JP2019177417A - Punch hole formation method and punch hole formation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板に対して穴を打ち抜くパンチ孔形成方法及びパンチ孔形成装置に関する。 The present invention relates to a punch hole forming method and a punch hole forming apparatus for punching holes in a substrate.
孔の打ち抜き対象である被加工材に孔を設ける場合には、一般的に、被加工物をダイスに載せ、パンチにより被加工材に孔を設ける。特許文献1では、被加工物を加熱し、被加工材の変形抵抗を小さくし、つまり変形能を高めて孔の打ち抜きを行う熱間鍛造の技術が開示されている。このように被加工物を加熱すると、加熱された被加工物自体の温度、孔の打ち抜きの際の摩擦等により、パンチの摩耗及び焼損等が生じ、パンチの寿命が低下する。そこで、特許文献1では、パンチ内部に常時、冷却媒体を流動させ、パンチ先端部に冷却媒体を集中的に噴射し、パンチ先端を冷却している。 When a hole is provided in a workpiece to be punched, generally, the workpiece is placed on a die and the hole is provided in the workpiece by punching. Patent Document 1 discloses a hot forging technique in which a workpiece is heated to reduce the deformation resistance of the workpiece, that is, the hole is punched by increasing the deformability. When the workpiece is heated in this manner, the wear of the punch, burnout, and the like occur due to the temperature of the heated workpiece itself, friction when punching holes, and the like, and the life of the punch is reduced. Therefore, in Patent Document 1, a cooling medium is constantly flowed inside the punch, and the cooling medium is intensively injected onto the punch tip to cool the punch tip.
比較的に薄い被加工物の場合、ダイスに載置してパンチをする際にダイス及びパンチにより被加工物の温度が低下し、変形能が低くなるために被加工物に孔を打ち抜くことが困難である。特許文献1では、上記の通り、大きな熱を有する被加工物によってパンチが加熱されて焼損等することを課題として、パンチを冷却している。つまり、ダイス及びパンチ等が被加工物の熱を奪わないようにして、被加工物に孔を打ち抜く方法は特許文献1には開示されていない。 In the case of a relatively thin workpiece, when punching is placed on a die, the temperature of the workpiece is lowered by the die and the punch, and the deformability is lowered, so that a hole may be punched into the workpiece. Have difficulty. In Patent Document 1, as described above, the punch is cooled with the subject that the punch is heated and burnt out by the workpiece having a large heat. That is, Patent Document 1 does not disclose a method for punching holes in a work piece so that a die, a punch, or the like does not take heat from the work piece.
そこで、本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、被加工物を加工具により打ち抜いて孔を形成する際に、加工具により被加工物の温度が低下するのを抑制できるパンチ孔形成方法及びパンチ孔形成装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and when punching a workpiece with a processing tool to form a hole, the punch hole can suppress the temperature of the workpiece from being lowered by the processing tool. An object is to provide a forming method and a punch hole forming apparatus.
本発明に係るパンチ孔形成方法の特徴構成は、
0.01mm以上1mm以下の厚みの板状部材である被加工物をダイスに載置し、パンチにより前記被加工物を厚み方向に打ち抜いて孔を形成する際に、少なくとも孔が形成されている間の前記被加工物の温度を、前記被加工物の打ち抜きが可能な温度TOに維持する点にある。
The characteristic configuration of the punch hole forming method according to the present invention is:
When a workpiece, which is a plate-like member having a thickness of 0.01 mm or more and 1 mm or less, is placed on a die, and the workpiece is punched out in the thickness direction by a punch, holes are formed at least. The temperature of the workpiece in the meantime is maintained at a temperature TO at which the workpiece can be punched.
厚みが0.01mm以上1mm以下と比較的に薄い被加工物がダイスに載置される場合、被加工物の温度はダイスとの接触により低下する可能性がある。一方で、被加工物が比較的に薄板であるため、被加工物は加熱の程度が大きすぎると、被加工物が板状を維持できず反るなど変形する可能性がある。 When a relatively thin workpiece having a thickness of 0.01 mm or more and 1 mm or less is placed on a die, the temperature of the workpiece may be lowered by contact with the die. On the other hand, since the workpiece is a relatively thin plate, if the workpiece is heated too much, the workpiece may not be able to maintain a plate shape and may be deformed.
これらの点を加味し、本特徴構成によれば、ダイスに比較的に薄板である被加工物が載置されている状態で、被加工物の温度を打ち抜きが可能な温度TOに維持する。よって、被加工物の温度の低下を抑制し、変形抵抗(引張り強さ)を小さく維持できる。つまり、被加工物の変形抵抗を小さく維持して変形能を高めたまま、パンチにより容易に被加工物を打ち抜いて孔を形成できる。また、孔を形成する時の抵抗が小さいため、比較的に薄板の被加工物そのものの変形を抑制しつつ、所望の孔径の孔を精度よく形成できる。さらに、温度TOは、被加工物を打ち抜き可能な温度であり、被加工物そのものの形状を変形させる温度ではないことからも、被加工物そのものの形状の変形を抑制できる。
また、被加工物の変形抵抗が小さいため、パンチの座屈の虞も回避可能である。
In consideration of these points, according to this characteristic configuration, the temperature of the workpiece is maintained at a temperature TO at which punching can be performed while the workpiece, which is a relatively thin plate, is placed on the die. Therefore, a decrease in the temperature of the workpiece can be suppressed, and the deformation resistance (tensile strength) can be kept small. That is, it is possible to easily punch a workpiece by a punch and form a hole while keeping the deformation resistance of the workpiece small and improving the deformability. In addition, since the resistance when forming the hole is small, it is possible to accurately form a hole having a desired hole diameter while suppressing deformation of the relatively thin workpiece. Furthermore, since the temperature TO is a temperature at which the workpiece can be punched and is not a temperature at which the shape of the workpiece itself is deformed, deformation of the shape of the workpiece itself can be suppressed.
Further, since the deformation resistance of the workpiece is small, the possibility of punch buckling can be avoided.
本発明に係るパンチ孔形成方法の更なる特徴構成は、前記パンチが、前記温度TOの前記被加工物を打ち抜く際に前記被加工物に掛ける荷重は、所定値以下である点にある。 A further characteristic configuration of the punch hole forming method according to the present invention is that a load applied to the workpiece when the punch punches the workpiece at the temperature TO is not more than a predetermined value.
本特徴構成によれば、被加工物が打ち抜きの可能な温度TOに維持されることで、被加工物の変形抵抗が低下される。そして、被加工物の変形抵抗が低下することで、パンチにより被加工物を打ち抜く際の荷重(パンチの打抜刃に作用する圧縮応力)が所定値以下となる。ここで、大きな荷重を掛けて被加工物を打ち抜くと、打ち抜きの際に、孔の形成位置及びその周囲も含めて、被加工物が打ち抜き方向に引っ張られ、被加工物が変形する可能性がある。被加工物を温度TOに維持して孔を形成する際の荷重(圧縮応力)を所定値以下にできることで、比較的に薄板の被加工物そのものの変形を抑制しつつ、所望の孔径の孔を精度よく形成できる。 According to this feature, the deformation resistance of the workpiece is reduced by maintaining the workpiece at a temperature TO at which punching can be performed. Then, the deformation resistance of the workpiece decreases, so that the load when the workpiece is punched by the punch (compressive stress acting on the punching blade of the punch) becomes a predetermined value or less. Here, if a workpiece is punched by applying a large load, the workpiece may be pulled in the punching direction, including the position where the hole is formed and its surroundings, and the workpiece may be deformed. is there. By maintaining the workpiece at the temperature TO and forming a hole (compressive stress) at a predetermined value or less, a hole having a desired hole diameter can be suppressed while suppressing deformation of the thin workpiece itself. Can be formed with high accuracy.
前記パンチが被加工物に孔を形成する際に前記温度TOに維持された被加工物に掛ける荷重は、前記パンチが室温の被加工物に孔を形成する際に必要な荷重の10%以上30%以下である点にある。 When the punch forms a hole in the workpiece, the load applied to the workpiece maintained at the temperature TO is 10% or more of the load required when the punch forms a hole in the workpiece at room temperature. It is in the point which is 30% or less.
本特徴構成によれば、被加工物を温度TOに維持した状態で、孔を形成する際に必要な荷重を、室温で被加工物に孔を形成する際に必要な荷重よりも十分に小さくできる。よって、比較的に薄板の被加工物そのものの変形を抑制しつつ、所望の孔径の孔を精度よく形成できる。 According to this characteristic configuration, the load required when forming the hole while the workpiece is maintained at the temperature TO is sufficiently smaller than the load required when forming the hole in the workpiece at room temperature. it can. Therefore, it is possible to accurately form a hole having a desired hole diameter while suppressing deformation of the relatively thin workpiece itself.
本発明に係るパンチ孔形成方法の更なる特徴構成は、前記温度TOは、300℃以上950℃以下である点にある。 A further characteristic configuration of the punch hole forming method according to the present invention is that the temperature TO is 300 ° C. or higher and 950 ° C. or lower.
本特徴構成によれば、300℃以上950℃以下に被加工物の温度TOを維持することで、薄板の被加工物そのものの変形を抑制しつつ、所望の孔径の孔を精度よく形成できる。 According to this characteristic configuration, by maintaining the temperature TO of the workpiece at 300 ° C. or more and 950 ° C. or less, it is possible to accurately form a hole having a desired hole diameter while suppressing deformation of the thin plate workpiece itself.
本発明に係るパンチ孔形成方法の更なる特徴構成は、温度TDに加熱されたダイスに前記被加工物が載置されることで前記被加工物が温度TOに維持される点にある。 A further characteristic configuration of the punch hole forming method according to the present invention resides in that the workpiece is maintained at the temperature TO by placing the workpiece on a die heated to a temperature TD.
従来から、ダイス及びパンチは、加熱により焼損等が生じ寿命が低下することが問題として挙げられている。そのため、ダイス等を加熱した上で被加工物を打ち抜くとの発想自体が取り挙げられてこなかった。本特徴構成によれば、被加工物の厚みが比較的に薄いため、予熱のされていないダイスに被加工物を載置すると即座に温度が低下してしまうことに着目し、これまでの手法とは全く異なる方法として、ダイスを温度TDに加熱する。そして、この加熱されたダイスに被加工物を載置することで、この加熱されたダイスからの熱伝導及び輻射等による伝熱によって、被加工物が温度TOに維持される。 Conventionally, dies and punches have been cited as a problem that they are burned by heating and have a reduced life. For this reason, the idea itself of punching a workpiece after heating a die or the like has not been cited. According to this feature configuration, the thickness of the workpiece is relatively thin, so paying attention to the fact that the temperature immediately drops when the workpiece is placed on a die that has not been preheated. As a completely different method, the die is heated to a temperature TD. Then, by placing the workpiece on the heated die, the workpiece is maintained at the temperature TO by heat transfer from the heated die by heat conduction, radiation, or the like.
本発明に係るパンチ孔形成方法の更なる特徴構成は、温度TPに加熱されたパンチにより前記被加工物が打ち抜かれることで前記被加工物が温度TOに維持される点にある。 A further characteristic configuration of the punch hole forming method according to the present invention is that the workpiece is maintained at the temperature TO by being punched by the punch heated to the temperature TP.
従来はパンチの寿命を考慮してパンチを加熱することはなかったが、本特徴構成によれば、被加工物の厚みが比較的に薄いことに着目し、パンチを温度TPに加熱する。そして、この加熱されたパンチによって、ダイスに載置された被加工物が打ち抜かれる。被加工物は、ダイスからの伝熱だけでなく、打ち抜かれて孔が形成される際にパンチと接触し、加熱されたパンチからの熱伝導及び輻射等による伝熱によっても温度TOに維持される。 Conventionally, the punch is not heated in consideration of the life of the punch. However, according to this characteristic configuration, the punch is heated to the temperature TP by paying attention to the fact that the workpiece is relatively thin. Then, the workpiece placed on the die is punched by the heated punch. The work piece is maintained at the temperature TO not only by heat transfer from the die but also by heat transfer by heat conduction and radiation from the heated punch when it is punched to form a hole. The
本発明に係るパンチ孔形成方法の更なる特徴構成は、孔径に対する前記被加工物の厚みの比(厚み/孔径)であるアスペクト比を従来のパンチ孔形成方法の限界値よりも大きくする点にある。アスペクト比を大きくすることは、被加工物を例えばフィルタに使う場合、その強度が増すため使用範囲が広くなり有利となるためアスペクト比は、2以上が好ましく、3以上がより好ましく、5以上がさらに好ましい。なお、アスペクト比があまり大きいとパンチやダイスの強度や耐久性に課題が生じるため、30以下が好ましく、20以下であるとより好ましく、15以下であるとさらに好ましい。 A further characteristic configuration of the punch hole forming method according to the present invention is that the aspect ratio, which is the ratio of the thickness of the workpiece to the hole diameter (thickness / hole diameter), is larger than the limit value of the conventional punch hole forming method. is there. Increasing the aspect ratio means that when the work piece is used for a filter, for example, the strength is increased and the range of use is widened, which is advantageous. Therefore, the aspect ratio is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, and more preferably 5 or more. Further preferred. If the aspect ratio is too large, there will be problems with the strength and durability of the punch or die, so it is preferably 30 or less, more preferably 20 or less, and even more preferably 15 or less.
比較的に薄板の被加工物は、打ち抜きの際に、パンチにより容易に被加工物を打ち抜くことが可能な温度TOに維持されており、変形抵抗が小さく維持されている。よって、被加工物の変形抵抗を小さく維持して変形能を高めたまま、かつ、被加工物そのものの形状の変形を抑制しつつ、パンチにより容易に被加工物を打ち抜くことができる。そのため、本特徴構成のようにアスペクト比が2以上30以下の孔を、比較的に薄板の被加工物の打ち抜きにより形成できる。前記薄板の厚みの範囲は、加工の経済性により、下限については0.01mm以上が好ましく、0.05mm以上がより好ましく、0.1mm以上が更に好ましい。なお、上限については1mm以下が好ましく、0.75mm以下がより好ましく、0.5mm以下が更に好ましい。 A relatively thin workpiece is maintained at a temperature TO at which punching can be easily performed by punching, and the deformation resistance is kept small. Therefore, the workpiece can be easily punched out by the punch while keeping the deformation resistance of the workpiece small and improving the deformability and suppressing the deformation of the shape of the workpiece itself. Therefore, holes having an aspect ratio of 2 to 30 can be formed by punching a relatively thin workpiece as in this feature configuration. The thickness range of the thin plate is preferably 0.01 mm or more, more preferably 0.05 mm or more, and even more preferably 0.1 mm or more for the lower limit, depending on the economics of processing. In addition, about an upper limit, 1 mm or less is preferable, 0.75 mm or less is more preferable, and 0.5 mm or less is still more preferable.
本発明に係るパンチ孔形成方法の更なる特徴構成は、前記孔径の範囲が、上限については、従来のパンチ形成方法では困難となる1mm以下である点にある。なお、パンチやダイスの製造における難度とコストの観点から、下限については0.005mm以上が好ましく、0.01mm以上がより好ましく、0.02mm以上が更に好ましい。 A further characteristic configuration of the punch hole forming method according to the present invention is that the upper limit of the hole diameter is 1 mm or less, which is difficult with the conventional punch forming method. In addition, from the viewpoint of difficulty and cost in manufacturing punches and dies, the lower limit is preferably 0.005 mm or more, more preferably 0.01 mm or more, and further preferably 0.02 mm or more.
本発明に係るパンチ孔形成方法の更なる特徴構成は、前記被加工物に前記孔を複数形成する点にある。被加工物をフィルタなどの濾過目的で使用する場合などは、前記孔が多いほどフィルタの圧力損失が低減するため有利である。一方、パンチ孔形成の原理が、パンチによるせん断力によって被加工物に前記孔を形成するため、隣り合う前記孔の間隔が狭すぎる場合は被加工物の前記孔の間に著しい変形や割れなどの不具合が発生することがある。このことから、隣り合う前記孔の間隔はパンチ孔径の2倍以上であると好ましく、3倍以上であるとより好ましく、4倍以上であると更に好ましい。 A further characteristic configuration of the punch hole forming method according to the present invention is that a plurality of the holes are formed in the workpiece. When the workpiece is used for the purpose of filtration such as a filter, the more the holes, the more advantageous the pressure loss of the filter. On the other hand, the principle of punch hole formation is that the hole is formed in the workpiece by the shearing force of the punch, so that if the interval between adjacent holes is too narrow, significant deformation or cracking between the holes of the workpiece May occur. From this, the interval between the adjacent holes is preferably 2 times or more of the punch hole diameter, more preferably 3 times or more, and further preferably 4 times or more.
本発明に係るパンチ孔形成方法の更なる特徴構成は、前記被加工物は、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレスなどの耐熱金属材料の中から選択されたいずれかの材料で形成され、一方、パンチやダイスの加工材料が加工温度にて被加工材料よりも10倍以上の強度を有する材料によって形成されている点にある。
A further characteristic configuration of the punch hole forming method according to the present invention is that the workpiece is formed of any material selected from heat-resistant metal materials such as ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, martensitic stainless steel, and the like. On the other hand, the processing material for punches and dies is formed of a material having a
被加工物が本特徴構成のような材料で形成されていることで、例えば、耐熱性、耐酸化性及び低コストの少なくともいずれかを満たす被加工物に所望の孔を容易に形成できる。よって、このような被加工物を、例えば燃料電池セルの各種電極及び電解質を積層するための基板及び複数の細孔を有するフィルタ等に好適に用いることができる。 Since the workpiece is formed of a material having this characteristic configuration, for example, desired holes can be easily formed in the workpiece satisfying at least one of heat resistance, oxidation resistance, and low cost. Therefore, such a workpiece can be suitably used for, for example, a substrate for stacking various electrodes and electrolytes of a fuel battery cell, a filter having a plurality of pores, and the like.
本発明に係るパンチ孔形成方法の更なる特徴構成は、前記パンチ及び前記ダイスの少なくともいずれかは、セラミックス及びタングステンの少なくともいずれかを含む超硬材料から形成されている点にある。 A further characteristic configuration of the punch hole forming method according to the present invention is that at least one of the punch and the die is formed of a super hard material containing at least one of ceramics and tungsten.
本特徴構成によれば、パンチ及びダイスの少なくともいずれかが、硬度が比較的に高い所定の材料で形成される。よって、被加工物を打ち抜いて孔が形成される際に、パンチ及びダイスが加熱されても、加熱により変形等せず、打ち抜きの際の荷重によっても変形等しないため好ましい。 According to this characteristic configuration, at least one of the punch and the die is formed of a predetermined material having a relatively high hardness. Therefore, it is preferable that when the hole is formed by punching the workpiece, even if the punch and the die are heated, they are not deformed by heating and are not deformed by the load at the time of punching.
本発明に係るパンチ孔形成方法の更なる特徴構成は、前記パンチにより前記被加工物を打ち抜いた後、前記パンチに冷却用気体を吹き付ける点にある。 A further characteristic configuration of the punch hole forming method according to the present invention is that a cooling gas is blown onto the punch after the workpiece is punched out by the punch.
パンチにより被加工物を打ち抜くと摩擦によりパンチの温度が上昇する。本特徴構成によれば、パンチに冷却用気体を吹き付けることで、パンチの過度の温度上昇を抑制する。これにより、パンチの焼損や酸化による寿命の低下を抑制する。 When a workpiece is punched out by a punch, the temperature of the punch rises due to friction. According to this characteristic configuration, an excessive temperature rise of the punch is suppressed by blowing the cooling gas onto the punch. As a result, the life of the punch due to burnout or oxidation is suppressed.
本発明に係るパンチ孔形成方法の更なる特徴構成は、前記冷却用気体は、酸素を含まない炭酸ガス、窒素及びアルゴンの少なくともいずれかがである点にある。 A further characteristic configuration of the punch hole forming method according to the present invention is that the cooling gas is at least one of carbon dioxide, oxygen and nitrogen not containing oxygen.
本特徴構成によれば、冷却用気体が炭酸ガス、窒素及びアルゴンの少なくともいずれかであるので、パンチの腐食を抑制できる。 According to this feature configuration, since the cooling gas is at least one of carbon dioxide, nitrogen, and argon, corrosion of the punch can be suppressed.
本発明に係るパンチ孔形成方法の更なる特徴構成は、
前記パンチは、
所定の厚みを有する板状のパンチ本体と、
前記パンチ本体の前記被加工物と対向する対向面から突出して延び、前記被加工物に孔をあける打抜刃と、
前記パンチ本体の対向する二面のうち、前記打抜刃の突出方向とは反対側の面に位置する基部と、前記基部から前記打抜刃の突出方向に前記パンチ本体を貫通し、前記パンチ本体の厚みよりも長く延びるストリッパーピンとを有するストリッパー部材と、を含み、
前記パンチにより前記被加工物を打ち抜く際には、前記ストリッパーピンが前記対向面から突出しないように退避されており、
前記パンチにより前記被加工物を打ち抜いた後、前記ストリッパーピンの先端が前記対向面から突出して前記被加工物を押圧することにより、前記パンチ本体とともに前記打抜刃が前記被加工物から引き抜かれる点にある。
A further characteristic configuration of the punch hole forming method according to the present invention is:
The punch is
A plate-like punch body having a predetermined thickness;
A punching blade that protrudes and extends from an opposing surface of the punch body that faces the workpiece, and that forms a hole in the workpiece;
Of the two opposing surfaces of the punch body, a base located on a surface opposite to the projecting direction of the punching blade, and the punch body penetrates the punch body from the base in the projecting direction of the punching blade. A stripper member having a stripper pin extending longer than the thickness of the main body,
When punching out the workpiece by the punch, the stripper pin is retracted so as not to protrude from the facing surface,
After punching out the workpiece by the punch, the tip of the stripper pin protrudes from the facing surface and presses the workpiece, whereby the punching blade together with the punch body is pulled out from the workpiece. In the point.
本特徴構成によれば、薄板の被加工物を打ち抜いた場合、ストリッパーピンにより被加工物を押さえることで、被加工物から打抜刃を容易に引き抜くことができる。 According to this characteristic configuration, when a thin workpiece is punched, the punching blade can be easily pulled out of the workpiece by pressing the workpiece with the stripper pin.
本発明に係るパンチ孔形成装置の特徴構成は、
上記のパンチ孔形成方法を用いて、前記被加工物に孔を形成するパンチ孔形成装置であって、
前記被加工物が載置されるダイスと、
前記ダイスに載置された被加工物を、前記被加工物を厚み方向に打ち抜いて孔を形成するパンチと、
孔が形成されている間の前記被加工物の温度を、前記被加工物の打ち抜きが可能な温度TOに維持する制御を行う制御部と、を備える点にある。
The characteristic configuration of the punch hole forming apparatus according to the present invention is:
A punch hole forming apparatus for forming a hole in the workpiece using the punch hole forming method described above,
A die on which the workpiece is placed;
A punch that forms a hole by punching the workpiece placed on the die in the thickness direction;
And a control unit that performs control to maintain the temperature of the workpiece while the hole is formed at a temperature TO at which the workpiece can be punched.
本特徴構成によれば、ダイスに比較的に薄板である被加工物が載置されている状態で、被加工物の温度を打ち抜きが可能な温度TOに維持する。よって、被加工物の温度の低下を抑制し、変形抵抗(引張り強さ)を小さく維持できる。つまり、被加工物の変形抵抗を小さく維持して変形能を高めたまま、パンチにより容易に被加工物を打ち抜いて孔を形成できる。また、孔を形成する時の抵抗が小さいため、比較的に薄板の被加工物そのものの変形を抑制しつつ、所望の孔径の孔を精度よく形成できる。さらに、温度TOは、被加工物を打ち抜き可能な温度であり、被加工物そのものの形状を変形させる温度ではないことからも、被加工物そのものの形状の変形を抑制できる。
また、被加工物の変形抵抗が小さいため、パンチの座屈の虞も回避可能である。
According to this characteristic configuration, the temperature of the workpiece is maintained at a temperature TO at which punching can be performed while the workpiece, which is a relatively thin plate, is placed on the die. Therefore, a decrease in the temperature of the workpiece can be suppressed, and the deformation resistance (tensile strength) can be kept small. That is, it is possible to easily punch a workpiece by a punch and form a hole while keeping the deformation resistance of the workpiece small and improving the deformability. In addition, since the resistance when forming the hole is small, it is possible to accurately form a hole having a desired hole diameter while suppressing deformation of the relatively thin workpiece. Furthermore, since the temperature TO is a temperature at which the workpiece can be punched and is not a temperature at which the shape of the workpiece itself is deformed, deformation of the shape of the workpiece itself can be suppressed.
Further, since the deformation resistance of the workpiece is small, the possibility of punch buckling can be avoided.
〔実施形態〕
以下に、図1〜図3を用いて、本実施形態に係るパンチ孔形成装置及びパンチ孔形成方法について説明する。
(1)パンチ孔形成装置
まずパンチ孔形成装置100について以下に説明する。
パンチ孔形成装置100は、孔を形成する対象である被加工物Oが載置されるダイス10と、ダイス10に載置されている被加工物Oを打ち抜いて孔を形成するパンチ20と、被加工物Oからの打抜刃23の引き抜きを容易にするためのストリッパー部材50と、パンチ20の打抜刃23を冷却するための冷却装置60と、被加工物Oを打ち抜いて孔を形成する際の各種制御を行う制御部30とを備えている。
Embodiment
Hereinafter, a punch hole forming apparatus and a punch hole forming method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
(1) Punch hole forming apparatus First, the punch
The punch
本実施形態の被加工物Oは、0.01mm以上約1mm以下の厚みを有する、比較的に薄い板状部材である。そして、被加工物Oは、図2に示すように、パンチ孔形成装置100にセットされて打ち抜かれることで、被加工物Oを貫通する複数の孔が一度に形成される。これらの複数の孔は、本実施形態では、アスペクト比が2以上と大きい。
なお、アスペクト比は、孔径に対する被加工物Oの厚みの比(厚み/孔径)である。本実施形態では、孔径は例えば0.005mm以上0.5mm以下であり、孔のピッチはパンチ孔径の4倍以上である。
The workpiece O of this embodiment is a relatively thin plate-like member having a thickness of 0.01 mm or more and about 1 mm or less. Then, as shown in FIG. 2, the workpiece O is set in a punch
The aspect ratio is the ratio of the thickness of the workpiece O to the hole diameter (thickness / hole diameter). In this embodiment, the hole diameter is, for example, 0.005 mm or more and 0.5 mm or less, and the hole pitch is four times or more the punch hole diameter.
また、被加工物Oは、これに限定されないが、例えば、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレスなどの耐熱金属材料の中から選択されたいずれかの材料で形成されている。被加工物Oがこのような材料で形成されていることで、例えば、耐熱性、耐酸化性及び低コストの少なくともいずれかを満たす被加工物Oに所望の孔を形成できる。よって、このような被加工物Oを、例えば燃料電池セルの各種電極及び電解質を積層するための基板及び複数の細孔を有するフィルタ等に好適に用いることができる。 Further, the workpiece O is not limited to this, but is formed of any material selected from heat-resistant metal materials such as ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, and martensitic stainless steel. By forming the workpiece O from such a material, for example, desired holes can be formed in the workpiece O satisfying at least one of heat resistance, oxidation resistance, and low cost. Therefore, such a workpiece O can be suitably used for, for example, a substrate for laminating various electrodes and electrolytes of a fuel cell and a filter having a plurality of pores.
上述のようにアスペクト比が2以上と大きい複数の孔を被加工物Oに一度に形成するために、本実施形態では、制御部30は、被加工物Oを温度TOに維持した状態で、ダイス10に載置された被加工物Oをパンチ20により打ち抜いて孔を形成するように制御する。この場合、制御部30は、ダイス10及びパンチ20を加熱することで、被加工物Oを温度TOに維持するように制御する。
As described above, in order to form a plurality of holes having a large aspect ratio of 2 or more in the workpiece O at a time, in the present embodiment, the
なお、ダイス10は所定位置に固定されており、移動可能なパンチ20が、ダイス10に載置された被加工物Oに向かって下降移動されることで、パンチ20によりダイス10上の被加工物Oに孔が形成される。
The
パンチ20は、概ね板状であるパンチ本体21と、パンチ本体21から突出する複数の打抜刃23とを備えている。パンチ本体21は、ダイス10と対向する側に板状面であるパンチ下面(対向面)21aと、反対側のパンチ上面21bとを有している。複数の打抜刃23は、パンチ下面21aからダイス10側の下方に突出するように形成されている。
The
打抜刃23は、図3に示すように、例えば円筒状の本体部分23aと、本体部分23aから先端に行くほど狭まる先端部分23bとを有している。打抜刃23の本体部分23aの径は、被加工物Oの0.005mm以上0.5mm以下の孔径に対応して、孔径と概ね同程度である。また、パンチ本体21に形成されている複数の打抜刃23のピッチは、孔のピッチであるパンチ孔径の4倍以上である。このような孔径及びピッチの複数の打抜刃23が、例えば行及び列に沿って正方格子の格子点に配置されている。
As shown in FIG. 3, the
この複数の打抜刃23は、パンチ20がダイス10に向かって近づけられると、図2、図3等に示されるようにダイス10に設けられた挿入孔13に挿入される。
When the
また、パンチ20は、パンチ本体21を所定の温度TPに加熱するパンチ用ヒータ25を備えている。パンチ用ヒータ25は、例えばパンチ本体21の内部に設けられており、パンチ本体21及び打抜刃23を温度TPに加熱する。この場合、パンチ用ヒータ25は、被加工物Oと接触するパンチ下面21aと打抜刃23とを加熱してもよい。あるいは、パンチ用ヒータ25は、少なくとも、被加工物Oを打ち抜く際に接触する打抜刃23を温度TPに加熱してもよい。
以下では、パンチ20において、パンチ本体21全体、パンチ本体21のうちパンチ下面21a及び打抜刃23のうち少なくともいずれかの加熱を、パンチ20の加熱というものとする。
The
Hereinafter, in the
ダイス10は、被加工物Oが載置される概ね板状であるダイス本体11を備えている。ダイス本体11は、ダイス10と対向する側に板状面であるダイス上面11aと、反対側のダイス下面11bを有している。また、ダイス本体11には、ダイス上面11aからダイス下面11bをまで貫通する複数の挿入孔13が形成されている。複数の挿入孔13それぞれは、複数の打抜刃23に対応した位置に形成されており、複数の打抜刃23が挿入される。
The
また、ダイス10は、ダイス本体11を所定の温度TDに加熱するダイス用ヒータ15を備えている。ダイス用ヒータ15は、例えばダイス本体11の内部に設けられており、ダイス本体11を温度TDに加熱する。この場合、ダイス本体11の加熱により挿入孔13の内部の内表面もまた温度TDに加熱される。あるいは、ダイス用ヒータ15は、被加工物Oが載置されるダイス上面11a及び挿入孔13の内表面の少なくともいずれかを加熱してもよい。
以下では、ダイス10において、ダイス本体11全体、ダイス本体11のうちダイス上面11a及び挿入孔13の内表面のうち少なくともいずれかの加熱を、ダイス10の加熱というものとする。
Further, the
Hereinafter, in the
また、ダイス上面11a上には、小突起17(図3)が形成されている。小突起17は、ダイス上面11aから上方に突出するように形成されている。その突出の程度は、ダイス上面11aに載置された被加工物Oが所定位置からずれないように、また被加工物Oに損傷を与えない程度の高さである。また、小突起17の形状は、被加工物Oに損傷を与えない形状が好ましい。小突起17の形成位置は、例えば、図1等に示すように、挿入孔13に隣接する部位である。小突起17は、被加工物Oをダイス上面11aの所定位置からずれない程度に設けられていればよく、挿入孔13の全てに対応して設けられている必要はない。
A small protrusion 17 (FIG. 3) is formed on the die
このようなダイス10及びパンチ20の少なくともいずれかは、これに限定されないが、セラミックス及びタングステンの少なくともいずれかを含む超硬材料から形成されている。パンチ20及びダイス10の少なくともいずれかが、硬度が比較的に高い所定の材料で形成される。よって、被加工物Oを打ち抜いて孔が形成される際に、パンチ20及びダイス10が加熱されても、加熱により変形等せず、打ち抜きの際の荷重によっても変形等しないため好ましい。
また、被加工物Oの材料としてフェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレスなどの耐熱金属材料の材料が選択された場合においても、ダイス10及びパンチ20は、前述の材料で形成されることによって、被加工物Oを打ち抜くための適切な荷重を負荷できる強度がある。
At least one of the
Further, even when a heat resistant metal material such as ferritic stainless steel, austenitic stainless steel, martensitic stainless steel or the like is selected as the material of the workpiece O, the
制御部30は、被加工物Oの温度を、アスペクト比が2以上30以下である孔の打ち抜きが可能な温度TOに維持するように制御する。より具体的には、制御部30は、パンチ20により被加工物Oを、板状部材の厚み方向に打ち抜いて孔を形成する際に、少なくとも孔が形成されている間、被加工物Oを温度TOに維持する。
この場合、制御部30は、被加工物Oを打ち抜く前に、ダイス用ヒータ15をONにし、ダイス10を温度TDに加熱する。ここで、温度TDは、被加工物Oがダイス10に載置された場合に、被加工物Oを温度TOに維持可能な温度である。温度TO<温度TDの関係にあると、より高温のダイス10によって被加工物を温度TOに維持し易く好ましい。
The
In this case, the
また、制御部30は、被加工物Oを打ち抜く前に、パンチ用ヒータ25をONにし、パンチ20を温度TPに加熱する。ここで、温度TPは、ダイス10に載置された被加工物Oをパンチ20により打ち抜く場合に、被加工物Oを温度TOに維持可能な温度である。温度TO<温度TPの関係にあると、より高温のパンチ20によって被加工物Oを温度TOに維持し易く好ましい。
Further, before punching out the workpiece O, the
なお、ダイス10の温度TD、パンチ20の温度TP及び被加工物Oの温度TOは、ある一点の温度であってもよいし、幅を有していてもよい。また、温度TD、温度TP及び温度TOは、これらの材料によるが、被加工物Oが例えば燃料電池を形成する際に用いる基板の場合等は、300℃以上950℃以下の範囲内にある。この範囲内で各種温度を設定することで、薄板の被加工物Oそのものの変形を抑制しつつ、所望の孔径の孔を精度よく形成できる。
Note that the temperature TD of the die 10, the temperature TP of the
以上のようにダイス10及びパンチ20の加熱により被加工物Oの温度が温度TOに維持される。これにより、パンチ20が被加工物Oを打ち抜く際に、パンチ20が温度TOの被加工物Oに掛ける荷重が所定値以下となる。パンチ20が温度TOの被加工物Oを打抜くのに必要な荷重は、パンチ20が室温の被加工物Oを打抜くのに必要な荷重の例えば10%以上30%以下である。
As described above, the temperature of the workpiece O is maintained at the temperature TO by heating the
冷却装置60は、ダイス10に載置された被加工物Oが打抜刃23により打ち抜かれて孔が形成された後、打抜刃23が被加工物Oから引き抜かれると、打抜刃23に冷却用気体を吹き付ける。冷却用気体は、これに限定されないが、例えば炭酸ガス、窒素及びアルゴン等が挙げられる。
When the workpiece O placed on the
図3に示すように、ストリッパー部材50は、パンチ本体21のパンチ上面21b側に位置する基部51と、基部51から打抜刃23の突出方向に延びてパンチ本体21を貫通しており、パンチ本体21の厚みよりも長く延びているストリッパーピン53とを有する。なお、ストリッパーピン53の長さは、パンチ本体21の厚みと、打抜刃23の突出方向の長さとを足した長さ程度であると好ましい。また、ストリッパーピン53は、打抜刃23を概ね中央に挟んで、一対のストリッパーピン53aとストリッパーピン53bとを有する。ストリッパーピン53は、それが延びる方向に沿って、パンチ本体21内を摺動可能である。ストリッパー部材50の使用例については後述する。
As shown in FIG. 3, the
(2)パンチ孔形成方法
次に、上記パンチ孔形成装置100を用いたパンチ孔形成方法について主に図3を用いて説明する。
まず、0.01mm以上1mm以下の厚みを有する、比較的に薄い板状部材である被加工物Oを準備する。被加工物Oに形成される孔は、孔径が0.005mm以上0.5mm以下であり、ピッチがパンチ孔径の4倍以上である。そして、孔のアスペクト比は、2以上30以下である。
(2) Punch Hole Forming Method Next, a punch hole forming method using the punch
First, a workpiece O that is a relatively thin plate-like member having a thickness of 0.01 mm to 1 mm is prepared. The holes formed in the workpiece O have a hole diameter of 0.005 mm or more and 0.5 mm or less, and a pitch that is four times or more the punch hole diameter. And the aspect ratio of a hole is 2-30.
(2−1)図3の(i)
被加工物Oを打ち抜いて孔を形成するにあたって、制御部30は、被加工物Oを打ち抜く前に、ダイス用ヒータ15をONにしダイス10を温度TDに加熱し、パンチ用ヒータ25をONにしパンチ20を温度TPに加熱する。
(2-1) (i) in FIG.
In forming the hole by punching the workpiece O, the
例えば、制御部30は、被加工物Oへの孔の打ち抜き作業を開始する旨の命令を作業者及び別途の装置から受け取ると、ダイス10及びパンチ20を加熱してもよい。
For example, the
そして、制御部30は、ダイス10及びパンチ20が所定の温度に達すると、例えば音や映像等で報知して、作業者に被加工物Oをダイス10に載せる準備ができたことを知らせる。報知を受けて、作業者はダイス10に被加工物Oを載置する。
あるいは、制御部30は、ダイス10及びパンチ20が所定の温度に達すると、所定位置に準備されている被加工物Oをロボットアーム等でダイス10に載置してもよい。
Then, when the
Alternatively, when the
図3の(i)では、所定位置に固定されたダイス10のダイス上面11aに、所定の孔の形成位置に応じて被加工物Oが載置されている。そして、ダイス上面11aに載置された被加工物Oに対向して、パンチ下面21aが対向するようにパンチ20が配置されている。この場合、パンチ下面21aから突出する打抜刃23と、ダイス10の挿入孔13とが対向するように配置されている。
In (i) of FIG. 3, the workpiece O is placed on the die
パンチ20により被加工物Oの打ち抜きを開始する前の段階の図3の(i)と、次に、パンチ20により被加工物Oを打ち抜いている段階の図3(ii)では、ストリッパー部材50は退避位置に位置付けられている。つまり、ストリッパー部材50は、パンチ20により被加工物Oを打ち抜く際には、一対のストリッパーピン53aとストリッパーピン53bは、基部51がパンチ上面21bの上方に引き上げられるのに応じて、パンチ下面21aから突出しないようにパンチ本体21内に退避されている。よって、パンチ下面21aからは、打抜刃23のみが突出している。
The
(2−2)図3の(i)から(ii)
図3の(i)の状態において、固定位置のダイス10に載置された被加工物Oにパンチ20を近づけていき、図3の(ii)に示すように、打抜刃23により被加工物Oを打ち抜いて孔を形成する。図1、図2に示すように、複数の打抜刃23により被加工物Oには複数の孔が同時に形成される。孔の打ち抜きにより生じた打抜屑Oaはパンチ20に押し出されて被加工物Oと分離される。
(2-2) (i) to (ii) in FIG.
In the state of (i) of FIG. 3, the
この被加工物Oの打抜きの開始から打抜き終了までの間、ダイス10が温度TDに加熱されており、パンチ20が温度TPに加熱されていることから、被加工物Oが温度TOに維持されている。なお、温度TOは、被加工物Oの打ち抜きが可能又は容易な温度である。
Since the
ここで、厚みが0.01mm以上1mm以下と比較的に薄い被加工物Oがダイス10に載置される場合、被加工物Oの温度はダイス10との接触により低下する可能性がある。一方で、被加工物Oが比較的に薄板であるため、被加工物Oは加熱の程度が大きすぎると、板状を維持できず反るなど変形する可能性がある。
Here, when a relatively thin workpiece O having a thickness of 0.01 mm or more and 1 mm or less is placed on the
これらの点を加味し、上記の通り、ダイス10に比較的に薄板である被加工物Oが載置されている状態で、被加工物Oの温度を打ち抜きが可能な温度TOに維持する。よって、被加工物Oの温度の低下を抑制し、変形抵抗(引張り強さ)を小さく維持できる。つまり、被加工物Oの変形抵抗を小さく維持して変形能を高めたまま、パンチ20により容易に被加工物Oを打ち抜いて孔を形成できる。また、孔を形成する時の抵抗が小さいため、比較的に薄板の被加工物Oそのものの変形を抑制しつつ、所望の孔径の孔を精度よく形成できる。さらに、温度TOは、被加工物Oの打ち抜きに可能な温度であり、被加工物Oそのものの形状を変形させる温度ではないことからも、被加工物Oそのものの形状の変形を抑制できる。
また、被加工物Oの変形抵抗が小さいため、パンチ20の座屈の虞も回避可能である。
Considering these points, as described above, the temperature of the workpiece O is maintained at the temperature TO at which punching can be performed while the workpiece O that is a relatively thin plate is placed on the
Further, since the deformation resistance of the workpiece O is small, the possibility of buckling of the
なお、従来から、ダイス10及びパンチ20は、加熱により焼損等が生じ寿命が低下することが問題として挙げられている。そのため、ダイス10等を加熱した上で被加工物Oを打ち抜くとの発想自体が取り挙げられてこなかった。上記構成によれば、被加工物Oの厚みが比較的に薄いため、予熱のされていないダイス10に被加工物Oを載置すると即座に温度が低下してしまうことに着目し、これまでの手法とは全く異なる方法として、ダイス10を温度TDに加熱する。そして、この加熱されたダイス10に被加工物Oを載置することで、この加熱されたダイス10からの熱伝導及び輻射等による伝熱によって、被加工物Oが温度TOに維持される。
Conventionally, it has been cited as a problem that the
前述の通り、従来はパンチ20の寿命を考慮してパンチ20を加熱することはなかったが、上記構成によれば、被加工物Oの厚みが比較的に薄いことに着目し、パンチ20を温度TPに加熱する。そして、この加熱されたパンチ20によって、ダイス10に載置された被加工物Oが打ち抜かれる。被加工物Oは、ダイス10からの伝熱だけでなく、打ち抜かれて孔が形成される際にパンチ20と接触し、加熱されたパンチ20からの熱伝導及び輻射等による伝熱によっても温度TOに維持される。
As described above, conventionally, the
また、ドリル等の回転刃を用いた穿孔工法及びレーザー照射による溶融貫通等により被加工物Oに孔を形成する方法では、1つずつ孔を形成している。そのため、複数の孔を形成すると加工時間が長大となり、大量生産の弊害となる。しかし、上記構成によれば、被加工物Oの温度が打ち抜きの可能な温度TOに維持されるため、つまり、被加工物Oの概ね全体が打ち抜きの容易な状態に維持されるため、被加工物Oの所定範囲の加工領域に対して複数の孔を同時に形成可能である。よって、被加工物Oに短時間で複数の孔を形成できる。例えばダイス10に載置された被加工物Oに、複数のパンチ20により複数の孔を同時に打ち抜くことが可能である。よって、複数の孔を有する被加工物Oを短時間に大量生産することができ、処理後の被加工物Oの低コスト化を図ることができる。
In addition, in the drilling method using a rotary blade such as a drill and the method of forming holes in the workpiece O by melt penetration by laser irradiation, holes are formed one by one. Therefore, if a plurality of holes are formed, the processing time becomes long, which is an adverse effect of mass production. However, according to the above configuration, since the temperature of the workpiece O is maintained at the temperature TO at which punching is possible, that is, the entire workpiece O is maintained in an easily punched state. A plurality of holes can be formed simultaneously in a predetermined range of the processing region of the object O. Therefore, a plurality of holes can be formed in the workpiece O in a short time. For example, a plurality of holes can be simultaneously punched into the workpiece O placed on the die 10 by a plurality of
なお、レーザー照射による溶融貫通等で被加工物Oに孔を形成する方法では、被加工物Oの一部を溶融する必要があるため、溶融により生じる酸化物等のドロスが孔内に付着して閉塞する課題、また、付着したドロスの除去等の別途の処理が必要となる課題が生じる。しかし、上記構成によれば、被加工物Oをパンチ20により打ち抜いて孔を形成するため、孔の打ち抜きにより生じた打抜屑Oaはパンチ20に押し出されて被加工物Oと分離される。よって、レーザー照射等による孔の閉塞等の問題は生じ難い。
In addition, in the method of forming a hole in the workpiece O by melting penetration by laser irradiation or the like, since it is necessary to melt a part of the workpiece O, dross such as oxide generated by melting adheres in the hole. The problem which obstruct | occludes and a separate process, such as removal of adhering dross, etc. arises. However, according to the above configuration, since the workpiece O is punched by the
なお、被加工物Oが温度TOに維持されることで、パンチ20が温度TOの被加工物Oを打抜くのに必要な荷重(パンチ20の打抜刃23に作用する圧縮応力)が、パンチ20が室温の被加工物Oを打抜くのに必要な荷重の例えば10%以上30%以下となる。
ここで、大きな荷重を掛けて被加工物Oを打ち抜くと、打ち抜きの際に、孔の形成位置及びその周囲も含めて、被加工物Oが打ち抜き方向に引っ張られ、被加工物Oが変形する可能性がある。被加工物Oを温度TOに維持して孔を形成する際の荷重を所定値以下にできることで、比較的に薄板の被加工物Oそのものの変形を抑制しつつ、所望の孔径の孔を精度よく形成できる。
In addition, by maintaining the workpiece O at the temperature TO, a load necessary for the
Here, when the workpiece O is punched by applying a large load, the workpiece O is pulled in the punching direction including the position where the hole is formed and its periphery at the time of punching, and the workpiece O is deformed. there is a possibility. By maintaining the workpiece O at the temperature TO and reducing the load when forming the hole to a predetermined value or less, it is possible to accurately control the hole having a desired hole diameter while suppressing deformation of the workpiece O itself which is a relatively thin plate. Can be well formed.
また、被加工物Oの打抜きにより形成される孔のアスペクト比は、2以上30以下である。上記の通り、被加工物Oは、打ち抜きの際に、パンチ20により容易に被加工物Oを打ち抜くことが可能な温度TOに維持されており、変形抵抗(引張り強さ)が小さく維持されている。よって、被加工物Oの変形抵抗を小さく維持して変形能を高めたまま、かつ、被加工物Oそのものの形状の変形を抑制しつつ、パンチ20により容易に被加工物Oを打ち抜くことができる。そのため、アスペクト比が2以上30以下と大きい孔を、比較的に薄板の被加工物Oの打ち抜きにより形成できる。同様の理由により、アスペクト比が2以上30以下と大きく、かつ、孔径が0.005mm以上0.5mm以下であり、ピッチがパンチ孔径の4倍以上である孔を、比較的に薄板の被加工物Oの打ち抜きにより形成できる。
The aspect ratio of the hole formed by punching the workpiece O is 2 or more and 30 or less. As described above, the workpiece O is maintained at the temperature TO at which the workpiece O can be easily punched by the
ここで、被加工物Oを加熱せず室温等で行われる冷間鍛造において、パンチ20により被加工物Oにアスペクト比が2以上である孔を形成する場合、打ち抜き時にパンチ20にかかる荷重(パンチ20の打抜刃23に作用する圧縮応力)が大きい。また、比較的に薄い被加工物Oを打ち抜く場合、被加工物Oを加熱した状態でダイス10に載置しても、その厚みの薄さゆえに被加工物Oが冷却されてしまう。結果として、パンチ20により被加工物Oにアスペクト比が2以上である孔を形成する際にパンチ20にかかる圧縮応力が大きい。この場合、パンチ20にかかる圧縮応力及び座屈応力が限界値を上回ってしまい、アスペクト比が2以上である孔を形成するのが困難である。
しかし、上記構成によれば、ダイス10及びパンチ20を加熱することで被加工物Oを打ち抜きの可能な温度TOに維持する。よって、パンチ20に係る圧縮応力が比較的に小さくなり、アスペクト比が2以上である孔を容易に形成することができる。
Here, in the cold forging performed at room temperature or the like without heating the workpiece O, when a hole having an aspect ratio of 2 or more is formed in the workpiece O by the
However, according to the above configuration, the workpiece O is maintained at the temperature TO at which punching can be performed by heating the
(2−3)図3の(ii)から(iii)
図3の(ii)に示すように、打抜刃23により被加工物Oが打ち抜かれて孔が形成されると、図3の(iii)に示すように、被加工物Oから打抜刃23が引き抜かれる。
打抜刃23の引き抜きのときに、ストリッパー部材50が被加工物Oの側に移動するように押されるとともに、パンチ20がダイス10から離れる上方に移動される。これにより、一対のストリッパーピン53aとストリッパーピン53bの先端がパンチ下面21aから突出し、被加工物Oの上面を押圧する。よって、パンチ本体21とともに打抜刃23が被加工物Oから容易に引き抜かれる。
(2-3) (ii) to (iii) in FIG.
When the workpiece O is punched by the
When the
なお、ストリッパー部材50の移動は、作業者の手作業によって行われてもよい。あるいは、制御部30が、打抜刃23により被加工物Oの打ち抜きが完了するまではストリッパー部材50を退避位置に制御し、打ち抜きが完了した後にストリッパー部材50を被加工物Oの側に移動させ、被加工物Oを押圧した上で打抜刃23が引き抜かれるように制御してもよい。
The
被加工物Oから打抜刃23が引き抜かれると、例えば作業者による手作業、あるいは、制御部30が制御して、冷却装置60から冷却用気体を吹き出し、打抜刃23に吹き付ける。パンチ20により被加工物Oを打ち抜くと摩擦により打抜刃23の温度が上昇する。上記のように打抜刃23に冷却用気体を吹き付けることで、打抜刃23の温度上昇を抑制する。これにより、パンチ20の焼損による寿命の低下を抑制する。
冷却用気体として、炭酸ガス及びアルゴンの少なくともいずれかを用いると、パンチ20の腐食を抑制できる。なお、パンチ20の腐食を抑制できるのであれば、冷却用気体はこれらの気体に限定されない。
When the
When at least one of carbon dioxide and argon is used as the cooling gas, corrosion of the
(3)被加工物に孔を形成する際のシミュレーション
上記の通り、被加工物Oに孔を形成するあたり、制御部30は、ダイス10を温度TDに加熱し、かつ、パンチ20を温度TPに加熱する。これにより、ダイス10に載置され、打ち抜かれる被加工物Oを打ち抜きの可能な温度TOに維持する。
このようなパンチ孔形成方法を用いて孔を形成する場合に、アスペクト比が2以上30以下の孔を形成できるか否かについてのシミュレーションを以下に説明する。
(3) Simulation when forming a hole in the workpiece As described above, when forming the hole in the workpiece O, the
A simulation of whether or not a hole having an aspect ratio of 2 or more and 30 or less can be formed when forming a hole using such a punch hole forming method will be described below.
被加工物Oとして、SUS430(フェライト系ステンレス)からなる、厚みが0.3mmの板状部材を用いた。打ち抜きで形成される孔径は0.025mmであり、アスペクト比は12である。また、パンチ及びダイスは700℃に維持される。また、パンチ20には、円筒状の打抜刃23が用いられる。
As the workpiece O, a plate-like member made of SUS430 (ferritic stainless steel) and having a thickness of 0.3 mm was used. The hole diameter formed by punching is 0.025 mm, and the aspect ratio is 12. Further, the punch and the die are maintained at 700 ° C. A
SUS430の700℃における引張り強さσ700は、室温20℃の引張り強さσ20の約1/5であり、約100MPa(10.2kgf/mm2)である。なお、この値は、菊池正夫 論文 「ステンレス鋼の高温特性」を参照した。 The tensile strength σ 700 of SUS430 at 700 ° C. is about 5 of the tensile strength σ 20 at room temperature of 20 ° C., and is about 100 MPa (10.2 kgf / mm 2 ). For this value, reference was made to Masao Kikuchi's paper “High-temperature properties of stainless steel”.
次に、パンチ20による打ち抜きに必要な打抜き力P(kgf)は、次式(1)で算出される。
P=LH×t×S×k・・・(1)
ここで、LHは、パンチ20により被加工物Oに形成される孔の全周長(mm)である。また、tは被加工物Oの厚み(mm)であり、Sはせん断応力(kgf/mm2)であり、kは安全率である。
なお、Sは、一般的に引張り強さの0.8倍であるので、引張り強さσ700に0.8をかけて求めた。
kは、一般的に1.2であるが、後述の圧壊安全率Kをより安全寄りに算出するために、ここではk=1.0とした。
Next, the punching force P (kgf) necessary for punching with the
P = LH × t × S × k (1)
Here, LH is the total circumferential length (mm) of the hole formed in the workpiece O by the
Since S is generally 0.8 times the tensile strength, the tensile strength σ 700 was obtained by multiplying 0.8.
k is generally 1.2. However, in order to calculate a later-described collapse safety factor K closer to safety, k is set to 1.0 here.
式(1)に、LHとして0.025mm×3.142を、tとして0.3mmを、Sとして0.8×10.2kgf/mm2を、kとして1.0を入力し、以下の0.1923(kgf)を得た。
P=(0.025×3.14)×(0.3)×(0.8×10.2)×(1.0)
=0.1923(kgf)=1.886(N)
よって、一つの孔を打ち抜くために必要な打抜き力Pは、0.1923(kgf)=1.886(N)である。
In Formula (1), 0.025 mm × 3.142 as LH, 0.3 mm as t, 0.8 × 10.2 kgf / mm 2 as S, and 1.0 as k were input, and the following 0.1923 (kgf) was obtained.
P = (0.025 x 3.14) x (0.3) x (0.8 x 10.2) x (1.0)
= 0.1923 (kgf) = 1.886 (N)
Therefore, the punching force P necessary for punching one hole is 0.1923 (kgf) = 1.886 (N).
一つの孔を打ち抜くパンチ20の円筒状の打抜刃23に作用する圧縮応力σpは、円筒状の打抜刃23の断面面積をA(mm2)とすれば、次式(2)で求まる。
σp=P÷A・・・(2)
ここで、円筒状の打抜刃23の直径が、孔径と同一であるとすると、断面面積Aは次の通り求まる。
A=(0.025/2)×(0.025/2)×3.142
よって、式(2)に当てはめることで、圧縮応力σpが以下の通り求まる。
σp=(0.1923)÷((0.025/2)×(0.025/2)×3.142)
=391.7(kgf/mm2)
The compressive stress σp acting on the
σp = P ÷ A (2)
Here, if the diameter of the
A = (0.025 / 2) x (0.025 / 2) x 3.142
Therefore, by applying the equation (2), the compressive stress σp is obtained as follows.
σp = (0.1923) ÷ ((0.025 / 2) × (0.025 / 2) × 3.142)
= 391.7 (kgf / mm 2 )
ここで、パンチ20の材料としてM78(株式会社エヌ・ジェ−エス社製)を用いた。M78の圧縮強さσnは、700℃において8.120MPa(828.0kgf/mm2)を有する。
よって、円筒状の打抜刃23の圧縮破壊に対する圧壊安全率Kは、K=σn/σp=2.1となる。この値から、打抜刃23は、700℃において圧縮破壊しないことが分かる。
Here, M78 (manufactured by NJS Co., Ltd.) was used as the material of the
Therefore, the crush safety factor K against the compressive fracture of the
なお、孔のアスペクト比が12であり大きいため、打抜刃23の座屈についても検討が必要である。ここで、打抜刃23の長さLPは、被加工物Oの厚み0.3mmよりも長い0.35mmとし、打抜刃23の直径は孔径と同じ0.025mmとした。
この場合、打抜刃23の細長比は14.0(0.35mm/0.025mm)である。一般的に、細長比15以上では座屈の考慮が必要であるため、オイラーの座屈荷重Pcr(N)と打抜き力Pとを比較する。オイラーの座屈荷重Pcr(N)は次式(3)から求まる。
座屈荷重Pcr(N)=m×((3.142)2×E×I)÷LP2・・・(3)
ここで、mは片端固定の条件では0.25であり、LPは0.35mmである。
Eはヤング率(Pa)であり、Iは断面2次モーメント(mm4)である。そして、E×Iは曲げモーメントであり、金型加工では通常、抗折力に該当する。M78の抗折力は公称値1500(MPa)(1500(N/mm2))である。
以上より、式(3)に数値を当てはめて座屈荷重Pcr(N)が次のように求まる。
座屈荷重Pcr=0.25×(3.142)2×1500÷(0.35)2=3.022×104(N)
In addition, since the aspect ratio of the hole is 12 and is large, the buckling of the
In this case, the elongated ratio of the
Buckling load Pcr (N) = m × ((3.142) 2 × E × I) ÷ LP 2 (3)
Here, m is 0.25 under the condition of one-end fixing, and LP is 0.35 mm.
E is the Young's modulus (Pa), and I is the moment of inertia of the cross section (mm 4 ). E × I is a bending moment, and usually corresponds to a bending force in mold processing. Transverse rupture strength of the M78 is the nominal value 1500 (MPa) (1500 (N / mm 2)).
From the above, the buckling load Pcr (N) is obtained as follows by applying a numerical value to the equation (3).
Buckling load Pcr = 0.25 × (3.142) 2 × 1500 ÷ (0.35) 2 = 3.022 × 10 4 (N)
打抜き力P(kgf)は1.886(N)であり、座屈荷重Pcrの3.022×104(N)よりも小さい(Pcr>>P)。よって、打抜き力Pは座屈荷重Pcrよりも十分に小さく、被加工物Oを打抜くためにパンチ20に打抜き力Pを掛けても座屈しないことが分かる。
The punching force P (kgf) is 1.886 (N), which is smaller than the buckling load Pcr of 3.022 × 10 4 (N) (Pcr >> P). Therefore, it can be understood that the punching force P is sufficiently smaller than the buckling load Pcr, and even if the punching force P is applied to the
例えば、一度に100万個の孔を一回の打抜きで形成する場合に必要な全荷重PPは、次式(4)より求まる。
全荷重PP=打抜き力P×孔の個数・・・(4)
よって、全荷重PPは、0.1973(kgf)×1000000(個)=197300(kgf)=198(ton)と求まる。従来の方法で打ち抜く場合は、荷重能力が5倍必要であるため、1000tonクラスの大型のプレス機が必要となるが、本発明によれば200tonクラスの小型のプレス機を用いて、打抜きを行うことができることが分かる。
For example, the total load PP required when one million holes are formed by one punching at a time is obtained from the following equation (4).
Total load PP = Punching force P × Number of holes (4)
Therefore, the total load PP is obtained as 0.173 (kgf) × 1000000 (pieces) = 197300 (kgf) = 198 (ton). When punching by the conventional method, since the load capacity is required 5 times, a large press machine of 1000 ton class is necessary. According to the present invention, punching is performed by using a small press machine of 200 ton class. I can see that
〔他の実施形態〕
なお上述の実施形態(他の実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
[Other Embodiments]
Note that the configurations disclosed in the above-described embodiments (including the other embodiments, the same applies hereinafter) can be applied in combination with the configurations disclosed in the other embodiments unless there is a contradiction. The embodiments disclosed in this specification are exemplifications, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be appropriately modified without departing from the object of the present invention.
(1)上記実施形態では、被加工物Oにアスペクト比が2以上と大きい複数の孔が形成される。そのため、制御部30は、ダイス10を温度TDに加熱し、かつ、パンチ20を温度TPに加熱することで、被加工物Oを、打ち抜きの可能な温度TOに維持する。
しかし、上記実施形態のように被加工物Oを打ち抜きの可能な温度TOに維持するために、ダイス10を加熱し、パンチ20を加熱する制御は、被加工物Oにアスペクト比が2未満と小さい複数の孔を形成する場合においても適用可能である。
アスペクト比が2未満と小さい複数の孔を形成する場合でも、被加工物Oが温度TOに維持されることで、上記実施形態と同様に、被加工物の変形抵抗を小さく維持して変形能を高めたまま、パンチにより容易に被加工物を打ち抜いて孔を形成できる。また、孔を形成する時の抵抗が小さいため、比較的に薄板の被加工物そのものの変形を抑制しつつ、所望の孔径の孔を精度よく形成できる。
(1) In the above embodiment, a plurality of holes having a large aspect ratio of 2 or more are formed in the workpiece O. Therefore, the
However, in order to maintain the workpiece O at a temperature TO at which punching can be performed as in the above-described embodiment, the control of heating the
Even when a plurality of small holes having an aspect ratio of less than 2 are formed, the workpiece O is maintained at the temperature TO, so that the deformation resistance of the workpiece is kept small and the deformability is maintained as in the above embodiment. The hole can be formed by punching the workpiece easily with a punch while keeping the height high. In addition, since the resistance when forming the hole is small, it is possible to accurately form a hole having a desired hole diameter while suppressing deformation of the relatively thin workpiece.
(2)上記実施形態では、パンチ20により被加工物Oを打ち抜いて孔を形成した後、ストリッパー部材50を用いて、被加工物Oから打抜刃23が引き抜かれている。しかし、ストリッパー部材50は省略されてもよい。
(2) In the above embodiment, the
(3)上記実施形態では、被加工物Oを打ち抜いて孔を形成する際に、被加工物Oを温度TOに維持する。そして、被加工物Oの温度を温度TOに維持するために、ダイス10をダイス用ヒータ15により加熱し、かつパンチ20をパンチ用ヒータ25により加熱している。しかし、被加工物Oの温度を温度TOに維持するために、パンチ20を加熱せず、ダイス10をダイス用ヒータ15により加熱するのみであってもよい。
また、被加工物Oを予め加熱しておき、加熱されたダイス10に載置してもよい。
また、被加工物Oを打ち抜いて孔を形成する際に、被加工物Oを温度TOに維持する方法は上記実施形態に限定されず、例えば、被加工物Oを打ち抜く雰囲気を温度TOに維持することで被加工物Oを温度TOに維持することもできる。また、被加工物Oに電圧をかける等して被加工物Oを温度TOに維持することもできる。
(3) In the above embodiment, when punching the workpiece O to form a hole, the workpiece O is maintained at the temperature TO. In order to maintain the temperature of the workpiece O at the temperature TO, the
Alternatively, the workpiece O may be preheated and placed on the
Further, the method of maintaining the workpiece O at the temperature TO when the hole is formed by punching the workpiece O is not limited to the above-described embodiment. For example, the atmosphere for punching the workpiece O is maintained at the temperature TO. By doing so, the workpiece O can also be maintained at the temperature TO. Further, the workpiece O can be maintained at the temperature TO by applying a voltage to the workpiece O, for example.
(4)上記実施形態では、パンチ20の打抜刃23は、円筒状の本体部分23aと、先細りする先端部分23bとを有している。パンチ20にかかる荷重圧力を考慮し、先端部分の先細り形状を適宜変更可能である。また、打抜刃23は、先端部分23bを有さず、本体部分23aから構成されていてもよい。
(4) In the above-described embodiment, the
(5)上記実施形態では、パンチ20により被加工物Oを打ち抜いた後に、パンチ20の打抜刃23を冷却するために、冷却装置60から冷却用気体を打抜刃23に吹き付けている。しかし、打抜刃23への冷却用気体の吹き付けは必須ではなく、冷却装置60は省略されてもよい。
(5) In the above embodiment, after punching the workpiece O with the
(6)上記実施形態では、被加工物Oは、図2等に示すようにダイス10の上部からダイス10のダイス上面11aに載置されている。しかし、被加工物Oは、ダイス10に設けられた溝状のガイド(図示せず)に沿ってダイス上面11aにスライドするように載置されてもよい。あるいは、パンチ孔形成装置100には、ダイス上面11aに載置された被加工物Oを上部から押し付ける押し付け部材(図示せず)が設けられていてもよい。
(6) In the above embodiment, the workpiece O is placed on the die
(7)上記実施形態では、ダイス10が所定位置に固定されており、パンチ20がダイス10に向かって移動する。しかし、パンチ20が所定位置に固定されており、ダイス10がパンチ20に向かって移動してもよい。
(7) In the above embodiment, the
(8)上記実施形態では、ダイス10に載置された被加工物Oの位置ずれを防止するために小突起17が形成されている。しかし、小突起17は省略されてもよい。
(8) In the above-described embodiment, the
10 :ダイス
20 :パンチ
23 :打抜刃
O :被加工物
10: Die 20: Punch 23: Punching blade O: Workpiece
Claims (15)
所定の厚みを有する板状のパンチ本体と、
前記パンチ本体の前記被加工物と対向する対向面から突出して延び、前記被加工物に孔をあける打抜刃と、
前記パンチ本体の対向する二面のうち、前記打抜刃の突出方向とは反対側の面に位置する基部と、前記基部から前記打抜刃の突出方向に前記パンチ本体を貫通し、前記パンチ本体の厚みよりも長く延びるストリッパーピンとを有するストリッパー部材と、を含み、
前記パンチにより前記被加工物を打ち抜く際には、前記ストリッパーピンが前記対向面から突出しないように退避されており、
前記パンチにより前記被加工物を打ち抜いた後、前記ストリッパーピンの先端が前記対向面から突出して前記被加工物を押圧することにより、前記パンチ本体とともに前記打抜刃が前記被加工物から引き抜かれる、請求項1〜13のいずれか1項に記載のパンチ孔形成方法。 The punch is
A plate-like punch body having a predetermined thickness;
A punching blade that protrudes and extends from an opposing surface of the punch body that faces the workpiece, and that forms a hole in the workpiece;
Of the two opposing surfaces of the punch body, a base located on a surface opposite to the projecting direction of the punching blade, and the punch body penetrates the punch body from the base in the projecting direction of the punching blade. A stripper member having a stripper pin extending longer than the thickness of the main body,
When punching out the workpiece by the punch, the stripper pin is retracted so as not to protrude from the facing surface,
After punching out the workpiece by the punch, the tip of the stripper pin protrudes from the facing surface and presses the workpiece, whereby the punching blade together with the punch body is pulled out from the workpiece. The punch hole forming method according to any one of claims 1 to 13.
前記被加工物が載置されるダイスと、
前記ダイスに載置された被加工物を、前記被加工物を厚み方向に打ち抜いて孔を形成するパンチと、
孔が形成されている間の前記被加工物の温度を、前記被加工物の打ち抜きが可能な温度TOに維持する制御を行う制御部と、を備える、パンチ孔形成装置。
A punch hole forming apparatus that forms a hole in the workpiece using the punch hole forming method according to claim 1,
A die on which the workpiece is placed;
A punch that forms a hole by punching the workpiece placed on the die in the thickness direction;
A punch hole forming apparatus, comprising: a control unit that performs control to maintain the temperature of the workpiece while the hole is formed at a temperature TO at which the workpiece can be punched.
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