JP2016129902A - 打抜き加工方法、打抜き加工装置、および積層鉄心の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、図1を参照して本実施の形態の打抜き加工装置の構成および打抜き加工処理の概要について説明する。図1に示すように、打抜き加工装置10は、プレス機1とピンチロール2とを備える。プレス機1に設置される打抜き加工用の金型3は、パンチ4とダイ5とを備える。ダイ5には、成形すべき鉄心素片の形状に対応した形状の貫通孔であるダイホール6と、鋼板に接するダイプレート7とが形成されている。パンチ4は、図示しない制御装置により、ダイ5に対して昇降可能に構成される。ダイホール6に対応する位置に配置されたパンチ4がダイホール6に挿入されると、金型3に挟み込まれた鋼板がダイホール6の形状に従って剪断され打ち抜かれる。なお、パンチ4とダイ5との間には所定間隔の隙間(クリアランスa)が設定される。また、金型3は、板押さえ8を備え、打抜き加工の際に鋼板の端部付近をパンチ4側から押さえることにより、鋼板をダイプレート7に押しつけて拘束する。この板押さえ8には、例えば、ばね等の付勢手段9が設けられている。
本発明は、このように重ね合わせた複数の電磁鋼板(以下、鋼板とも記す)の打抜き加工に際して、積層鉄心(以下、鉄心とも記す)の磁気特性(鉄損)の劣化を抑止するものである。そのために、発明者らは、まず、打抜き加工の際、重ね合わせた(積層した)鋼板間の拘束力の影響に着目した。そして、発明者らは、金型と被加工材料(鋼板)の両方の条件を同時に制御することで鋼板間の拘束力を高め、重ね合わせた状態での打抜き加工における磁気特性(鉄損)の劣化を最小限に抑制することが可能であると考え、本発明に至った。すなわち、複数枚重ね合わせた状態での剪断加工では、個々の鋼板同士は表面の摩擦を介して影響を及ぼし合っているが、通常の条件ではこのような摩擦力は打抜き加工による鉄損の劣化を防止するには不十分である。発明者らは、金型と母材との条件を従来よりも厳密に制御することで、鋼板面間の摩擦力を適正に制御することが可能であると考えた。そこで、発明者らは、このような鋼板面間の摩擦力を利用した拘束力の向上のために、まず打抜き加工時の板押さえが鋼板に及ぼす力に着目し、さらに、鋼板面間の摩擦係数および鋼板と接する金型の面との摩擦係数を適正な範囲に制御しようと考えた。
本実施の形態の打抜き加工処理は、上記の知見に基づいて規定された以下の要件を満たすものである。なお、本実施の形態では、上記式(1)におけるW0の加工方法にワイヤカット方式を採用した。
本実施の形態では、積層鉄心の母材として板厚0.35mm以下の電磁鋼板を使用する。板厚が0.35mmを超えて厚くなると、鉄心の生産効率向上のために複数枚同時に打抜き加工を行うメリットが小さくなる。また、2枚以上の鋼板の合計の板厚が過大となり、積層状態の鉄心の寸法精度を保つことが困難となるとともに、後述する他の要件で打ち抜くことによっても、必ずしも良好な磁気特性が得られなくなる。
一般に、打抜き加工においてクリアランスaが打抜き端部の形状に影響を及ぼすことが知られている。そのため、板厚に応じてクリアランスaを変更する必要がある。複数の鋼板を重ねて打ち抜く場合、クリアランスaの適正値に影響を与えうる因子として、重ね合わされた鋼板それぞれの板厚および複数の鋼板の板厚の合計値とがある。クリアランスaの適正値は、それぞれの寄与を考慮して規定する必要がある。
一般に、打抜き加工用の金型3の板押さえ8は、主として打抜き加工の際の被加工材の跳ね上がりを防止するために使用される。これに対し、本実施の形態では、板押さえ8は、鋼板を重ね合わせて打抜き加工を行う場合に、重ね合わされた鋼板の剪断加工が行われる端部付近の拘束力を増加させるために使用される。そのため、板押さえ8が鋼板に及ぼす圧力を十分確保することで、打抜き加工中の鋼板間の位置のずれや鋼板のダイホール6へ引き込まれる量が軽減され、鋼板の端部の変形量が低減される。その結果、鋼板の磁気特性の劣化が軽減される。そのためには、板押さえ8が鋼板に及ぼす圧力(仮押さえ圧力)を少なくとも0.10MPaとする。板押さえ圧力が0.10MPaを下回ると、打抜き加工中に複数の鋼板同士の拘束力が低下し、打抜き加工中の端部の局所的なずれ量が増加して磁気特性が劣化する。
結晶粒径は無方向性電磁鋼板の磁気特性を支配する重要な因子であり、一般的に結晶粒径が大きいほど鉄損に優れることが知られている。しかしながら、打抜き加工が施される電磁鋼板の結晶粒径が打抜き後の鉄心の磁気特性の劣化に及ぼす影響についてはあまり知られていない(特許文献6,7参照)。
材料の硬度が上昇すると、伸びが小さくなり、剪断加工過程で被加工材の破断が早期に起こる。すると、ダイホール6に被加工材が引き込まれる量が小さくなり、加工端部付近の歪みの蓄積量が小さくなるため、鉄損の劣化が抑止されると考えられる。前述のように、複数の鋼板を重ね合わせた状態での打抜き加工では、ダイホール6へ被加工材(鋼板)が引き込まれる量が増加しやすいため、被加工材の破断を適正に制御することの重要度が、通常の打抜き加工の際と比べて格段に高くなる。
前述にように、本発明では、重ね合わされた複数の鋼板を同時に打ち抜く際に、鋼板間の拘束力を高めることにより得られる効果を利用する。このような効果は、鋼板表面の静摩擦係数を高めることにより得られる。すなわち、重ね合わされて打抜き加工が行われる電磁鋼板の面同士の静摩擦係数を制御する必要がある。異なる電磁鋼板を用いる場合には、電磁鋼板の重ね合わされる面同士で静摩擦係数を評価するのがよい。
本実施の形態では、後述する実施例4に基づいて、鉄心の母材である電磁鋼板の鋼成分として、Si,Al,Mnの含有量を、質量比率でそれぞれ0.5〜6.6%、2.5%以下、0.1〜3.0%とする。これにより、材料のビッカース硬度150以上を満足する素地がつくられるとともに、鋼中の介在物の形成が促進される。ここで、ビッカース硬度による効果については上記のとおりである。また、鋼中介在物の効果については後述する。
本実施の形態では、複数の鋼板を重ね合わせた状態で打抜き加工を行う場合に、上記の要件に加え、後述する実施例4に基づいて、鋼中の粒径0.1〜3.0μmの介在物の個数を1000〜8000個/mm2とする。これにより、打抜き加工後の鉄心の鉄損が低減される。これは、上記の鋼板の硬度についての考察と同様に、打抜き加工中に鋼板がダイホール6中に引き込まれつつ破断する際、介在物が亀裂発生の基点となって鋼板の破断が打抜き加工過程の早期に起こり、打抜き加工後の鉄心に残留する歪みの量が低下するからである。
以上の要件を満たす打抜き加工処理により得られた鉄心素片を積層し、一体化させることで、モータ・発電機用の積層鉄心を製造する。
以下、本発明の実施例について説明する。
母材鋼板として、鋼中に質量比でSi:3.0%、Al:0.8%、Mn:0.7%、P:0.03%を含有する板厚が0.25mmの電磁鋼板コイルを160mm幅にスリット加工した打抜き加工用の鋼帯コイル2本を用意した。図1に示した打抜き加工装置10を用いて、この2枚の鋼帯コイル(C1,C2)に対して同時に打抜き加工を行った(加工方法:2枚重ね打抜き)。打抜かれた鉄心素片に金型3内でカシメを施して、図2に示すブラシレスDCモータ用固定子鉄心(モータコア)を製造した。
母材鋼板として、鋼中のSi、Al,Mn,Pの含有量を変えて結晶粒径が異なる板厚0.35mm、0.25mm、0.20mm、0.15mmの電磁鋼板コイルを、160mm幅にスリット加工した打抜き加工用の鋼帯コイルを用意した。そのうち、組み合わせを変えた2枚の鋼帯コイル(C1,C2)に対して、図1に示した打抜き加工装置10を用いて、同時に打抜き加工を行った。打ち抜かれた鉄心素片の外周部を溶接して、ブラシレスDCモータ用固定子鉄心(モータコア)を製造した。打抜き加工の際のクリアランス(片側)aは25μm(2枚合計の板厚の5%)、板押さえ8が金型3内の材料に与える圧力(板押さえ圧力)は0.35MPaとした。
鋼中に質量比率でSi:3.0%,Al:0.8%,Mn:0.7%,P:0.03%を含有するビッカース硬度(1kg加重測定)195、結晶粒径100μm、板厚0.10mmの電磁鋼板コイルの表面の静摩擦係数を変化させた。静摩擦係数は、クロム酸−樹脂系コーティングの組成(樹脂配合率、ワックス添加量)を変化させることにより変化させた。このような電磁鋼板コイルから160mm幅の鋼帯コイル3本(C1〜C3)を用意した。図1に示した打抜き加工装置10を用いて、3枚同時に打抜き加工を行った(加工方法:打抜き)。打抜かれた鉄心素片に金型3内でカシメを施して、ブラシレスDCモータ用固定子鉄心(モータコア)を製造した。打抜き加工の際のクリアランス(片側)aは15μm(合計の板厚0.35mmの4.3%)、板押さえ圧力は0.06〜0.5MPaとした。
鋼スラブを製造するにあたり脱ガス処理の時間および溶鋼還流速度の調整により鋼中の介在物の大きさと個数とを調整した。ついで、脱ガス処理工程での成分調整により、Si,Al,Mn,その他の元素の含有量を調整した後、連続鋳造、熱間圧延、熱延板焼鈍・酸洗、冷間圧延を行って、板厚を0.15mmとした。その後、仕上げ焼鈍、コーティング塗布により電磁鋼板コイルを製造した。このような電磁鋼板コイルから160mm幅の鋼帯コイル2本(C1,C2)を用意した。
クリアランスの比率は4%となる。
2 ピンチロール
3 金型
4 パンチ
5 ダイ
6 ダイホール
7 ダイプレート
8 板押さえ
9 付勢手段
10 打抜き加工装置
a クリアランス
C 鋼帯コイル(電磁鋼板)
Claims (6)
- 複数の電磁鋼板を重ね合わせた状態で、金型で打ち抜く打抜き加工方法であって、
前記電磁鋼板の板厚を0.35mm以下、ビッカース硬度(試験力1kg)を150〜400、平均結晶粒径を50〜250μmとし、
前記金型のクリアランスを、前記複数の電磁鋼板の板厚のうち最小の板厚の7%以上、かつ前記複数の電磁鋼板の板厚の合計の7%以下とし、
前記金型の板押さえが前記電磁鋼板に及ぼす圧力を0.10MPa以上とすることを特徴とする打抜き加工方法。 - 前記電磁鋼板の板厚を0.25mm以下とすることを特徴とする請求項1に記載の打抜き加工方法。
- 重ね合わせた前記電磁鋼板の面間の静摩擦係数を0.3以上とし、前記電磁鋼板と該電磁鋼板と接する前記金型のダイプレートの表面、および前記電磁鋼板と前記金型の板押さえの表面との間の静摩擦係数を0.3〜0.8とすることを特徴とする請求項1または2に記載の打抜き加工方法。
- 前記電磁鋼板に、質量比率で、Si:0.5〜6.6%、Al:2.5%以下、Mn:0.1〜3.0%を含有させ、結晶粒径0.1〜3.0μmの鋼中の介在物の個数を1000〜8000個/mm2の範囲とすることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の打抜き加工方法。
- 金型を備え、複数の電磁鋼板を重ね合わせた状態で打ち抜く打抜き加工装置であって、
前記電磁鋼板の板厚が0.35mm以下、ビッカース硬度(試験力1kg)が150〜400、平均結晶粒径が50〜250μmであり、
前記金型のクリアランスが、前記複数の電磁鋼板の板厚のうち最小の板厚の7%以上、かつ前記複数の電磁鋼板の板厚の合計の7%以下であり、
前記金型の板押さえが前記電磁鋼板に及ぼす圧力が0.10MPa以上であることを特徴とする打抜き加工装置。 - 請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の打抜き加工方法を用いて打ち抜かれた鉄心素片を積層し一体化させることにより積層鉄心を製造することを特徴とする積層鉄心の製造方法。
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