JP2016159300A - 金属板の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バーリング加工を行う際に、亀裂の発生を抑制することができる金属板の加工方法を提供する。
【解決手段】金属板の加工方法では、金属板Ｐに円形状の加工穴ｐａが形成されるように、金属板Ｐに打ち抜き加工をした後に、加工穴ｐａが形成された金属板Ｐにバーリング加工を行う。打ち抜き加工をしながら、加工穴ｐａが形成される内周面に金属板Ｐの板厚方向に対して所定の角度θを有した筋状の加工痕ｐｔを形成し、加工痕ｐｔが形成された金属板Ｐに対して、バーリング加工を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、金属板に円形状の加工穴が形成されるように打ち抜き加工をした後に、加工穴が形成された金属板にバーリング加工を行うに好適な金属板の加工方法に関する。

従来から、金属板の表面にフランジ部分を形成する際には、バーリング加工が行われている。たとえば、特許文献１には、以下に示す金属板の加工方法が提案されている。ここでは、まず、図５（ａ）に示すように、金属板Ｐに円形状の加工穴ｐａが形成されるように打ち抜き加工を行う。次に、加工穴ｐａが形成された金属板Ｐに対して、先端が円錐状のポンチ９を加工穴ｐａに押し込むことにより、金属板Ｐにバーリング加工を行う。これにより、金属板Ｐの加工穴ｐａの周縁にフランジ部分ｐｄを形成することができる。

特開２０１４−１７２０８９号公報

ところで、図５（ａ）に示すように、金属板Ｐに円形状の加工穴ｐａを形成しようとした際には、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、ダイ９２に金属板Ｐを載置してパンチ９１で、金属板Ｐを打ち抜く。上方からパンチ９１を押し当てながら金属板Ｐを打ち抜こうとした場合、加工穴ｐａが形成される途中で、内周面となる加工面にせん断面ｐｓが形成された後（図６（ａ）参照）、円板ｒが打ち抜かれる際に、加工面に破断面ｐｈが形成される（図６（ｃ）参照）。

バーリング加工で加工穴ｐａに向かってポンチを押し込んだ際には、せん断面ｐｈ近傍を起点として、フランジ部分ｐｄに亀裂が発生することがある。具体的には、図７（ａ），（ｂ）に示すように、加工穴ｐａの接線に対して直角方向（０°方向）に沿った亀裂、または、図７（ａ），（ｃ）に示すように、加工穴ｐａの接線に対して４５°方向に沿った亀裂が発生することがある。

そこで、このような亀裂の発生を低減するため、たとえば延性および強度の高い材料等に金属板の材料を変更することも考えられるが、このような対策を講じたとしても、垂直方向（０°方向）に沿った亀裂は十分に低減することができないことがある。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、バーリング加工を行う際に、亀裂の発生を抑制することができる金属板の加工方法を提供することにある。

前記課題を鑑みて、発明者は鋭意検討を重ねた結果、図６（ｄ）に示すように、打ち抜き加工された金属板Ｐの加工穴ｐａの内周面ｐｆには、加工時に板厚方向（打ち抜き方向）に沿って筋状の加工痕が形成され、特に破断面ｐｈには、せん断面ｐｓに比べて面荒れした筋状の加工痕ｐｔ（複数の凹んだ溝状の疵（溝部））が形成されている点に着眼した。この面荒れした筋状の加工痕ｐｔと、バーリング加工におけるポンチの押し込み方向が一致したときに、バーリング加工時の亀裂の感度が高まり、特に加工穴の接線に対して垂直方向（０°方向）に沿った亀裂が発生しやすいことがわかった。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、本発明に係る金属板の製造方法は、金属板に円形状の加工穴が形成されるように、金属板に打ち抜き加工をした後に、前記加工穴が形成された金属板にバーリング加工を行う金属板の加工方法であって、前記打ち抜き加工をしながら、前記加工穴が形成される内周面に前記金属板の板厚方向に対して所定の角度を有した筋状の加工痕を形成する、または、前記打ち抜き加工後の加工穴の内周面を研磨加工することにより、前記内周面に前記金属板の前記板厚方向に対して所定の角度を有した筋状の加工痕を形成し、前記加工痕が形成された金属板に対して、前記バーリング加工を行うことを特徴とする。

本発明によれば、バーリング加工を行う金属板の加工穴の内周面に、金属板の板厚方向に対して所定の角度を有した筋状の加工痕を形成するので、バーリング加工時における亀裂感度を低減し、穴広げ性を向上することができる。

本発明の実施形態に係る金属板の加工方法に用いる打ち抜き加工装置の模式図である。 図１に示す切り刃具の模式的斜視図である。 （ａ）は図１に示す切り刃具による金属板の打ち抜きを説明するための模式図であり、（ｂ）は金属板の内周面を示した模式図である。 実施例１〜３および比較例１に係る金属板の加工方法における加工痕の角度と穴広げ率との関係を示したグラフである。 （ａ）は打ち抜き加工後の金属板を示した模式的斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す金属板に対してのバーリング加工を説明するための模式的斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は従来の打ち抜き加工を説明するための模式的断面図であり、（ｄ）は従来の打ち抜き加工で形成された金属板の内周面を示した模式的平面図である。 （ａ）はバーリング加工時の亀裂の方向を説明するための図であり、（ｂ）は加工穴の接線に対して垂直方向（０°方向）に沿った亀裂を説明するための図であり、（ｃ）は加工穴の接線に対して垂直方向（４５°方向）に沿った亀裂を説明するための図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る金属板Ｐの加工方法に用いる打ち抜き加工装置１の模式図であり、図２は、図１に示す切り刃具３の模式的斜視図である。図３（ａ）は図１に示す切り刃具３による金属板Ｐの打ち抜きを説明するための模式図であり、図３（ｂ）は金属板Ｐの内周面ｐｆを示した模式図である。

本実施形態に係る金属板Ｐの加工方法は、金属板Ｐに円形状の加工穴が形成されるように打ち抜き加工をし、その後、加工穴が形成された金属板Ｐにバーリング加工を行う方法である。

図１に示すように、バーリング加工を行う前の打ち抜き加工装置１は、鋼板などの金属板Ｐに円形状の加工穴が形成されるように打ち抜き加工を行う装置である。打ち抜き加工装置１は、切り刃具３が取付けられた上型２と、金属板Ｐを載置する下型８と、下型８に載置された金属板Ｐを上方から押さえる押さえ型５と、を備えており、上型２は、下型８に向かって直線的に移動可能となっている。

切り刃具３は、ネジ部４を介して上型２に取付られている。ここで、ネジ部４は、上型２に対して回転自在に取付けられ、切り刃具３に対して回り止めされており、さらに押さえ型５に対して螺合している。これにより、上型２を下方に押し込むとネジ部４が押さえ型５に対して下降しながら回転し、切り刃具３は、下型８に向かって回転軸ＣＬを中心に回転しながら、下型８に向かって直線的に移動する。

さらに、下型８は、ネジ部４により直線的に移動した切り刃具３が、金属板Ｐの載置面からさらに下方に入り込むような構造となっている。これにより、下方に移動した切り刃具３により下型８に載置された金属板Ｐを切り刃具３で打ち抜くことができる。

ここで、切り刃具３は、図２に示すように、ホールソー状の刃具であり、その先端には、その周方向に沿って複数の山刃３１が形成されている。山刃３１には、頂部３１ａから周面に沿って一定の角度（例えば６０°）で軸心（回転軸ＣＬ）に対して傾斜した刃部３１ｂが形成されている。

打ち抜き加工装置１を用いて、以下のようにして金属板Ｐの打ち抜き加工を行う。まず、被加工材となる金属板Ｐを下型８に載置し、押さえ型５と下型８とで金属板Ｐを挟み込む。次に、上型２を下方に押し込むと、ネジ部４が押さえ型５に対して回転しながら下型８に向かって下降し、これに伴い、切り刃具３は下型８に載置された金属板Ｐに向かって回転しながら下降する。

回転しながら降下した切り刃具３の各山刃３１の頂部３１ａは、金属板Ｐに当接する。さらに上型２を押し込むと、図３（ａ）に示すように、刃部３１ｂが、金属板Ｐの板厚方向に対して所定の角度θを以って金属板Ｐを切り込み、金属板Ｐには、図５に示すような円形状の加工穴ｐａが形成される。

この加工穴ｐａの内周面ｐｆには、図３（ｂ）に示すように、せん断面ｐｓと破断面ｐｈが形成され、加工穴ｐａが形成される内周面ｐｆには、金属板Ｐの板厚方向に対して所定の角度θを有した筋状の加工痕ｐｔが形成される。特に、破断面ｐｈでは、せん断面ｐｓに比べて筋状の加工痕ｐｔによる面荒れ度合が大きく、破断面ｐｈには筋状の加工痕ｐｔとして複数の凹んだ溝状の疵（溝部）が形成されることになる。

ここで、金属板Ｐの板厚方向に対する角度θは、中心軸ＣＬに対する刃部３１ｂの角度と、ネジ部４のピッチを調整することにより、設定することができる。本実施形態では、板厚方向に対する角度θを５°以上に設定することが好ましい。特に、板厚方向に対する角度θを４５°を超えるように設定すれば、材料に由来するせん断破壊、すなわち、図７（ｃ）に加工穴ｐａの接線に対して４５°方向に沿った亀裂が発生するのを抑えることができる。

したがって、このような点を鑑みると、例えば、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、金属板Ｐに対して打ち抜き加工を行った後、加工穴ｐａの内周面ｐｆを研磨加工することにより、内周面ｐｆに金属板Ｐの板厚方向に対して角度θを有した筋状の加工痕を形成してもよい。

なお、本発明でいう「金属板の板厚方向に対して所定の角度を有した筋状の加工痕」とは、打ち抜き加工時に加工穴の内周面に形成された打ち抜き加工痕、または、打ち抜き加工後の加工穴の内周面に形成された研磨痕であり、金属板の板厚方向に対して角度θで傾斜した方向に沿った複数の筋（溝）が形成された加工面をいう。

以下に本発明を実施例により説明する。

＜実施例１＞
被加工材となる金属板として、厚さ４ｍｍの５９０ＭＰａ級熱延鋼板を５枚準備し、各金属板に対して、図６（ａ）〜（ｃ）に示すような従来の方法で、直径１０ｍｍの円形状の加工穴が形成されるように、金属板に打ち抜き加工を行った。次に、打ち抜き加工後の加工穴の内周面を、＃１００の研磨紙で研磨加工することにより、内周面に金属板の板厚方向に対して角度３０°を有した筋状の加工痕（研磨傷）を形成した。

次に、加工穴の内周面に筋状の加工痕（研磨傷）が形成された金属板に対して、その加工穴に先端が円錐状のポンチを押し込んで（図５（ｂ）参照）、図７（ｂ），（ｃ）に示すいずれかの亀裂が発生するまでバーリング加工を行った。

亀裂が発生した時点の加工穴の内径ｄ１を測定し、打ち抜き時の加工穴の内径ｄ０と、亀裂が発生した時点の加工穴の内径ｄ１とから、穴広げ率（％）を以下の式を用いて算出した。
穴広げ率（％）＝（ｄ１−ｄ０）／ｄ０×１００

この結果を図４に示す。図４に示す（○）は、加工穴ｐａの接線に対して直角方向（０°方向）に沿った亀裂（０°方向亀裂）である（図７（ｂ）参照）。図４に示す（●）は、加工穴ｐａの接線に対して４５°方向に沿った亀裂（４５°方向亀裂）である（図７（ｃ）参照）。

＜実施例２，実施例３＞
実施例１と同じようにして、５枚の金属板のそれぞれに対して、打ち抜き加工後、研磨加工を行った。実施例２が実施例１と相違する点は、研磨加工時に、内周面に金属板の板厚方向に対して角度４５°を有した筋状の加工痕（研磨傷）を形成した点であり、実施例３が実施例１と相違する点は、研磨加工時に、内周面に金属板の板厚方向に対して角度６０°を有した筋状の加工痕（研磨傷）を形成した点である。実施例１と同じようにして、実施例２および３の金属板に対して、その加工穴に、先端が円錐状のポンチを押し込んでバーリング加工を行い、穴広げ率（％）を測定した。この結果を、図４に示す。

＜比較例１＞
実施例１と同じようにして、５枚の金属板のそれぞれに対して、打ち抜き加工後、研磨加工を行った。比較例１が実施例１と相違する点は、研磨加工時に、内周面に金属板の板厚方向に対して角度０°を有した筋状の加工痕（研磨傷）を形成した点である。実施例１と同じようにして、比較例１の金属板に対して、その加工穴に、先端が円錐状のポンチを押し込んでバーリング加工を行い、穴広げ率（％）を測定した。この結果を、図４に示す。

＜結果＞
図４に示すように、実施例１〜３では、研磨加工時に、内周面に金属板の板厚方向に対して角度をつけて筋状の加工痕（研磨傷）を形成することにより、穴広げ率を５〜１０％向上させることができた。実施例１〜３は、比較例１に比べて０°方向亀裂の発生確率が低くかった。実施例２の場合には、４５°の角度をつけて筋状の加工痕（研磨傷）を形成したので、４５°方向亀裂が発生しやすく、金属板の板厚方向に対して角度を実施例１よりも大きくした割には、穴広げ率の向上率が小さいと言える。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１：打ち抜き加工装置
２：上型
３：切り刃具
４：ネジ部
５：押さえ型
８：下型
３１：山刃
３１ａ：頂部
３１ｂ：刃部
Ｐ：金属板
ｐａ：加工穴
ｐｆ：内周面
ｐｓ：せん断面
ｐｈ：破断面
ｐｔ：加工痕

Claims (1)

1. 金属板に円形状の加工穴が形成されるように、金属板に打ち抜き加工をした後に、前記加工穴が形成された金属板にバーリング加工を行う金属板の加工方法であって、
   前記打ち抜き加工をしながら、前記加工穴が形成される内周面に前記金属板の板厚方向に対して所定の角度を有した筋状の加工痕を形成する、または、前記打ち抜き加工後の加工穴の内周面を研磨加工することにより、前記内周面に前記金属板の前記板厚方向に対して所定の角度を有した筋状の加工痕を形成し、
   前記加工痕が形成された金属板に対して、前記バーリング加工を行うことを特徴とする金属板の加工方法。

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