JP2007181844A - 金属板のダボ出し加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属板に凸状形状を作製する際、割れを発生することなく平滑で、しかも直角度の高い加工面を得るように成形加工する。
【解決手段】凸状形状を中炭素鋼または高炭素鋼の金属板にパンチ２とダイス３の使用によってプレス成形する際に、金型クリアランスを、ダイス３の長さ或いは径よりもパンチ２の長さ或いは径を大きくした、いわゆるマイナスクリアランスの−３０〜−５％の範囲とし、かつダイスの肩部半径Ｒを板厚の１０％以下とする。
金属板の板厚をｔとしたとき、高さ（０．７０〜０．９５）×ｔのダボ出し加工であっても、マイナスクリアランスおよび所定のダイスＲを採用することにより、せん断面長さが板厚の５０％以上、ダレ長さが板厚の１０％以下の凸状形状が容易に得られる。
【選択図】図３

Description

本発明は、パンチとダイスとによるプレス成形により凸状形状を金属板に形成するダボ出し加工方法に関する。

従来、プレス成形により凸状形状を金属板に形成するいわゆるダボ出し加工は、自動車用のシート部品であるリクライニングギヤや、ドア部品であるドアラッチ等の加工または各種部品の位置決めガイドや歯車等の回転軸の加工等様々な用途に用いられている。
ダボ出し加工は、せん断を伴う加工であるが、前記のリクライニングギヤ等はせん断部にて荷重を受けたり摺動したりするため、せん断部の強度や精度が重要となる。

しかし、冷間でダボ出し加工を行なった場合、破断限界によりクッラクが発生しダボ根元部に貫通割れが生じたり、せん断部に破断面が生じ平滑な加工面が得られない等の問題が生じたりする。特に、脆く、加工し難い中炭素鋼や高炭素鋼からなる金属板を用いるとその傾向が強くなっている。このため、例えば、自動車用シート部品であるリクライニングギヤ等のダボ出し加工においては、被加工材を破断が防止できる温度範囲まで加熱した後にダボ出し加工を行う等の対応が取られている。（例えば特許文献１）
特開２００２−３４６６５３号公報

従来、上記凸状形状は、パンチおよびダイスを使用してプレス成形する方法により作製されている。
しかしながら、自動車用シート部品や各種部品の位置決めガイドや歯車等の回転軸に用いられる凸状形状は、せん断部にて荷重を受けたり摺動したりするため、高さが板厚の９０％程度であり、凸状形状の加工面のせん断面長さが板厚の５０％以上で、しかもダレ長さが板厚の１０％以下になったような凸状形状が要求される場合がある。このような形状を有する凸状形状を従来のプレス加工法で形成すると、加工の際にパンチおよびダイの切刃近傍からクラックが発生・成長しやすく、最終的に板厚を貫通する割れとなり、破断面が露出することがある。特に、中炭素鋼や高炭素鋼を用いた場合にはその傾向が強くなる。割れの発生は、当該部品の強度低下の原因となる。また、破断面の露出は、部品接触部においては有効な接触面積が低減する原因となる。露出した破断面はまた、摺動部においては摺動面の平滑性を劣化させるため、凸状形状の側壁面との摺動性を低下させるといった問題が生じる可能性がある。

本発明は、このような問題を解消するために案出されたものであり、金属板、殊に中炭素鋼板や高炭素鋼板に設ける凸状形状を、割れを発生することなく平滑で直角度が高く、しかも有効な接触面積の広い加工面を得るように成形加工する方法を提供することを目的とする。

本発明のダボ出し加工方法は、その目的を達成するため、中炭素鋼や高炭素鋼の金属板に凸状形状をパンチとダイスの使用によってプレス成形する際に、パンチとダイスとの間のクリアランスを−３０〜−５％のマイナスクリアランスとし、かつ、ダイスの肩部に板厚の１０％以下のＲをつけることを特徴とする。
板厚をｔとしたとき、高さ（０．７０〜０．９５）×ｔのダボ出し加工を行うことが好ましい。

本発明では、ダボ出し加工をプレス成形法で行う際に、ダイスの長さ或いは径よりもパンチの長さ或いは径を大きくし、金型クリアランスをいわゆるマイナスクリアランスにした状態でプレス成形しているために、素材が脆く、加工し難い中炭素鋼板や高炭素鋼板であっても、割れ及びせん断が発生せず、しかもせん断面が長く直角度の高い加工面が得られる。また、ダイスの肩部にＲをつけた状態でプレス成形しているために、割れ及びせん断が発生せず、しかもダレ長さを短くできるため、せん断面が長く直角度の高い加工面が得られる。
したがって、凸状形状高さが板厚の９０％程度であり、当該凸状形状加工面のせん断面長さが板厚の５０％以上で、しかもダレ長さが板厚の１０％以下になったような凸状形状も本発明方法を採用することにより容易に得ることができる。

ダボ出し加工は、通常パンチとダイスを用いたプレス成形法で行われている。図１に示すように、所定の形状を有するダイス３上に被加工材４を載置し、ストリッパープレート５で固定した状態で上部からパンチ２を押し込んで成形している。６はカウンターパッドである。この際、一般的には、５〜２０％程度の金型クリアランスが採用されている。なお、金型クリアランスは、図１中のＣとｔの間で、クリアランス（％）＝（Ｃ／ｔ）×１００で定義される。また、ダイスおよびパンチの肩部にはＲはつけられていない金型が用いられる。
このような金型クリアランスを採用して、板厚の９０％程度の高さを有する凸状形状を成形しようとすると、例えば図２に見られるように、凸状形状の根もとに割れ７が発生しやすいため凸状形状側壁面に破断面８が現れ、かつ当該側壁面がテーパー状になりやすかった。なお、図２中、９は部分的に形成されたせん断面，１０はその下方に生成されたダレ，１１は割れに伴って生成されたバリである。
特に、脆く加工し難い中炭素鋼板や高炭素鋼板を用いると、割れ７が発生しやすく、破断面８が広くなる傾向となる。

そこで、本発明者等は、金属板に形成した凸状形状の根もとに割れを発生させることなく、しかも凸状形状側壁面をせん断面にして当該側壁面のせん断面が長くかつ直角度を高めるべく、ダイスＲ、金型クリアランスを種々変更したプレス成形試験を行った。
その結果、金型として、ダイスの長さ或いは径よりもパンチの長さ或いは径を大きくしたものを用い、かつダイスの肩部に所定のＲをつけることにより、脆く加工し難い中炭素鋼や高炭素鋼を素材とした場合でも、上記課題が解決できることを見出した。
なお、本発明では、ダイスの長さ或いは径よりもパンチの長さ或いは径を大きくした関係を「マイナスクリアランス」と称することにする。
以下にその詳細を説明する。

本発明は、図３に示すように、金型クリアランスとして、ダイス３の長さ或いは径よりもパンチ２の長さ或いは径を大きくした、いわゆるマイナスクリアランスを採用すると共にダイス肩部に所定のＲをつけたことを最大の特徴とするものである。
図１に示すようなプラスの金型クリアランスを採用すると、図４に示すように、被加工材の中に発生した引張力により切れ刃の先端付近からクラック１２が生じ、所定の高さとなるようにパンチを押込むと破断を生じてしまう。

これに対して、本発明にあっては、図３に示すように、金型クリアランスとしてマイナスのクリアランスを採用することにより、図５に示すように、マイナスクリアランスのときは、切れ刃近傍では被加工材は高い圧縮応力状態となり、クラック１２が発生し難くなる。このために、凸状形状の根もと部にあっても割れが生じ難いため凸状形状側壁面に破断面も生じ難く、凸状形状側壁全体にせん断面９が得られるために凸状形状の壁面は直角度も高くなる（図６参照）。

金型クリアランスをマイナスにした効果は、その絶対値が比較的小さくても現れる。その絶対値が大きくなるにつれて破断面長さが減少し、せん断面長さが長くなるとともに直角度の高い加工面が得られる。凸状形状側壁全長にわたってせん断面を確保するには、金型クリアランスは−５％以下にすることが好ましい。−５％以下の金型クリアランスを採用すると、割れが発生することはなく、かつ全長がせん断面となって殆んど直角の凸状形状側壁が得られる。
この効果は金型クリアランスを−５％以下にすることにより得られるが、マイナスの絶対値を大きくしすぎると金型損耗、特にパンチの損耗が激しくなるので、下限値は−３０％程度とすることが好ましい。また、凸状形状の高さは、その下限値はその板厚の７０％程度は必要であり、上限値はプレスの下死点精度を考慮すると板厚の９５％程度が適当である。

また、金型のダイス肩部に所望のＲをつける効果は、ダイス切刃でのせん断応力が緩和されることによりクラック発生が抑制され、被加工材はダイス切刃のＲ部分を通ってしごかれながら加工が進行するため、凸状形状側壁は滑らかなせん断面となる。
しかしながら、ダイスＲを大きくすると加工初期における隙間が大きくなることによりダレ長さが長くなってしまう。よってダレ長さを板厚の１０％以下にするには、ダイスＲを板厚の１０％以下にする必要がある。

先に、最近、凸状形状高さが板厚の９０％程度であり、当該凸状形状加工面のせん断面長さが板厚の５０％以上で、しかもダレ長さが板厚の１０％以下になったような凸状形状が要求されていると記載した。凸状形状高さが板厚の９０％程度は、鋼板の板厚をｔとしたときに（０．７０〜０．９５）×ｔの高さを有することに相当する。
このようなダボ出し加工を行う際に、−５％以下の金型クリアランスと、板厚の１０％以下のダイスＲを採用すると、全長がせん断面となって殆んど直角の凸状形状側壁が得られるとともにダレ長さを短くすることができる。すなわち、せん断面長さが板厚の５０％以上で、しかもダレ長さが板厚の１０％以下になったようなダボ部が容易に得られることになる。

供試材として、表１に示す成分組成を有する板厚２．０ｍｍの鋼板を用いて、高さ１．８ｍｍのダボ出し加工を行うために、ダイスＲ、金型クリアランスの値を、表２に示すように種々変更して行った。
そして、凸状形状根もとにおける割れの発生状況及びダボ部側壁の表面状態を観察した。その結果を、表３に示す。供試材Ａ、Ｂとも同じ結果となった。なお、割れの状況については上段に示しており、割れが発生していたものを×で，割れは発生していないが側壁に破断面が見られたものを△で、割れが発生しておらず側壁がすべてせん断面になっていたものを○で評価した。また、ダレ長さの状況については下段に示しており、ダレ長さが０．２ｍｍ以下（板厚の１０％以下）のものを○で、０．２ｍｍより長いものを×で評価した。

表３に示す結果からもわかるように、金型クリアランスを−５％以下にし、かつダイスの肩部半径を０．２ｍｍ以下（板厚の１０％以下）とすると、割れがなく、側壁全長がせん断面でありかつダレ長さが板厚の１０％以下である凸状形状を形成することができる。
これに対して、金型クリアランスがプラスであると割れが発生しやすい。０％の場合には、割れが出ない場合であっても破断面が生じやすいので、凸状形状壁面の直角度は高くならない。また、ダイスＲが板厚の１０％を超える場合には、ダレ長さが板厚の１０％超えとなってしまう。このダボ出し状態であれば、歯車の軸等において摺動が円滑に行われないことが予測される。

プレス成形時の一般的な金型クリアランスを説明する断面図 従来の凸状形状を概略的に説明する断面図 本発明で採用したマイナスの金型クリアランスを説明する断面図 一般的な金型クリアランスでの加工過程における応力状態を説明する図 マイナスの金型クリアランスでの加工過程における応力状態を説明する図 本発明で得られた凸状形状を概略的に説明する断面図

符号の説明

２：パンチ ３：ダイス ４：被加工材 ５：ストリッパープレート
６：カウンターパッド ７：割れ ８：破断面 ９：せん断面
１０：ダレ １１：バリ １２：クラック

Claims (3)

1. 金属板に凸状形状をパンチとダイスの使用によってプレス成形する際、パンチとダイスとの間のクリアランスを−３０〜−５％のマイナスクリアランスとし、かつダイスの肩部の半径を前記金属板の板厚の１０％以下とすることを特徴とする金属板のダボ出し加工方法。
2. 前記金属板が中炭素鋼または高炭素鋼であることを特徴とする請求項１に記載の金属板のダボ出し加工方法。
3. 金属板の板厚をｔとしたとき、（０．７０〜０．９５）×ｔの高さでプレスする請求項１または請求項２に記載の金属板のダボ出し加工方法。

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