JP2014133249A

JP2014133249A - 打ち抜き装置及び打ち抜き方法

Info

Publication number: JP2014133249A
Application number: JP2013002510A
Authority: JP
Inventors: Izumi Nakamura; 和泉中村; Zenichi Ishikawa; 善一石川
Original assignee: Mitsui High Tec Inc
Current assignee: Mitsui High Tec Inc
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2014-07-24
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: JP6001460B2

Abstract

【課題】真円度の高い円孔が形成でき、しかもパンチ及びダイの寿命も長い打ち抜き装置及び打ち抜き方法を提供する。
【解決手段】対となるパンチ１４とダイ１５を用い、ストリッパー部材１７によって押圧保持された被加工材１８に、真円孔３７を形成する打ち抜き装置１０において、回転駆動機構３９によって、所定のストローク毎にパンチ１４を所定角度回転させ、パンチ１４の偏磨耗を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明はプレス加工によって被加工材に真円に近い丸孔（以下、「真円孔」という）を形成する打ち抜き装置及び打ち抜き方法に係り、特に同一のパンチ及びダイで繰り返し真円孔の加工を行っても、抜かれる真円孔の形状がずれることを防止し、品質の低下を無くすことができる打ち抜き装置及び打ち抜き方法に関する。

板材に加工した孔が製品の一部となる加工方法として、パンチ及びダイを備えたプレス加工ラインを用いた金型を使用した打ち抜き加工方法があり、更に、精密な真円孔を得るためにシェービング加工によって切り口面を僅かに削る剪断加工を行う方法がある。
図４はプレス加工ラインによる加工工程図であり、７０はアンコイラーを、７２はレベラーを、７３はプレスを、７４は金型装置を示す。図５に金型装置７４の概略構造を示すが、パンチ７５及びダイ７６を用いて被加工材７７に打ち抜き加工やシェービング加工を行うと、加工数の増加に伴ってパンチ７５が磨耗する。

パンチ７５の磨耗は、パンチ７５とダイ７６のクリアランスの狭い加工の方が、クリアランスの広い加工より速く進行する。一般に、打ち抜き加工のダイ７６とパンチ７５のクリアランスが被加工材７７の板厚の５％より大きいのに比べ、シェービング加工のダイ７６とパンチ７５のクリアランスは、被加工材７７の板厚の０．５以上５％以下と狭くするため、シェービング加工はパンチの磨耗が速い。なお、図５においては、７８は上型を、７９は下型を、８０はストリッパープレートを示す。

また、特許文献１に記載のように、金型の部品加工や組み立ての精度により、パンチとダイのクリアランスが不均一になることがあり、このときパンチの磨耗は、クリアランスが狭い部分の方がクリアランスが広い部分より速く進行する。図６（Ａ）、（Ｂ）にクリアランスと刃先磨耗の関係を示す。図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ダイ７６とパンチ７５のクリアランスが大きい程パンチ７５の刃先８２の磨耗が小さく、ダイ７６とパンチ７５のクリアランスが小さい程パンチ７５の刃先８２の磨耗が大きい。

特開昭６２−２６３８３１号公報

しかしながら、パンチ７５とダイ７６のクリアランスを合口修正により嵌合部全周に渡って均一にすることができたとしても、パンチ７５の刃先８２の磨耗が不均一になる要因として、クリアランスの不均一の他に、ストリッパープレート８０の圧力の不均一、打ち抜き油の潤滑状態の不均一等の要因もある。このためパンチ７５の刃先８２は全周にわたり均一に磨耗するのではなく偏磨耗状態となる。
特に、シェービング加工ではパンチ７５とダイ７６のクリアランスが狭いため、この偏磨耗の進行が速く問題となっていた。

図７に真円形状のパンチ８４でφ４０ｍｍの真円孔を被加工材の板厚の５％のクリアランスでシェービング加工したときの、３０万回ショットで打ち抜いた直後の刃先磨耗形状を、形状測定器を用いて円周４等分位置で測定した結果を示す。なお、ここで、８５〜８８はパンチ８４の底部を、８９〜９２はパンチ８４の周壁を示す。パンチ８４の刃先磨耗はＣの位置がＡ、Ｂ、Ｄの位置に比べて大きく、刃先が偏磨耗していることが確認される。

シェービング加工により加工された孔の形状は、パンチの輪郭に近い形状となるため、パンチが磨耗すると、加工された孔の形状もパンチの磨耗に近い形状に変化する。
従って、加工数の増加に伴いパンチの偏磨耗の程度が徐々に大きくなると、シェービング加工された孔は、偏磨耗のないパンチで加工された孔と比べて、真円と異なる形状となる。

品質上、真円度精度が要求される真円孔の場合は、偏磨耗したパンチで加工した孔が、真円と異なる形状となるため、製品の品質を低下させるという問題があった。
真円形状のパンチにより加工する孔の状態変化の概略を図８（Ａ）、（Ｂ）に示す。図８（Ｂ）に示すように、偏磨耗したパンチで加工された孔９４は、真円孔９５からずれていることが判る。

丸パンチ（刃先が真円状となっている）で加工される孔の精度が要求される一例として電動機を構成する鉄心がある。順送り金型を用いて電磁鋼板９６より鉄心片９７を加工する過程を図９に示す。この例では、各鉄心片９７の周囲に磁石挿入孔９８を、中心に軸孔９９を有する電動機の回転子を構成する積層鉄心（回転子積層鉄心：ロータ）１００を加工する過程を示している。鉄心片９７は金型内もしくは金型外で所定枚数積層された後、別の工程で中心に加工された軸孔９９に電動機の軸１０１が組み付けられている。
積層鉄心１００の軸孔９９の形状、寸法精度は重要であり、形状が真円から外れると軸１０１と積層鉄心１００との嵌合不良や、回転子の揺れ、振動等の品質上の問題を発生させる。
更に、金型のメンテナンスにおいて、パンチが偏磨耗して特定の部位の磨耗が進行することにより、パンチの再研削サイクルが短くなるという問題もある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、真円度の高い円孔が形成でき、しかもパンチ及びダイの寿命も長い打ち抜き装置及び打ち抜き方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る打ち抜き装置は、対となるパンチとダイを用い、ストリッパー部材によって押圧保持された被加工材に、真円孔を形成する打ち抜き装置において、
前記パンチに、所定のストローク毎に該パンチを所定角度回転させる回転駆動機構を設けた。

第２の発明に係る打ち抜き装置は、第１の発明に係る打ち抜き装置において、前記ダイは下型に、前記パンチは昇降する上型に設けられ、前記ストリッパー部材は前記上型に連動し、前記回転駆動機構の主要部は前記ストリッパー部材の上側に設けられ、前記ストリッパー部材の上昇時に前記回転駆動機構の回転力を得ている。

第３の発明に係る打ち抜き装置は、第２の発明に係る打ち抜き装置において、前記回転駆動機構は、１）前記上型に回転可能に支持される前記パンチに軸心を合わせて固定されたウォームホイルと、前記ウォームホイルに噛合するウォームが設けられて両側が軸受支持されたウォーム軸と、該ウォーム軸に一方向クラッチを介して取り付けられたピニオンギアとを有する前記主要部と、２）前記ダイを固定する前記下型に立設されて前記ピニオンギアに噛合するラックギアとを有し、前記上型の上昇時に前記ウォームホイルが所定角度回転する。

第４の発明に係る打ち抜き装置は、第１〜第３の発明に係る打ち抜き装置において、前記パンチと前記ダイは下孔の内側周囲をシェービングして前記真円孔とするシェービング加工用のパンチ及びダイである。

第５の発明に係る打ち抜き装置は、第４の発明に係る打ち抜き装置において、前記パンチの刃部と前記ダイのクリアランスは前記被加工材の板厚の０．５〜５％の範囲にある。
また、第６の発明に係る打ち抜き装置は、第１〜第３の発明に係る打ち抜き装置において、前記ダイ及び該ダイと対となる前記パンチは断面円形であって、前記被加工材に前記真円孔を形成するために用いられる。

そして、第７の発明に係る打ち抜き方法は、対となるパンチとダイを用い、真円孔を形成する打ち抜き方法において、
前記パンチを所定ストローク毎に回転し、被加工材に対して前記パンチの刃部を順次移動させて、前記ダイに対応する前記パンチの刃部を変えて、前記パンチの偏磨耗を防止する。なお、ここで真円孔はパンチとダイの一回の使用によって円孔を形成する場合と、下孔を形成した後、シェービング加工を行う場合とがある。

第１〜第６の発明に係る打ち抜き装置及び第７の発明に係る打ち抜き方法は、パンチで加工された孔が製品の重要な孔となる場合、同じパンチを繰り返し使用して形成する孔が真円からずれることによって生じる品質の低下を無くすことができる。
例えば、製品が電動機の積層鉄心である場合、積層鉄心の軸孔の真円度の劣化を防止できるので、軸と積層鉄心の軸孔の嵌合不良や、回転子の振れ、振動等の発生を抑えることができる。
また、パンチの偏磨耗が極力少なくなることによって、パンチ及びダイの再研削サイクルを延長することができ、結果として安価な製品を提供できる。

本発明の一実施の形態に係る打ち抜き装置の側面図である。同平面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ被加工材の打ち抜き形状を示す平面図である。従来例に係るプレス設備の側面図である。従来例に係る金型装置の側面図である。（Ａ）は従来例に係るパンチとダイのクリアランスの説明図、（Ｂ）はパンチの磨耗状態を示す断面図である。従来例に係る金型装置に使用するパンチの磨耗状態を示す説明図である。（Ａ）、（Ｂ）は従来例に係るパンチで真円孔を加工した場合の説明図である。従来例に係る積層鉄心の製造方法を示す説明図である。

続いて、本発明の一実施の形態に係る打ち抜き装置及び打ち抜き方法を添付した図面を参照しながら説明する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る打ち抜き装置１０を備えた金型装置１１は、図示しない駆動源によって昇降する上型１２と、固定配置される下型１３を有し、上型１２に真円孔を加工するパンチ１４が、下型１３にパンチ１４と対となるダイ１５が設けられている。

上型１２と下型１３の間には、上型１２に連動する周知のストリッパー部材（この実施の形態ではストリッパープレート）１７が設けられ、ストリッパー部材１７は図示しない複数のガイド部材に沿って昇降し、上型１２との間にはスプリングが設けられて、パンチ１４の下降時に被加工材（例えば、薄板電磁鋼板）１８を下型１３に押圧して、被加工材１８を保持している。

パンチ１４は上型１２に図示しない軸受（スラスト、ラジアル）を介して回転可能に設けられている。パンチ１４は上型１２の底面２０に切欠き上面が一致する縮径部２１を有し、２つの止め板２２によって上下動しないように位置決めされている。パンチ１４を外す場合は、止め板２２を外して、上型１２に設けられている軸受から引き抜くことになる。

このパンチ１４は断面円形となって、パンチ１４の途中位置でストリッパー部材１７の上位置には、パンチ１４に軸心を合わせてウォームホイル２３がキー２４を介してパンチ１４の軸方向に滑動可能に取付けられている。このウォームホイル２３には図２に示すようにウォーム２５が噛み合い、ウォーム２５はストリッパー部材１７に取り付けられている軸受部材２７、２８に両側が回転自由に取付けられたウォーム軸３０に固定されている。なお、ストリッパー部材１７にはパンチ１４が挿通する孔がある。

ウォーム軸３０の一端には、一方向クラッチ（通称、「カムクラッチ」）３１を介してピニオンギア（平歯車）３２が取付けられている。ピニオンギア３２には、下端が下型１３に固定されて垂直状態に立設されたラックギア３３が噛み合っている。
一方向クラッチ３１の方向は、ストリッパー部材１７が下降して被加工材１８を押圧する場合は回転動力の伝達を行わず、ストリッパー部材１７が上型１２の上昇に伴って上昇した場合には、ラックギア３３によってピニオンギア３２に回転動力の伝達を送るようになっている。

なお、ストリッパー部材１７は一定距離を正確に上昇し、正確にウォーム２５及びこれに噛合するウォームホイル２３が一定角度αの回転をするようになっている。
また、ウォームホイル２３の周囲には、ウォームホイル２３の外側及び上側に摺接するガイド部材３４が複数設けられ、ウォームホイル２３とウォーム２５との噛み合いを維持している。

この実施の形態においては、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、パンチ１４及びダイ１５は、予め形成された下孔３５の内側周囲のシェービング加工を行うもので、パンチ１４の刃部３６とダイ１５のクリアランスは、被加工材１８の板厚の０．５〜５％の範囲にあり、シェービング加工によって真円孔３７が形成される。
パンチ１４の先側に形成される刃部（即ち、パンチ刃部）３６は真円孔３７と同一の径となって、被加工材１８の一回のシェービング加工毎にα度（例えば、３６０度／ｎ）回転する。従って、円周上の一つの場所の刃部３６は被加工材１８に対して異なる角度位置を切断することになり、刃部３６の負荷が平均化する。

即ち、仮にパンチ１４の刃部３６とダイ１５のクリアランスが円周方向角度位置によって、僅少の範囲で異なる場合、クリアランスの小さい部分はパンチ１４の刃部３６に大きな負荷がかかるが、クリアランスの大きい部分については刃部３６の負荷は小さくなる。この場合、パンチ１４の回転が全く無い場合は、クリアランスの小さい部分の磨耗が激しくなる。この実施の形態では、所定ストローク毎にパンチ１４、即ち刃部３６を回転（即ち、移動）させているので、刃部３６の磨耗が均一化し、結果として長期の寿命を有するパンチ１４となり、形成される真円孔３７もその真円度を長期間確保できる。

以上の実施の形態においては、ウォームホイル２３、ウォーム２５、ウォーム軸３０、一方向クラッチ３１、ピニオンギア３２及びラックギア３３を備えて、所定のストローク毎にパンチ１４を所定角度α回転させる回転駆動機構３９が形成されている。そして、回転駆動機構３９の主要部は、ウォームホイル２３、ウォーム２５、ウォーム軸３０、一方向クラッチ３１及びピニオンギア３２を含む。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。
例えば、前記実施の形態においては、回転駆動機構に、ラックとピニオンを用いて、ストリッパー部材の昇降をウォーム軸の回転運動に変えているが、ウォーム軸に第１のアームを、上型又は下型に第２のアームを設け、第１、第２のアームの先部を連結することによって、ストリッパー部材又は上型の上下運動を、ウォーム軸の回転運動に変えることもできる。

また、前記実施の形態においては、回転駆動機構の主要部をストリッパー部材に設けているが、上型に設けて、パンチを少しずつ回転駆動することもできる。
更に、回転駆動機構として独立にモータ、減速機を設けてウォーム軸を回転駆動することもできる。
更に、前記実施の形態においては、シェービング加工に本発明を適用して説明したが、通常のシェービング加工を行わない真円孔（単なる円形孔の加工）であっても本発明を適用することは可能であり、これによって、より真円度の高い丸孔を形成できると共に、パンチの寿命を延ばすことができる。

１０：打ち抜き装置、１１：金型装置、１２：上型、１３：下型、１４：パンチ、１５：ダイ、１７：ストリッパー部材、１８：被加工材、２０：底面、２１：縮径部、２２：止め板、２３：ウォームホイル、２４：キー、２５：ウォーム、２７、２８：軸受部材、３０：ウォーム軸、３１：一方向クラッチ、３２：ピニオンギア、３３：ラックギア、３４：ガイド部材、３５：下孔、３６：刃部、３７：真円孔、３９：回転駆動機構

Claims

対となるパンチとダイを用い、ストリッパー部材によって押圧保持された被加工材に、真円孔を形成する打ち抜き装置において、
前記パンチに、所定のストローク毎に該パンチを所定角度回転させる回転駆動機構を設けたことを特徴とする打ち抜き装置。
請求項１記載の打ち抜き装置において、前記ダイは下型に、前記パンチは昇降する上型に設けられ、前記ストリッパー部材は前記上型に連動し、前記回転駆動機構の主要部は前記ストリッパー部材の上側に設けられ、前記ストリッパー部材の上昇時に前記回転駆動機構の回転力を得ていることを特徴とする打ち抜き装置。
請求項２記載の打ち抜き装置において、前記回転駆動機構は、１）前記上型に回転可能に支持される前記パンチに軸心を合わせて固定されたウォームホイルと、前記ウォームホイルに噛合するウォームが設けられて両側が軸受支持されたウォーム軸と、該ウォーム軸に一方向クラッチを介して取り付けられたピニオンギアとを有する前記主要部と、２）前記ダイを固定する前記下型に立設されて前記ピニオンギアに噛合するラックギアとを有し、前記上型の上昇時に前記ウォームホイルが所定角度回転することを特徴とする打ち抜き装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の打ち抜き装置において、前記パンチと前記ダイは下孔の内側周囲をシェービングして前記真円孔とするシェービング加工用のパンチ及びダイであることを特徴とする打ち抜き装置。
請求項４記載の打ち抜き装置において、前記パンチの刃部と前記ダイのクリアランスは前記被加工材の板厚の０．５〜５％の範囲にあることを特徴とする打ち抜き装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の打ち抜き装置において、前記ダイ及び該ダイと対となる前記パンチは断面円形であって、前記被加工材に前記真円孔を形成するために用いられることを特徴とする打ち抜き装置。
対となるパンチとダイを用い、真円孔を形成する打ち抜き方法において、
前記パンチを所定ストローク毎に回転し、被加工材に対して前記パンチの刃部を順次移動させて、前記ダイに対応する前記パンチの刃部を変えて、前記パンチの偏磨耗を防止することを特徴とする打ち抜き方法。