JP2008229710A - プレス打ち抜き工法 - Google Patents

Abstract

【課題】板状金属のワークを打ち抜いて開口するプレス打ち抜き工法において、バリを管理面に発生させず、過度な能力を有するプレス機を使用することなく経済的で、かつ、パンチの耐久性も高めたプレス打ち抜き工法を提供する。
【解決手段】板状のワークの一面を平坦な第１のダイにて支持し、該ワークの他面に第１のパンチにて、断面が台形の環状凹部１１を型押しして形成する工程と、前記ワークの他面をダイ穴１３を持つ第２のダイ１２にて支持し、前記環状凹部１１の台形断面における下底の外縁１１ｆよりも小径な第２のパンチ１４によって前記ワークを、その一面１ａ側から他面１ｂ側へ向って打ち抜き、ワークに開口を形成する工程を含むことを特徴とするプレス打ち抜き工法。
【選択図】図５

Description

本発明は、プレス打ち抜き工法に関するもので、より詳しくは、板状金属よりなるワークにプレス打ち抜きにより開口する工法に関する。

従来、板状の金属よりなるワーク（以下、ワークという）にプレス打ち抜き加工により穴を形成すると、ワークにおける穴の打ち抜き側の周縁にバリが発生し、このバリが打ち抜き側の面より突出する。そのため、管理面に平滑性が求められるワークにおいては、前記のバリを除去する工程が必要となる。

このようなバリ除去工程を付加すると、量産プレス加工においてはそのバリ除去工程の分、サイクルタイムの悪化や製品コスト高となる。

そのため、従来、前記のバリ除去工程を要しないプレス抜き加工方法として次のような工法が提案されている。

例えば、第１の従来技術として、先ず、先端に、ワークに形成する開口部の開口面積と略等しい広い面積の平面状の凸部を有する第１のパンチによって、ワークの表面を型押ししてワークの表面側に広い平面状の凹部を鍛圧形成し、次で、ワークを表裏反転して裏面側から、前記第１のパンチより若干小径の第２のパンチにより打ち抜き、その打ち抜きされた円筒面の外縁から、前記凹部の隅角部までをテーパ状に破断するものが提案されている（特許文献１参照）。

また、第２の従来技術として、前工程として、ワークの裏面に金型によって環状のＶ溝を抜き線に跨って設け、後工程として、ワークの表面から前記抜き線に従ってパンチにより打ち抜くことによりバリが発生したとしても、そのバリがワークの裏面までは突出しないようにしたものが提案されている（特許文献２参照）。
特開平８−４７７２９号公報 特開平１−２１５４１２号公報

前記第１の従来技術においては、第１のパンチで凹部を形成した後に、第２のパンチで前記のように破断させるためには、凹部形成時に破断部分の硬度を鍛圧で高めておく必要があるが、この鍛圧は、前記凹部の全域、すなわち、開口される口径より広い面積を押圧する必要があるため、凹部を深くして鍛圧を高めることが難しく、凹部を深くして硬くするためには、開口に必要な能力（押圧トン数）に比して過度の能力を有するプレス機が必要となり、不経済となる問題がある。

また、過度の押圧力の付与は、余肉流動による形状変化やワーク歪みを惹起するとともに、パンチ及びダイの寿命が短くなる問題もある。

次に、前記第２の従来技術においては、前記のＶ溝の形成において、断面Ｖ字状のパンチによりワークを押圧するため、そのＶ字状のパンチの頂部に応力が集中することから、その強度を確保し難く、かつ、線状押圧となるため、鍛圧力が弱い。そのため、前記第１の従来技術と同様に、凹部を深くして鍛圧を高めることが困難な問題がある。

更に、Ｖ字状のパンチの頂部の摩耗が著しく、パンチ寿命も短くなりがちである。
更に、後工程において、そのパンチの軸芯とＶ溝の環状の軸芯を正確に一致させ、パンチ周縁とＶ溝頂部の相対位置が正確に定まらなければ、所期の破断が発生しないばかりか、更なる周縁バリを惹起してしまうため、高ＳＰＭ（毎分当りストローク数）が要求される量産工程に向かない。

以上のことから、量産プレス加工に好適で、バリを周縁からワーク面に突出させないプレス打ち抜き方法が要望されていた。

そこで、本発明は、このような要望に応えるプレス打ち抜き工法を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、板状のワークの一面を平坦な第１のダイにて支持し、該ワークの他面に第１のパンチにて、断面が台形の環状凹部を型押しして形成する工程と、
前記ワークの他面をダイ穴を持つ第２のダイにて支持し、前記環状凹部の台形断面における下底の外縁よりも小径な第２のパンチによって前記ワークを、その一面側から他面側へ向って打ち抜き、ワークに開口を形成する工程を含むことを特徴とするプレス打ち抜き工法である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第２のパンチの径を、前記環状凹部の台形断面における上底の径以上にしたことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記環状凹部の深さを、ワーク板厚の３０％以上としたことを特徴とするものである。

本発明によれば、台形断面の環状凹部を型押しにて形成するため、前記従来技術１に比べて、破断すべき部分に位置して平面状で、かつ、集中して鍛圧をすることができ、従来のような過度の能力を有するプレス機を必要とせず経済的である。更に、従来のような過度の押圧力によるワークの歪みの惹起等も防止できる。

更に、前記従来技術２のＶ状のパンチに比べて、平面状であることから、パンチ頂部の摩耗も低減され、パンチの寿命の増大を図ることができる。

更に、台形断面の上底は所定の長さで鍛圧されるため、部材の多少の芯ズレが生じても破断する部分の鍛圧が行われ、ワーク毎の部材の芯ズレにも対応できる。

本発明を実施するための最良の形態を図に示す実施例に基づいて説明する。

図１乃至図８は本発明の実施例１を示す。なお、本願記載中の径とは、全て直径を意味するものである。

図１は第１工程を示すもので、開口されるワーク１と第１のパンチ２の側断面である。
ワーク１は、所望の板厚を有する金属板で、実施例では、板厚が１．２ｍｍの軟鋼を用いた。そして、このワーク１は、所望の形状に切り出したもの、或いは、前工程で所望の形状に予め形成されたもので、そのワーク１の被加工部、すなわち、開口部が、第１のパンチ２に配置される。

前記第１のパンチ２の頂部（加工部）には、図２に拡大図示するように環状突起３が形成されている。ここで環状突起とは、図２に示す径方向の側断面形状を有する突起３が第１のパンチ２の上方から見て環状に形成されていることを意味する。

該環状突起３は、図２に示すように、第１のパンチ２の一般面４及び底面５上から突出し、その断面形状は、上底たる平面部６と、該平面部６の外側から下方に至るにつれて外側へ開く外側テーパ面７と、平面部６の内側から下方に至るにつれて内側へ開く内側テーパ面８とからなる略台形断面に形成されている。更に、上底の平面部６の両側端９、９、すなわち、平面部６と両テーパ面との境界は最小Ｒで鋭角な稜線に仕上げられている。

前記外側テーパ面７の垂直に対する角度θは、２０〜３０度が好ましく、本実施例１においては２０度とした。

また、環状突起３の高さ、すなわち、一般面４及び底面５から平面部６までの高さ、換言すれば、後述する環状凹部１１の深さは、ワーク１の板厚の３０％以上が好ましい。この３０％よりも浅いと、被加工部が充分に鍛圧されず、後述する破断が良好に発生しない懸念があるためである。本実施例１では、環状突起３の高さ、すなわち、環状凹部１１の深さを、ワーク１の板厚１．２ｍｍに対して０．４ｍｍとした。なお、軟鋼以外の薄版、例えば、高張力鋼板やステンレス鋼板へ適用する場合においても同様に、環状凹部１１の深さは板厚の３０％以上が好ましい。

そして、前記ワーク１の被加工部を略水平にセットするとともに、そのワーク１の一面１ａ側に図３に示す第１のダイ１０の平坦面を密着させて、ワーク１をダイ１０にて支持する。また、ワーク１の他面１ｂ側に、ワーク１と垂直に第１のパンチ２をセットする。

前記のように、第１のダイ１０にてワーク１を略水平状態で支持固定した状態で、図１の状態から第１のパンチ２をワーク１の他面１ｂに押し付けて環状突起３をワーク１内へ、図３に示すように圧入させる。これにより、ワーク１が環状突起３によって型押しされ、環状突起３の台形形状がワーク１に転写し、ワーク１の他面１ｂ側に横断面が台形の環状凹部１１が形成される。ここに環状凹部とは、図５に示す径方向の断面形状を有する凹部が、ワーク１の下方から見て環状に形成さていていることを意味する。

このとき、前記環状凹部１１が形成される反対側の一面１ａを第１のダイ１０で押え保持しているため、環状凹部１１が形成された部分にあったワーク１の素材（余肉）は行き場を失い、環状突起３の平面部６の周囲の組織密度が高められる。すなわち、鍛圧された部分の硬度が上昇し、打ち抜き工程での破断が発生し易くなる。この硬度の上昇値は所望に設定するものであるが、本実施例１においては、約２倍のＨＶ値にした。

前記のようにして転写された環状凹部１１の断面形状（台形形状）は、図５に示すように、上底の平面部１１ａと、該平面部１１ａの内縁１１ｂから下底に向って拡開する内側テーパ面１１ｃと、平面部１１ａの外縁１１ｄから下底に向って拡開する外側テーパ面１１ｅとを有する。

次に、前記のように環状凹部１１が形成されたワーク１を、図４に示すように、そのワーク１の環状凹部１１側である他面１ｂ側において、ダイ穴１３を有する第２のダイ１２で支持する。

このワーク１の支持状態で、図４に示すように、第２のパンチ１４によりワーク１の打ち抜きを行うものであるが、この第２のパンチ１４と前記第２のダイ１２及び前記ワーク１の環状凹部１１の関係について説明する。

第２のダイ１２のダイ穴１３の内径、すなわち、ダイ穴１３の内縁１３ａの径Ｄ１は、第２のパンチ１４の外径、すなわち、第２のパンチ１４における下端面の外縁１４ａの径Ｄ２に打ち抜きの適正クリアランス（本実施例１では前記径Ｄ２の約１０％）を加えた径に設定されており、環状凹部１１の最外周（下底部の外周）と略同一径に設定されている。

そして、第２のパンチ１４と、環状凹部１１と、第２のダイ１２の各中心軸をプレス加工の中心軸１５上に一致させる。このときの各部の位置関係を図５により説明する。

第２のパンチ１４の下端面の外縁１４ａ（パンチ外径）は、前記環状凹部１１における下底の外縁１１ｆよりも小径に設定されている。また、前記外縁１４ａは、環状凹部１１の上底たる平面部１１ａの外縁１１ｄを起点として、この外縁１１ｄと前記外縁１４ａとの間に亀裂を発生させたいことから、この両外縁１１ｄと１４ａの径間を最短にすべく、外縁１１ｄと同径が望ましいが、破断進行形状や形状要件、加工要件等によって適宜異ならせてチューニングすればよい。例えば、本実施例１においては、外縁１１ｄの径に対し、外縁１４ａの径を０．１ｍｍ大径としているが、これに限らず、例えば、外縁１４ａの径を外縁１１ｄの径よりも小径に設定することもあり得る。

また、環状凹部１１の形状決定においては、先ず、前記の外縁１１ｄ、１４ａ、内縁１３ａの関係を決定する。外側テーパ面１１ｅは、外縁１１ｄから適正角度、例えば２０〜３０度で下底部へ降ろす。

平面部１１ａは、外縁１１ｄから所定量だけ内径側へ延設させるが、その長さ、すなわち、凹部断面積は、塑性流動し鍛圧したい余肉量と、３者（ワーク、第２のパンチ、第２のダイ）の芯ズレを許容し最悪ズレ時においても適正破断が生じる相対ズレ範囲とによって適宜決定すればよい。これにより、環状凹部１１の内縁１１ｄの位置が決まる。

そして、内側テーパ面１１ｃは、内縁１１ｂから所望の角度で下底部へ降ろして形成すればよい。この角度には特に加工上の意味はないため、外側テーパ面１１ｅと略対称に設定すればよい。

なお、最終的な製品形状としては、ワーク１に穿設された開口（図７参照）は筒状であることが好ましいので、外縁１４ａは内縁１１ｂよりも外縁１１ｄを狙うことが好ましい。

以上のようにして、環状凹部１１の形状及び第２のパンチ１４と第２のダイ１２との相対位置を決定する。

なお、３者の軸が相対的にズレても、外縁１１ｄと外側テーパ面１１ｅの間であれば、ワーク１の破断は発生し進行するが、３者の軸が相対的にズレるほど、バリは大きくなる。

したがって、第２のパンチ１４の径、すなわち、外縁１４ａの径は、内縁１３ａの径を超えないようにすべきであり、理想的には、第２のパンチ１４の外縁１４ａの径は、環状凹部１１の外縁１１ｄよりも僅かながら大径、すなわち、外側のテーパ面１１ｅの最上部付近と外縁１４ａ間で破断が進行するようにするのが、製品、すなわち、穴形状及びバリの極小化から、最適である。

以上のような関係において第２のパンチ１４を下降させて、図４の状態を経て、図６に示すように、ワーク１を破断してスクラップ３０を打ち抜く。これにより、図７に示すような所望形状の開口２０が形成されたワーク３１が得られる。

前記の工程において、ワーク１と、第２のダイ１２と第２のパンチ１４の３者の軸が一致した理想状態で開口２０を形成した場合の破断状態を図８に示す。

図８において、開口２０の内壁面４０には、ワーク１の一面１ａから他面１ｂに至って、剪断面４１〜破断面４２〜テーパ面１１ｅが連続し、破断面４２の下端周縁には微小なバリ４３が下向きに形成される。これらは打ち抜き時において、先ず剪断による切断が進行して剪断面４１が形成され、その途中から破断（短絡）による切断が一気に進行して破断面４２が形成され、破断の最終部において肉が引きちぎられてバリ４３が発生する。

このように、打ち抜きには微小バリ４３の発生は免れないが、このバリ４３は開口２０のテーパ内に留まって、他面１ｂである管理面４４へは突出しない。

以上のようであるため、本実施例１においては、次のような効果を発揮することができる。

環状凹部１１の横断面形状を、台形断面に形成したことにより、破断させたい部位を、ワークの板厚方向（環状凹部の深さ方向）に確実に鍛圧して硬化させることができる。

そのため、前記従来技術１のように、開口面積と略等しい広い面積を鍛圧するものに比べて、破断すべき部分において平面状で、かつ、比較的狭い幅で鍛圧でき、該部での鍛圧による硬度を高めることができ、破断が正確に行え、かつ、過度の能力を有するプレス機を用いる必要もない。

更に、鍛圧に供すべき余肉量（体積）を環状凹部１１の断面形状の設定で調整できるため、この調整により所望の硬度を得ることができる。

更に、ワーク毎のプレス加工時におけるパンチとワークとダイの芯ズレを許容できるように、環状凹部１１の上底の設定が可能で、この上底の存在により芯ズレの誤差を吸収できる。

更に、本実施例１においては、環状突起３を断面台形に形成したので、前記従来技術２のようなＶ状のパンチに比べて、鍛圧を高め、かつ、パンチの寿命も高めることができる。

なお、前記第１のパンチ２、第１のダイ１０、第２のパンチ１４の昇降手段は図示していないが、適宜な昇降駆動手段を用いるものである。

図９は実施例２を示す。
本実施例２は、前記実施例１における第１のパンチ２の環状突起３の内周部にリセス５０を形成したものである。すなわち、第１のパンチ５１の上部に前記の環状突起３と同様な環状突起５２を形成し、該環状突起５２の内側に、環状突起５２の基部（前記一般面４）よりも低い底面５３を有する空間からなるリセス５０を形成したものである。

本実施例２において、第１のダイ１０によりワーク１を支持し、第１のパンチ５１をワーク１に型押しすると、ワーク１には、前記実施例１と同様の台形断面の環状凹部１１が形成され、その底面部は前記と同様に鍛圧される。

このとき環状凹部１１の内周に位置するワークは塑性流動によってリセス５０内に入り込み、図９に示すように、下方へ緩く凸状に曲がった屈曲部１ｃが形成される。実際には、この屈曲部１ｃは僅かな屈曲であるが、分かり易くするために、図９では屈曲状態を強調している。

前記実施例１のように、ワーク１の他面１ｂが第１のパンチ２の上部の底面５に密着して、ワーク１の余肉の逃げ場がない場合には、不具合が起こるようなワークの形状、材質においては、本実施例２を適用し、鍛圧に供される分と屈曲へ逃げる分の余肉の割合を調整するとよい。

そして、本実施例２においても、前記環状凹部１１を形成したワーク１を前記実施例１と同様に図４乃至図８に示すように打ち抜き加工する。

なお、この打ち抜き工程においても、前記のようにワーク１に屈曲部１ｃが存在することは全く問題がなく、むしろ、破断発生には好適である。

本発明は前記の実施例に限るものではなく、ワークの材質、板厚は任意であるし、開口２０の形状は真円に限らず、各種形状のものに適用できるものである。

本発明の実施例１を示すもので、加工前のワークと第１のパンチを示す側断面図。 図１における第１のパンチの環状突起の拡大側断面図。 第１のパンチによりワークを型押しした状態の側断面図。 型押しされたワークを第２のダイと第２のパンチにセットした状態を示す側断面図。 図４における要部拡大図。 図４及び図５の状態からワークを打ち抜いた状態の側断面図。 ワークの開口状態を示す側断面図。 ワークの破断部を示す拡大側断面図。 本発明の実施例２を示す側断面図。

符号の説明

１ ワーク
１ａ 一面
１ｂ 他面
２ 第１のパンチ
３ 環状突起
１１ 環状凹部
１１ａ 上底である平面部
１１ｆ 下底の外縁
１２ 第２のダイ
１３ ダイ穴
１４ 第２のパンチ
２０ 開口

Claims (3)

1. 板状のワークの一面を平坦な第１のダイにて支持し、該ワークの他面に第１のパンチにて、断面が台形の環状凹部を型押しして形成する工程と、
   前記ワークの他面をダイ穴を持つ第２のダイにて支持し、前記環状凹部の台形断面における下底の外縁よりも小径な第２のパンチによって前記ワークを、その一面側から他面側へ向って打ち抜き、ワークに開口を形成する工程を含むことを特徴とするプレス打ち抜き工法。
2. 前記第２のパンチの径を、前記環状凹部の台形断面における上底の径以上にしたことを特徴とする請求項１記載のプレス打ち抜き工法。
3. 前記環状凹部の深さを、ワーク板厚の３０％以上としたことを特徴とする請求項１又は２記載のプレス打ち抜き工法。
   

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