JP2020019022A - せん断加工方法およびせん断加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工材をせん断加工によって角部を有する形状に打ち抜くときに、角部におけるだれ量を低減する。【解決手段】本発明のある観点によれば、第１の刃および第２の刃を備え、第１の刃を第２の刃に対して被加工材の厚さ方向に相対的に移動させることによって、角部を含む切断線に沿って被加工材を切断することが可能なせん断加工装置であって、第１の刃は、切断線に沿って定義され切断線の角部に対応する第１の区間に形成される突出部と、切断線に沿って定義される第１の区間以外の第２の区間に形成される非突出部とを含み、第１の刃が被加工材に対向したときに、非突出部よりも突出部が被加工材に近接して位置する、せん断加工装置が提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、せん断加工方法およびせん断加工装置に関する。

せん断加工は、例えば自動車、鉄道車両、建材、船舶、家電製品などに用いられる金属部品の製造において、金属部材の切断、打ち抜き、穴抜き、シェービング、トリミングなどのために実施される。せん断加工では、対応する形状の上刃と下刃との間に被加工材を挟み込んで塑性変形させ、最終的には破断させる。せん断加工では被加工材を各種の形状に切断することが可能である。例えば特許文献１には、被加工材を略正方形に打ち抜くプレス機が記載されている。

一方、非特許文献１には、角部に丸みを有する矩形輪郭形状の穴抜きにおいて、パンチの角部に軸方向の丸みをもたせることによって、直辺部および角部のそれぞれでせん断分離面に発生する「だれ」の量の差異を緩和する技術が記載されている。非特許文献１によれば、従来の平坦なパンチを用いた場合に角部のだれ量は直辺部よりも小さくなるが、角部に軸方向の丸みをもたせたパンチを用いた場合は角部と直辺部との間でだれ量の差異が緩和される。

特開２０１１−１３６３４８号公報

加藤浩三、他4名、「穴抜きのだれ量の制御についての基礎的研究」、日本塑性加工学会第68回塑性加工連合講演会講演論文集、平成29年、pp.67-68

ここで、一般的にいえば、だれ量が小さい方が、切断面が垂直になり、例えば切断線を基準にした位置決めの精度が向上するため有利である。上記の非特許文献１に記載された技術では、角部のだれ量を直辺部のだれ量と同程度まで大きくすることによって角部と直辺部との間でのだれ量の差異を緩和しているため、角部のだれ量はむしろ大きくなっており、上記のようにだれ量が小さくなることによる利点が得られるわけではない。

そこで、本発明は、被加工材をせん断加工によって角部を有する形状に打ち抜くときに、角部におけるだれ量を低減させることが可能な、新規かつ改良されたせん断加工方法およびせん断加工装置を提供することを目的の一つとする。

本発明のある観点によれば、第１の刃および第２の刃を備え、第１の刃を第２の刃に対して被加工材の厚さ方向に相対的に移動させることによって、角部を含む切断線に沿って被加工材を切断することが可能なせん断加工装置であって、第１の刃は、切断線に沿って定義され切断線の角部に対応する第１の区間に形成される突出部と、切断線に沿って定義される第１の区間以外の第２の区間に形成される非突出部とを含み、第１の刃が被加工材に対向したときに、非突出部よりも突出部が被加工材に近接して位置する、せん断加工装置が提供される。
上記の構成によれば、切断線の角部に対応する上刃の第１の区間に突出部を形成し、それ以外の第２の区間には非突出部を形成することによって、せん断加工時には被加工材の角部での破断を直線部よりも先行して、または直線部と同時に発生させ、角部での破断が遅れることによる加工後の端部形状への影響、具体的にはだれ量を低減させることができる。

せん断加工装置において、第１の区間は、角部に一致するか、または角部を包含してもよい。

せん断加工装置において、第１の区間は、角部の一部に対応してもよい。

せん断加工装置において、切断線は、角部と直線部とを含むか、または角部と角部よりも曲率半径が大きい曲線部とを含んでもよい。

さらに、前記のいずれかのせん断加工装置を用いて、被加工材をせん断することを特徴とするせん断加工方法により、せん断後の被加工材のせん断部のだれ量を低減させることができる。

また、前記被加工材が、引張強度５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板であると、せん断後の被加工材のせん断部のだれ量を有効に低減させることができることから、工業生産上、有用である。

以上説明したように、本発明によれば、被加工材をせん断加工によって角部を有する形状に打ち抜くときに、角部におけるだれ量を低減させることができる。特に、引張強度５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板を被加工材とした場合、せん断後の被加工材のせん断部のだれ量が有効に低減させることができるので、工業生産上、有用である。

本発明の一実施形態に係るせん断加工装置の縦断面図である。 図１に示されるせん断加工装置の横断面図である。 被加工材の切断線の形状と加工後の端部形状との関係について説明するための図である。 図１に示されるせん断加工装置の突出部の形状の例を示す図である。 図１に示されるせん断加工装置の突出部の形状の例を示す図である。 図１に示されるせん断加工装置の突出部の形状の例を示す図である。 本発明の一実施例におけるパンチの形状について説明するための図である。 角部および直線部のそれぞれにおける、実施例および比較例でのだれ比率を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るせん断加工装置の縦断面図である。図２は、図１に示されるせん断加工装置の横断面図である。ここで、図１に示される縦断面は図２のＩ−Ｉ線に対応し、図２に示される横断面は図１のII−II線に対応する。図１および図２に示されるように、せん断加工装置１は、パンチ２と、ダイ３と、ホルダ４とを含む。以下、各部の構成についてさらに説明する。

図１に示されるように、せん断加工装置１では、パンチ２に第１の刃である上刃２１が形成され、ダイ３に第２の刃である下刃３１が形成される。パンチ２は、図示しない電動機または液圧機構などによって駆動され、被加工材Ｗの厚さ方向、すなわち図中の上下方向に移動する。このとき、パンチ２に形成された上刃２１は、下刃３１に対して被加工材Ｗの厚さ方向に相対的に移動する。このようにして、せん断加工装置１では、後述するように角部を含む切断線に沿って被加工材Ｗを切断することが可能である。ホルダ４は、パンチ２を囲む領域で上方から被加工材Ｗに当接され、ダイ３との間で被加工材Ｗを挟持することによって、切断時に被加工材Ｗの位置を安定させる。

図２に示されるように、パンチ２に形成される上刃２１とダイ３に形成される下刃３１とは、いずれも角丸矩形状である。より具体的には、上刃２１は角丸矩形の内側に対応する４つの凸状の角部を含む形状であり、下刃３１は角丸矩形の外側に対応する４つの凹状の角部を含む形状である。本実施形態では、上刃２１の凸状の角部に、突出部２１Ａが形成される。上刃２１の他の部分には、非突出部２１Ｂが形成される。図１に示されるように、突出部２１Ａは、上刃２１が下方に突出した部分であり、上刃２１が被加工材Ｗに対向したときに、非突出部２１Ｂよりも突出部２１Ａが被加工材Ｗに近接して位置する。

上刃２１がこのような突出部２１Ａおよび非突出部２１Ｂを含むことによって、本実施形態では、被加工材Ｗの切断線の角部における加工後の端部形状を改善することができる。この点について、以下でさらに説明する。

図３は、被加工材の切断線の形状と加工後の端部形状との関係について説明するための図である。本発明者らは、上記の本実施形態に係るパンチ２とは異なる平坦な、すなわち上刃に突出部２１Ａおよび非突出部２１Ｂが形成されないパンチを用いて被加工材Ｗを角丸矩形状に打ち抜き、端部形状を観察した。その結果、図３に示す切断線Ｐの角部Ｐ_Ａ、すなわち切断線Ｐが曲率を有する部分では、切断線Ｐの直線部Ｐ_Ｂ、すなわち切断線Ｐが曲率を有さない部分に比べると小さいが、ある程度の量のだれが発生した。

ここで、本発明者らが角部Ｐ_Ａおよび直線部Ｐ_Ｂにおける被加工材Ｗの端部形状をさらに観察した結果、以下のような知見が得られた。被加工材Ｗの上面を基準にした場合、角部Ｐ_Ａおよび直線部Ｐ_Ｂのそれぞれにおいて、破断面の開始位置までの距離が異なる。具体的には、角部Ｐ_Ａの方が被加工材Ｗの上面から破断面の開始位置までの距離が長い。これは、被加工材Ｗが切断線Ｐに沿って切断されるときに、直線部Ｐ_Ｂで先行して被加工材Ｗが破断し、角部Ｐ_Ａでは遅れて被加工材Ｗが破断したためと考えられる。

被加工材Ｗの加工後の端部形状において角部Ｐ_Ａのだれ量を低減させるためには、被加工材Ｗが切断線Ｐに沿って両側から拘束された状態で破断されることが望ましい。しかしながら、上記の知見によれば、直線部Ｐ_Ｂは切断線Ｐに沿って両側から拘束された状態で破断されるのに対し、角部Ｐ_Ａが破断される時には直線部Ｐ_Ｂが既に破断されており、従って角部Ｐ_Ａは直線部Ｐ_Ｂに隣接する側が拘束されない状態で破断される。角部Ｐ_Ａについても、切断線Ｐに沿って両側から拘束された状態で破断するようにすれば、だれ量をさらに低減させることができるものと考えられる。

そこで、本実施形態に係るせん断加工装置１では、上記のように上刃２１に突出部２１Ａと非突出部２１Ｂとを形成することによって、被加工材Ｗの角部Ｐ_Ａでの破断を直線部Ｐ_Ｂよりも先行して、または直線部Ｐ_Ｂと同時に発生させる。具体的には、例えば、突出部２１Ａの非突出部２１Ｂに対する比高を、切断線Ｐの角部Ｐ_Ａおよび直線部Ｐ_Ｂのそれぞれにおける被加工材Ｗの上面から破断面の開始位置までの距離の差以上にすれば、被加工材Ｗの角部Ｐ_Ａでの破断を直線部Ｐ_Ｂよりも先行して、または直線部Ｐ_Ｂと同時に発生させることができる。

図４Ａから図４Ｃは、図１に示されるせん断加工装置の突出部の形状の例を示す図である。上述のように、突出部２１Ａは、上刃２１の凸状の角部に形成される。ここで、凸状の角部は、切断線Ｐの角部Ｐ_Ａ、すなわち切断線Ｐが曲率を有する部分に対応する。この関係を、以下の説明では、上刃２１に切断線Ｐに沿って定義される第１の区間Ｓ_Ａおよび第２の区間Ｓ_Ｂを用いて説明する。第１の区間Ｓ_Ａは、切断線Ｐの角部Ｐ_Ａに対応する区間であり、第２の区間Ｓ_Ｂは第１の区間以外の区間である。第１の区間Ｓ_Ａでは上刃２１に突出部２１Ａが形成され、第２の区間Ｓ_Ｂでは上刃２１に非突出部２１Ｂが形成される。以下で説明するように、第１の区間Ｓ_Ａは、角部Ｐ_Ａ、すなわち切断線Ｐが曲率を有する部分に対応するものの、必ずしも角部Ｐ_Ａに一致していなくてもよい。

図４Ａに示された例では、第１の区間Ｓ_Ａが角部Ｐ_Ａに一致している。一方、図４Ｂに示された例では、第１の区間Ｓ_Ａが角部Ｐ_Ａを包含し、直線部Ｐ_Ｂの一部にかかっている。直線部Ｐ_Ｂでは、切断線Ｐのある程度の長さの区間で被加工材Ｗがほぼ同時に破断されるため、第１の区間Ｓ_Ａが直線部Ｐ_Ｂの一部にかかり、この部分で直線部Ｐ_Ｂでも被加工材Ｗが先行して破断される分には問題がない。他方、図４Ｃに示された例では、第１の区間Ｓ_Ａが、角部Ｐ_Ａの一部に対応する。つまり、この例では、第２の区間Ｓ_Ｂが直線部Ｐ_Ｂに加えて角部Ｐ_Ａの一部にもかかり、この部分では被加工材Ｗの破断が第１の区間Ｓ_Ａよりも遅くなる。しかしながら、例えば角部Ｐ_Ａを基準にして位置決めをする場合などには、角部Ｐ_Ａの中央部におけるだれ量を低減させることが特に重要であるため、突出部２１Ａが形成される第１の区間Ｓ_Ａにこの部分が含まれていれば、だれ量の低減による効果が見込まれる。

また、図４Ａに示された例では第１の区間Ｓ_Ａに形成される突出部２１Ａの平面形状が扇形であるが、図４Ｂに示された例のように弧と弦とを含む形状であってもよいし、図４Ｃに示された例のように台形、または矩形であってもよい。上述のように、突出部２１Ａは、被加工材Ｗの角部Ｐ_Ａでの破断を遅らせないために設けられるため、上刃２１、すなわちパンチ２の端面と側面との間に形成される刃の部分での形状については上記のように規定されるものの、被加工材Ｗの切断に直接的には関与しない平面形状、すなわちパンチ２の端面側での形状については任意の形状にすることが可能である。また、突出部２１Ａのパンチ２の端面側の面についても、平坦面、曲面、凹凸面など任意の面形状が可能である。

以上、本発明の一実施形態について説明した。本実施形態では、切断線Ｐの角部Ｐ_Ａに対応する上刃２１の第１の区間Ｓ_Ａに突出部２１Ａを形成し、それ以外の第２の区間Ｓ_Ｂには非突出部２１Ｂを形成することによって、せん断加工時には被加工材Ｗの角部Ｐ_Ａでの破断を直線部Ｐ_Ｂよりも先行して、または直線部Ｐ_Ｂと同時に発生させ、角部Ｐ_Ａでの破断が遅れることによる加工後の端部形状への影響を緩和する、具体的には角部Ｐ_Ａにおけるだれ量を低減させることができる。

なお、上記の例では、切断線Ｐが角丸矩形状であったが、切断線Ｐの形状は角部を含む形状であれば矩形には限定さない。例えば、せん断加工装置１は、三角形、五角形、六角形、または八角形などの形状の切断線Ｐに沿って被加工材Ｗを打ち抜いてもよい。また、せん断加工装置１による被加工材Ｗの切断は打ち抜きには限られず、切断線Ｐは必ずしも閉じた形状でなくてもよい。例えば、せん断加工装置１は、角部を含む形状の切断線Ｐに沿って被加工材Ｗを両断してもよい。

また、上記の例では、切断線Ｐが角部Ｐ_Ａと直線部Ｐ_Ｂとを含み、角部Ｐ_Ａは切断線Ｐが曲率を有する部分である例について説明したが、他の例では、角部Ｐ_Ａは切断線Ｐの曲率半径が他の部分よりも小さくなる部分であってもよい。つまり、切断線Ｐの角部Ｐ_Ａ以外の部分は、必ずしも直線部Ｐ_Ｂでなくてよく、角部Ｐ_Ａよりも曲率半径が大きい曲線部であってもよい。本実施形態は、各種の被加工材Ｗ、具体的には、例えば鋼またはアルミニウム合金などの板に適用可能である。

上記の例では、突出部２１Ａが、切断線Ｐに沿って見た場合には段差状の部分として説明されたが、突出部２１Ａは切断線Ｐに沿って見た場合に円丘状の部分であってもよい。あるいは、突出部２１Ａと非突出部２１Ｂとの間に移行部が設けられてもよい。移行部は、例えば、切断線Ｐに沿って見た場合に階段状、またはスロープ状でありうる。また、上記の例では、上刃２１に形成される非突出部２１Ｂは一様な部分であったが、非突出部２１Ｂは、突出部２１Ａを越えない範囲で突出した部分を含んでもよい。この結果、非突出部２１Ｂが、切断線Ｐに沿って見た場合に突出部２１Ａを超えない範囲で凹凸を有していてもよい。また、例えば、切断線Ｐが角丸矩形状である場合に形成される４つの直線部Ｐ_Ｂのうちの１つに対応する非突出部２１Ｂが、他の非突出部２１Ｂに対して相対的に突出していることによって、被加工材Ｗの打ち抜き片の回収が容易になりうる。また、上刃２１が複数の突出部２１Ａを含む場合、それぞれの突出部２１Ａに対応する切断線Ｐの曲率半径などに応じて、突出量、すなわち隣接する非突出部２１Ｂを基準にした場合の突出部２１Ａの高さが互いに異なっていてもよく、突出部２１Ａの平面形状が互いに異なっていてもよい。

続いて、本発明の実施例について説明する。本実施例において、被加工材Ｗは引張強度が５９０ＭＰａ級の鋼板であり、板厚は１．６ｍｍである。また、せん断加工は図３に示すような角丸矩形状の切断線Ｐに沿った打ち抜きであるが、角丸矩形の辺の長さは一様ではなく、長辺（４０ｍｍ）と短辺（２０ｍｍ）とで異なる。パンチ２は、図５に側面図と底面図によって示すように、上刃２１の凸状の角部にほぼ一致する区間に突出部２１Ａを形成したものを使用した。角部の曲率半径Ｒは１ｍｍ、非突出部２１Ｂを基準にした場合の突出部２１Ａの突出量ΔＨは０．３ｍｍである。上記のようなパンチ２を用いた実施例と、パンチ２において上刃２１に突出部２１Ａを形成しなかった比較例（ΔＨ＝０ｍｍ）とについてせん断加工を実施し、加工後の被加工材Ｗの角部（図３に示す角部Ｐ_Ａ）および直線部（図３に示す直線部Ｐ_Ｂ）におけるだれ量を測定した。

図６は、角部および直線部のそれぞれにおける、実施例および比較例でのだれ比率、すなわち、だれ量の板厚に対する割合を示すグラフである。図６のグラフを参照すると、直線部では実施例と比較例とのだれ比率がほぼ変わらないのに対して、角部では実施例のだれ比率が比較例の半分程度にまで低減されている。この結果から、本実施例では、比較例に比べて、角部のだれ量を有意に低減することができたといえる。

以上で説明したような実施例によって、本発明が、せん断加工によって角部を有する形状に打ち抜かれた被加工材の角部におけるだれ量を低減させるために有効であることが示された。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１…せん断加工装置、２…パンチ、３…ダイ、４…ホルダ、２１…上刃、２１Ａ…突出部、２１Ｂ…非突出部、３１…下刃、Ｐ…切断線、Ｗ…被加工材。

Claims (6)

1. 第１の刃および第２の刃を備え、前記第１の刃を前記第２の刃に対して被加工材の厚さ方向に相対的に移動させることによって、角部を含む切断線に沿って前記被加工材を切断することが可能なせん断加工装置であって、
   前記第１の刃は、前記切断線に沿って定義され前記切断線の角部に対応する第１の区間に形成される突出部と、前記切断線に沿って定義される前記第１の区間以外の第２の区間に形成される非突出部とを含み、
   前記第１の刃が前記被加工材に対向したときに、前記非突出部よりも前記突出部が前記被加工材に近接して位置する、せん断加工装置。
2. 前記第１の区間は、前記角部に一致するか、または前記角部を包含する、請求項１に記載のせん断加工装置。
3. 前記第１の区間は、前記角部の一部に対応する、請求項１に記載のせん断加工装置。
4. 前記切断線は、前記角部と直線部とを含むか、または前記角部と前記角部よりも曲率半径が大きい曲線部とを含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のせん断加工装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のせん断加工装置を用いて被加工材をせん断する、せん断加工方法。
6. 前記被加工材が、引張強度５９０ＭＰａ以上の高強度鋼板である、請求項５に記載のせん断加工方法。

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