JP2006068836A

JP2006068836A - 打抜き工具

Info

Publication number: JP2006068836A
Application number: JP2004252850A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nagamine; 勝長峰
Original assignee: NAGAMINE SEISAKUSHO KK; Nagamine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: NAGAMINE SEISAKUSHO KK; Nagamine Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】高アスペクト比の貫通孔を形成することができる打抜き工具を提供する。
【解決手段】打抜き加工において、被加工部材Ｗに貫通孔を形成するために使用されるパンチ１であって、パンチ１が、そのパンチ本体１０の先端に略錐体状の突起部１１を備えている。パンチ本体１０を被加工部材Ｗに進入させたときに、突起部１１の側面１１ａに加わる反力Ｆが不均一であれば、反力Ｆの直交成分が反力Ｆの軸方向成分Ｆ２の差に起因するパンチ本体１０の曲がりと逆方向にパンチ本体１０を曲げようとするから、パンチ本体１０の曲がりを抑えることができ、パンチ本体１０を真っ直ぐに被加工部材Ｗ内に進入させることができる。よって、高アスペクト比の貫通孔を形成しても、パンチ本体１０が曲がりながら被加工部材Ｗ内に侵入することを防ぐことができるから、パンチ１が破損することを防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、打抜き工具に関する。板等の部材に貫通孔を形成する方法には、ドリルによる切削加工により孔を形成する方法や、パンチ・ダイスを使用したせん断加工により孔を形成する方法等があるが、短時間に多数の孔を形成する場合には、生産性の高いせん断加工により貫通孔を形成する方法が採用される。
本発明は、かかるせん断加工により貫通孔を形成する場合に使用される打抜き工具に関する。

図２において、符号100は、パンチプレートＰに取り付けられた従来の打抜き工具のパンチを示しており、符号Ｄはダイスを示している。このダイスＤには、パンチＰの中心軸ＣＰと同軸な貫通孔Ｄｈが形成されている。この貫通孔Ｄｈの内径は、その内側面とパンチ100の側面とのクリアランスＣが所定の値となるように形成されている。
このため、ダイスＤのダイス面Ｄｂ上に被加工部材Ｗを載せて、この被加工部材ＷをストリッパーＳによってダイスＤのダイス面Ｄｂに固定した状態でパンチ100を下降させれば、被加工部材Ｗは、ダイスＤのダイス面Ｄｂとパンチ100のパンチ面100bとの間の部分が、圧縮変形、せん断変形したのち、亀裂が発生し、その亀裂の成長により破断するから、被加工部材Ｗに貫通孔が形成されるのである（非特許文献１）。

しかるに、パンチ100のパンチ面100bは、パンチ面100bとパンチの側面100aとの間に形成されるエッジをシャープに保つために、通常平坦面に形成されるが、図２（Ｂ）に示すように、パンチ100やダイスＤの加工誤差や取り付け誤差によりクリアランスＣが均一でなくなる場合がある。この場合には、パンチ100を下降させたときに、クリアランスＣが大きい箇所（Ｃ１）に比べてクリアランスＣが小さい個所（Ｃ２）では、パンチ100の進入に対する被加工部材Ｗの抵抗が大きく、被加工部材Ｗからパンチ100に加わる反力が大きくなる（図３（Ａ））。そして、クリアランスＣが大きい箇所（Ｃ１）における反力ＦＢとクリアランスＣが小さい個所（Ｃ２）における反力ＦＡとの差が、パンチ100を曲げることができる程度に大きくなると、この反力の差に起因して、パンチ100は、クリアランスＣが大きい箇所（Ｃ１）からクリアランスＣが小さい個所（Ｃ２）に向けて曲がることになり（図３（Ｂ））、その曲がりが大きくなるとパンチ100が折れてしまう。

ここで、被加工部材Ｗの厚さｔがパンチ100の直径Ｌと同等または短ければ、被加工部材Ｗからパンチ100に加わる反力の差がパンチ100を曲げることができる程度になる前に、被加工部材Ｗに亀裂が発生し、亀裂の発生に伴って反力が減少する。よって、クリアランスＣが均一でなくても、パンチ100はほとんど曲がらず真っ直ぐに被加工部材Ｗ内に進入するから、パンチ100を損傷することなく被加工部材Ｗに貫通孔を形成することができる。
しかし、被加工部材Ｗの厚さｔがパンチ100の直径Ｌよりも長い場合、つまりアスペクト比が高い場合には、パンチ100が被加工部材Ｗに進入するにつれ、被加工部材Ｗからパンチ100に加わる反力ＦＡ，ＦＢも大きくなり、両者の差も大きくなる。すると、被加工部材Ｗに亀裂が発生する前に、パンチ100の変形が大きくなり、貫通孔を形成している途中でパンチ100が折損してしまう。

また、クリアランスＣが均一な場合であっても、パンチ面100bとパンチの側面100aとの間に形成されるエッジの状態が不均一な場合や、パンチ面100b等の面粗さが不均一な場合等、パンチ100の切れ味が不均一なっている場合には、上記のクリアランスＣが不均一な場合と同様の現象が発生し、貫通孔を形成している途中でパンチ100が折損してしまう。

「塑性加工技術シリーズ１２せん断加工」，日本塑性加工学会編，コロナ社，１９９２年７月１０日，ｐｐ８−１８

本発明は上記事情に鑑み、高アスペクト比の貫通孔を形成することができる打抜き工具を提供することを目的とする。

第１発明の打抜き工具は、打抜き加工において、被加工部材に貫通孔を形成するために使用されるパンチであって、該パンチが、その先端に略錐体状の突起部を備えていることを特徴とする。
第２発明の打抜き工具は、第１発明において、前記突起部が、前記パンチ本体の中心軸の延長線上に頂点を有するように形成されており、前記パンチ本体の中心軸の延長線と母線との間に形成される角度が、３０〜８７度であることを特徴とする。
第３発明の打抜き工具は、第１発明において、前記突起部の側面が、前記パンチ本体の側面と連続することを特徴とする。

第１発明によれば、パンチ本体を被加工部材に進入させたときに、突起部が略錐体状であるから、被加工部材から突起部に加わる反力にはパンチ本体の軸方向と直交する方向の成分（直交成分）が発生する。突起部の側面に加わる反力が不均一であれば、反力の直交成分により、反力が大きい方から反力の小さい方に向けてパンチ本体を曲げる力が発生する。すると、この力は、反力の軸方向成分の差に起因するパンチ本体の曲がりと逆方向にパンチ本体を曲げようとするから、パンチ本体の曲がりを抑えることができ、パンチ本体を真っ直ぐに被加工部材内に進入させることができる。よって、高アスペクト比の貫通孔を形成しても、パンチ本体が曲がりながら被加工部材内に侵入することを防ぐことができるから、パンチが破損することを防ぐことができる。
第２発明によれば、突起部に加わる反力の直交成分が強くなりすぎたり、弱くなりすぎたりすることを防ぐことができるから、パンチ本体の曲がりを効果的に防ぐことができる。
第３発明によれば、突起部とパンチ本体との間に、パンチ本体の軸方向と直交する方向のせん断応力が発生することを防ぐことができるから、パンチの破損を防ぐことができる。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の打抜き工具は、被加工部材に貫通孔を形成するために使用されるパンチであって、孔径に比べて被加工部材の厚さが大きい、いわゆる高アスペクト比の貫通孔を形成することができるような形状にしたことに特徴を有するものである。

図１は本実施形態のパンチ１の概略説明図であって、（Ａ）は単体側面図であり、（Ｂ）は被加工物Ｗの加工中におけるパンチ１の突起部１１の拡大図である。図１において、符号２は、本実施形態のパンチ１を打抜き加工を行う装置に取り付けるための取り付け部を示しており、符号１０は、被加工部材Ｗに進入するパンチ本体示している。
パンチ本体１０は、パンチ本体１０に比べて軸径の太い連結部３を介して取り付け部２に取り付けられており、また、連結部３とパンチ本体１０との間には、両者をＲまたはテーパによって連結する継ぎ部４が設けられている。パンチ１をかかる形状とすることによって、パンチ本体１０の座屈荷重を連結部３に支持させることができるから、パンチ１が座屈して破損することを防ぐことができる。とくに、継ぎ部４をＲで形成すれば、つまり、連結部３とパンチ本体１０との間をＲで連結すれば、パンチ折損に対する切欠き効果を減少させることができより耐久性を増すことができる。
なお、パンチ本体１０の軸径が十分に太く（例えば、１０ｍｍ以上）、座屈荷重に対する耐久性が高い場合には、パンチ本体１０を直接取り付け部２に取り付けてもよい。

図１に示すように、パンチ本体１０の先端には、突起部１１が設けられている。この突起部１１は、パンチ本体１０の中心軸ＣＰの延長線上に頂点を有する略円錐状であって、その側面１１ａがパンチ本体１０の側面と連続するように形成されている。
このため、パンチ１を、打抜き加工を行う装置のパンチプレート等に取り付け（図２（Ａ）参照）、ダイスＤとストリッパーＳによって支持された被加工部材Ｗに向けて移動させれば、パンチ１のパンチ本体１０および突起部１１が被加工部材Ｗに進入する。
すると、パンチ１の突起部１１の側面１１ａには、全面、つまり、パンチ本体１０の中心軸ＣＰ周り全周に、被加工部材Ｗからパンチ１を被加工部材Ｗに向けて移動させる力に対応する反力Ｆが加わる。

ここで、貫通孔Ｄｈの内側面とパンチ本体１０の側面とのクリアランスＣがパンチ本体１０の側面に沿って均一であれば、言い換えれば、パンチ１の突起部１１の側面１１ａ全面に均一な反力Ｆが加わっていれば、この反力Ｆにおけるパンチ本体１の中心軸ＣＰの方向と直交する方向の成分（以下、半径方向成分Ｆ１という）は互いに相殺され、軸方向成分Ｆ２のみがパンチ本体１０に加わることになる。そして、反力Ｆの軸方向成分Ｆ２も全て均一になるから、パンチ本体１０には、その半径方向の力は加わらず、その中心軸ＣＰに沿った方向にしか力が加わらない。よって、パンチ本体１０をその中心軸ＣＰの方向に沿って真っ直ぐに被加工部材Ｗ内に進入させることができるから、パンチ本体１０を損傷することなく、被加工部材Ｗに貫通孔を形成することができる。

これに対し、貫通孔Ｄｈの内側面とパンチ本体１０の側面とのクリアランスＣがパンチ本体１０の側面に沿って不均一であれば、パンチ１の突起部１１の側面１１ａに加わる反力Ｆも不均一になり、パンチ１の突起部１１の側面１１ａには、大きな反力ＦＡの加わる部分と、小さな反力ＦＢの加わる部分とができる。すると、反力ＦＢの軸方向成分Ｆ２Ｂが反力ＦＡの軸方向成分Ｆ２Ａよりも小さいので、パンチ本体１０には、反力ＦＢの加わっている部分から反力ＦＡの加わっている部分に向う方向（矢印ａの方向）にパンチ本体１０が曲がることになる。
しかし、反力ＦＡの半径方向成分Ｆ１Ａが反力ＦＢの半径方向成分Ｆ１Ｂよりも大きくなるため、反力ＦＡの加わっている部分から反力ＦＢの加わっている部分に向けて（矢印ｂの方向）に、半径方向成分Ｆ１Ａと半径方向成分Ｆ１Ｂの差の分だけ、パンチ本体１０を曲げようとする力が発生する。この力は、反力ＦＡ，ＦＢの軸方向成分Ｆ２Ａ，Ｆ２Ｂの差に起因するパンチ本体１０の曲がりと逆方向にパンチ本体１０を曲げようとするから、パンチ本体１０が曲がることを抑えることができ、パンチ本体１０を真っ直ぐに被加工部材Ｗ内に進入させることができる。
よって、本実施形態のパンチ１を使用すれば、パンチ本体１０が曲がりながら被加工部材Ｗ内に侵入することを防ぐことができるから、パンチ本体１０を破損することなく、高アスペクト比の貫通孔を形成することができる。

なお、パンチ本体１０の側面と突起部１１の側面１１ａとの間に形成されるエッジの状態が均一でない場合や、パンチ本体１０の側面や突起部１１の側面１１ａ等の面粗さが均一でない場合等、パンチ本体１０の切れ味が不均一となっている場合でも、突起部１１を設けておけば、パンチ本体１０が曲がりながら被加工部材Ｗ内に侵入することを防ぐことができる。

また、図１に示すように、パンチ本体１０の側面と突起部１１の側面１１ａが連続している場合、つまり、両者の間に切れ刃が形成されるようにしておけば、突起部１１とパンチ本体１０との間に、パンチ本体１０の半径方向に沿ったせん断応力が発生することを防ぐことができるから、パンチ１の破損を防ぐことができる。

さらに、突起部１１において、パンチ本体１０の中心軸ＣＰと母線との間に形成される角度、言い換えれば、パンチ本体１０の中心軸ＣＰと突起部１１の側面１１ａとのなす角度θの範囲は、とくに限定されないが、パンチ本体１０の側面と突起部１１の側面１１ａが連続している場合には、４５度よりも小さくなると、突起部１１に加わる反力Ｆのうち、半径方向成分Ｆ１が強くなりすぎて、半径方向成分Ｆ１の不均一に起因する力、つまり、反力Ｆが大きい方から反力Ｆの小さい方に向けてパンチ本体１０を曲げようとする力によってパンチ本体１０に曲がりが発生するおそれがあるし、加工の最終工程において破断が発生し難く、バリが発生するおそれがある。逆に、角度θが８７度よりも大きくなると、突起部１１に加わる反力Ｆのうち、半径方向成分Ｆ１が弱くなりすぎて、反力Ｆの軸方向成分Ｆ２の差に起因するパンチ本体１０の曲がりを十分に抑えられなくなる可能性がある。
よって、パンチ本体１０の中心軸ＣＰと突起部１１の側面１１ａとのなす角度θは、４５〜８７度が適しており、とくに６０〜８０度が好適である。

なお、図４（Ａ）に示すように、突起部１１は、その頂点がパンチ本体１０の中心軸ＣＰ上に位置しており、かつ、中心軸ＣＰに対して回転対称となるように形成されていれば、その側面１１ａは、パンチ本体１０の側面と連続していなくてもよい。かかる形状とした場合には、パンチ本体１０の切れ刃を、パンチ本体１０の先端面と側面との間に形成することができるから、その切れ味を良くすることができる。すると、パンチ本体１０の中心軸ＣＰと突起部１１の側面１１ａとのなす角度θを小さくしても、バリの発生を防ぐことができるし、パンチ本体１０の中心軸ＣＰにおける突起部１１の長さ、言い換えれば、突起部１１の高さを低くできるから、パンチ本体１０の半径方向に沿ったせん断応力による突起部１１の破損も防ぐことができる。そして、かかる形状とした場合には、パンチ本体１０の中心軸ＣＰと突起部１１の側面１１ａとのなす角度θを４５度よりも小さくすることが可能であり、角度θを３０〜８７度とすることも可能である。

さらになお、パンチ本体１０の形状は、その断面形状が円形に限られず、四角形や三角形、楕円形、正多角形であってもよく、特に限定されない。そして、突起部１１は、その底面がパンチ本体１０の断面形状と同じ形状の錐体（例えば、図４（Ｂ））としてもよいし、円錐Ｂをパンチ本体１０の側面で切り取ったような形状（図４（Ｃ）参照）としてもよい。

本発明の打抜き工具は、高アスペクト比の貫通孔を形成するのに適しており、とくに、数ｍｍ〜数１０μｍ程度の孔径が必要とされるマイクロバルブやガスディフューザー、マイクロノズル等の製造に適している。

本実施形態のパンチ１の概略説明図であって、（Ａ）は単体側面図であり、（Ｂ）は被加工物Ｗの加工中におけるパンチ１の突起部１１の拡大図である。（Ａ）は打抜き加工を行う装置の概略説明図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。従来のパンチ100により、高アスペクト比の被加工物Ｗを加工してしている状態の説明図である。他の実施形態のパンチ１の突起部１１の拡大図であり、（Ａ）は突起部１１の側面１１ａがパンチ本体１０の側面と連続していない場合を示しており、（Ｂ）、（Ｃ）は、パンチ本体１０の断面が円形でない場合の例を示している。

符号の説明

１パンチ
１０パンチ本体
１１突起部
１１ａ側面
ＣＰ中心軸
Ｗ被加工物

Claims

打抜き加工において、被加工部材に貫通孔を形成するために使用されるパンチであって、
該パンチが、そのパンチ本体の先端に略錐体状の突起部を備えている
ことを特徴とする打抜き工具。
前記突起部が、
前記パンチ本体の中心軸の延長線上に頂点を有するように形成されており、
前記パンチ本体の中心軸の延長線と母線との間に形成される角度が、３０〜８７度である
ことを特徴とする請求項１記載の打抜き工具。
前記突起部の側面が、前記パンチ本体の側面と連続する
ことを特徴とする請求項１記載の打抜き工具。