JP2015188934A - 薄鋼板の打抜き加工方法及び打抜き加工金型 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ鉄心等、さんの幅が極めて小さい打抜き製品であっても、さんのねじれ変形の発生を極力低減した打抜き製品を送り抜き打抜き加工で製造する。【解決手段】薄鋼板を、パンチとダイを用いて送り抜きで打抜き加工する際、さんとなる先に加工した加工穴の側面と被加工薄鋼板の上面を拘束金型で拘束した状態で後加工の加工穴を打抜く。この方法により、素材薄鋼板の板厚以下の幅のさんを有する打抜き製品であっても、さんのねじれ変形を生じさせることなく打抜き加工することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、モータ鉄心等、薄鋼板製のさん幅の小さい打抜き製品を、ねじれ変形を起こすことなく製造する打抜き加工方法及びそのための金型に関するものである。

例えば永久磁石埋め込み型モータでは、モータ鉄心に埋め込まれた永久磁石と固定子の間隔が狭いほど磁束の損失が低減し、モータ特性が向上する。そのため、図１に示すように、モータ鉄心の製品外径と製品内部加工穴の間のさんの幅（図中Ａ）や、製品内部の加工穴相互のさんの幅（図中Ｂ）を極力狭くすることが有効になっている。
このようなモータ鉄心は、通常、パンチとダイによる抜き落しにより製造されているが、さん幅を狭くしようとすると、打抜き加工を行った際にストリッパープレートで素材鋼板を十分に押えることができないため、押え力を増加しても、さんが著しくねじれ変形してしまう問題がある。

モータ鉄心において、加工穴製品外縁と製品内部の加工穴との間のさんや、製品内部の加工穴相互の間のさんがねじれ変形していると、積層時の寸法不良や材料間のエアギャップによりモータ性能が低下することがある。
上記さんのねじれ変形を抑制した打抜き加工法として、例えば特許文献１では、打抜き加後のスクラップを鉄心材料に押し戻し、次工程の打抜き加工を行うことにより、さんのねじれ変形を低減したプッシュバック方式の方法が提案されている。

特開２００２−３２５４０２号公報

金型の構造が簡単なパンチとダイによる抜き落しでモータ鉄心を製造する際には、ねじれ変形が発生しない程度にさんの幅を広くする必要がある。しかし、さんの幅を広くするとモータ特性が劣化してしまう。
さんのねじれ変形を低減するために、上記特許文献１で提案されているようなプッシュバック方式の方法を採用することも有効であるが、プッシュバック方式は工程数の増加により、金型が大きくなるために大型の金型を設置・使用できる大型のプレス装置が必要となる。このため、金型費用やプレス装置の設置費用が増大する。また、電気代やメンテナンス費等のランニングコストも上昇し、結果的にコスト高となってしまう。
さらには、材料送り時にスクラップが落下し、金型の破損に繋がることもある。

本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、モータ鉄心を打抜き加工する場合等、さんの幅が極めて小さい打抜き製品であっても、さんのねじれ変形の発生を極力低減した薄鋼板の打抜き加工方法及びそのための金型を提供することを目的とする。

本発明の薄鋼板の打抜き加工方法は、その目的を達成するため、薄鋼板を、パンチとダイを用いて送り抜きで打抜き加工する際、さんとなる先に加工した加工穴の側面と被加工薄鋼板の上面を拘束金型で拘束した状態で後加工の加工穴を打抜くことを特徴とする。
上記方法により、素材薄鋼板の板厚以下の幅のさんを有する製品を送り抜きで打抜き加工することができる。
本発明の薄鋼板の打抜き加工方法は、素材薄鋼板から所要寸法の加工穴を打抜くパンチとダイの他に、先に加工した加工穴の側面と被加工薄鋼板の上面を拘束する拘束金型を備えており、当該拘束金具が、前記パンチが前記ダイに当たる時点で、既に加工穴の側面と被加工薄鋼板の上面を拘束しているように配置されている金型を用いることによりなされる。

本発明の打抜き加工方法では、さんとなる先に加工した加工穴の側面と被加工薄鋼板の上面を拘束金型で拘束した状態で後加工の加工穴を打抜いている。このため、さんの鋼板材料が打ち抜き穴に引き込まれることを防止することができ、その結果として狭いさんのねじれ変形の発生を抑制することができる。
したがって、薄鋼板を素材としたモータ鉄心の加工に本発明の打抜き加工方法を採用すれば、狭いさん幅のモータ鉄心であっても、さん部分のねじれ変形がないモータ鉄心を製造することができ、性能に優れたモータを得ることができる。

また、本発明の打抜き加工金型は、パンチとダイの他に、先に加工した加工穴の側面と被加工薄鋼板の上面を拘束する拘束金型を、パンチがダイに当たる時点で、前記拘束金具が既に加工穴の側面と被加工薄鋼板の上面を拘束しているような位置に配置して備えられているだけであるため、従来の一般的な抜き落とし金型に拘束金型を付加するだけであり、プッシュバック方式の金型と比べて非常に簡素の構造となっている。このため、さんにねじれ変形がない打抜き製品が低コスト製造できる。

送り抜きによる打抜き加工では、さんとなる被加工薄鋼板の上面のみをストリッパープレートで押えるため、さん幅が狭くなると、材料上面での押え力が減少し、さんを十分押さえることができない。そのため、打抜き加工時に、さんの鋼板材料が打ち抜き穴に引き込まれることによるさんのねじれ変形が発生しやすくなる。
そこで、さんのねじれ変形を抑制するために、先に加工した加工穴のスクラップを材料に押し戻し、さんとなる加工穴の側面を拘束した状態で打抜き加工を行うプッシュバックによる打ち抜き加工が適用されることがある。この打抜き加工では、打抜かれた状態のスクラップは打抜き穴に拘束された状態で金型上を搬送されるため、拘束が不十分になり易い薄い材料において搬送中にスクラップが落下してしまうことがある。また、金型の構造が複雑となるため、プッシュバック機構での不具合と金型費用の増大が問題となる。
本発明は、スクラップの落下による金型破損の防止と、コストの増大を低減するために考案したものであり、さん幅が狭い場合でも拘束金型でさんの鋼板材料の上面および打抜き穴の側面を拘束することにより、押え力が増大し材料が打ち抜き穴に引き込まれることを抑制できるため、簡単な構造でさんのねじれを低減することができる。

永久磁石埋め込み型モータのモータ鉄心の概略形状を説明する図 一般的な抜き落し加工方法を説明する図 本発明の打抜き加工方法を説明する図 順送金型により永久磁石埋め込み型モータのモータ鉄心を打抜き加工する工程を示す工程図 永久磁石埋め込み型モータのモータ鉄心のさん部のねじれ角度の説明図 各種の高速金型により加工したさん部のねじれ角度の比較

例えば永久磁石埋め込み型モータに組み込まれるモータ鉄心は、通常、パンチとダイによる抜き落しにより製造されている。さん幅が狭いモータ鉄心ほど、モータ特性が優れたものとなる。そこで、さん幅を狭くしたモータ鉄心を得ようとすると、打抜き加工を行った際に、ストリッパープレートで素材鋼板を十分に押えることができないため、押え力を増加しても、さんが著しくねじれ変形してしまう問題がある。前記している通りである。
そこで、本発明者らは、さん幅の狭い打抜き製品を打抜き加工するに当たって、さんにねじれ変形が発生する原因とその対策について鋭意検討することにより、本発明に到達した。

打抜き製品を送り抜きで連続的に加工する一般的な方法は図２に示す通りである。
被加工材料をダイ上に載置し、ストリッパープレートで押えた状態でパンチを押込んで打抜き、被加工材料をさん幅を残して（図２中では右に）送り、次の打抜き加工を行っている。この操作を繰り返すのが送り抜き加工方法である。
打抜き穴を形成した後の次の打抜き穴を形成する打抜き加工時には、打抜いた穴の分の押え面積が少なくなり、小面積のさん部分をストリッパープレートで押えた状態で打抜き加工が行われる形態となるため、押え力が低下することになる。このため、次の打抜き穴を形成するためのパンチの押込み時の材料の流れが多くなって、さん部分にねじれ変形が発生すると考えられる。

さん部分のねじれ変形を抑制するためには、ストリッパープレートによる押え力を大きくすることが有効であるが、装置の大型化を招く等の要因から、押え力の増大化にも限界がある。
そこで、本発明では、次の打抜き穴を形成するためのパンチの押込み時の材料の流れを抑制するために、先に形成した打抜き穴に拘束金型を押込んだ状態で、次の打抜き穴を形成するためのパンチを押込むことにした。もちろん、先に形成した打抜き穴以外の被加工材料表面は、ストリッパープレート等で押え付けられている。

上記態様を円滑に行わせるには、パンチとダイの他に、先に加工した加工穴の側面と被加工薄鋼板の上面を拘束する拘束金型を、パンチがダイに当たる時点で、前記拘束金具が既に加工穴の側面と被加工薄鋼板の上面を拘束しているような位置に配置して備えられた金型を用いることが好ましい。
上記拘束金型が付設された金型を用いて薄鋼板を打抜く態様を、図３に基づいて説明する。
パンチ、ダイは、通常の打抜き加工に用いるものと同じものとする。本発明では、被加工薄鋼板をストリッパープレートの他に拘束金型で押え付ける形態を採っているため、ストリッパープレートの形状は従前のものと異なるものとなる。

本発明の特徴である拘束金型は、図３に示すように、先端に、先に打抜いた穴の内形と同形の外形を有する柱部を備えるとともに、当該柱部の上側部に直交して伸びる縁部を備えた構造を有し、この拘束金型が前記ストリッパープレートに埋め込まれていることが好ましい。
拘束金型は先に打抜いた穴の内形と同形の外形を有する柱部を備えているので、先に打抜いた穴に挿入されたとき、この穴の側面に密に接触する。また、拘束金具が先に打抜いた穴に挿入されたとき、拘束金型の柱部の上側部に直交して伸びる縁部は、先に打抜いた穴周辺のさんを押付けることになる。
このような、拘束金具の柱部と縁部による加工穴の側面と被加工薄鋼板の上面の拘束により、次の穴の加工時における被加工薄鋼板の流れが抑制され、結果としてねじれ変形の発生が抑えられることになる。

ところで、薄鋼板を、狭い送りさんで、しかも狭い縁さんの打抜き製品を送り抜き加工法で得ようとするとき、パンチとダイのクリアランスにもよるが、素材板厚に比べてさんの幅が狭くなるほどさん部のねじれ変形を起こしやすくなる。このため、さん部のねじれ変形を抑制するために、通常、素材板厚をｔとしたとき、さんの幅Ｗを、Ｗ／ｔ＞１になるようにして打抜き加工している。
しかしながら、本発明では、先に加工した加工穴の側面と被加工薄鋼板の上面を拘束金型で拘束することにより、上記Ｗ／ｔが１以下、すなわちさんの幅が素材薄鋼板の板厚以下であっても、ねじれ変形を生じさせることなく打抜くことができた。後記の実施例を参照されたい。

本発明の薄鋼板の打抜き加工方法及び打抜き加工金型を図に示す順送金型に適用した。本発明を適用した順送金型は、モータ鉄心の回転子（ロータ）を打抜き加工するためのものであり、１工程で中心の軸穴の打抜き、２工程で磁石挿入穴の右側を打抜き加工、３工程で左側の磁石挿入穴を打抜き、４工程で外形を打抜いて抜き落とす全４工程で、コイル状の供試材を間欠的に移送する構成となっている。供試材の電磁鋼板は、板厚０．３５ｍｍ、機械的試験値が降伏点３８０ＭＰａ、引張強さ５２０ＭＰａ、伸び２５％のものを用いた。打抜くモータ鉄心の形状は、図１に示すような直径５０ｍｍ、永久磁石挿入穴の幅８ｍｍ、さんＡおよびさんＢの幅を０．３５ｍｍとした２分割８極方のモータ鉄心である。

本発明の実施例では、打抜き加工で発生するねじれ変形を防止するため、材料上面と永久磁石挿入穴の側面を同時に拘束する図３に示すような構造の拘束金型を設置した。３工程では２工程で打抜いた永久磁石挿入穴の位置に、４工程では２および３工程で打抜いた永久磁石挿入穴の位置になるようにストリッパープレートに拘束金型を埋設した。拘束金型は、永久磁石挿入穴に勘合し、打抜き加工後にさんとなる材料の上部を押える構造であり、ストリッパープレートに設置しているため打抜きパンチより先に材料を拘束することができる。

この金型で打抜き加工を行った効果を確認するため、図５に示すようなねじれ角度θとして評価する方法でモータ鉄心のさんＡおよびさんＢの一部のねじれ変形を調査した。ねじれ角度θが大きいほどねじれ変形が大きい。ねじれ角度θに及ぼす拘束金型の影響を図６に示す。拘束金型を使用することによりねじれ変形を大幅に低減することができた。拘束金型はプッシュバックとほぼ同等の効果が得られた。

本発明は図の実施例に限定されるものではなく、各種の打抜き金型に適用できるものであり、さんを有する順送打抜き金型であればねじれ変形を低減する効果を得ることができる。

Claims (3)

1. 薄鋼板を、パンチとダイを用いて送り抜きで打抜き加工する際、さんとなる先に加工した加工穴の側面と被加工薄鋼板の上面を拘束金型で拘束した状態で後加工の加工穴を打抜くことを特徴とする薄鋼板の打抜き加工方法。
2. 素材薄鋼板の板厚以下の幅のさんを有する製品を送り抜きで打抜き加工する請求項１に記載の薄鋼板の打抜き加工方法。
3. 素材薄鋼板から所要寸法の加工穴を打抜くパンチとダイの他に、先に加工した加工穴の側面と被加工薄鋼板の上面を拘束する拘束金型を備えており、当該拘束金具が、前記パンチが前記ダイに当たる時点で、既に加工穴の側面と被加工薄鋼板の上面を拘束しているように配置されていることを特徴とする薄鋼板の打抜き加工用金型。
   

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