包括下刃21的上侧部分的间隙变化的方向上的厚度比上下方向上的其他部分薄。
弹性体5c为，在冲头3与被加工件6接触的状态下，至少支承冲模主体2a的薄壁部分。
冲模主体2a以及弹性体5c并不一定需要被接合，也可以在不作用剪切力时分离。此外，薄壁部分的厚度也可以在上下方向上不同。
弹性体5c只要在沿着下刃21的延伸方向连续的状态下配置即可。
弹性体5c的上下方向的长度以及间隙变化方向的长度，例如基于与保持架4的配置之间的关系、弹性体5c的弹性模量等适当设定。
弹性体5c在与冲模主体2a相反侧安装于未图示的壁面等。由于下刃21受到的被加工件6的面方向的按压力，弹性变形了的下刃21的上侧部分在间隙变化的方向上弹性变形。弹性体5c从与被加工件6的面方向垂直的方向对包括下刃21的冲模主体2a赋予对抗下刃21受到的按压力的弹性力。由此，随着作用于下刃21的被加工件6的面方向的按压力逐渐增大，弹性变形了的冲模主体2a的上侧部分在由弹性变形了的弹性体5c支承的状态下逐渐朝被加工件6的面方向的按压力的方向移动。
另外，冲模主体2a也可以成为不具备薄壁部分的构成。在该情况下，将冲模主体2a的整体安装为沿着被加工件6的面方向移动自如，且弹性体5c在允许冲模2的移动的状态下进行支承。随着作用于下刃21的被加工件6的面方向的按压力逐渐增大，冲模主体2a的整体沿着被加工件6的面方向移动，由此，下刃21逐渐朝被加工件6的面方向的按压力的方向移动。
在剪切加工装置1中，包括上刃31的冲头3在与被加工件6的上表面抵接之后，随着沿着被加工件6的厚度方向进一步移动，有时对包括下刃21的冲模2作用被加工件6的面方向的按压力，具体而言是下刃21从上刃31分离的方向的按压力。按压力随着上刃31的移动而逐渐增大。在该情况下，通过如上述那样弹性体5c对冲模主体2a赋予对抗按压力的弹性力，由此能够根据上刃31的移动量使间隙C连续地增加。
另外，在该例子中，弹性体5c的初始厚度(没有被加工件6的情况下或者上刃31未与被加工件6抵接的情况下的厚度)、弹性体5c的特性，根据间隙C的初始值c0来决定。此外，弹性体5c的弹性模量(杨氏模量)等特性，根据间隙C相对于上刃31的移动量H的适当的增加比例来决定。
此外，也可以代替弹性体5c，转而使用利用了螺旋弹簧、空气弹簧的机械式的弹性构件。例如，也可以在下刃21的背面设置支承下刃21的支承部，并进一步设置与支承部的移动一起进行驱动的凸轮机构、连杆机构等，如果凸轮机构以及连杆机构驱动了规定量，则对螺旋弹簧、空气弹簧作用压缩力，对冲模主体2a赋予对抗下刃21的按压力的弹性力。
图6是表示本发明的一个实施方式的间隙调整机构的另外的其他例子的概要截面图。如参照图6那样，在该例子中，待机状态的冲头3配置于图6的实线所示的位置。当冲头3处于图6的实线所示的位置时，在从被加工件6的法线方向观察时，冲头3的上刃31位于冲模2的存在区域。
接着，在冲头3开始下降之前、开始下降的同时、或者开始下降之后的任一个定时，冲头3相对于冲模2后退，当冲头3到达被加工件6的表面时，冲头3位于图6的双点划线所示的位置。当冲头3处于图6的双点划线所示的位置时，冲头3在具有间隙C＝c0的状态下与被加工件6的上表面抵接。
即，在待机状态下，冲头3可以在任意的位置进行待机，且只要以冲头3进行驱动并在到达被加工件6的表面之前或者在到达的同时、冲头3以及冲模2成为能够确保间隙C＝c0的位置的方式，冲头3从待机状态的移动完成即可。
另外，在图6中，对冲头3相对于冲模2进行移动的方式进行了说明，但冲模2以及冲头3的移动只要包括相对移动的情况即可。例如，可以是冲模2相对于冲头3进行移动的情况，也可以是冲模2以及冲头3的双方进行移动的情况。
图7是表示本发明的一个实施方式的间隙调整的另外的其他例子的概要截面图。如参照图7那样，在该例子中，剪切加工设备7具备输送装置8以及剪切加工装置1A至剪切加工装置1C，通过沿着输送装置8配置的剪切加工装置1A、剪切加工装置1B、剪切加工装置1C分担地进行被加工件6的加工。另外，在本实施方式中，在各个剪切加工装置1A、1B、1C中未设置间隙调节机构。
输送装置8由机械臂、带式输送机等构成，按照从剪切加工装置1A到剪切加工装置1C的顺序从上游朝向下游输送被加工件6。
在剪切加工装置1A中，间隙被设定为C＝c0。在剪切加工装置1B中，设定为比剪切加工装置1A的间隙大的间隙C＝c1。在剪切加工装置1C中，设定为比剪切加工装置1B的间隙大的间隙C＝c2。
并且，通过剪切加工装置1A，使被加工件6在间隙C＝c0、压入量(被加工件6的厚度方向上的上刃31以及下刃21的移动量)H＝0的状态下作用按压力。如果在该状态下产生了图2A所示的加工硬化区域R1A，则通过输送装置8将被加工件6移动至剪切加工装置1B，通过剪切加工装置1B将被加工件6加工至图2B所示的间隙C＝c1、压入量H＝h1。最后，通过输送装置8将被加工件6移动至剪切加工装置1C，通过剪切加工装置1C将被加工件6加工至图2C所示的间隙C＝c2、压入量H＝h2。即，在本例中，多个剪切加工装置1A、1B、1C被配置为，随着从输送路径的上游朝向下游而间隙变大。
在上述例子中，例示了剪切加工设备具备3台剪切加工装置1A、1B、1C的情况，但剪切加工设备也可以具备2台或者4台以上剪切加工装置。另外，在具备3台以上剪切加工装置的情况下，也可以在维持了设定于剪切加工装置1A的间隙C＝c0、设定于剪切加工装置1B的间隙C＝c1、设定于剪切加工装置1C的间隙C＝c0的状态下，进行被加工件6的其他部位的加工。
如此，即使使用多个剪切加工装置1A至剪切加工装置1C，也能够实施：在与被加工件6的厚度方向垂直的面方向上具有作用点的间隙地开始对被加工件6作用剪切力的工序；在开始作用剪切力之后，直到被加工件6产生断裂面61为止作用剪切力的工序；以及在开始作用剪切力之后到上述被加工件产生断裂面为止的期间，根据被加工件6的厚度方向的变形使间隙增加的工序。因而，能够发挥与上述相同的作用以及效果。
另外，本发明的实施方式的间隙调节机构的例子并不限定于上述例子。例如，作为间隙调节机构，也可以使用在剪切加工中能够更换的多个冲模2。在该情况下，通过根据上刃31的移动量H来依次更换使用与不同的间隙C对应的多个冲模2，由此能够使间隙C阶段性地变化。此外，也可以通过将与间隙C的初始值(图2A所示的间隙c0)以及结束值(图2C所示的间隙c2)对应的2个种类的冲模2在根据上刃31的移动量H决定出的单一的定时进行更换使用，由此使间隙C增加。
以上，对本发明的一个实施方式进行了说明。另外，图1的截面图所示那样的剪切加工装置的构成并不一定对剪切加工装置的整体共通。即，本实施方式的剪切加工装置也可以为，在剪切加工部分的一部分设置上述那样的间隙调节机构(致动器5a、线性凸轮机构5b等)，而在剪切加工部分的其他部分不设置间隙调节机构，因而间隙被固定。更具体而言，例如，也可以限定于容易产生延伸凸缘裂纹的曲线部分而配置间隙调节机构。
实施例
接着，对本发明的实施例进行说明。另外，在以下说明的实施例中共通为，被加工件是抗拉强度615MPa的钢板，板厚为1mm。此外，剪切加工是使用了直径10mm的冲头的冲孔。关于冲模，准备了孔部分的内径从10.1mm到10.4mm以0.025mm刻度变化的12个种类，以下，按照参照图8以及图9说明的情况，一边依次更换一边实施剪切加工。
图8是用于对使间隙连续地增加的本发明的实施例进行说明的图表。在图8所示的图表中，示出实施例1到实施例7中的间隙C与上刃的移动量H之间的关系。另外，在以下的实施例的说明中，间隙C以相对于板厚t的比例(C/t)来记述。在各实施例中，通过冲模的更换而间隙C从0.05mm到0.2mm以0.0125mm刻度增加，但在该情况下，C/t从5％到20％以1.25％刻度增加。此外，在以下的实施例的说明中，移动量H以相对于基准移动量H_ref的比例(H/H_ref)来记述。此处，基准移动量H_ref对应于在将间隙固定为最大值(C/t＝20％)地对与实施例相同的被加工件进行了剪切的情况下、产生断裂面的移动量H。基准移动量H_ref通过预先进行的试验来测定，在各实施例中共通地被用作为用于间隙C的控制的指标。
在图示的各实施例中，在H/H_ref从0达到规定值(在实施例1中为10％，在实施例2中为20％，在实施例3中为40％，在实施例4中为60％，在实施例5中为80％，在实施例6中为90％，在实施例7中为100％)的期间，依次更换上述12个种类的冲模，由此使C/t从5％到20％模拟连续地增加。在H/H_ref达到规定值之后，在将C/t维持为20％的状态下，继续进行上刃的移动直到被加工件产生断裂面为止。
图9是用于对使间隙阶段性地增加的本发明的实施例进行说明的图表。在图9所示的图表中，示出实施例4以及实施例4s中的间隙C(C/t)与上刃的移动量H(H/H_ref)之间的关系。另外，实施例4的图表与图8所示的图表相同。在实施例4s中，在与实施例4相同程度的移动量H的范围内，通过依次更换冲模来使C/t从5％增加至20％。但是，在实施例4s中，通过使用上述12个种类的冲模中的4个种类，由此使间隙C以0.0375mm刻度(即，C/t以3.75％刻度)阶段性地变化。
图10A以及图10B是表示本发明的实施例以及比较例中的断裂后的被加工件的端面形状的照片。在图10A中示出上述图8所示的实施例6中的断裂后的被加工件的端面形状。在图10B中示出将间隙固定为最大值(C/t＝20％)地对与各实施例相同的被加工件进行了剪切的比较例(比较例1)中的断裂后的被加工件的端面形状。如这些照片所示，在实施例6与比较例1之间，断裂后的被加工件的端面形状不存在较大差异。对于实施例2至实施例5以及实施例7也相同，在与比较例1之间断裂后的被加工件的端面形状不存在较大差异。仅实施例1与比较例1相比，能够观察到若干的端面形状的变化，但对于这一点将后述。
图11是表示本发明的实施例以及比较例中的断裂后的被加工件的端面的平均维氏硬度的图表。在各个例子中，通过沿着与端面交叉的方向将断裂后的被加工件切断，并在离端面80μm的位置处沿着被加工件的厚度方向排列的14个测定点，实施维氏硬度试验(JISZ2244)，由此测定了硬度。另外，在图10A以及图10B中观察到的被加工件的端面附近的点是维氏硬度试验的测定点。在图11的图表中示出各个例子中的维氏硬度试验的测定值的全部测定点的平均值(Hv_ave)。
参照图表可知，在实施例1至实施例7以及实施例4s的全部中，Hv_ave的值低于比较例1，在各实施例中断裂后的被加工件的端面的加工硬化的影响降低。另一方面，当将各实施例进行比较时，在间隙C连续地增加且在相当于H_ref的20％～80％的移动量H的范围内执行间隙C的增加的情况下(实施例2至实施例5)，Hv_ave的值特别小。另外，关于实施例1，如上所述，与比较例1以及其他实施例相比产生了若干的端面形状的变化，因此可以认为硬度比其他实施例稍大。
图12是表示本发明的实施例以及比较例中的断裂后的被加工件的扩孔性的图表。在各个例子中，通过对于如上所述那样使用直径10mm的冲头进行了冲孔加工的被加工件实施扩孔试验(JISZ2256)，由此测定了扩孔性。在图12的图表中示出各个例子中的通过扩孔试验而测定的扩孔率(λ)。
参照图表可知，在实施例1至实施例7以及实施例4s的全部中，λ的值高于比较例1，在各实施例中断裂后的被加工件的扩孔性得到改善。另一方面，当将各实施例进行比较时，在间隙C连续地增加且在相当于H_ref的20％～80％的移动量H的范围内执行间隙C的增加的情况下(实施例2～实施例5)，λ的值特别大。另外，关于实施例1，如上所述，与比较例以及其他实施例相比产生了若干的端面形状的变化，因此，可以认为扩孔性比其他的实施例稍微降低。
图13是用于对使间隙阶段性地增加的本发明的其他实施例进行说明的图表。在图13所示的图表中示出实施例8以及实施例9中的间隙C(C/t)与上刃的移动量H(H/Href)之间的关系。实施例8是使间隙C阶段性地增加的例子，在将C/t的初始值设为5％而开始了剪切加工之后，在H/Href为16％、32％以及48％时分别更换冲模以使C/t以3.75％刻度增加。由此，C/t从初始值的5％到最大值的20％以4个阶段增加。实施例9与实施例8相同，是使间隙C阶段性地增加的例子，但在H/Href为32％、64％以及96％时更换冲模，由此使C/t更缓慢地增加。
图14是表示图13所示的实施例以及比较例中的侧弯试验的开口率的图表。另外，关于侧弯试验，详细记载于如下文献：吉田、其他5名，《延伸凸缘成形性的评价方法与对策技术》，新日铁技报，新日本制铁株式会社，2012年，第393号，p.18-24。在图12中示出图11所示的实施例8和实施例9、以及将间隙固定为最大值(C/t＝20％)而进行了剪切的比较例1中的侧弯试验的开口率。参照图表可知，在实施例8以及实施例9的任一个中开口率都高于比较例1，在两个实施例中延伸凸缘性提高。另一方面，当将实施例8与实施例9进行比较时，开口率更大的是使C/t更缓慢地增加的实施例9。
此处，在上述实施例1至实施例7中观察到如下结果：在超过H_ref的80％的移动量H的范围内执行间隙C的增加的实施例6以及实施例7中，虽然确认到维氏硬度试验的测定值、扩孔率的改善，但改善幅度比实施例2至实施例5稍小。与此相对，在实施例8与实施例9之间示出如下情况：与在H/H_ref＝48％结束了间隙C的增加的实施例8相比，在H/H_ref＝96％结束了间隙C的增加的实施例9中，开口率的改善幅度较大。根据该结果可以说，根据对剪切加工后的被加工件要求的特性的不同，并不限定于在H_ref的80％以下的移动量H的范围内执行使间隙C增加的工序较好，有时反而到超过Href的80％的移动量H的范围为止执行使间隙C增加的工序较好。
图15是用于对在根据间隙的相对移动量决定出的单一的定时使其增加的本发明的实施例进行说明的图表。在图15所示的图表中，示出比较例2、实施例10、实施例11以及实施例12中的间隙C(C/t)与上刃的移动量H(H/H_ref)之间的关系。
在比较例2中，以从开始起C/t就增加到最大值的20％的方式将冲模固定。
在实施例10中，在H/Href为32％的定时，以使C/t增加至最大值的20％的方式更换冲模。
另一方面，在实施例11中，在H/Href为64％的定时，以使C/t从5％增加至20％的方式更换冲模。
进而，在实施例12中，在H/H_ref为96％的定时，以使C/t从5％增加至20％的方式更换冲模。
图16是表示图15所示的实施例10至实施例12以及比较例2中的侧弯试验的开口率的图表。在图16中示出图15所示的比较例2以及实施例10至实施例12中的侧弯试验的开口率。参照图16可知，在比较例2中，开口率变低到46％，但是当增大作为冲模更换的定时的H/H_ref时，开口率逐渐变大，在实施例12中，开口率大幅度提高。
如实施例10至实施例12所示那样，侧弯试验的开口率提高的原因，推测为基于以下的见解。
首先，如图17A所示，在基于冲头3的上刃31进行加工的最初，在间隙C＝c0的状态下开始被加工件6的加工，在上刃31与下刃21之间产生加工硬化区域R3A。当上刃31保持该状态下降时，如图17B所示，被加工件6中的加工硬化区域R3B扩大。
当上刃31进一步下降时，如图17C所示，成为加工硬化进展最大的区域R3C，且成为产生断裂面的紧前。此时，当使冲模2的下刃21后退时，如图17D所示，连结上刃31与下刃21之间的断裂面61不到达产生了加工硬化的区域R3C，而到达未产生加工硬化的区域。
由此，在被加工件6的端部几乎未产生加工硬化的区域，因此，加工后的被加工件6的不受加工硬化的影响的区域成为断裂面，开口率变大。
根据上述结果可以说，作为根据移动量H使间隙C增加的例子，不仅根据移动量H使间隙C连续地或者阶段性地增加的例子，而且在根据移动量H决定出的单一的定时使间隙C增加的例子，对于降低断裂后的部件端面的加工硬化的影响也是有效的。但是，根据使间隙C增加的定时的不同，也有可能存在如实施例10以及实施例11那样无法得到充分效果的情况，因此需要通过试验等预先决定与移动量H相应的适当定时。
另外，如根据图16可知的那样，成为冲模更换的定时H/H_ref越接近产生断裂面61的紧前，开口率越提高。因而，最佳的定时可以推测为，在产生断裂面61的紧前的定时使间隙C增加较好。
根据以上说明了的实施例可知，在降低断裂后的被加工件的端面的加工硬化的影响并使后续处理中的扩孔等的加工性提高的方面，本发明是有效的。
另外，在上述实施例中，从移动量H为0的时刻、即上刃与被加工件的上表面抵接紧后起开始使间隙C增加的工序，但也可以从移动量H成为大于0的规定值的时刻、即上刃被向被加工件中压入了一定程度的中途的时刻起开始该工序。
此外，在上述实施例中，将抗拉强度615MPa的钢板作为被加工件而实施了剪切加工，但根据本发明人的见解，能够更有效地实施本发明的被加工件是抗拉强度270MPa以上的强度比较高的钢板。其理由在于，在上述中作为本发明的一个实施方式说明了的被加工件的举动，以在剪切加工时产生延展性破坏龟裂的情况为前提，但在强度较低的钢板中局部变形能力优异，因此难以产生这样的延展性破坏龟裂。根据本发明人的见解，例如如果是抗拉强度980MPa以上的高強度钢板，则在剪切加工中会稳定地产生延展性破坏龟裂，因此能够有效地实施本发明。
此外，在上述实施例中，将板厚为1mm的钢板作为被加工件而实施了剪切加工，但根据本发明人的见解，能够更有效地实施本发明的被加工件是板厚为0.2mm以上2mm以下的钢板。其理由在于，当板厚过小时，间隙C的值也随之变小，难以通过间隙调节机构对间隙C进行稳定的控制。另一方面，其理由在于，当板厚过大时，随着间隙C发生变化而端面形状产生变化的情况较多，难以得到降低被加工件的端面的加工硬化的影响的效果。另外，根据被加工件的材质以及剪切加工部分的形状等的不同，在板厚为0.1mm以上4mm以下或者板厚为0.05mm以上8mm以下的情况下，也能够有效地实施本发明。此外，本发明中的被加工件并不一定限定于钢板，也可以是其他金属材料、例如铝合金等的板。
以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行了详细说明，但本发明并不限定于所述的例子。应当理解为，只要是具有本发明所属技术领域的通常知识的人员，则在权利要求所记载的技术思想的范畴内能够想到各种变形例或者修正例是显而易见的，这些当然也属于本发明的技术范围。
符号的说明
1、1A、1B、1C：剪切加工装置；2：冲模；21：下刃；22：弹簧；3：冲头；31：上刃；4：保持架；5a：致动器；5b：线性凸轮机构；5c：弹性体；51：第1倾斜面；52：第2倾斜面；6：被加工件；61：断裂面；7：剪切加工设备；8：输送装置。

Claims (19)

1.一种剪切加工方法，在板状的被加工件的厚度方向上作用剪切力而使上述被加工件断裂，包括：
在与上述被加工件的厚度方向垂直的面方向上具有作用点的间隙地开始对上述被加工件作用剪切力的工序；
在开始作用上述剪切力之后到上述被加工件产生断裂面为止作用剪切力的工序；以及
在开始作用上述剪切力之后到上述被加工件产生断裂面为止的期间，根据上述被加工件的厚度方向的变形使上述间隙增加的工序。
2.如权利要求1所述的剪切加工方法，其中，
通过多个剪切加工装置来实施上述剪切加工方法，该多个剪切加工装置具备下刃以及相对于上述下刃能够在上述被加工件的厚度方向上相对地移动的上刃，且沿着上述被加工件的面方向的上述下刃与上述上刃的间隙不同，
在使上述间隙增加的工序中，按照从上述多个剪切加工装置中间隙小的剪切加工装置到间隙大的剪切加工装置的顺序，对上述被加工件作用剪切力。
3.如权利要求1所述的剪切加工方法，其中，
通过1台剪切加工装置来实施上述剪切加工方法，该剪切加工装置具备与上述被加工件的下表面抵接的下刃、以及在上述被加工件的厚度方向上能够相对于上述下刃相对地移动的上刃，
上述剪切加工方法包括：
使上述下刃与上述被加工件的下表面抵接的工序；
使上述上刃沿着上述被加工件的面方向与上述下刃具有间隙地在上述厚度方向上移动到与上述被加工件的上表面抵接为止的工序；
使与上述被加工件的上表面抵接了的上述上刃进一步在上述被加工件的厚度方向上移动到上述被加工件产生断裂面为止的工序；以及
在上述上刃与上述被加工件的上表面抵接之后到产生上述断裂面为止的期间，根据上述被加工件的厚度方向上的上述上刃与上述下刃的相对移动量使上述间隙增加的工序。
4.如权利要求3所述的剪切加工方法，其中，
上述下刃能够在上述被加工件的面方向上相对于上述上刃相对地移动，
使上述间隙增加的工序，包括根据上述被加工件的厚度方向上的上述上刃与上述下刃的相对移动量使上述下刃与上述上刃相对地分离的工序。
5.如权利要求3或4所述的剪切加工方法，其中，
使上述间隙增加的工序，包括根据上述被加工件的厚度方向上的上述上刃与上述下刃的相对移动量使上述间隙连续地增加的工序。
6.如权利要求3或4所述的剪切加工方法，其中，
使上述间隙增加的工序，包括根据上述被加工件的厚度方向上的上述上刃与上述下刃的相对移动量使上述间隙阶段性地增加的工序。
7.如权利要求3或4所述的剪切加工方法，其中，
使上述间隙增加的工序，包括在根据上述被加工件的厚度方向上的上述上刃与上述下刃的相对移动量而决定出的单一的定时使上述间隙增加的工序。
8.如权利要求3至7中任一项所述的剪切加工方法，其中，
在上述间隙被固定为规定值的情况下，在基准移动量的20％以上的移动量的范围内执行使上述间隙增加的工序，该基准移动量对应于从上述上刃与上述被加工件的上表面抵接起到产生上述断裂面为止的上述被加工件的厚度方向上的上述上刃与上述下刃的相对移动量。
9.如权利要求1至8中任一项所述的剪切加工方法，其中，
上述被加工件是抗拉强度为270MPa以上的钢板。
10.如权利要求1至9中任一项所述的剪切加工方法，其中，
上述被加工件是板厚为0.2mm以上2mm以下的钢板。
11.一种剪切加工装置，具备：
下刃；
上刃，能够相对于上述下刃在接近分离方向上移动，在与上述接近分离方向垂直的方向上具有间隙地与上述下刃对置；以及
间隙调节机构，根据上述上刃的接近方向的移动量使上述间隙增加。
12.如权利要求11所述的剪切加工装置，其中，
上述下刃能够在与上述上刃的接近分离方向垂直的方向上相对地移动，
上述间隙调节机构根据上述上刃与上述下刃的接近方向的相对移动量使上述下刃从上述上刃分离。
13.如权利要求11或12所述的剪切加工装置，其中，
上述间隙调节机构根据上述上刃与上述下刃的接近方向的相对移动量使上述间隙连续地增加。
14.如权利要求13所述的剪切加工装置，其中，
上述间隙调节机构包括：
第1倾斜面，能够在上述上刃与上述下刃的相对移动方向上与上述上刃一起一体地移动；以及
第2倾斜面，与上述第1倾斜面滑动接触，能够在与上述上刃和上述下刃的相对移动方向垂直的方向上与上述下刃一起一体地移动，
上述剪切加工装置还具备间隙保持机构，在上述第1倾斜面与上述第2倾斜面不滑动接触的状态下，该间隙保持机构保持上述间隙。
15.如权利要求13所述的剪切加工装置，其中，
上述间隙调节机构包括弹性构件，该弹性构件对上述下刃赋予弹性力，该弹性力对抗随着上述上刃的接近方向的移动而上述下刃从与上述上刃的接近方向垂直的方向受到的按压力。
16.如权利要求11或12所述的剪切加工装置，其中，
上述间隙调节机构根据上述上刃与上述下刃的接近方向的相对移动量使上述间隙阶段性地增加。
17.如权利要求11或12所述的剪切加工装置，其中，
上述间隙调节机构在根据上述上刃与上述下刃的接近方向的相对移动量而决定出的单一的定时使上述间隙增加。
18.如权利要求11至17中任一项所述的剪切加工装置，其中，
上述间隙调节机构在基准移动量的20％以上的移动量的范围内使上述间隙增加，该基准移动量对应于从加工开始到加工结束为止的上述上刃与上述下刃的相对移动量。
19.一种剪切加工设备，具备：输送装置，输送被加工件；以及多个剪切加工装置，沿着上述输送装置的输送路径配置，分担地进行对于上述被加工件的剪切加工，其中，
上述多个剪切加工装置分别具备：下刃；以及上刃，能够相对于上述下刃在接近分离方向上移动，在与上述接近分离方向垂直的方向上具有间隙地与上述下刃对置，
上述多个剪切加工装置被配置为，随着从上述输送路径的上游朝向下游而上述间隙变大。
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