JP2009051001A - シャー角付き打ち抜きせん断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜刃を有する打ち抜き装置による被加工材の伸びフランジ性を向上させる。
【解決手段】 切断線方向に対し一部に水平部（１１）を有し、前記水平部（１１）を除く部分は切断線方向に傾斜した傾斜部（１２）からなる上刃（１０）を有するパンチ（２）と、下刃（３ａ）を有するダイ（３）とを備えることを特徴とするシャー角付き打ち抜きせん断装置（１５）。また、板逆押さえ（１４）を、前記パンチ（２）と対向する位置に設けたことを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、自動車、家電製品、建築構造物、船舶、橋梁、建設機械、各種プラント、ペンストック等で用いられる鉄、アルミニウム、チタン、マグネシウムおよびこれら合金等の金属板のシャー角付き打ち抜きせん断装置に関し、特に打ち抜き加工によって生じる打ち抜き加工端面の伸びフランジ性向上に好適なシャー角付き打ち抜きせん断装置に関するものである。

自動車、家電製品、建築構造物等の金属板（以下、被加工材１という。）には、図１のように打ち抜き用ダイ（ダイともいう）３上に被加工材１を載置した後に、打ち抜き用パンチ２（パンチともいう）を図１に示す矢印方向に押し込むことにより、被加工材１を打ち抜く打ち抜き加工が施されることが多い。

図２に示すように、打ち抜き加工が施された後の被加工材１の打ち抜き面８は、被加工材１が打ち抜き用パンチ２により全体的に押し込まれて形成されるダレ４、打ち抜き用パンチ２と打ち抜き用ダイ３のクリアランス内（以下特に記載がなく“クリアランス”と表記した場合は、パンチとダイのクリアランスをいう。）に被加工材１が引き込まれ局所的に引き伸ばされて形成されるせん断面５、打ち抜き用パンチ２と打ち抜き用ダイ３のクリアランス内に引き込まれた被加工材１が破断して形成される破断面６、および被加工材１の裏面に生じるバリ７によって構成される。

通常、この打ち抜き加工時においては、被加工材１の打ち抜きに要する打ち抜き荷重や、被加工材１の打ち抜き時に発生する騒音の低減のために、図３に示すような、被加工材１の幅方向、即ち被加工材１の切断線方向（打ち抜き方向ともいう）に対して傾斜した上刃１０（図３の場合は傾斜刃）をその底面に有する打ち抜き用パンチを使用する。この打ち抜き用パンチ２は、上刃１０が切断線方向に傾斜しているため、被加工材１に局部的に打ち抜き荷重を負荷し、被加工材１を幅方向に位置する一端側から他端側に亘って順次切断することができ、これにより打ち抜き荷重が低減することになる。

しかし、このような傾斜刃１０を底面に有する打ち抜き用パンチ２に使用した場合、その底面が平坦な打ち抜き用パンチ２によって打ち抜いた被加工材１よりも伸びフランジ性が劣る。これは、傾斜刃１０によって幅方向に亘って順次被加工材１を切断するため被加工材１がその幅方向に撓むことと、打ち抜き時に被加工材１が長手方向に向けて過大に湾曲することにより、底面が平坦な平坦刃を有する打ち抜き用パンチ２によるものと比べて打ち抜き面８の加工硬化や端面性状の荒れが大きくなることが原因であると思われる。

このような観点から、特許文献１、２には、傾斜刃を有する打ち抜き用パンチの底面に、凸状の弾性体からなる押さえ凸部（滑り止め）を底面より下方へ若干突出して設け、打ち抜き用パンチと対向する位置に受け体（板逆押さえ）を設けることにより、切断時の被加工材１の撓みや湾曲が抑制され、良好な端面性状を得ることができる打ち抜き装置が記載されている。

また、特許文献３には、切断精度が高く、かつ軽量化され容易に移動できる可搬式シャーリング装置が記載されている。この可搬式シャーリング装置は、傾斜を有する上刃と切断板押さえとを有しているが、一部に水平部を有する上刃については何も記載されていない。

これら以外にも、伸びフランジ性向上を狙ったものではないが、特許文献４には、打ち抜き刃を有する打ち抜き用パンチの内周部で、打ち抜き用パンチ底面に設けられた可動の押し圧ピンと、凹部が設けられた板逆押さえ（カウンターパンチ）とを用いた打ち抜き加工方法が記載されている。この打ち抜き加工方法は、加工時に板逆押さえにより被加工材が押し上げられることによって被加工材に引張力を与え、押し圧ピンにより編肉の少ない高精度な凹凸部を有する被加工材を成形することが可能となる。
特開平８−２４３９９９号公報 特開平８−２４４０００号公報 特開平２００１−１３８１２６号公報 特開２０００−２８００３４号公報

以上の特許文献１〜４に開示される発明は、下記に示すように、いくつかの難点がある。

特許文献１、２に開示される、弾性体よりなる滑り止めを使用する打ち抜き装置は、金属材料の加工に伴い弾性体が磨耗し、磨耗した弾性体の交換のためにラインを頻繁に止めなければならないという問題点がある。

また、特許文献３に開示された発明では、打ち抜き加工が施される被加工材について伸びフランジ性の良好な金属板をどのようにして得られるか、何も記載されていない。また、特許文献４に開示される発明は、傾斜刃による被加工材１の撓み、曲がりを防ぐ発明ではないため、これによって切断された被加工材１と比較して、平坦刃で切断された被加工材１の打ち抜き面８における伸びフランジ性には及ばない。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、打ち抜き荷重や騒音を低減可能な、傾斜刃を底面に有する打ち抜き用パンチ２による打ち抜きせん断加工において、平坦刃を底面に有する打ち抜き用パンチを用いた場合と同等以上の伸びフランジ性を確保できるシャー角付き打ち抜きせん断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）切断線方向に対し一部に水平部を有し、前記水平部を除く部分は傾斜部からなる上刃を有するパンチと、下刃を有するダイとを備えることを特徴とするシャー角付き打ち抜きせん断装置。

（２）板逆押さえを前記パンチと対向する位置に設けたことを特徴とする（１）記載のシャー角付き打ち抜きせん断装置。

（３）前記上刃の水平部が、被加工材の切断後の成形における伸びフランジ予定部の一部又は全部の上方に配置されることを特徴とする（１）又は（２）記載のシャー角付き打ち抜きせん断装置。

（４）前記水平部の切断線方向における長さが、被加工材の板幅の１０〜６０％であることを特徴とする（１）〜（３）の何れか１項に記載のシャー角付き打ち抜きせん断装置。

（５）前記パンチの底面に１つ以上の突起部を有し、前記板逆押さえは前記突起部と対向する位置に、前記突起部の高さより深い窪み部を有し、前記突起部により前記被加工材が前記窪み部内に押し込まれるように構成されていることを特徴とする（２）〜（４）の何れか１項に記載のシャー角付き打ち抜きせん断装置。

上述した構成からなる本発明により、打ち抜き荷重や騒音を低減可能な傾斜刃を底面に有する打ち抜き用パンチによるせん断加工であっても、上刃が切断線方向に対し一部に水平部を有しているため、平坦刃で打ち抜いた場合と同等またはそれ以上の伸びフランジ性を得ることができる。

以下、本発明を適用した打ち抜きせん断装置について、図面を参照にしながら詳細に述べる。まず、本発明を完成するに至った、本発明者らが行なった検討内容について説明する。

本発明者らは、打ち抜き用パンチ２による打ち抜き加工が施された被加工材１について、平坦刃を用いた場合と比べて、傾斜刃を用いた場合の方が、打ち抜き面８の伸びフランジ性が劣る理由について鋭意検討した。この結果、せん断加工後の被加工材１の打ち抜き面８の破面形状が、平坦刃を用いた場合よりも傾斜刃を用いた場合の方が不均一となっており、特に、伸びフランジ予定部２２周辺の加工硬化が増大していることを知見した。

なお、伸びフランジ予定部２２とは、例えば図１８に示すように、打ち抜きせん断加工が施された後の被加工材１に対してフランジアップ成形を行なった際に、打ち抜き面８（切断面）に対して引張変形が加えられる内周側の伸びフランジ部２１となるであろう部分をいう。

この結果に鑑み、本発明者らは、図４に示すような、傾斜部（傾斜刃）１２の一部に、切断線方向に対して水平刃とした水平部１１を設けた上刃１０を有する打ち抜き用パンチ２を発明した。このような打ち抜き用パンチ２で打ち抜きせん断加工を施したところ、水平部１１により打ち抜きせん断加工された部分の打ち抜き面８の不均一性と加工硬化が改善される（小さくなる）ことが分かった。

即ち、本発明は、図４に例を示すように、切断線方向（幅方向）に対し一部に水平部１１を有し、前記水平部１１を除く部分は傾斜部１２からなる上刃１０を有する打ち抜き用パンチ２と、下刃３ａを有する打ち抜き用ダイ３とを備えることを特徴とするシャー角付き打ち抜きせん断装置１５である（前記（１）に係る発明）。

この本発明を適用したシャー角付き打ち抜きせん断装置１５の各構成要素について述べる。

図４に示すように、シャー角付き打ち抜きせん断装置１５は、少なくとも打ち抜き用パンチ２と、打ち抜き用ダイ３と、押さえ板９とを備えるものである。打ち抜き用パンチ２は、その底面に上刃１０が設けられており、この上刃１０は、幅方向に亘る範囲の一部に水平刃からなる水平部１１と、水平部１１に対して傾斜した傾斜刃からなる傾斜部１２とから構成される。この傾斜部１２は、水平部１１より上部に位置する上部傾斜部１２ａと、水平部１１より下部に位置する下部傾斜部１２ｂとからなる。このように、上刃１０は、幅方向に亘る範囲の一部が水平部１１として、また、幅方向に亘る範囲から水平部１１を除いた残りの部分が傾斜部１２として構成される。

これら傾斜部１２は、いわゆるシャー角として機能している。この傾斜部１２の形状は、図４に示すような、通常の直線状のシャー角の他、何れも図示しないルーフシャー角、Ｒシャー角、逆シャー角等どのような形状のものでも本発明に適用できる。また、このような構成からなる打ち抜き用パンチ２は、図４に示す方向Pに向けて動作可能に構成されている。

打ち抜き用ダイ３は、その上面の長手方向に位置する端部が下刃３ａとして機能しており、この下刃３ａの上方には、打ち抜き用パンチ２の上刃１０が位置している。この打ち抜き用パンチ２の下端側の側面２ｂと、打ち抜き用ダイ３の上端側の側面３ｂとの形状は、対応した形状となっており、これら側面２ｂと側面３ｂとの間には、任意のクリアランスが設けられるよう構成される。この下刃３ａは、ブランク加工を可能とするため、開断面を切断可能に構成されていても良いし、穴加工を可能とするため、閉断面を切断可能に構成されていても良い。

打ち抜き用ダイ３の上面には、被加工材１が載置され、このように載置された被加工材１は、打ち抜き用ダイ３の上面と押さえ板９の下面との間で挟持されることになる。

上刃１０の水平部１１は、被加工材１の一部であって、打ち抜きせん断加工後の打ち抜き面８の端面性状が問題となる部分の上方に配置されるものである。この端面性状が問題となる部分が、打ち抜き予定部の端部を含む場合は、この打ち抜き予定部の端部上方の、幅方向の一端側に位置する上刃１０の端部を水平部１１としてもよい。すなわち、上刃１０は、図４に示すような傾斜部１２a、傾斜部１２bのいずれかが存在しない場合もあり得る。なお、ここでいう打ち抜き予定部とは、被加工材１の一部であって、打ち抜きせん断加工時に打ち抜き用パンチ２によって切断されるであろう部分をいう。

また、図４（ｂ）に示すような上部傾斜部１２ａ、下部傾斜部１２ｂの幅方向の長さは、打ち抜き荷重や騒音を低減する効果を得るために、それぞれ被加工材１の幅方向の長さＬ２の１０％以上とすることが好ましいが、水平部１１の長さを確保するためには、それぞれ被加工材１の幅方向の長さＬ２の４５％以下とすることが好ましい。

次に、このような構成からなるシャー角付き打ち抜きせん断装置１５を用いて、被加工材１を打ち抜く工程について説明する。

まず、図４に示すように、被加工材１を打ち抜き用ダイ３上に載置した後、打ち抜き用ダイ３の上面と押さえ板９の下面とによって被加工材１を挟持する。この後、上刃１０を有する打ち抜き用パンチ２を、被加工材１の上方より方向Ｐが示す下方に向けて押し込む。この後、下刃３ａと上刃１０との間に挟まれることにより被加工材１に対してせん断力が働くことにより、被加工材１は切断されて所定の形状に打ち抜かれることになる。

ここで、上部傾斜部１２ａや下部傾斜部１２ｂからなる傾斜部１２は、幅方向に傾斜しているため、打ち抜き時に被加工材１に対して局部的に打ち抜き荷重を負荷して、被加工材１を切断することになる。局部的に打ち抜き荷重が負荷されるため、底面が平坦な平坦刃による打ち抜き用パンチ２よりも、必要な打ち抜き荷重が低減でき、さらには騒音も低減できることになる。これに対して、水平部１１は、傾斜部１２のように、局部的に打ち抜き荷重を付加しないものの、水平部１１によって打ち抜かれた打ち抜き面８は、幅方向に撓みにくいため、打抜き面８が均一になり伸びフランジ性が向上することになる。また、被加工材１は、水平部１１によって打ち抜かれる前に、ある程度の範囲に亘って傾斜部１２（下部傾斜部１２ｂ）によって打ち抜かれているため、水平部１１によって打ち抜かれる範囲は、底面全てが平坦刃の打ち抜き用パンチ２に比べて少なくなり、結果として、水平部１１によって打ち抜く場合であっても必要となる打ち抜き荷重が低減でき、騒音も低減できることになる。即ち、本発明を適用した打ち抜き用パンチ２は、上刃１０の一部に水平部１１を設け、水平部１１を除く部分を傾斜部１２とすることにより、底面全てが平坦刃の打ち抜き用パンチと比較して、打ち抜き荷重及び騒音を低減しつつ、更には打抜き面を均一にして伸びフランジ性も向上させることが可能となる。

次に、本発明の効果を更に向上させるための他の構成について説明する。

上述の如き構成からなるシャー角付き打ち抜きせん断装置１５は、図５に示すように、板逆押さえ１４を前記打ち抜き用パンチ２と対向する位置に設置するようにしてもよく、これにより被加工材１の撓みを抑制することができ、伸びフランジ性が一層に優れた打ち抜き面８を得ることができる（前記（２）に係る発明）。

この板逆押さえ１４は、図５に示すように、被加工材１を挟んで打ち抜き用パンチ２と互いに対向して設けられ、被加工材１の底面を下方から押さえるものである。この板逆押さえ１４は、通常の打ち抜き型で用いられる板逆押さえと同様に、打ち抜き用パンチ２の動作方向と同方向に可動となるように構成されている。この板逆押さえ１４を可動とするために用いられる機構は、例えばコイルやウレタン等のバネや、油圧クッションピンを介して、可動とすることが好ましい。また、部分板逆押さえ１４の打ち抜きせん断加工前の最上面の位置は、被加工材１底面と接している位置、すなわち打ち抜き用ダイ３上面と同じ高さにあり、打ち抜きせん断加工中に打ち抜き用パンチ２で押し込まれた後、打ち抜きせん断加工終了後にバネまたは油圧クッションピンにより元の位置へ復元されることが好ましい。

この板逆押さえ１４は、図５に示すように、水平部１１に対応する部分、即ち水平部１１によって打ち抜かれる被加工材１の底面の幅方向に亘る範囲の全部又は一部のみを押さえるように配置されることが好ましく、これにより板逆押さえ１４が被加工材１の撓みを補正し、最も良く破面形状の不均一性と加工硬化を低減させる効果が得られる。また、図示されていないが、板逆押さえ１４は、被加工材１の幅方向（切断線方向）に亘る範囲の全体を押さえるように構成されていてもよく、これによっても十分に破面形状の不均一性と加工硬化を低減させる効果が得られる。

また、打ち抜き面８の端面性状が最も顕著に問題となる部位は、伸びフランジ予定部２２である。このため、この伸びフランジ予定部２２の一部又は全部に前述した打ち抜き用パンチ２の水平部１１を配置することが好ましい（前記（３）に係る発明）。これにより、打ち抜き荷重及び騒音を低減させつつ、伸びフランジ予定部２２周囲の伸びフランジ性を向上させることが可能となる。

なお、伸びフランジ予定部２２は、実際に加工された打ち抜き面８が、フランジアップ加工後に伸びフランジ割れを起こした箇所を、事後測定して見積もってもよいし、FEM（Finite Element Method）等のコンピュータシミュレーションにより見積もってもよい。

また、図４に示すように、上刃１０の水平部１１の幅方向（切断線方向）における長さＬ１は、被加工材１の幅方向の長さＬ２の１０〜６０％とするのが好ましい（前記（４）に係る発明）。この水平部の長さＬ１の上限値や下限値は、本発明者らが実験結果を踏まえて経験的に見積もったものであり、理由は以下の通りである。即ち、水平部１１の長さＬ１が被加工材１の幅方向の長さＬ２の１０％より短い場合、水平部１１周辺の傾斜部１２によって被加工材１が幅方向に撓み易くなり、図２に示すような打ち抜き面８の不均一性や加工硬化が増大し、伸びフランジ性が向上するという本発明の効果が得られにくくなる。このため、Ｌ１の下限値は、Ｌ２の１０％以上とすることが好ましい。また、水平部１１の長さＬ１が被加工材１の幅方向の長さＬ２の６０％より長い場合、伸びフランジ加工が幅方向（切断線方向）の歪の集中により起こることから、伸びフランジ性が向上するという本発明の効果に明確な差異はなくなる傾向になる。このため、Ｌ１の上限値は、Ｌ２の６０％以内とすることが好ましい。ただし、これらの値は加工条件や被加工材１の材質によって変動する可能性があり、全ての場合でこの範囲を超えれば本発明の効果が得られないわけではない。

図３に示すように、従来技術における打ち抜き用パンチ２のような、水平部１１を有さず、上刃１０が全範囲に亘って傾斜している傾斜刃１０の幅方向における角度θ１は、プレス装置のラムストローク量を考慮すると、０°超〜１０°以下程度が限界となる場合が多いが、この角度θ１の上限値は、プレス装置能力に依存しており、全ての設備においてはこの限りではない。本発明者らが実験により確認したところ、図４に示すような、本発明を適用した上刃１０の傾斜部１２の幅方向における角度θ２は、上記の０°超〜１０°以下の範囲とした場合、本発明である水平部１１によって打ち抜かれた部分の加工硬化量と破面形状不均一度にほとんど影響はなかった。なお、傾斜部１２の角度θ２が１０°超の場合は、プレス荷重の軽減と低騒音化の効果が大きくなる一方で、傾斜刃１０で打ち抜かれた部分の打ち抜き面８の破面性状（加工硬化、破面の不均一性）は悪くなるという結果が得られた。従って、傾斜部１２の幅方向における角度θ２は０°超〜１０°以下とすることが好ましい。また、上部傾斜部１２ａと下部傾斜部１２ｂの傾斜角度θ２は、上記の範囲内でそれぞれ異なっていてもよい。

また、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すような、底面に１つの突起部１６を有する打ち抜き用パンチ２と、突起部１６と対向する位置に、突起部１６の高さより深い窪み部１７を有する板逆押さえ１４を用いることにより、さらに伸びフランジ性を向上させることができる（前記（５）に係る発明。）。この場合において、シャー角付き打ち抜きせん断装置１５は、打ち抜き加工時に、打ち抜き用パンチ２の突起部１６により被加工材１が板逆押さえ１４の窪み部１７内に押し込まれるように、窪み部１７より突起部１６の寸法の方が小さく形成されて構成される。

このように構成されることによって、図６（ｃ）に示すように、打ち抜き加工時において、打ち抜き用パンチ２の突起部１６により被加工材１が板逆押さえ１４の窪み部１７内に押し込まれたうえで、被加工材１が打ち抜き用パンチ２の上刃１０と打ち抜き用ダイ３の下刃３ａとによって切断されることになる。この結果、被加工材１がせん断加工される際の固定力が増し、被加工材１の撓みを押さえる効果が増すことになり、更に、突起部１６により窪み部１７内に押し込まれて被加工材１にビード１８が形成されて被加工材１に張力がかかり、被加工材１の破断が早まり、打ち抜き面８の加工硬化量が減ることにより、少ない塑性変形で破断が起こるため、伸びフランジ性が更に向上することになる。なお、突起部１６の高さより窪み部１７の深さを深くした場合において、このような作用効果が十分に発揮されることになる。

突起部１６の大きさは、通常のプレス装置で可能な板逆押さえ荷重を考慮すれば、板逆押さえ２０の押さえ面積の５〜７０％の面積とし、突起部１６の高さは、被加工材１の板厚の５０〜３００％とすることが望ましく、窪み部１７の深さは、それに対応した押し込み深さが得られるものが望ましい。なお、ここでいう突起部１６の大きさとは、打ち抜き用パンチ２を鉛直下方から見た場合における突起部１６の面積のことをいい、板逆押さえ１４の押さえ面積とは、板逆押さえ１４を鉛直上方から見た場合における板逆押さえ１４上面の面積のことをいう。また、突起部１６の高さとは、各突起部１６のパンチ底面から突起部１６先端までの方向Ｐの最大距離のことをいい、窪み部１７の深さは、各窪み部１７の底面から板逆押さえ１４の上面を通る平面までの方向Ｐの最大距離のことをいう。

突起部１６は、図６のようにパンチ底面に一つのみ設けられていてもよいし、図７のように、パンチ底面において、幅方向に間隔を空けて複数設けられていてもよい。突起部１６は、パンチ底面において、長手方向に間隔を空けて設けられていてもよいのは勿論である。窪み部１７は、突起部１６の数に応じて設けられていればよい。

複数とすれば突起部１６と被加工材１との接触面積が増えるために前記固定力を増すことができるが、数を増やし過ぎればビード１８間の素材が破断を起こして却って固定力を減らすことにもなるので、試行錯誤によりビード１８間で素材が破断を起こさない程度の突起部１６の数や突起部１６間の間隔を見積もることが必要となる。本発明者らは試行錯誤の結果、鉄鋼材料であれば１０個以下とすれば多くの場合に上記のような問題は起こらないことを見出した。ただし、この結果はあくまでも参考であり、被加工材１の延性が高い場合は、１０個以上のビード１８でもビード１８間の素材の破断は起こらず、数を増やすことができる。

なお、本実施形態においては、打ち抜き用パンチ２の水平部１１に突起部１６が設けられている。

本発明の効果を実証することを目的として、図８、図９に示すようなそれぞれの打ち抜きせん断装置４０、打ち抜きせん断装置５０により被加工材１に対して打ち抜きせん断加工を行った後、得られた試験片３１に対して図１０に示すような伸びフランジ試験を行った。以下、試験条件について詳しく説明する。

この伸びフランジ試験において使用される被加工材１は、図１１に示すような、方向Ｘの長さ２００ｍｍ、方向Ｙの長さ２００ｍｍ、板厚１．４ｍｍの形状からなる。被加工材１に適用される材料は、引張強さ５９０MPa級の高張力鋼板を使用した。この被加工材１に対しては、図１１に示すような切断線３２の形状に沿って、各打ち抜き装置を用いて打ち抜き加工を施し、試験片３１を得た。得られた試験片３１の形状は、図１１に示す切断線３２の形状のように、直線部３２ａに沿って開断面に切断されており、その中央部３２ｂに半径１０ｍｍの半円状に窪んだ切断形状が形成されている。このように半円状に打ち抜き切断された後は、図１０に示すような打ち抜き切断部３３が形成され、この打ち抜き切断部３３には、伸びフランジ試験時において、図１０に示すような円錐パンチ３５が押し込まれ、図１８に示すような伸びフランジ部２１が形成される。

図８（ａ）、図８（ｂ）は、本発明例１として使用される打ち抜きせん断装置４０を示している。打ち抜きせん断装置４０は、打ち抜き用ダイ３、板押さえ９及び打ち抜き用パンチ４１を少なくとも備えるものである。図８（ｃ）は、打ち抜き用ダイ３と、打ち抜き用ダイ３上に載置された被加工材１と、打ち抜き用パンチ４１との位置関係を説明するための概略平面図である。図８（ｃ）に示すように、打ち抜き用ダイ３の側面３ｂは、打ち抜き用パンチ４１の側面４１ｂと対応する形状となっており、この側面３ｂと側面４１ｂとの間のクリアランスは、０．１６ｍｍである。また、打ち抜き用ダイ３は、打ち抜き用パンチ４１の半円部４５の外面と対応して、半円状に窪んだ外面形状の半円部３ｃを有している。

本発明例である打ち抜きせん断装置４０において使用されている打ち抜き用パンチ４１の形状は、図１２に示す３面図のようになる。即ち、打ち抜き用パンチ４１は、上部より視認した場合に、図１２（ｃ）に示すように、幅方向に２１０ｍｍ、長手方向に１０５ｍｍの大きさからなり、更にその側面中央に半径１０ｍｍの断面半円の形状からなる円柱状の半円部４５を有している。打ち抜き用パンチ４１の底面の上刃４７は、傾斜部４２と、水平部４３とからなり、半円部４５の底面には、水平部４３と長手方向に亘って連続した面をなしている水平部４６が形成されている。この半円部４５の水平部４６は、図１１に示すような、切断線３２の中央部３２ｂの形状と対応しており、水平部４６によって打ち抜かれた部位は、図１０に示すような打ち抜きせん断部３３となる。傾斜部４２は、水平部４３より上部に位置する上部傾斜部４２ａと、水平部４３より下部に位置する下部傾斜部４２ｂとからなり、これらは、それぞれ０．８°の傾斜角を有する。上刃４７の水平部４３の幅方向の長さは、被加工材１の幅方向の長さの３０％である６０ｍｍとした。なお、図１２中における長手方向及び幅方向は、打ち抜きせん断装置中における位置関係について定義したものである。

図９は、比較例として使用される打ち抜きせん断装置５０を示している。打ち抜きせん断装置５０は、本発明例１として使用した打ち抜きせん断装置４０に対して、打ち抜き用パンチ５１の形状の点のみ異なる。

打ち抜きせん断装置５０において使用される打ち抜き用パンチ５１形状は、図１３に示す３面図のようになる。打ち抜き用パンチ５１は、図１２に示す打ち抜き用パンチ４１に対して、水平部４３を有さない点において異なっている。打ち抜き用パンチ５１は、上部より視認した場合、打ち抜き用パンチ４１と同様に、図１３（ｃ）に示すように、幅方向に２１０ｍｍ、長手方向に１０５ｍｍの大きさからなり、更にその側面中央に半径１０ｍｍの断面半円の形状からなる円柱状の半円部５３を有している。打ち抜き用パンチ５１及び半円部５３の底面には、それぞれ幅方向に対して傾斜角０．８°を有する上刃５２、上刃５４が設けられている。打ち抜き用パンチ４１と同様に、打ち抜き用パンチ５１の側面５１ｂは、図９（ｃ）に示すように、打ち抜き用ダイ３の側面３ｂの形状と対応する形状である。打ち抜きパンチ５１の側面５１ｂと、打ち抜き用ダイ３の側面との間のクリアランスは、全てにおいて0.16ｍｍである。

これらの打ち抜き用パンチ４１及び打ち抜き用パンチ５１に対する荷重発生機構として使用したプレス装置は最大発生荷重６０トンの機械式クランクプレスであり、打ち抜き速度は６０spmに設定した（５０ｍｍ／秒程度）。なお、図８に示す打ち抜きせん断装置４０、図７に示す打ち抜きせん断装置５０の双方の装置において、板逆押さえは使用しない。

試験片３１に対して行った伸びフランジ試験は、図１０に示すように、複数の押さえ板３４間に試験片３１を挟持させた後、半円状に打ち抜き切断された試験片３１の打ち抜き切断部３３に対して、対頂角６０°の円錐パンチ３５を方向Ｑに向けて押し込み、試験片３１の裏面より発生した亀裂が板厚を貫通した時点でのフランジ高さＨ１により評価するものである。ここでフランジ高さＨ１とは、図１４に示すように、伸びフランジ試験後の試験片３１の断面において、変形していない試験片３１の裏面３１ａから、伸びフランジ部２１の下端部２１ａまでの試験片３１の板厚方向の距離Ｈ１をいう。亀裂が板厚を貫通したかどうかの判断は目視で行った。試験数は、各打ち抜きせん断装置ごとにそれぞれ２０回ずつ行なった。

図１５に、実施例１における伸びフランジ試験結果を示す。図１５より、得られた試験片３１のフランジ高さＨ１は、比較例が８〜１１ｍｍで平均値が９．５ｍｍであるのに対し、本発明例１が１０〜１２ｍｍで平均値が１１．３ｍｍであった。これより、本発明例１の打ち抜きせん断装置４０により打ち抜いた試験片３１の方が、比較例の打ち抜きせん断装置５０により打ち抜いた試験片３１よりも良い伸びフランジ性を示していることが分かる。本実施例１により、本発明を適用した打ち抜き用パンチを有する打ち抜きせん断装置は、被加工材１の打ち抜き加工後において、被加工材１の伸びフランジ性の向上に効果があることが証明された。

実施例２においても実施例１と同様に、本発明の効果を実証するべく、図９、図１６に示すような打ち抜きせん断装置５０及び打ち抜きせん断装置６０により被加工材１に対して打ち抜き加工を行った後、得られた試験片３１に対して図１０に示すような伸びフランジ試験を行った。

この伸びフランジ試験において使用される被加工材１や、得られる試験片３１の形状に関する条件は、実施例１と同じ条件とした。

実施例２において、図９に示すような、比較例として使用した打ち抜きせん断装置５０は、実施例１において述べた打ち抜きせん断装置５０の構成と同じである。

実施例２において、図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示すような、本発明例２として使用した打ち抜きせん断装置６０は、本発明例１として使用した打ち抜き用せん断装置４０に対して、板逆押さえ１４を設けた点においてのみ異なっている。図１６（ｃ）は、打ち抜き用ダイ３と、打ち抜き用ダイ３上に載置された被加工材１と、打ち抜き用パンチ４１との位置関係を説明するための概略平面図である。また、図１６（ｄ）は、打ち抜き用ダイ３と、板逆押さえ１４との位置関係を説明するための概略平面図である。この板逆押さえ１４上面の幅方向の長さは、前記上刃４７の水平部４３の幅方向の長さと対応しており、被加工材１の幅方向に６０ｍｍの長さである。板逆押さえ１４の長手方向の長さは、８０ｍｍとした。また、板逆押さえ１４は、打ち抜き用パンチ４１の半円部４５に対応した形状の半円部１４ｃを有しており、これによって、打ち抜き用パンチ４１の半円部４５と水平部４３とが被加工材１を押さえる範囲の全部を、被加工材１の下面から押さえることができる。この板逆押さえ１４は油圧クッションピンにより４００Nの板逆押さえ荷重を被加工材１に加えることができる。なお、打ち抜き用せん断装置６０の打ち抜き用パンチ４１の形状は、実施例１において述べた、本発明例１として使用した打ち抜きせん断装置４０の打ち抜き用パンチ４１の形状と同じ条件にした。

この打ち抜き用パンチ４１の荷重発生機構として使用したプレス装置は、実施例１の条件と同様に、最大発生荷重６０トンの機械式クランクプレスであり、打ち抜き速度は６０spmに設定した（５０ｍｍ／秒程度）。

試験片３１に対して行った伸びフランジ試験は、実施例１と同様の条件で行い、試行数は、各打ち抜きせん断装置ごとにそれぞれ２０回づつ行なった。

図１７に、実施例２における伸びフランジ試験結果を示す。図１７より、得られた試験片３１の伸びフラン高さＨ１は、比較例が８〜１１ｍｍで平均値が９．５ｍｍであるのに対し、本発明例２が１５〜１７ｍｍで平均値が１６．０ｍｍであった。これより、本発明例２である打ち抜きせん断装置６０により打ち抜いた試験片３１の方が、比較例として使用した打ち抜きせん断装置５０により打ち抜いた試験片３１よりも良い伸びフランジ性を示していることが分かる。本実施例２により、本発明を適用した、傾斜角を有する打ち抜き用パンチと、板逆押さえとを有する打ち抜きせん断装置は、被加工材１の打ち抜き加工後において、被加工材１の伸びフランジ性の向上に効果があることが証明された。

また、実施例１と実施例２の伸びフランジ試験結果を比較すると、本発明例１の打ち抜きせん断装置４０による試験片３１のフランジ高さＨ１の平均値が１１．３ｍｍであるのに比べて、本発明例２の打ち抜きせん断装置６０による試験片３１のフランジ高さＨ１の平均値が１６．０ｍｍとなっていることが確認できる。これより、打ち抜きせん断装置の上刃に対して、傾斜部と水平部とを設けた上で、更に板逆押さえ１４を設けることにより、被加工材１の伸びフランジ性が一層向上することが確認された。

実施例３においても実施例１と同様に、本発明の効果を実証するべく、図９、図１９に示すような打ち抜きせん断装置５０及び打ち抜きせん断装置７０により被加工材１に対して打ち抜き加工を行った後、得られた試験片３１に対して図１０に示すような伸びフランジ試験を行った。

この伸びフランジ試験において使用される被加工材１や、得られる試験片３１の形状に関する条件は、実施例１と同じ条件とした。

実施例３において、本発明例３の打ち抜きせん断装置７０において使用されている打ち抜き用パンチ４１の形状の詳細は、図２２に示すとおりである。本発明例３において使用される打ち抜き用パンチ４１は、本発明例１において使用された打ち抜き用パンチ４１と比較して、水平部４３と半円部４５の水平部４６とに突起部１６が設けられている点のみ異なっており、他の構成は同じものを使用した。本発明例３において使用された打ち抜き用パンチ４１の突起部１６の拡大図は、図２０に示すとおりである。

また、本発明例３において使用された打ち抜きせん断装置７０は、板逆押さえ１４を有している。この本発明例３において使用される板逆押さえ１４は、本発明例１において使用された板逆押さえ１４と比較して、打ち抜き用パンチ４１の突起部１６と対向した位置に窪み部１７が設けられた点のみ異なっており、他の構成は同じものを使用した。この板逆押さえ１４の窪み部１７の詳細は、図２１に示すごとく、突起部１６の高さ（４ｍｍ）より深い（６ｍｍ）窪み部１７とされている。

実施例３において、図９に示すような、比較例として使用した打ち抜きせん断装置５０は、実施例１において述べた打ち抜きせん断装置５０の構成と同じである。

打ち抜き用パンチ４１の荷重発生機構として使用したプレス装置は、実施例１の条件と同様に、最大発生荷重６０トンの機械式クランクプレスであり、打ち抜き速度は６０ｓｐｍに設定した（５０ｍｍ／秒程度）。

試験片３１に対して行なった図１０に示す伸びフランジ試験は、実施例１と同様の条件で行った。打ち抜きせん断装置による打ち抜きと伸びフランジ試験は２０回行なった。

図２３に、実施例３における伸びフランジ試験結果を示す。図２３より、本発明例３である図１９の打ち抜きせん断装置７０により打ち抜いた試験片３１の方が、比較例として使用した図９に示す打ち抜きせん断装置５０により打ち抜いた試験片３１よりも良い伸びフランジ性を示していることが分かる。本実施例３によって、打ち抜き用パンチ４１に突起部１６を設け、板逆押さえ１４に窪み部１７を設けることにより、被加工材１の伸びフランジ性が一層向上することが証明された。

打ち抜き加工を模式的に示す図である。 打ち抜き面８の特徴を模式的に示す図である。 従来の傾斜刃による打ち抜き加工を模式的に示す図であり、（ａ）は、その正面立面図、（ｂ）は、その側面図であって、（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明を適用した打ち抜きせん断装置を模式的に示す図であり、（ａ）は、その正面立面図、（ｂ）は、その側面図であって、（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 本発明を適用した打ち抜きせん断装置の他の例を模式的に示す図であり、（ａ）は、その正面立面図、（ｂ）は、その側面図であって、（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。 打ち抜き用パンチに一つの突起部を設け、板逆押さえに一つの窪み部を設けた本発明の打ち抜きせん断装置の構成を模式的に示す図であり、（ａ）はその正面立面図、（ｂ）はその側面図であって、（ａ）におけるＧ−Ｇ線断面図、（ｃ）はその打ち抜き加工時における状態を示す側面図である。 打ち抜き用パンチに複数の突起部を設け、板逆押さえに複数の窪み部を設けた本発明の打ち抜きせん断装置の構成を模式的に示す図であり、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその打ち抜き加工時における状態を示す側面図である。 実施例１において本発明例１として使用した打ち抜きせん断装置４０を模式的に示す図であり、（ａ）は、その正面立面図、（ｂ）は、その側面図であって、（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図、（ｃ）は、被加工材１と打ち抜き用ダイ３と打ち抜き用パンチ４１との位置関係を説明するための概略平面図である。 実施例１，２において比較例として使用した打ち抜きせん断装置５０を模式的に示す図であり、（ａ）は、その正面立面図、（ｂ）は、その側面図であって、（ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図、（ｃ）は、被加工材１と打ち抜き用ダイ３と打ち抜き用パンチ５１との位置関係を説明するための概略平面図である。 実施例１，２で行った伸びフランジ試験を模式的に示す図である。 実施例１、２で使用した被加工材のサイズと切断形状とを模式的に示す図である。 実施例１，２において本発明例１、本発明例２として使用した打ち抜き用パンチ４１を示す図であり、（ａ）は、その正面立面図、（ｂ）は、その側面図、（ｃ）は、その平面図である。 実施例１，２において比較例として使用した打ち抜き用パンチ５１を示す図であり、（ａ）は、その正面立面図、（ｂ）は、その側面図、（ｃ）は、その平面図である。 実施例１，２で行った伸びフランジ試験の評価値となるフランジ高さを説明する図である。 実施例１における伸びフランジ試験の結果を示す図である。 実施例２において本発明例２として使用した打ち抜き用せん断装置６０を模式的に示す図であり、（ａ）は、その正面立面図、（ｂ）は、その側面図であって、（ａ）におけるＦ−Ｆ線断面図、（ｃ）は、被加工材１と打ち抜き用ダイ３と打ち抜き用パンチ４１との位置関係を説明するための概略平面図、（ｄ）は、打ち抜き用ダイ３と板逆押さえ１４との位置関係を説明するための概略平面図である。 実施例２における伸びフランジ試験結果を示す図である。 伸びフランジ部の例を模式的に示す図であり、（ａ）は、フランジアップ成形加工前のブランク（被加工材１）を、（ｂ）は、フランジアップ成形加工後の部材を示す図である。 実施例３において本発明例３として使用した打ち抜きせん断装置を模式的に示す図であり、（ａ）はその正面立面図、（ｂ）はその側面図であって（ａ）におけるＨ−Ｈ線断面図、（ｃ）は被加工材と打ち抜き用ダイと打ち抜き用パンチとの位置関係を説明するための概略平面図、（ｄ）は打ち抜き用ダイと板逆押さえとの位置関係を説明するための概略平面図である。 実施例３で使用した本発明例３での打ち抜き用パンチの突起部を拡大した図である 実施例３で使用した本発明例３での板逆押さえの窪み部を拡大した図である 実施例３において本発明例３として使用した打ち抜き用パンチを示す図であり、（ａ）はその正面立面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその平面図である。 実施例３における伸びフランジ試験結果を示す図である。

符号の説明

１ 被加工材
２ 打ち抜き用パンチ
３ 打ち抜き用ダイ
３ａ 下刃
４ ダレ
５ せん断面
６ 破断面
７ ばり
８ 打ち抜き面
９ 板押さえ
１０ 上刃
１１ 水平部（水平刃）
１２ 傾斜部（傾斜刃）
１２ａ 上部傾斜部
１２ｂ 下部傾斜部
１４ 板逆押さえ
１５ 打ち抜きせん断装置
１６ 突起部
１７ 窪み部
１８ ビード
２１ 伸びフランジ部
２２ 伸びフランジ予定部
３１ 試験片
３２ 切断線
３３ 打ち抜きせん断部
３４ 押さえ板
３５ 円錐パンチ
４０ 打ち抜きせん断装置（本発明例１）
４１ 打ち抜き用パンチ
４１ｂ 側面
４２ 傾斜部
４２ａ 上部傾斜部
４２ｂ 下部傾斜部
４３ 水平部
４５ 半円部
４６ 水平部
４７ 上刃（傾斜刃）
５０ 打ち抜きせん断装置（比較例）
５１ 打ち抜き用パンチ
５１ｂ 側面
５２ 上刃
５３ 半円部
５４ 上刃
６０ 打ち抜きせん断装置（本発明例２）
７０ 打ち抜きせん断装置（本発明例３）
Ｈ１ フランジ高さ
Ｌ１ 水平刃１１の幅方向の長さ
Ｌ２ 被加工材１の幅方向の長さ

Claims (5)

1. 切断線方向に対し一部に水平部を有し、前記水平部を除く部分は傾斜部からなる上刃を有するパンチと、下刃を有するダイとを備えることを特徴とするシャー角付き打ち抜きせん断装置。
2. 板逆押さえを前記パンチと対向する位置に設けたことを特徴とする請求項１記載のシャー角付き打ち抜きせん断装置。
3. 前記上刃の水平部が、被加工材の切断後の成形における伸びフランジ予定部の一部又は全部の上方に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載のシャー角付き打ち抜きせん断装置。
4. 前記水平部の切断線方向における長さが、被加工材の板幅の１０〜６０％であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のシャー角付き打ち抜きせん断装置。
5. 前記パンチの底面に１つ以上の突起部を有し、前記板逆押さえは前記突起部と対向する位置に、前記突起部の高さより深い窪み部を有し、前記突起部により前記被加工材が前記窪み部内に押し込まれるように構成されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載のシャー角付き打ち抜きせん断装置。

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